Thực chất đặc điểm và công dụng của hàn. Thực chất của hàn là quá trình công nghệ nối (2 hoặc nhiều chi tiết, bộ phận) thành một khối thống nhất bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái lỏng (hoặc dẻo), sau đó kim loại tự kết tinh (hoặc dùng lực ép) tạo thành mối hàn. Đặc điểm và ứng dụng của hàn. Liên kết hàn là liên kết cố định không tháo rời được. So với đinh tán tiết kiệm 10 đến 20% khối lượng kim loại, so với đúc tiết kiệm 50%. Hàn giúp chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp, liên kết các kim loại có cùng tính chất hoặc khác tính chất với nhau. Mối hàn đạt độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu làm việc của các kết cấu quan trọng (vỏ tàu, bồn chứa, nồi hơi, ..vv). Quá trình hàn có thể được tự động hóa hoặc cơ khí hóa
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN – BÀI HỌC SỐ 3.2 Hàn cắt khí 3.2.1 Thực chất - Đặc điểm công dụng hàn khí: - Hàn khí trình nung nóng vật hàn que hàn đến trạng thái hàn lửa khí ch¸y (CH4 , C2H2 , C6H6 ) với ôxi - Hàn cắt kim loại khí đ-ợc sử dụng rộng rÃi thiết bị đơn giản, rẻ tiền, hàn đ-ợc nhiều loại vật liệu khác nh- thép, gang, đồng nhôm đặc biệt thích hợp hàn vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp, kết cấu mỏng - Hàn khí có nh-ợc điểm lớn vật hàn dễ bị biến dạng cong vênh, suất hàn thấp - Lĩnh vực sử dụng hợp lý chiều dày vật hàn mỏng, chế tạo sửa chữa chi tiết mỏng, sửa chữa chi tiết đúc gang, đồng thanh, nhôm, magiê hàn nối ống có đ-ờng kính nhỏ trung bình, hàn chi tiết kim loại màu, hàn vẩy kim loại hàn hợp kim cứng 3.2.2 Vật liệu hàn khí: Bao gồm ôxi kỹ thuật, loại khí cháy hiđrô, thuốc hàn que hàn 3.2.2.1 ôxi : - điều kiện bình th-ờng (t0- 200C , áp suất atm) ôxi khí không màu, không cháy, không mùi, nặng không khí nh-ng trì cháy tốt - Để hàn cắt dùng ôxi có ®é tinh khiÕt cao («xi kü thuËt) «xi kü thuËt đ-ợc sản xuất theo loại: + Loại 1: độ tinh khiết không d-ới 99,7% + Loại 2: độ tinh khiết không d-ới 99,5% + Loại 3: độ tinh khiết không d-ới 99,2% Còn lại tạp chất (nh- N2 , Acgông ) Độ tinh khiết ôxi có ý nghĩa lớn hàn, đặc biệt cắt kim loại ôxi tinh khiết tốc độ cắt cao, mép cắt gọn tiêu phí ôxi Để sản xuất ôxi dùng ph-ơng pháp: - Ph-ơng pháp hóa học: dùng phản ứng hóa học để giải phóng O2 - Ph-ơng pháp điện phân : điện phân n-ớc để nhận đ-ợc O2 - Ph-ơng pháp phân giải không khí: đ-ợc dùng nhiỊu thùc tÕ s¶n xt Thùc chÊt cđa ph-ơng pháp làm lạnh không khí đến thể lỏng, sau nâng dần nhiệt độ chất khí bay 198,50C N2 bốc hơi, -185,70C acgông bốc -182,060C O2 bốc Ph-ơng pháp có suất cao, l-ợng điện tiêu tốn Có thể dùng O2 trạng thái lỏng (1lÝt O2 láng cho 860 lÝt khÝ O2), v× thiÕt bị chứa nhỏ, vận chuyển dễ dàng nên chất l-ợng O2 tèt, kh«ng chøa khÝ Èm Cịng cã thĨ cho O2 bốc nén vào bình chứa có dung tích 49 lít, áp suất 150 atm Loại đ-ợc dïng nhiỊu ë n-íc ta Chó ý: khÝ O2 ë trạng thái nén tiếp xúc với chất dầu mỡ, khoáng vật chất cháy có hạt nhỏ nh- hạt bụi than, chất hữu tự bốc cháy Sự cháy nhiệt sinh nén O2 đột ngột ma sát hay va đập hạt vật chất rắn với kim loại Vì dùng O2, đặc biệt dạng nén phải ý tránh không cho tiếp xúc với chất hữu dễ cháy Thiết bị hàn khí 3.2.2.2 Khí axêtylen (C2H2 ) C2H2 loại khí cháy th-ờng đ-ợc dùng hàn khí, chúng đ-ợc sản xuất phản ứng sau: CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + Q Ngoµi sản xuất C2H2 từ dầu mỏ, khí thiên nhiên cách đem nhiệt phân hỗn hợp Cacbua hiđrô 2CH4 C2H2 + H2 a) Cacbua Canxi (CaC2 ) CaC2 gọi đất đèn, hợp chất hóa học Canxi Cacbon Chế tạo đất đèn cách nấu chảy đá vôi (CaCO3) với than cốc than Angtraxit lò điện nhiệt độ 19000C 23000C Phản ứng tạo CaC2 nh- sau: Cao +3C = CaC2 + CO – Q Trong c«ng nghiƯp Cacbua Canxi kü thuËt chøa (65 80)% CaC2 , (1025)% CaO, lại tạp chất nh- C, CO2, SiO2, CaC2 phân hủy n-ớc theo phản øng: CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + 30,4kcal/g Tốc độ phản ứng đặc tr-ng thể tích C2H2 thu đ-ợc phân hủy kg CaC2 đơn vị thời gian Hạt CaC2 bé tốc độ phân hủy cao nh-ng l-ợng C2H2 Hạt lớn tốc độ phân hủy chậm, l-ợng C2H2 nhiều, nhiệt độ ban đầu cao tốc độ phân hủy lớn Tốc độ phân hủy sau chậm hạt CaC2 bị phủ vôi Nếu n-ớc chứa nhiều 20% Ca(OH)2 tốc độ phân hủy giảm mạnh đặc biệt nhiệt độ cao Vì cần thay đổi n-ớc, xáo trộn CaC2 lấy Ca(OH)2 b) Axêtylen (C2H2) Tính chất C2H2: C2H2 loại khí Cácbua hiđrô ch-a bÃo hòa CnH2n-2, nhẹ không khí, không màu, có mùi hắc dạng nguyên chất C2H2 hóa lỏng nhiệt độ (82,40C -83,60C) với áp suất atm hóa rắn t0 -850C C2H2 lỏng rắn bị nổ ma sát hay va ®Ëp Sù nỉ cđa C2H2 chđ u phơ thc vào áp suất nhiệt độ Nếu áp suất nhiệt độ cao C2H2 dễ nổ, áp suất nhiệt độ thấp C2H2 trùng hợp tạo thành hợp chất phức tạp nh- C6H6, C8H8, C10H8, C7H8 Muốn nhận đ-ợc C2H2 thể khí phải đảm bảo ¸p st cđa khÝ ë thïng ®iỊu chÕ nhá 1,5 atm để nhiệt độ tăng lên 5800 6000 không sinh nổ C2H2 tác dụng với Cu, Ag để thành hợp chất nổ Vì thiết bị điều chế C2H2 không đ-ợc làm hợp kim chứa 70% Cu Hỗn hợp C2H2 với chất có chứa O2 tạo khả nổ C2H2 hóa hợp với O2 nguyên chất ë ¸p st khÝ trêi víi t0 = 3050C 4700C với O2 nguyên chất áp suất khí trêi víi t0 = 2970C 3060C sÏ nỉ Khi nổ cho tốc độ cháy cao (đạt tới 3000 m/s ), ¸p suÊt cao ( 350 600 ) atm c) Các khí cháy khác - Hiđrô: H2 điều kiện bình th-ờng khí không màu, không mùi Là khí nhẹ nhất, nhẹ không khí 14,5 lần Với tỷ lệ định H2 có khả tạo với không khí O2 thành hỗn hợp dễ nổ H2 cung cấp cho hàn đ-ợc đựng bình thép, nhiệt độ lửa cháy đạt 24000 26000C có màu xanh lơ Hệ số thay so với C2H2 5,2 lần, sử dụng để hàn gang, đồng,nhôm, hàn thép có chiều dày tới mm - Khí than cốc: Là khí không màu có mùi sunfua hiđrô Khí than cốc đ-ợc lấy luyện than cốc từ than đá Đó hỗn hợp khí cháy từ sản phẩm H 2, CH4 chất Cacbua hiđrô không no khác Để hàn cắt dùng khí than cốc đà làm hợp chất sunfua nhựa đ-ờng Để đốt cháy m3 khí cần dùng 0,9 m3 ôxi , cháy cho nhiƯt ®é 21000 23000C HƯ sè thay thÕ so với C2H2 3,2 lần - Xăng: Là sản phẩm lấy từ dầu thô, chất lỏng suốt, dễ bay hơi, có mùi đặc tr-ng rõ Ngọn lửa xăng cháy với O2 cã t0=249025900C HƯ sè thay thÕ so víi C2H2 1,4 lần Để làm xăng, lọc qua lớp phớt Xăng dùng để cắt O2 hàn, hàn vảy kim loại dễ nóng chảy - Dầu lửa: Cũng sản phẩm lấy từ dầu thô chất lỏng màu vàng nhạt, dễ bay Khi ch¸y víi O2 cho ngän lưa cã t0 = 24000C HƯ sè thay thÕ C2H2 tõ 1,3 lÇn dạng lỏng chứa Xitéc thùng Dùng dầu lửa để cắt thép hàn, hàn vảy kim loại màu dễ nóng chảy 3.2.2.3 Que hàn thuèc hµn hµn khÝ a) Que hµn: Hµn khÝ dạng hàn nóng chảy, nguồn nhiệt lửa hàn Trong trình hàn dùng que hàn phụ để bổ xung kim loại cho mối hàn, không cần hàn kim loại mỏng có gấp mép Khi hàn thép, tính mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào bảo vệ vũng hàn lửa, vào chất l-ợng bề mặt vật hàn thành phần hóa học que hàn Que hàn hàn khí cần thoả mÃn yêu cầu: - Nhiệt độ nóng chảy kim loại que hàn không cao nhiệt độ nóng chảy kim loại - Đ-ờng kính que hàn phải t-ơng ứng chiều dày vật hàn - Bề mặt que hàn phải (không bị rỉ, không dính dầu mỡ chất bẩn khác) - Không gây t-ợng sôi làm bắn kim loại khỏi vũng hàn - Không tạo bọt khí vũng hàn không đ-a vào vũng hàn tạp chất phi kim Que hàn dùng hàn khí có nhiều loại nh- dây Cacbon thấp, dây hợp kim, dây hợp kim cao, dây hàn để hàn gang Khi hàn thép th-ờng dùng loại dây có đ-ờng kính từ 0,3 12 mm Loại dây làm b»ng thÐp Cacbon cã d = (0,3 2) mm đ-ợc chế tạo thành cuộn Khi hàn thép Cacbon dùng loại dây hàn Si-Mn đảm bảo tính mèi hµn cao nh- hµn hå quang b»ng que hàn chất l-ợng tốt Dây hàn để hàn gang th-ờng dïng lo¹i cã d = 6; 8; 10; 12 mm a) Thuốc hàn: Trong trình hàn, tất kim loại hợp kim chúng kết hợp với O không khí lửa hàn để tạo ôxit có nhiệt độ nóng chảy cao Để tránh không cho kim loại nóng chảy bị ôxi hóa loại bỏ ôxit hình thành hàn, dùng loại bột hàn gọi thuốc hàn Khi hàn thuốc hàn đ-ợc đ-a vào vũng hàn d-ới dạng bột dạng chất lỏng dễ bay Thuốc hàn đ-ợc bôi vào mép kim loại hàn que hàn, nhúng que hàn vào bình chứa thuốc hàn Trong trình hàn, thuốc đ-a vào nóng chảy kết hợp với ôxit để tạo lớp xỉ dễ nóng chảy lên bề mặt vũng hàn Lớp xỉ bảo vệ cho mối hàn khỏi bị ôxi hóa Ngoài có nhiệm vụ hoàn nguyên kim loại (tách kim loại khỏi ôxit tạp chất phi kim ) Thuốc hàn có nhiều loại phải thoả măn yêu cầu sau: - Dễ chảy, có nhiệt độ chảy nhỏ nhiệt độ chảy kim loại bàn que hàn - Xỉ tạo thành phải bảo vệ tốt kim loại vũng hàn khỏi bị ôxi hóa dễ tách khỏi mối hàn sau hàn - Thuốc hàn nóng chảy không độc hại gây ảnh h-ởng xấu đến mối hàn - Xỉ tạo thành phải dễ lên bề mặt vũng hàn - Giữ đ-ợc tính chất thuốc suốt trình hàn, rẻ tiền, dễ kiếm Tùy theo tính chất kim loại hàn mà dùng thuốc có tính axit hay bazơ Nếu hình thành ôxit bazơ phải dùng thuốc hàn axit, ng-ợc lại hình thành ôxit axit dùng thuốc bazơ Tr-ớc hàn, thuốc hàn cần đ-ợc nung nóng tr-ớc để hàn không sinh bọt khí tiết n-ớc làm giảm chất l-ợng mối hàn, đồng thời tránh t-ợng thuốc bắn khỏi vũng hàn 3.2.3 Thiết bị hàn khí 3.2.3.1 Bình nén khí Bình nén chứa khí o xi a xê ty len có dung tích th-ờng 40 lít hay 70 lít Các chất khí nén với âp xuất cao nh- o xi tới 200 át a xê ty len th-ờng nén áp xuất 19 at Bình nén khí th-ờng đ-ợc chế tạo thép bon trung bình theo phng pháp hàn tự động bán tự động Mối hàn đ-ợc kiểm tra chặt chẽ siêu âm Đề thuận tiện trong trình sử dụng ng-ời ta qui -ớc sơn màu khác theo loại khí chứa bình Ngoài để vận chuyển khí ng-ời ta sản xuất loại xe téc chuyên chở khí với dung tích tới vài chục mét khối Sau hình ảnh số thiết bị bình nén khí vần th-ờng đ-ợc sử dụng sản xuất 3.2.3.2 Bình điều chế a xê ty len Đối với sở sản xuất nhỏ xa khu công nghiệp th-ờng a xê ty len đóng chai sẵn mà phải điều chế chúng từ thiết bị điều chế chuyên dùng cho hàn khí Sau nghiên cứu số thiết bị điều chế a xê ty len ®ang sư dơng phỉ biÕn ThiÕt bÞ ®iỊu chÕ a xê ty len theo ph-ơng pháp đá rơi vào n-ớc 1: Phễu chứa đất đèn 2: Van gạt 3: èng dÉn khÝ C2H2 4: B· ®Êt ®Ìn 5: Van xả cặn Nguyên lý hoạt động : Đất đèn CaC2 chứa phễu liệu với kích th-ớc nhỏ hợp lý thông th-ờng 20 x 30 mm Khi gạt van gạt đất đèn sÏ r¬i xng H 2O chøa ë thïng phÝa d-íi phản ứng xảy ra: CaC2 + H2O = C2H2 + Ca(OH)2 KhÝ a xe ty len nhĐ nỉi lªn khoang trống thiết bị theo ống dẫn số thiết bị chúa mỏ hàn Cặn bà vôi Ca(OH)2 sau thời gian đ-ợc tháo khỏi thiết bị van tháo đáy số Thiết bị điều chế a xê ty len theo ph-ơng pháp n-ớc rơi vào đá 1: Khay chóa CaC2 2: Buång phản ứng 3: Thùng chúa H2O 4: Van tháo n-ớc 5: èng dÉn khÝ C2H2 6: Khoang chóa khÝ Nguyªn lý lµm viƯc: H2O tõ thïng chóa theo van chảy vào buồng phản ứng có chúa khay đất đèn Phản ứng xảy C2H2 theo ống dẫn thiết bị chúa hay mỏ hàn Trong ph-ơng pháp khí a xê ty len đà đ-ợc làm nguội so với ph-ơng pháp đá rơi vào n-ớc Thiết bị điều chế a xê ty len theo ph-ơng pháp n-ớc tiếp xúc với đá 1: Mặt sàng chứa CaC2 2: N-ớc bình bên cao đá 3: ống dẫn van khóa Nguyên lý hoạt động: Đất đèn đ-ợc đặt mặt sàng n-ớc chúa bình có thông với bình Khi n-ớc bình cao mặt sàng lúc CaC2 tiếp xúc với n-ớc xảy phản ứng sinh khí a xê ty len KhÝ a xª ty lªn bay lªn khoang trống bình theo ống Bà đất đèn sau phản ứng lọt qua mặt sàng rơi xuống đáy bình để lớp CaC2 tiếp phía lại tụt xuống tiếp xúc với n-ớc Nức n-ớc bình đủ để xảy phản ứng cân với áp suất khí sinh bình Thiết bị điều chế a xê ty len theo ph-ơng pháp hỗn hợp Thiết bị kiểu kết hợp nguyên lý n-ớc rơi vào đá nguyên lý đá tiếp xúc với n-ớc Ph-ơng pháp điều chế a xê ty len kiểu khí nguội phản ứng xảy triệt để n-ớc dùng phản ứng đ-ợc thay th-ờng xuyên 3.2.3.3 Khóa bảo hiểm Đây thiết bị dùng để ngăn chặn lửa cháy ng-ợc từ mỏ hàn bình nén, bình chúa tránh phát nổ thiết bị chứa Khi xảy t-ợng cháy ng-ợc từ mỏ hàn bình chứa? Khi mà tốc độ phản ứng cháy chất khí cháy o xi lớn tốc độ cấp khí Thiết bị khóa bảo hiểm cần đạt đ-ợc yêu cầu sau đây: - Ngăn cản lửa cháy ng-ợc không cho chạy tới bình chứa - Xá đ-ợc hỗn hợp khí cháy - Có độ bền áp suất cao khí cháy - Giảm cản trở khí động học - Tiêu hao n-ớc khí chạy qua - Dễ kiểm tra , súc rửa sữa chữa Hình vẽ sau nguyên lý hoạt động khóa bảo hiĨm kiĨu hë: 1: Vá b×nh èng kiĨm tra 3: Khóa 4: ống dẫn 5: Van 6: Màng bảo hiĨm 7: PhƠu 8: èng dÉn C 2H Nước H 3.2.3.4 Van giảm áp Van giảm áp đ-ợc gắn bình chứa khí dùng để giảm áp suất khí từ cao xuống áp suất làm việc nh- điều chỉnh l-ợng khí tiêu hao trình làm việc Đối với o xi áp suất khí làm việc th-ờng 3- at khí a xê ty len áp suất khí làm việc 1,9 at Sau sơ đồ cấu tạo loại van giảm áp kiểu màng( Loại đơn cấp) 1: Buồng áp suất cao 2: Nắp van 3: Nắp an toàn 4: áp kế 5: Buồng áp lùc thÊp 10 11 6: Lò so 7: Vít điều chỉnh 8: Màng 9: Cần 10: áp kế 11: Lò so 3.2.3.5 Mỏ hàn, mỏ cắt Mỏ hàn, mỏ cắt nơi khí cháy o xi đ-ợc trộn với theo tỷ lệ phù hợp với phản ứng cháy chúng Tại đầu mỏ hàn nơi xảy phản ứng cháy nhiệt l-ợng sinh chủ yếu đầu má hµn C 2H O2 C 2H CO Mỏ hàn khí kiểu hút Mỏ hàn khí kiểu đẳng áp Má c¾t Chú ý: Tài liệu q trình hồn thiện phát triển đề nghị em sinh viên đăng nhập đầy đủ vào zoom chat để trả lời câu hỏi nội dung học ... mối hàn, không cần hàn kim loại mỏng có gấp mép Khi hàn thép, tính mối hàn phụ thuộc chủ yếu vào bảo vệ vũng hàn lửa, vào chất l-ợng bề mặt vật hàn thành phần hóa học que hàn Que hàn hàn khí. .. hình thành hàn, dùng loại bột hàn gọi thuốc hàn Khi hàn thuốc hàn đ-ợc đ-a vào vũng hàn d-ới dạng bột dạng chất lỏng dễ bay Thuốc hàn đ-ợc bôi vào mép kim loại hàn que hàn, nhúng que hàn vào bình... vũng hàn - Không tạo bọt khí vũng hàn không đ-a vào vũng hàn tạp chất phi kim Que hàn dùng hàn khí có nhiều loại nh- dây Cacbon thấp, dây hợp kim, dây hợp kim cao, dây hàn để hàn gang Khi hàn