Chuong 4 (1) Chương 4: HÀN VÀ CẮT BẰNG KHÍ

Chöông 5 HAØN VAØ CAÉT BAÈNG KHÍ 1282017 1 4 1 Khái niệm chung 4 1 1 Thực chất và đặc điểm  Hàn và cắt bằng khí là phương HÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTHÀN VÀ CẮTpháp hàn hoặc cắt, sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các chất.

4.1 Khái niệm chung

4.1.1 Thực chất và đặc điểm

 Hàn và cắt bằng khí là phương pháp hàn hoặc cắt,

sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các

chất khí cháy (C2H2, CH4, C6H6 v.v ) hoặc H2 với ôxy

 Có thể hàn được nhiều loại kim loại và hợp kim

(gang, đồng, nhôm, thép )

có nhiệt độ nóng chảy thấp

 Hàn khí được sử dụng rộng rãi vì thiết bị đơn giản và rẻ tiền; năng suất thấp, vật hàn bị nung nóng nhiều nên dể cong vênh

 Hàn khí dùng hàn vảy kim loại, hàn đắp hợp kim cứng v.v

 Ngọn lửa khí hàn cũng có thể dùng để cắt các loại thép mỏng, các loại kim loại màu và nhiều vật liệu khác

a/ Khí ôxy:

- Ôxy kỹ thuật chứa từ 98,599,5% ôxy và khoảng

0,51,5% tạp chất (N2, Ar)

- Trong công nghiệp, sản xuất ôxy bằng phương

pháp làm lạnh và chưng cất phân đoạn không khí

Nhiệt độ hoá lỏng của N2 là: (-195,80C), Ar

(-185,70C) và O2 là (-182,060C)

- Ôxy kỹ thuật có thể bảo quản ở thể lỏng hoặc khí,

cứ 1lít ôxy lỏng bay hơi cho 860 lít thể khí ở điều

kiện tiêu chuẩn; ôxy thể khí chứa bằng bình thép có

dung tích 40 lít, P = 150 at = 6 m3 khí

4.1.2.Khí hàn

 Là khí cháy, mùi hắc sản xuất bằng cách:

CaC2 + H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + Q

 Axêtylen (- 82,483,6oC) ở thể lỏng, dưới (- 85oC)

ở thể rắn T0 tự bốc cháy  420oC (ở áp suất 1 at)

 Dể phát nổ khi P > 1,5 at và T0> 500oC Ở nhiệt

độ và P thấp dễ trùng hợp thành (C6H6), (C8H8)

 Axêtylen hoà tan trong dầu hoả: 5,7 lít; trong axêtôn (CH3COCH3): 23 lít C2H2 lít

 Trong axêtylen có nhiều tạp chất như không khí, hơi nước; hơi axêtôn Đặc biệt PH3 và H2S

b/ Khí Axetylen:

 Tác dụng của thuốc hàn là tránh sự ôxy hóa kim

loại của mối hàn và loại bỏ các ôxit kim loại tạo

thành trong quá trình hàn

 Khi hàn, thuốc hàn đưa vào bể hàn sẽ nóng chảy

ra và kết hợp với các ôxít để tạo ra một lớp xỉ dễ

nóng chảy nổi lên trên bề mặt bể hàn Thuốc hàn có

nhiệm vụ hoàn nguyên kim loại

 Khi hàn gang thường dùng hỗn hợp K2O và Na2O;

Khi hàn đồng đỏ, đồng thau dùng borắc (Na2B4O7),

axít boríc (H3BO3); Khi hàn nhôm dùng muối florua

4.1.3.Thuốc hàn:

4

1

Sơ đồ một trạm hàn và cắt bằng khí

1 Bình chứa ôxy; 2 Bình chứa axêtylen; 3 Van gảm áp; 4 Đồng

hồ đo áp; 5 Khoá bảo hiểm; 6 Dây dẫn khí; 7 Mỏ hàn hoặc mỏ cắt;

8 Ngọn lửa hàn

2

3

5

6

7

8 4.2 THIẾT BỊ HÀN KHÍ

4.2.1.Sơ đồ chung của một trạm hàn khí

4.2.2.Bình chứa khí

 Dùng để chứa khí ôxy và khí axêtylen, được chế

tạo từ thép tấm dày 48 mm Bình có d = 219 mm, h

= 1.390 mm, dung tích 40 lít, trọng lượng 67kg

 Bình chứa ôxy chứa được một lượng khí có áp suất

khoảng 150 at tương ứng với 6 m3 khí (ở 200C và 1

at) bên ngoài được sơn màu xanh hoặc xanh da trời

 Bình chứa axêtylen chứa được áp suất khí nạp tới

dưới 19 at, được sơn màu vàng Trong bình chứa bọt

xốp (thường là than hoạt tính) và tẩm axêtôn

4.2.3 Van giảm áp:

Van giảm áp là dụng cụ dùng để giảm áp suất khí trong bình chứa xuống áp suất làm việc cần thiết và tự động duy trì áp suất đó ở mức ổn định

Đối với khí ôxy áp suất khí trong bình đạt tới

150 at, áp suất khí làm việc vào khoảng 34 at, còn khí axêtylen áp suất trong bình 1516 at, áp suất ra 0,11,5 at

7

9 1 5 8

10

6

3 2

Sơ đồ nguyên lý:

1 Đường dẫn khí

cao áp; 2 Nắp

van; 3 Van an

toàn; 4, 10 Đồng

hồ; 5 Buồng thấp

áp; 6.Lò xo chính;

7 Vít điều chỉnh;

8 Màng đàn hồi;

9 thanh truyền;

11 Lò xo phụ

4.2.4 Dây dẫn khí:

 Dùng để dẫn khí từ bình chứa khí đến mỏ hàn hoặc mỏ cắt

 Chịu được áp suất tới 10 at với dây dẫn ôxy, 3 at với dây dẫn axêtylen, mềm nhưng không bị gấp khúc

 Dây dẫn được chế tạo bằng vải lót cao su, có ba loại kích thước sau:

- Đường kính trong 5,5 mm, ngoài không quy định

- Đường kính trong 9,5 mm, ngoài 17,5 mm

- Đường kính trong 13 mm, ngoài 22 mm

4.2.5 Mỏ hàn

 Mỏ hàn kiểu hút: khí C2H2 (0,011,2 at) được dẫn

vào qua ống 1, khí ôxy (14 at) được dẫn vào qua

ống (2) Khi dòng ôxy phun ra đầu miệng phun (5)

với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút

C2H2 theo ra mỏ hàn

 Mỏ hàn đẳng áp: khí ôxy và C2H2 được phun vào

buồng trộn với áp suất bằng nhau (0,51 at) và tiếp

tục được hòa trộn trong ống dẫn của mỏ hàn, đi ra

miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành ngọn lửa

Sơ đồ cấu tạo của mỏ hàn khí

1 Dây dẫn khí C 2 H 2 ; 2 Dây dẫn khí oxy; 3 Van điều chỉnh

C 2 H 2 ; 4 Van điều chỉnh oxy; 5 Buồng hút; 6 Đầu mỏ hàn

1

2

3

4

6

C 2 H 2

O 2

5

C H

2

2 2

11 1 2

4.3 Ngọn lửa hàn

4.3.1.Ngọn lửa bình thường:

a/ Vùng nhân: C2H2 2C + H2

Ngọn lửa có màu sáng trắng, nhiệt độ thấp và

thành phần giàu cácbon

b/ Vùng cháy không hoàn toàn:

C2H2 + O2 = 2CO + H2 + Q Ngọn lửa vùng này

có màu sáng xanh, nhiệt độ cao nhất (3.2000C)

c/ Vùng cháy hoàn toàn:

2CO+H2+1,5O2kk = CO2+H2O+Q

Ngọn lửa có màu vàng sẫm, chứa CO2 và H2O

3.150

L (mm)

Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn

I/ Nhân ngọn lửa; II/ Vùng cháy chưa hoàn toàn;

III/ Vùng cháy hoàn toàn

O

C H

2

1 2

 ,

Vùng nhân ngắn, nhiệt độ thấp

b/ Vùng cháy không hoàn toàn:

C2H2 + 1,5O2 = 2CO + H2 + 0,5O2 + Q Ngọn lửa vùng này có màu vàng nhạt đến vàng sẫm, mang tính ôxy hóa

c/ Vùng cháy hoàn toàn:

2CO + H2 + 0,5O2+ O2kk = 2CO2 + H2O + Q Ngọn lửa này dùng để hàn đồng thau, cắt và đốt sạch bề mặt các chi tiết máy

O

C H

2

11

 ,

C2H2 2C + H2 Vùng nhân dài, nhiệt độ thấp

b/ Vùng cháy không hoàn toàn:

C2H2+0,5O2= CO+H2+C+Q Ngọn lửa vùng này mang tính cácbon hóa

c/ Vùng cháy hoàn toàn:

CO+H2+C+O2kk → CO2+H2O+ Q Nhân ngọn lửa dài, dùng để hàn gang, thép gió

và thép hợp kim hoặc để tôi bề mặt các chi tiết

1

4.4.1 Chuẩn bị vật hàn:

a/ Trước khi hàn, nếu cần phải váp mép, làm sạch

xỉ, ơxyt, dầu mỡ… tại mép hàn và khu vực quanh

mối hàn rộng 2030 mm mỗi phía

b/ Vật hàn trước khi hàn khí cần chọn gá lắp hợp lý

và hàn dính một số điểm để bảo đảm vị trí tương

đương của kế cấu trong quá trình hàn

4.4 Cơng nghệ hàn khí

a/ Phương pháp hàn khí:

 Phương pháp hàn phải (a): Ngọn lửa hàn hướng về phía mối hàn Nhiệt chủ yếu tập trung vào vũng hàn nên độ ngấu của mối hàn sâu, mối hàn nguội chậm và được bảo vệ tốt, lượng tiêu hao khí giảm Dùng khi hàn các tấm dày S > 5 mm hoặc kim

loại vật hàn dẫn nhiệt nhanh

 Phương pháp hàn trái (b): ngọn lửa hàn hướng

về phía chưa hàn Dùng hàn tấm mỏng (S < 3 mm), kim loại màu

4.4.2.Kỹ thuật và chế độ hàn khí



1 mm, =10 độ (1 - 3)m

m, =20 độ (3 - 5)

mm, =30 đo

(5 - 7 )mm , 

40 đo

(7 - 1 0)m ,  =

đoä

b/ Chế độ hàn khí:

 Gĩc nghiêng của mỏ hàn  tăng khi tính dẫn nhiệt, T nĩng chảy và chiều dày của vật hàn tăng

 Cơng suất của ngọn lửa hàn: Là lượng tiêu hao khí

cháy (C2H2) trong một giờ phụ thuộc vào S vật hàn,

tính dẫn nhiệt, T nĩng chảy và phương pháp hàn

+ Khi hàn thép cácbon thấp, đồng thau, đồng thanh:

VC2H2 = (100  120).S [lít/h] - đối với hàn trái

VC2H2 = (120150).S [lít/h] - đối với hàn phải

(S là chiều dày vật hàn [mm])

+ Khi hàn đồng đỏ: VC2H2 = (150200).S [lít/h]

 Đường kính que hàn: Khi hàn thép cácbon chọn:

 Hàn trái: [mm];

 Hàn phải: [mm]

d   S

d  S

2

c/ Chuyển động của mỏ hàn và que hàn:

 Khi hàn sấp, dịch chuyển que hàn và mỏ hàn (a)

 Khi hàn góc, tại các điểm biên, que và mỏ hàn có

thời gian dừng nung nóng mép hàn tốt, để kim loại

trộn đều (b)

Mỏ hàn Que hàn

a/

Mỏ hàn Que hàn

b/

 Khi hàn sấp các tấm mỏng, sử dụng phương pháp hàn nhỏ giọt (c) Khi hàn, nung chảy que hàn tạo thành từng giọt dắp lên mép hàn, sau đó nhấc que hàn ra, đưa mỏ hàn sát vào vật hàn nung chảy giọt kim loại ở mối hàn tạo thành một điểm hàn, sau đó tiếp tục lặp lại để hàn điểm tiếp theo

c/

4.5 CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ

4.5.1.Bản chất của quá trình cắt

 Đốt cháy kim loại bằng dòng ôxy, tạo thành các

ôxýt (FeO, Fe2O3, Fe3O4), làm nóng chảy các ôxýt đó

và thổi chúng khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

 Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung

nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa

nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua để ôxy hóa kim

loại tạo thành các ôxýt Các ôxyt bị nung chảy và bị

áp suất của dòng ôxy thổi khỏi mép cắt Lớp kim loại

tiếp theo tiếp tục bị đốt cháy rồi tạo thành rãnh cắt

Sơ đồ cắt bằng khí

1) Dòng ôxy cắt 2) Dòng hỗn hợp khí cháy 3) Ngọn lửa nung nóng 4) Rãnh cắt 5) Phôi cắt

1

2

3

4

5

 Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ

nóng chảy của kim loại đó

Thép có C < 0,7 % dể cắt, còn nếu lớn hơn phải

nung nóng sơ bộ lên 300  6500C rồi cắt

 Tchảy của ôxýt kim loại phải < Tchảy của kim loại đó

Thép hợp kim crôm có Tchảy = 15500C; còn Tchảy

của Cr2O3= 2.050oC vì vậy phải dùng thuốc cắt mới

có thể cắt được

4.5.2 Điều kiện để kim loại cắt bằng khí  Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao tránh

sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt

 Ôxýt kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt để dễ tách ra khỏi mép cắt

Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt cháy và khi cháy tạo ra ôxýt silic SiO2 có độ sệt cao cản trở quá trình cắt.

4.5.3 Mỏ cắt khí

Yêu cầu:

 Phải đảm bảo cắt được tất cả các hướng, có thể

điều chỉnh ngọn lửa và dòng ôxi cắt

 Có bộ phận gá lắp để cắt vòng và lỗ; bộ mỏ cắt

có nhiều đầu cắt để cắt các chiều dày khác nhau

 Mỏ cắt phải có chiều dài lớn để đảm bảo khoảng

cách từ tay cầm đến đầu mỏ tránh bỏng

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của mỏ cắt khí

1/ ống dẫn khí C2H2 2/ ống dẫn khí ôxy 3/ Van điều chỉnh C2H2 4/ Van điều chỉnh ôxy; 5/ Van điều chỉnh dòng ôxy cắt; 6/ ống dẫn hỗn hợp khí cháy 7/ ống dẫn dòng ôxy cắt

1

2

3

4

6

7

C 2 H 2

O 2

5

Hướng cắt

a/

510 o

b/

Hướng cắt

 Bắt đầu cắt

 Khi cắt phôi tấm theo đường cắt hở, bắt đầu cắt

từ mép phôi Với phôi tấm dày < 50 mm, mỏ cắt đặt

thẳng góc (a) Nếu S > 50 mm, bắt đầu cắt nghiêng

mỏ cắt 510o sau đó đặt thẳng góc (b)

ở giữa tấm, phải tạo lỗ trước bằng cách khoan hoặc dùng mỏ cắt Để tránh hiện tượng nổ, đối với tấm dày bắt đầu nung nóng ở vị trí (I) và di chuyển chậm mỏ cắt đến vị trí (II) mới mở ôxy cắt (c)

c/

lớn sẽ sót nhiều không cắt hết và phá hủy quá trình

cắt Tốc độ cắt của một số loại mỏ cắt (75550)

mm/ph

 Khoảng cách từ mỏ cắt đến vị trí cắt

Khi cắt thép tấm, căn cứ vào chiều dài nhân ngọn

lửa và chiều dày tấm cắt ta có thể chọn khoảng

cách này như sau: h = l + 2 [mm] (l - chiều dài

nhân ngọn lửa) Để giữ được khoảng cách không

đổi khi cắt ta gá thêm một cặp bánh xe

 Tốc độ cắt

2030 0

a/

 Vị trí và sự dịch chuyển của mỏ cắt

 Khi cắt theo đường thẳng, mỏ cắt đặt nghiêng

20300 ngược với hướng cắt (a)

 Khi cắt phôi tròn (b),

bắt đầu nung nóng ở mặt trên và dịch chuyển mỏ cắt một quảng ngắn, mở ôxy để tiến hành cắt

 Đối với phôi tiết diện

vuông bắt đầu cắt từ

nghiêng 2 o đến gần

ngược lại (c)

 Đối với phôi thép góc,

mỏ cắt đặt vuông góc

với mặt cắt, bắt đầu cắt

từ mép tới đỉnh đến mép

tiếp theo (d)

c/

d/