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.
12/8/2017 Chương 4: HÀN VÀ CẮT BẰNG KHÍ 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Thực chất đặc điểm Hàn cắt khí phương pháp hàn cắt, sử dụng nhiệt lửa sinh đốt cháy chất khí cháy (C2H2, CH4, C6H6 v.v ) H2 với ơxy Có thể hàn nhiều loại kim loại hợp kim (gang, đồng, nhôm, thép ) 4.1.2.Khí hàn a/ Khí ơxy: - Ơxy kỹ thuật chứa từ 98,599,5% ôxy khoảng 0,51,5% tạp chất (N2, Ar) - Trong công nghiệp, sản xuất ôxy phương pháp làm lạnh chưng cất phân đoạn không khí Nhiệt độ hố lỏng N2 là: (-195,80C), Ar (185,70C) O2 (-182,060C) - Ơxy kỹ thuật bảo quản thể lỏng khí, 1lít ôxy lỏng bay cho 860 lít thể khí điều kiện tiêu chuẩn; ơxy thể khí chứa bình thép có dung tích 40 lít, P = 150 at = m3 khí hàn chi tiết mỏng loại vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp Hàn khí sử dụng rộng rãi thiết bị đơn giản rẻ tiền; 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 dùng để cắt loại thép mỏng, loại kim loại màu nhiều vật liệu khác b/ Khí Axetylen: Là khí cháy, mùi hắc sản xuất cách: CaC2 + H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + Q Axêtylen (- 82,483,6oC) thể lỏng, (- 85oC) thể rắn T0 tự bốc cháy 420oC (ở áp suất at) Dể phát nổ P > 1,5 at T0> 500oC Ở nhiệt độ P thấp dễ trùng hợp thành (C6H6), (C8H8) Axêtylen hoà tan dầu hoả: 5,7 lít; axêtơn (CH3COCH3): 23 lít C2H2 lít Trong axêtylen có nhiều tạp chất khơng khí, nước; axêtôn Đặc biệt PH3 H2S 4.1.3.Thuốc hàn: 4.2 THIẾT BỊ HÀN KHÍ Tác dụng thuốc hàn tránh ơxy hóa kim loại mối hàn loại bỏ ôxit kim loại tạo thành trình hàn 4.2.1.Sơ đồ chung trạm hàn khí Khi hàn, thuốc hàn đưa vào bể hàn nóng chảy kết hợp với ơxít để tạo lớp xỉ dễ nóng chảy lên bề mặt bể hàn Thuốc hàn có nhiệm vụ hồn ngun kim loại Khi hàn gang thường dùng hỗn hợp K2O Na2O; Khi hàn đồng đỏ, đồng thau dùng borắc (Na2B4O7), axít boríc (H3BO3); Khi hàn nhôm dùng muối florua Sơ đồ trạm hàn cắt khí Bình chứa ơxy; Bình chứa axêtylen; Van gảm áp; Đồng hồ đo áp; Khoá bảo hiểm; Dây dẫn khí; Mỏ hàn mỏ cắt; Ngọn lửa hàn 12/8/2017 4.2.2.Bình chứa khí 4.2.3 Van giảm áp: Dùng để chứa khí ôxy khí axêtylen, chế tạo từ thép dày 48 mm Bình có d = 219 mm, h = 1.390 mm, dung tích 40 lít, trọng lượng 67kg Van giảm áp dụng cụ dùng để giảm áp suất khí bình chứa xuống áp suất làm việc cần thiết tự động trì áp suất mức ổn định Bình chứa ơxy chứa lượng khí có áp suất khoảng 150 at tương ứng với m3 khí (ở 200C at) bên sơn màu xanh xanh da trời Đối với khí ơxy áp suất khí bình đạt tới 150 at, áp suất khí làm việc vào khoảng 34 at, cịn khí axêtylen áp suất bình 1516 at, áp suất 0,11,5 at Bình chứa axêtylen chứa áp suất khí nạp tới 19 at, sơn màu vàng Trong bình chứa bọt xốp (thường than hoạt tính) tẩm axêtơn Sơ đồ ngun lý: Đường dẫn khí cao áp; Nắp van; Van an toàn; 4, 10 Đồng hồ; Buồng thấp áp; 6.Lị xo chính; Vít điều chỉnh; Màng đàn hồi; truyền; 11 Lò xo phụ 4.2.4 Dây dẫn khí: 10 11 Dùng để dẫn khí từ bình chứa khí đến mỏ hàn mỏ cắt Chịu áp suất tới 10 at với dây dẫn ôxy, at với dây dẫn axêtylen, mềm không bị gấp khúc Dây dẫn chế tạo vải lót cao su, có ba loại kích thước sau: - Đường kính 5,5 mm, ngồi khơng quy định - Đường kính 9,5 mm, ngồi 17,5 mm - Đường kính 13 mm, ngồi 22 mm 4.2.5 Mỏ hàn Mỏ hàn kiểu hút: khí C2H2 (0,011,2 at) dẫn vào qua ống 1, khí ơxy (14 at) dẫn vào qua ống (2) Khi dịng ơxy phun đầu miệng phun (5) với tốc độ lớn tạo nên vùng chân không hút C2H2 theo mỏ hàn Mỏ hàn đẳng áp: khí ơxy C2H2 phun vào buồng trộn với áp suất (0,51 at) tiếp tục hòa trộn ống dẫn mỏ hàn, miệng mỏ hàn để đốt cháy tạo thành lửa O2 C2H2 Sơ đồ cấu tạo mỏ hàn khí Dây dẫn khí C2H2; Dây dẫn khí oxy; Van điều chỉnh C2H2; Van điều chỉnh oxy; Buồng hút; Đầu mỏ hàn 12/8/2017 4.3 Ngọn lửa hàn 4.3.1.Ngọn lửa bình thường: a/ Vùng nhân: C2H2 2C + H2 O2 11 , 1,2 C2 H2 Ngọn lửa có màu sáng trắng, nhiệt độ thấp thành phần giàu cácbon I II III T(oC) 3.150 b/ Vùng cháy khơng hồn toàn: C2H2 + O2 = 2CO + H2 + Q Ngọn lửa vùng có màu sáng xanh, nhiệt độ cao (3.2000C) c/ Vùng cháy hoàn toàn: 2CO+H2+1,5O2kk = CO2+H2O+Q Ngọn lửa có màu vàng sẫm, chứa CO2 H2O 4.3.2 Ngọn lửa ơxy hóa: O2 1,2 C2 H L (mm) Sơ đồ cấu trúc lửa hàn I/ Nhân lửa; II/ Vùng cháy chưa hoàn toàn; III/ Vùng cháy hoàn toàn a/ Vùng nhân: C2H2 2C + H2 Vùng nhân ngắn, nhiệt độ thấp b/ Vùng cháy khơng hồn tồn: C2H2 + 1,5O2 = 2CO + H2 + 0,5O2 + Q Ngọn lửa vùng có màu vàng nhạt đến vàng sẫm, mang tính ơxy hóa c/ Vùng cháy hồn tồn: 2CO + H2 + 0,5O2+ O2kk = 2CO2 + H2O + Q Ngọn lửa dùng để hàn đồng thau, cắt đốt bề mặt chi tiết máy 4.3.3.Ngọn lửa cácbon hóa: O2 11 , C2 H a/ Vùng nhân: C2H2 2C + H2 Vùng nhân dài, nhiệt độ thấp b/ Vùng cháy khơng hồn tồn: C2H2+0,5O2= CO+H2+C+Q Ngọn lửa vùng mang tính cácbon hóa c/ Vùng cháy hoàn toàn: CO+H2+C+O2kk → CO2+H2O+ Q Nhân lửa dài, dùng để hàn gang, thép gió thép hợp kim để bề mặt chi tiết 12/8/2017 4.4 Cơng nghệ hàn khí 4.4.2.Kỹ thuật chế độ hàn khí 4.4.1 Chuẩn bị vật hàn: a/ Phương pháp hàn khí: a/ Trước hàn, cần phải váp mép, làm xỉ, ôxyt, dầu mỡ… mép hàn khu vực quanh mối hàn rộng 2030 mm phía Phương pháp hàn phải (a): Ngọn lửa hàn hướng phía mối hàn Nhiệt chủ yếu tập trung vào vũng hàn nên độ ngấu mối hàn sâu, mối hàn nguội chậm bảo vệ tốt, lượng tiêu hao khí giảm Dùng hàn dày S > mm kim loại vật hàn dẫn nhiệt nhanh b/ Vật hàn trước hàn khí cần chọn gá lắp hợp lý hàn dính số điểm để bảo đảm vị trí tương đương kế cấu trình hàn Phương pháp hàn trái (b): lửa hàn hướng phía chưa hàn Dùng hàn mỏng (S < mm), kim loại màu b/ Chế độ hàn khí: 40 = m, )m (5 (7 - b/ -7 a/ 0)mm , =5 đo ä độ Góc nghiêng mỏ hàn : tăng tính dẫn nhiệt, T nóng chảy chiều dày vật hàn tăng (3 -5 )m (1 m + Khi hàn thép cácbon thấp, đồng thau, đồng thanh: (S chiều dày vật hàn [mm]) + Khi hàn đồng đỏ: m, m, ộ 0đ =2 =1 độ đo ä Đường kính que hàn: Khi hàn thép cácbon chọn: Hàn trái: d VC2H2 = (100 120).S [lít/h] - hàn trái VC2H2 = (120150).S [lít/h] - hàn phải =3 )m -3 1m Công suất lửa hàn: Là lượng tiêu hao khí cháy (C2H2) phụ thuộc vào S vật hàn, tính dẫn nhiệt, T nóng chảy phương pháp hàn , Hàn phải: S 1 d S [mm]; [mm] VC2H2 = (150200).S [lít/h] 12/8/2017 c/ Chuyển động mỏ hàn que hàn: Khi hàn sấp, dịch chuyển que hàn mỏ hàn (a) Khi hàn góc, điểm biên, que mỏ hàn có thời gian dừng nung nóng mép hàn tốt, để kim loại trộn (b) Mỏ hàn Que hàn Que hàn Mỏ hàn a/ Khi hàn sấp mỏng, sử dụng phương pháp hàn nhỏ giọt (c) Khi hàn, nung chảy que hàn tạo thành giọt dắp lên mép hàn, sau nhấc que hàn ra, đưa mỏ hàn sát vào vật hàn nung chảy giọt kim loại mối hàn tạo thành điểm hàn, sau tiếp tục lặp lại để hàn điểm b/ c/ 4.5 CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ C2H2+O2 4.5.1.Bản chất trình cắt Đốt cháy kim loại dịng ơxy, tạo thành ơxýt (FeO, Fe2O3, Fe3O4), làm nóng chảy ơxýt thổi chúng khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Khi bắt đầu cắt, kim loại mép cắt nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt lửa nung, sau cho dịng ơxy thổi qua để ơxy hóa kim loại tạo thành ôxýt Các ôxyt bị nung chảy bị áp suất dịng ơxy thổi khỏi mép cắt Lớp kim loại tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt 4.5.2 Điều kiện để kim loại cắt khí Nhiệt độ cháy kim loại phải thấp nhiệt độ nóng chảy kim loại Thép có C < 0,7 % dể cắt, cịn lớn phải nung nóng sơ lên 300 6500C cắt Tchảy ôxýt kim loại phải < Tchảy kim loại Thép hợp kim crơm có Tchảy = 15500C; cịn Tchảy Cr2O3= 2.050oC phải dùng thuốc cắt cắt O2 Sơ đồ cắt khí 1) Dịng ơxy cắt 2) Dịng hỗn hợp khí cháy 3) Ngọn lửa nung nóng 4) Rãnh cắt 5) Phôi cắt Độ dẫn nhiệt kim loại không cao tránh tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng làm gián đoạn q trình cắt Ơxýt kim loại nóng chảy phải có độ chảy lỗng tốt để dễ tách khỏi mép cắt Gang khơng thể cắt khí nhiệt độ nóng chảy thấp nhiệt cháy cháy tạo ơxýt silic SiO2 có độ sệt cao cản trở trình cắt 12/8/2017 4.5.3 Mỏ cắt khí Yêu cầu: O2 Phải đảm bảo cắt tất hướng, điều chỉnh lửa dịng ơxi cắt Có phận gá lắp để cắt vòng lỗ; mỏ cắt có nhiều đầu cắt để cắt chiều dày khác Mỏ cắt phải có chiều dài lớn để đảm bảo khoảng cách từ tay cầm đến đầu mỏ tránh bỏng 4.5.4 Kỹ thuật chế độ cắt Bắt đầu cắt Khi cắt phôi theo đường cắt hở, bắt đầu cắt từ mép phôi Với phôi dày < 50 mm, mỏ cắt đặt thẳng góc (a) Nếu S > 50 mm, bắt đầu cắt nghiêng mỏ cắt 510o sau đặt thẳng góc (b) Hướng cắt a/ C2H2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mỏ cắt khí 1/ ống dẫn khí C2H2 2/ ống dẫn khí ơxy 3/ Van điều chỉnh C2H2 4/ Van điều chỉnh ôxy; 5/ Van điều chỉnh dịng ơxy cắt; 6/ ống dẫn hỗn hợp khí cháy 7/ ống dẫn dịng ơxy cắt Khi cắt phơi theo đường cắt kín, bắt đầu cắt tấm, phải tạo lỗ trước cách khoan dùng mỏ cắt Để tránh tượng nổ, dày bắt đầu nung nóng vị trí (I) di chuyển chậm mỏ cắt đến vị trí (II) mở ôxy cắt (c) I II Hướng cắt b/ c/ 510o Tốc độ cắt Tốc độ cắt nhỏ làm hỏng mép cắt, tốc độ cắt lớn sót nhiều khơng cắt hết phá hủy q trình cắt Tốc độ cắt số loại mỏ cắt (75550) mm/ph Khoảng cách từ mỏ cắt đến vị trí cắt Khi cắt thép tấm, vào chiều dài nhân lửa chiều dày cắt ta chọn khoảng cách sau: h = l + [mm] (l - chiều dài nhân lửa) Để giữ khoảng cách không đổi cắt ta gá thêm cặp bánh xe Vị trí dịch chuyển mỏ cắt 20300 Khi cắt theo đường thẳng, mỏ cắt đặt nghiêng 20300 ngược với hướng cắt (a) a/ Khi cắt phôi trịn (b), bắt đầu nung nóng mặt dịch chuyển mỏ cắt quảng ngắn, mở ôxy để tiến hành cắt b/ 12/8/2017 Đối với phôi tiết diện vng bắt đầu cắt từ góc, ban đầu đặt nghiêng 23o đến gần cuối nghiêng chiều ngược lại (c) Đối với phơi thép góc, mỏ cắt đặt vng góc với mặt cắt, bắt đầu cắt từ mép tới đỉnh đến mép (d) c/ d/ ... dài, dùng để hàn gang, thép gió thép hợp kim để bề mặt chi tiết 12/8/2017 4. 4 Cơng nghệ hàn khí 4. 4.2.Kỹ thuật chế độ hàn khí 4. 4.1 Chuẩn bị vật hàn: a/ Phương pháp hàn khí: a/ Trước hàn, cần phải... que hàn ra, đưa mỏ hàn sát vào vật hàn nung chảy giọt kim loại mối hàn tạo thành điểm hàn, sau tiếp tục lặp lại để hàn điểm b/ c/ 4. 5 CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ C2H2+O2 4. 5.1.Bản chất q trình cắt. .. nóng mép hàn tốt, để kim loại trộn (b) Mỏ hàn Que hàn Que hàn Mỏ hàn a/ Khi hàn sấp mỏng, sử dụng phương pháp hàn nhỏ giọt (c) Khi hàn, nung chảy que hàn tạo thành giọt dắp lên mép hàn, sau