Bài giảng Hàn và cắt bằng khí

 	 Chương 5:  	 HÀN VÀ CẮT BẰNG KHÍ 
 5.5 . CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ: 
 5.4 . CÔNG NGHỆ HÀN KHÍ: 	 
 5.3 . THIẾT BỊ HÀN KHÍ: 
 5.1 . KHÁI NIỆM : 
 5 .2. VẬT LIỆU HÀN KHÍ: 
5.1.KHÁI NIỆM 
5.1.1.Thực chất 
5.1.2.Đặc điểm của hàn khí 
5.1. 3.Công dụng của hàn khí 
 	 5.1.1.Thực chất : 
Hàn khí là gì ? 	 
	 Hàn khí là quá trình nung nóng vật hàn và que hàn đến trạng thái hàn : kim loại nóng chảy bằng ngọn lửa của khí cháy (C 2 H 2 ; CH 4 ; C 6 H 6 ) với O 2. 
 5.1.2.Đặc điểm của hàn khí : 
Hàn khí có các đặc điểm sau : 
Thiết bị hàn đơn giản và rẻ tiền . 
Có thể hàn được nhiều vật liệu khác nhau như thép , gang, đồng , nhôm  
Hàn những vật liệu nhiệt độ chảy thấp , các kết cấu mỏng . 
Nhược điểm lớn nhất của hàn khí là vật hàn dễ bị biến dạng , cong vênh , năng suất hàn thấp hơn . 
5.1.3.Công dụng của hàn khí : 
Hàn khí có các công dụng sau : 
Hàn khí được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp và công trường . 
Đối với một số thép thường , kim loại màu , sữa chữa các chi tiết đúc bằng gang, hàn nối các ống có đường kính nhỏ và trung bình  hàn khí đóng vai trò khá quan trọng . 
 5.2. VẬT LIỆU HÀN KHÍ: 
5.2.1. Khí oxy (O 2 ) : 	 
5.2.2. Khí Axetylen (C 2 H 2 ) : 
5.2.3. Que hàn và thuốc hàn : 
	 5.2.1.Khí Oxy: 
	 Để hàn và cắt ta dùng O 2 có độ tinh khiết cao gọi là Oxy kỹ thuật(nồng độ gần như nguyên chất 99.2%) duy trì sự cháy rất tốt . Oxy càng tinh khiết thì tốc độ cắt càng cao , mép cắt càng gọn sạch và tiêu phí Oxy càng ít . 
Để sản xuất Oxy có thể dùng 3 phương pháp : 
Phương pháp hóa học : 
	 Dùng các phản ứng hóa học để giải phóng O 2 
Phương pháp điện phân : 
	 Điện phân nước để nhận được O 2 
Phương pháp phân giải không khí : 
	Oxy được điều chế từ phương pháp hóa lỏng không khí , nén không khí dưới áp suất cao sau đó cho bay hơi phân cấp dựa vào điểm sôi của N 2 = -196 0 C, Ar = -186 0 C, O 2 = -183 0 C để thu được khí oxy(gọi là Oxy kỹ thuật ). 
	Oxy được nén ở áp suất 150 at trong bình thép có dung tích 40 lit ( bình có thể chứa 6m 3 O 2 ). Khí Oxy được điều chế như vậy có độ nguyên chất có thể đạt từ 98  99.5% . 
5.2.2.Khí Axetylen : 
Khí Axetylen là gì ? 
	 Là khí cháy , mùi hắc sản xuất bằng cách cho đất đèn (CaC 2 ) tác dụng với nước H 2 O:	 
	CaC 2 +H 2 O =Ca(OH) 2 + C 2 H 2  + Q 
	 Sự nổ của C 2 H 2 có thể xảy ra khi áp suất cao , nhiệt độ cao . 
 Hiện tượng cháy nổ C 2 H 2 : 
Nếu áp suất p >1.5 at và t o >500 0 C thì C 2 H 2 dễ nổ. 
Nếu áp suất p <3 at và t o < 540 0 C sẽ xảy ra quá trình trùng hợp . 
Ở các áp suất , nhiệt độ và thời gian xác định , C 2 H 2 tác dụng với Cu, Ag tạo thành các hợp chất axêtenlua Cu,Ag , dễ nổ khi va đập mạnh hay nhiệt độ tăng cao . 
Hỗn hợp của C 2 H 2 với các chất có chứa Oxy sẽ tạo nên khả năng nổ: C 2 H 2 hóa hợp với không khí ở áp suất khí trời với t o = (305  470 0 C) hoặc với Oxy nguyên chất ở áp suất khí trời và t o = (297  306 0 C) sẽ nổ. 
 5.2.3.Que hàn -thuốc hàn : 
1. Que hàn : 
2. Thuốc hàn : 	 
 	 	1.Que hàn : 
	 Dây hàn có Þ =(0.3 12)mm. 
Que hàn phụ dùng để bổ sung kim loại cho mối hàn . 
Que hàn để hàn khí cần phải : 
t o nc của kim loại que hàn < t o nc của kim loại cơ bản . 
Đường kính que hàn phải tương đương chiều dày vật hàn . 
Bề mặt của que hàn phải sạch . 
Không gây hiện tượng sôi làm bắn kim loại ra khỏi vũng hàn . 
Không tạo các bọt khí trong vũng hàn và không đưa vào vũng hàn các tạp chất phi kim . 
 	 2.Thuốc hàn : 
Tác dụng của thuốc hàn là tránh sự oxy hóa kim loại của mối hàn và loại bỏ các ôxit kim loại tạo thành trong quá trình hàn . 
Trong quá trình hàn , thuốc hàn đưa vào bể hàn sẽ nóng chảy ra và kết hợp với các Oxít 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 . 
Tùy theo tính chất của kim loại hàn mà dùng thuốc hàn có tính axit hay bazơ. 
 5.3. THIẾT BỊ HÀN KHÍ: 
	 1. Bình nén : 
	 2. Bình điều chế Axetylen : 
	 3. Khóa bảo hiểm : 
	 4. Van giảm áp : 
	 5. Mỏ hàn(mỏ cắt ): 
 1.Bình nén : 
Bình chứa dùng để chứa khí nén . Để hàn và cắt khí dùng bình chứa có dung tích 40 lít , áp suất có thể đến 200 at. 
Bình chứa O 2 có thể chứa được 6 m 3 O 2 , (V = 40l, p = 150 at). 
Bình chứa C 2 H 2 có dung tích 40 lít và áp suất 
	p < 19 at+ than hoạt tính và axêton . 
 2.Bình điều chế Axetylen : 
	 Dùng khi không có bình chứa sẵn , xa chỗ sản xuất C 2 H 2 . 
a. Phân loại : 
b. Các loại thùng điều 
 chế Axêtylen : 
a. Phân loại : 
Theo năng suất:có các loại 0.8; 1.25; 3.2; 5; 10; 20; 40; 80 m 3 /h. 
Theo cách lắp đặt có loại di động và loại cố định 
Theo hệ thống điều chỉnh và theo sự tác dụng giữa CaC 2 với nước . 
b.Các loại thùng điều chế Axêtylen : 
.	 Loại đá rơi vào nước : 
.	 Loại nước rơi vào đá : 
.	 Loại đá và nước rơi tiếp xúc nhau : 
.	 Loại hỗn hợp : 
 Loại đá rơi vào nước : 
	 Đất đèn chứa trong phễu 1, rơi xuống thùng 4 qua cửa 2. Sau khi tác dụng với nước khí C 2 H 2 theo ống 3 đi ra mỏ hàn . Bã vôi tôi Ca(OH) 2 lọt qua sàng 6 xuống đáy thùng 4 và được tháo ra ngoài bàng nút 5. 
( Hình ) 
1.Phễu chứa đất đèn 
2.Cửa 
3.Ống dẫn 
4.Đáy thùng 
5.Nút . 
 Loại đá rơi vào nước : 
 Loại nước rơi vào đá: 
	 Đất đèn chứa trong hộp 1 được đặt trong buồng 2. Nước chứa trong bể 3 rơi xuống hộp 1 nhờ khóa 4. Khí C 2 H 2 được làm nguội gián tiếp bởi nước chứa trong thùng 6 rồi theo ống 5 đi ra mỏ hàn . 
	 ( Hình ) 
	 1.Hộp chứa đất đèn 
	 2.Buồng 
	 3.Phễu chứa nước 
	4.Van khóa 
	 5.Ống 
	 6.Buồng chứa khí 
 Loại nước rơi vào đá: 
 Loại đá và nước tiếp 	 xúc nhau : 
	 Đất đèn đặt trên mặt sàng 1 ở ngăn phía bên phải , nước ở ngăn bên trái , dưới tác dụng của áp suất khí quyển sẽ chuyển qua ngăn bên phải chui qua các lỗ sàng tiếp xúc với đá (CaC 2 ) . Khí C 2 H 2 sinh ra theo ống 3 đi ra mỏ hàn . 
( Hình ) 
 Loại đá và nước tiếp 	 xúc nhau : 
	 1.Mặt sàng 
	 2.Ngăn trái 
	 3.Ống dẫn 
	 Loại hỗn hợp : 
	 Đây là hỗn hợp của loại nước tưới vào đất đèn và loại đất đèn tiếp xúc với nước . Nó có ưu điểm của 2 loại và hạn chế được khuyết điểm của 2 loại . Loại này thường dùng khi cần năng suất nhỏ hơn 3,5m 3 /giờ. 
( Hình ) 
	 Loại hỗn hợp : 
 	 3. Khóa bảo hiểm : 
- 	 Là thiết bị bảo vệ cho bình điều chế khí C 2 H 2 và dây dẫn không bị cháy nổ khi có ngọn lửa quặt ngược từ mỏ hàn , mỏ cắt truyền đến . Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cháy của hỗn hợp O 2 + C 2 H 2 lớn hơn tốc độ khí cung cấp . 
-	 Yêu cầu của khóa bảo hiểm : 
+	 Ngăn cản ngọn lửa cháy trở vào và xả hỗn hợp cháy ra ngoài 
- 	 Có độ bền ở áp suất cao khi khí cháy . 
+	 Giảm khả năng cản thủy lực dòng khí . 
+	 Tiêu hao nước ít khi dòng khí chạy qua. 
+	 Dễ kiểm tra , rửa , sửa chữa . 
-	 Có thể phân loại khóa bảo hiểm như sau : 
+	Theo kết cấu có: 
 	 Khóa bảo hiểm kiểu hở. 
 	 Khóa bảo hiểm kiểu kín . 
+	Theo khả năng khí tiêu hao có: 
 	 Loại đơn giản : lượng khí C 2 H 2 tiêu hao dưới 3,2m 3 /h 
Loại lớn với lượng khí tiêu hao 5  10; 20  35; 50  75 m 3 /h 
	( Hình ) 
	1. Vỏ bình 
	 2.Ống kiểm tra 
	 3.Khóa 
	4. Ống dẫn 
	5.Van 
	6. Màng bảo hiểm 
	 7.Phễu 
	 8.Ống 	 
Thiết bị ngăn lửa tạt lại kiểu hở 
	4.Van giảm áp : 
Van giảm áp gắn ở trên bình chứa khí dùng để giảm áp suất và điều chỉnh lượng tiêu hao khí nén chứa trong bình từ áp suất cao tới áp suất cần dùng . 
-	O 2 ở bình chứa là 150 at,ở mỏ hàn chỉ cần (35)at nên khi hàn phải qua van giảm áp . 
C 2 H 2 ở bình chứa là 16at, ở mỏ hàn chỉ cần (0.30.5)at nên khi hàn phải nhờ van giảm áp . 
( Hình ) 
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý vận hành của van giảm áp loại đơn cấp 
1.Buồng áp lực cao 
2.Nắp van 
3.Nắp an toàn 
4.Áp kế 
5.Buồng áp lực thấp 
6.Lò xo 
7.Vít điều chỉnh 
8.Màng 
9.Cần 
10.Áp kế 
11.Lò xo 
	 Phân loại mỏ hàn có nhiều cách : 
Theo số ngọn lửa có:loại một ngọn lửa và loại nhiều ngọn lửa . 
Theo kích thước và khối lượng có:loại bình thường và loại nhẹ. 
Theo loại khí dùng:axêtylen , hyđrô, benzen  
Theo phương pháp sử dụng:bằng tay và bằng máy . 
Theo nguyên lý truyền khí cháy trong buồng hỗn hợp có: mỏ hút và mỏ đẳng áp . 
	 5.Mỏ hàn(mỏ cắt ): 
	 5.Mỏ hàn(mỏ cắt ): 
 5.4. CÔNG NGHỆ HÀN KHÍ: 
5.4.1.Ngọn lửa hàn 
5.4.2. Các loại mối hàn 
5.4.3. Chuẩn bị vật hàn 
5.4.4.Kỹ thuật & chế độ hàn khí 
 	 5.4.1.Ngọn lửa hàn : 
Ngọn lửa hàn có thể chia làm ba loại : 
-    Ngọn lửa bình thường : 
	 1:Vùng hạt nhân 
	 2.Vùng hoàn nguyên 
	 3.Vùng Oxy 
Khi tỷ lệ:O 2 /C 2 H 2 =1.1 1.2 
Ngọn lửa này chia làm 3 vùng : 
Vùng I:Vùng hạt nhân : C 2 H 2 = 2C +H 2 
Vùng II:Vùng hoàn nguyên(vùng cháy không hoàn toàn ) 
	C 2 H 2 + O 2 = 2CO + H 2 + 107.58 kcalo/g.mol 
Vùng III: Vùng oxy(vùng cháy hoàn toàn ) 
	 2CO + H 2 + 1.5 O 2 = 2CO 2 + H 2 O + 107.58 kcalo/g.mol 
Ngọn lửa oxy hóa : 
	 Tính chất hoàn nguyên của ngọn lửa bị mất , khí sẽ mang tính chất oxy hóa nên gọi là ngọn lửa oxy hóa . 
Khi tỷ lệ:O 2 /C 2 H 2 > 1.2 
Dùng để hàn đồng thau . 
Ngọn lửa Cacbon hóa : 
	 Vùng giữa của ngọn lửa thừa C tự do và mang tính chất C hóa gọi là ngọn lửa C hóa . 
Khi tỷ lệ:O 2 /C 2 H 2 < 1.1 
Dùng để hàn gang hay hàn đắp hợp kim cứng . 
Mối hàn giáp mối : 
Với vật hàn có bề dày S 2mm dùng mối hàn gấp mép ( hình a) hoặc không gấp mép(hình b) 
Với vật hàn có chiều dày S = (2  5)mm có thể không cần vát mép nhưng phải có khe hở(hình c) 
Mối hàn chữ T(hình h) 
Mối hàn góc(hình l, i ) 
Mối hàn mặt đầu(hình k) 
 	 5.4.2. Các loại mối hàn : 
Quay về 
 	 5.4.2. Các loại mối hàn : 
Trước khi hàn , nếu cần phải váp mép , phải làm sạch mép hàn và khu vực quanh mối hàn rộng 20  30 mm mỗi phía . 
Mép hàn phải làm sạch xỉ, oxyt , dầu mỡ 
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 . 
 	 5.4.3. Chuẩn bị vật hàn : 
 4.4.4.Kỹ thuật và chế độ hàn khí : 
a.Phương pháp hàn khí : 
b. Chế độ hàn khí : 
	 Căn cứ vào hướng dịch chuyển của mỏ hàn và que hàn , ta chia hàn khí thành hai phương pháp : 
Phương pháp hàn trái: Khi ngọn lửa hướng về phía chưa hàn , quá trình hàn dịch chuyển từ phải qua trái , que hàn đi trước mỏ hàn .(Hình a) 
Phương pháp hàn phải: khi ngọn lửa hướng lên mối hàn , quá trình hàn dịch chuyển từ trái qua phải , mỏ hàn đi trước que hàn .(Hình b) 
( Hình ) 
a.Phương pháp hàn khí : 
a.Phương pháp hàn khí : 
Góc nghiêng của mỏ hàn : 
Góc nghiêng của mỏ hàn:tùy thuộc vào kim loại vật hàn như: tính chất dẫn nhiệt , chiều dày của vật hàn . 
Góc nghiêng còn phụ thuộc vào lúc bắt đầu hàn , lúc hàn và kết thúc đường hàn . 
( Hình ) 
	b. Chế độ hàn khí : 
 b. Chế độ hàn khí : 
Góc nghiêng của mỏ hàn 
Công suất của ngọn lửa hàn : 
Là lượng tiêu hao khí cháy (C 2 H 2 ) trong một giờ phụ thuộc vào : 
Chiều dày vật hàn . 
	 Tính chất nhiệt lý của vật hàn . 
	 Phương pháp hàn:hàn phải hoặc hàn trái . 
Hàn đồng:VC 2 H 2 =(150  200)S ( l/h ) 
Hàn thép:V khi hàn phải :VC 2 H 2 =(120  150)S 
	 V khi hàn trái : VC 2 H 2 =(100  120)S ( l/h ). 
	 Đường kính que hàn : 
Hàn trái : 
Hàn phải : 
d q = S/2+1 (mm) 
d q = S/2(mm) 
Chuyển động của mỏ hàn và que hàn : 
	 Chuyển động của mỏ hàn và que hàn ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành mối hàn.Căn cứ vào vị trí mối hàn trong không gian , chiều dày vật hàn , yêu cầu kích thước của mối hàn để chọn chuyển động của que hàn và mỏ hàn hợp lý. 
( Hình ) 
Chuyển động của mỏ hàn và que hàn 
 5.5. CẮT KIM LOẠI BẰNG KHÍ: 
4.5.1.Bản chất của quá trình cắt 
4.5.2.Điều kiện để kim loại cắt bằng khí : 
4.5.3. Mỏ cắt 
4.5.4.Kỹ thuật & chế độ cắt 
Quá trình cắt bằng khí là sự đốt cháy kim loại bằng dòng Oxy để tạo nên các ôxit và các ôxit này bị thổi đi để tạo thành rãnh cắt . 
Quá trình cắt bắt đầu bằng sự đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy nhờ ngọn lửa hàn , sau đó cho dòng oxy thổi qua. Vật cắt được đốt nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của phản ứng giữa C 2 H 2 và O 2 .Khi đạt đến nhiệt độ cháy , cho dòng Oxy nguyên chất kỹ thuật vào ở rãnh giữa của mỏ cắt và nó sẽ trực tiếp Oxy hóa kim loại tạo thành oxit sắt . 
 5.5.1.Bản chất của quá trình cắt : 
Trong khi cắt do có sự phát nhiệt , nên giúp cho việc nung vùng xung quanh đến nhiệt độ, cháy dòng O 2 cứ tiếp tục mở để cắt cho hết đường cắt . 
Nhiệt độ chảy cần phải cao hơn nhiệt độ cháy với oxi . 
Nhiệt độ chảy của oxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ chảy của kim loại đó. 
Nhiệt độ sinh ra khi kim loại cháy trong dòng oxi phải đủ để duy trì quá trình cháy liên tục . 
Tính dẫn nhiệt của kim loại không cao quá. 
Oxit phải có tính chảy loãng cao . 
 	 5.5.2. Điều kiện để kim loại cắt 	 bằng khí : 
Quay về 
Kim loại dùng để cắt phải hạn chế bớt nồng độ một số chất cản trở quá trình cắt(C , Cr, Si ) và một số chất nâng cao tính sôi của thép(Mo,W ) 
Phải đảm bảo cắt được tất cả các hướng . 
Phải có tỷ lệ thích đáng giữa lỗ hỗn hợp nung nóng và lỗ O 2 
Có thể điều chỉnh ngọn lửa và dòng oxi cắt 
Có bộ phận gá lắp để cắt vòng và lỗ. 
Các rãnh trong mỏ cần có độ nhẵn cao . 
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 . 
 	 5.5.3. Mỏ cắt : 
 5.5.4.Kỹ thuật và chế độ cắt : 
 a.Lúc bắt đầu cắt : 
 b.Khoảng cách từ mỏ cắt đến vật cắt 
 c.Vị trí & sự dịch chuyển mỏ cắt : 
 d. Tốc độ cắt : 
 e. Các phương pháp cắt : 
Quay về 
Lúc bắt đầu cắt:góc độ cắt từ 80   90  .Trong quá trình cắt phải nghiêng mỏ cắt góc hợp với phương thẳng đứng10  20  , khi kết thúc đường cắt thì góc =0 
 Cắt vật mỏng thì cắt từ ngoài vào(không cần khoan lỗ), đối với vật dày phải khoan lỗ và cắt từ giữa tấm cắt ra . 
( Hình ) 
 a. Lúc bắt đầu cắt : 
Khoảng cách từ mỏ cắt đến vật cắt : 
	 (l:chiều dài của nhân ngọn lửa ) 
 b. Khoảng cách từ mỏ cắt đến vị trí cắt : 
h =(l +2)mm 
	 Khi cắt theo đường thẳng , mỏ cắt đặt nghiêng một góc 20  30 0 về phía ngược với hướng cắt . Khi cắt các tấm có chiều dày (20 – 30) mm cho phép nâng cao năng suất của quá trình cắt . 
 c.Vị trí và sự dịch chuyển của mỏ cắt : 
	 Quá trình cắt ổn định , chất lượng mối cắt tốt có thể đạt được nếu tốc độ dịch chuyển của mỏ cắt tương ứng với tốc độ ôxy hóa kim loại theo chiều dày tấm cắt hoặc phôi.Tốc độ cắt nhỏ sẽ làm hỏng mép cắt , tốc độ cắt lớn sẽ sót nhiều không cắt hết và phá hủy quá trình cắt . Tốc độ cắt của một số loại mỏ cắt thường từ (75  556) mm /ph 
 d. Tốc độ cắt : 
Cắt kim loại bằng ôxi-thuốc : 
Cắt kim loại bằng hàn hồ quang : 
Cắt bằng hồ quang Plasma: 
 e. Các phương pháp cắt : 
Tác dụng thuốc làm bốc đi hoặc mài mòn lớp ôxít kim loại khó cháy 
Nâng cao nhiệt độ cho ôxít kim loại tạo thành dễ chảy ra 
Bột(Fe , Al, Mg) là thuốc dạng lỏng , bôi lên đường cắt trước khi cắt . 
Cắt kim loại bằng Ôxi - thuốc : 
Tính kinh tế thấp 
Vết cắt không đẹp (gồ ghề) 
Dùng điện cực cacbon nối thuận và thuốc cắt . 
Dùng điện cực nóng chảy(que hàn có thuốc bọc dày ) 
I cắt >I hàn (30 %)	 	 
Cắt kim loại bằng hàn hồ quang 
	 Mỏ cắt PAC(Plasma arc cutting) – cắt bằng hồ quang Plasma được thiết kế tương tự mỏ hàn hồ quang Plasma. Nguồn DC được sử dụng với điện cực Volfram nối vào cực âm . Hồ quang được duy trì giữa điện cực trong mỏ cắt và chi tiết gia công , được tạo ra bằng máy phát tần số cao . Khí dẫn được cấp nhiệt trước lỗ bằng Plasma hồ quang sẽ giảm nổ và phun qua tiết lưu với tốc độ cao . Kim loại nóng chảy bằng hồ quang bị thổi lệch ra xa bằng động năng của dòng khí . 
Cắt bằng hồ quang Plasma: 
1-Vật liệu cắt 
2-Hồ quang plasma. 3-Ống 4- Đầu mỏ cắt 5-Điện cực . 6-Khí nén 7- Điện cung cấp DC. 8-An toàn 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
Cắt bằng hồ quang Plasma: 
Cắt bằng hồ quang Plasma: 
1 
1 
1 
1 
1 
2 
1 
3 
4 
5 
1-Vật cắt 
2-Mỏ cắt 
 3-KẹpMass 4- Máy cắt 5-Máy nén khí 
Cắt bằng hồ quang Plasma: 
Cắt bằng hồ quang Plasma: