1

PHẦN 2. HÀN KHÍ

LÝ THUYẾT NGHỀ

BÀI 1. THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA HÀN KHÍ

1. Thực chất và đặc điểm Hàn khí là quá trình nung nóng kim loại chỗ cần nối và

que hàn phụ (nếu có) đến trạng thái nóng chảy bằng ngọn lửa của khí cháy với ôxy. Sơ đồ hình 1.1: Ngọn lửa hàn 2 đi ra từ mỏ hàn 3 làm nóng chảy chỗ cần nối của chi tiết 1 và que hàn phụ 4 tạo thành vũng hàn 5. Khi kim loại lỏng kết tinh lại tạo thành mối hàn 6.

Ngoài chức năng tạo ra nguồn nhiệt hàn, ngọn lửa hàn còn có tác dụng bảo vệ cho vũng hàn khỏi những ảnh hưởng xấu của môi trường xung quanh, nâng cao chất lượng mối hàn. 2. Ứng dụng

- Hàn các chi tiết mỏng. - Sửa chữa khuyết tật vật đúc. - Hàn vảy, hàn đắp, hàn những kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp. - Phục vụ công việc duy tu, sửa chữa. - Đặc biệt thích hợp khi hàn ống có đường kính nhỏ.

BÀI 2. KHÍ HÀN VÀ THIẾT BỊ DÙNG TRONG HÀN KHÍ

1. Khí hàn Khí dùng để hàn gồm có ôxy và các loại khí cháy. Khí cháy có thể là các hợp chất

của cacbuahyđrô (mêtan, axêtylen, prôpan, butan,…) hay khí hyđrô. Thường dùng nhất là khí axêtylen, bởi vì khi cháy với ôxy, nhiệt độ của ngọn lửa khá cao (tới 3485oC) và có vùng hoàn nguyên tốt, rất thuận lợi cho việc hàn và cắt kim loại.

1.1. Ôxy - Ôxy là chất khí không màu, không mùi và không vị. - Ôxy không tự cháy nhưng là nhân tố hỗ trợ sự cháy. - Trong kỹ thuật hàn cần có độ tinh khiết từ 98,5 đến 99,5% (còn lại là tạp chất nitơ và argon). - Ở trạng thái áp suất cao, khi tiếp xúc với dầu mỡ, khoáng chất, bụi than… có thể tự bốc cháy. - Có hai phương pháp điều chế O2 : + Phương pháp thứ nhất: Tách O2 và N2 ra khỏi không khí bằng cách hóa lỏng không khí. + Phương pháp thứ hai: Tách O2 và H2 ra khỏi

Hình 1.1. Sơ đồ hàn khí

Hình 2.1. Cấu tạo chai và van khí ôxy

2

nước bằng phương pháp điện phân. Thường dùng phương pháp thứ nhất, đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.

- Ôxy được chứa trong chai thép với áp suất 150at ở 21oC. Dung tích chai ôxy có ba kích cỡ: Cỡ lớn chứa từ 6.3 ÷ 7m3 ôxy, trọng lượng 67 ÷ 70kg; Cỡ trung bình chứa từ 3.1 ÷ 3.5m3, trọng lượng từ 40.3 ÷ 42kg; Cỡ nhỏ chứa từ 1.6 ÷ 2.3m3, trọng lượng 30kg. Mặt ngoài sơn màu xanh.

1.2. Khí axêtylen - Axêtylen được điều chế bằng cách cho đất đèn (cacbit canxi) tác dụng với nước:

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2↓ + Q (Phản ứng sinh ra một lượng nhiệt Q khá lớn)

Đất đèn được sản xuất bằng cách nấu chảy vôi sống với than cốc trong lò điện ở nhiệt độ 1900o ÷ 2300o, công thức phản ứng như sau:

CaO + 3C → CaC2 + CO - Axêtylen là chất khí không màu, nhẹ hơn

không khí, có mùi hắc khi ở dạng nguyên chất; Rất dễ nổ khi ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.

- Áp suất khi điền đầy khí trong hai khoảng 15at. Dung tích chai có hai loại: Loại lớn chứa khoảng 8.5m3, khối lượng 105kg; Loại nhỏ chứa 2.8m3, khối lượng 41kg. Mặt ngoài sơn màu trắng. - Để ngăn ngừa nguy cơ nổ của khí axêtylen, người ta bỏ vào bình các chất bọt xốp tẩm axêtôn là loại dung môi tốt cho sự hòa tan của axêtylen. 2. Thiết bị dùng trong hàn khí

2.1. Van giảm áp

2.1.1. Cấu tạo 1) Ống dẫn 2)7) Đồng hồ áp lực 3)9) Lò xo 4) Buồng cao áp 5) Nắp van 6) Van an toàn 8) Buồng áp thấp 10) Vít điều chỉnh 11) Màng cao su 12) Thanh dẫn

2.1.2. Nguyên lý làm việc Khí nén có áp suất cao từ chai khí theo đường 1 vào buồng 4, đồng hồ 2 chỉ

áp suất buồng 4. Khí vào buồng 8 qua khe hở dưới nắp van 5, với áp suất chỉ ở đồng hồ 7. Để chọn áp suất yêu cầu, ta chỉnh màng cao su 11 nhờ vít 10 thông qua lò xo 9. nếu tăng

Hình 2.2. Cấu tạo một số loại chai chứa khí axêtylen

Hình 2.3. Van giảm áp tác dụng nghịch một buồng

3

công suất ngọn lửa, áp suất buồng 8 giảm xuống, lò xo 9 sẽ nâng màng 11 và nắp van 5 lên, lượng khí từ buồng 4 sẽ vào buồng 8 nhiều hơn, làm áp suất buồng 8 lại tăng lên

tới mức yêu cầu. Ngược lại, nếu giảm công suất ngọn lửa làm áp suất buồng 8 tăng lên, màng cao su 11 sẽ nén lò xo 9 lại, kéo thanh 12 và nắp van 5 xuống, khí từ buồng 4 đi vào buồng 8 ít hơn, làm áp suất buồng 8 giảm tới mức yêu cầu.

Trường hợp áp suất của khí trong buồng 8 tăng lên quá mức làm màng cao su không thể ép lên lò xo 9 xuống hơn nữa thì van an toàn 6 sẽ mở và khí được thoát ra ngoài.

Vì chiều mở của van 5 ngược với chiều đi vào của dòng khí nên ta gọi loại van này là van giảm áp tác dụng nghịch.

2.2. Khóa bảo hiểm Khóa bảo hiểm có tác dụng ngăn chặn các hiện tượng: - Ôxy chạy ngược vào đường ống dẫn hoặc chai khí cháy. - “Ngọn lửa quặt” – Sự cháy ngược vào trong ống dẫn khí hoặc chai khí do tốc độ

cháy của hỗn hợp khí ôxy – axêtylen lớn hơn tốc độ thoát ra khỏi mỏ hàn. Khóa bảo hiểm được lắp vào trong hệ thống với những chức năng yêu cầu như trong bảng 2.1 và tại các vị trí như hình 2.4.

Bảng 2.1

KHÓA BẢO HIỂM Cho hệ thống ống dẫn khí Cho chai khí CHỨC NĂNG

Axeetylen Khí cháy khác Ôxy Khí cháy Ôxy

Chặn dòng khí chạy ngược Y Y Y Y Y Chặn ngọn lửa quặt Y Y K Y Y

Y: yêu cầu; K: không yêu cầu

Hình 2.4. Các vị trí lắp khóa bảo hiểm

A. Sau hệ thống phân phối khí; B. Sau van giảm áp; C. Lắp trước mỏ hàn; D. Lắp trên ống dẫn khí mềm

- Nguyên lý làm việc và sơ đồ cấu tạo của khóa bảo hiểm như hình 2.5.

4

Hình 2.5. Nguyên lý làm việc của khóa bảo hiểm

A- Axêtylen đi qua bình thường; B- Khi có dòng ôxy chạy ngược; C- Khi có ngọn lửa quặt

2.3. Ống dẫn khí và đầu nối - Áp suất làm việc ống dẫn ôxy là 10at, axêtylen là 3at.

- Cấu tạo gồm 3 lớp: Lớp lót trong cùng làm bằng cao su có độ bền cao, dày 2mm; Bọc ngoài lớp lót là lớp vải thấm cao su để tăng độ dẻo dai của ống; Ngoài cùng làm bằng cao su lưu hóa có độ đàn hồi cao, dày 1mm.

- Ống dẫn khí ôxy màu xanh lá cây, ống dẫn axêtylen màu đỏ.

- Đường kính trong của ống thường dùng là 4.8/6.4/9.5/12.7.

Hình 2.6. Ống dẫn khí và đầu nối

- Đầu nối được chế tạo theo tiêu chuẩn. Cấu tạo gồm: ống nối lắp vào trong ống dẫn khí và đai ốc hãm chặt vào đầu ra của van giảm áp, đầu cấp khí trên mỏ hàn, mỏ cắt. Ren đai ốc của đầu nối dùng cho ống dẫn ôxy là ren phải, dùng cho ống dẫn axêtylen là ren trái.

Hình 2.7. Các loại đầu nối

5

2.4. Mỏ hàn khí

Hình 2.8. Cấu tạo mỏ hàn khí

Có hai loại mỏ hàn chính: mỏ hàn hút và mỏ hàn đẳng áp.

2.4.1. Mỏ hàn hút a. Cấu tạo

1) Ống dẫn 2) Miệng phun 3) Vùng áp thấp 4) Ống dẫn 5) Buồng hỗn hợp 6) Thân mỏ hàn 7) Đầu mỏ hàn

b. Nguyên lý làm việc Khí ôxy có áp suất (3 ÷ 4)at theo ống 1 qua van điều chỉnh vào miệng phun 2.

Vì đầu miệng phun có đường kính rất bé nên dòng ôxy đi qua có tốc độ rất lớn tạo thành vùng áp thấp 3 quanh miệng phun; Nhờ vậy, khí axêtylen được hút vào buồng hỗn hợp 5 kết hợp với ôxy tạo thành hỗn hợp khí. Hỗn hợp khí này theo ống 6 ra đầu mỏ hàn 7, khi đốt cháy tạo thành ngọn lửa hàn.

Chú ý: - Để tạo hỗn hợp khí, phải mở ôxy trước, mở axêtylen sau (do axêtylen có áp

lực thấp, nếu mở trước sẽ không ra được). - Thông lỗ đầu mỏ hàn nếu bị bám bẩn sau khi đã khóa các đường dẫn khí lại.

- Khi mỏ hàn bị nóng quá, gây tiếng nổ ở đầu mỏ hàn, thì tắt lửa, nhúng vào nước để làm nguội.

2.4.2. Mỏ hàn đẳng áp

a. Cấu tạo 1) Đầu mỏ hàn 2) Thân mỏ hàn 3)6) Khóa van 4)5) Ống dẫn

Hình 2.10. Mỏ hàn đẳng áp

Hình 2.9. Mỏ hàn hút

6

b. Nguyên lý làm việc Khí O2 và C2H2 theo ống 4 và 5 vào buồng hỗn hợp dưới một áp suất như

nhau, sau đó qua thân 2 ra đầu mỏ hàn để cháy thành ngọn lửa. Lượng O2 và C2H2 được điều chỉnh bằng các khóa 3 và 6.

Chú ý: - Phải bảo đảm được điều kiện ổn định của áp suất khí đi vào mỏ hàn.

- Chỉ sử dụng trong điều kiện cả O2 và C2H2 được lấy trực tiếp từ các bình chứa qua van giảm áp (ít dùng trong trường hợp C2H2 được lấy ra trực tiếp từ thùng điều chế).

Mỏ hàn khí thường được chế tạo thành bộ, gồm một thân mỏ và một số đầu hàn (4 ÷ 7 đầu hàn) đánh số thứ tự từ nhỏ đến lớn.

BÀI 3. CÔNG NGHỆ HÀN KHÍ

1. Điều chỉnh ngọn lửa hàn Căn cứ vào tỷ lệ hỗn hợp khí hàn, có thể

chia ngọn lửa hàn làm ba loại: ngọn lửa bình thường, ngọn lửa ôxy hóa và ngọn lửa cacbon hóa.

1.1. Ngọn lửa bình thường: 2,11,122

2 ÷=HC

O

- Vùng hạt nhân: Có màu sáng trắng, nhiệt độ thấp và trong đó có cacbon nên không dùng để hàn, vì dễ làm cho mối hàn thấm cacbon trở lên giòn.

- Vùng cháy không hoàn toàn: Có màu sáng xanh,

nhiệt độ cao (3.200oC), có CO và H2 là những chất

khử O2 nên gọi là vùng hoàn nguyên hoặc vùng cháy chưa hoàn toàn. - Vùng cháy hoàn toàn: Có màu nâu sẫm, nhiệt độ thấp, có CO2 và H2O là những khí dễ

phân huỷ thành O2 khi tip xúc với kim loại nóng sẽ ôxy hoá kim loại, vì thế còn gọi là vùng ôxy hoá. Cacbon bị chảy hoàn toàn nên cũng gọi là vùng cháy hoàn toàn.

Dùng để hàn, có tác dụng tốt ở vùng cách nút hạt nhân 2 ÷ 5 mm (Hình 3.1).

1.2. Ngọn lửa oxy hóa: 2,122

2 >HC

O

Tính chất hoàn nguyên của ngọn lửa bị mất, nhân ngọn lửa ngắn lại, vùng giữa và đuôi không phân biệt rõ ràng, ngọn lửa có màu sáng.

Dùng hàn đồng thau, cắt hớt bề mặt, đốt sạch bề mặt (Hình 3.2).

Hình 3.1. Sự phân bố nhiệt độ theo chiều dài của ngọn lửa

Hình 3.2. Ngọn lửa ôxy hoá

7

1.3. Ngọn lửa cacbon hóa: 1,122

2 <HC

O

Vùng giữa của ngọn lửa thừa cacbon tự do và mang tính chất cacbon hoá, nhân ngọn lửa kéo dài và nhập với vùng giữa, có màu nâu sẫm.

Dùng hàn gang (bổ sung cacbon bị cháy), tôi bề mặt, hàn đắp thép cao tốc và hợp kim cứng (Hình 3.3).

2. Phương pháp hàn

2.1. Hàn phải (Hình 3.4) Mỏ hàn và que hàn chuyển động từ trái qua phải (mỏ hàn đi trước, que hàn theo sau). Ngọn lửa luôn hướng vào vũng hàn.

Thường dùng để hàn các chi tiết dày (S > 3mm) hoặc những vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao.

2.2. Hàn trái (Hình 3.5)

Mỏ hàn và que hàn chuyển động từ phải qua trái (que hàn đi trước, mỏ hàn theo sau). Ngọn lửa không hướng trực tiếp vào vũng hàn. Thợ hàn dễ quan sát mép chi tiết tạo khả năng nhận được mối hàn đều và đẹp.

Thường dùng để hàn các chi tiết mỏng (S < 3mm) hoặc những vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp. 3. Chuâ n bị chi tiết hàn - Tùy theo chiều dày chi tiết, tiến hành vát mép theo đúng tiêu chuẩn của hàn khí. - Làm sạch mép các chi tiết cả về hai phía, chiều rộng mỗi phía khoảng 10 ÷ 20mm. - Hàn đính khi gá lắp để giữ vị trí tương đối của các chi tiết: + Vật mỏng: chiều dài mối đính 4 ÷ 5mm, khoảng cách mối đính 50 ÷ 100mm. + Vật dày: dài mối đính 20 ÷ 30mm, khoảng cách mối đính 300 ÷ 500mm. 4. Chế độ hàn khí

4.1. Góc nghiêng mỏ hàn - Chiều dày chi tiết càng lớn, góc nghiêng phải càng lớn (Hình 3.6), (Bảng 3-1).

Hình 3.4. Phương pháp hàn phải

Hình 3.5. Phương pháp hàn trái

Hình 3.3. Ngọn lửa cacbon hóa

8

Bảng 3-1

- Góc nghiêng có thể thay đổi trong quá trình hàn (Hình 3.7).

4.2. Công suất ngọn lửa hàn Công suất ngọn lửa hàn tính bằng lượng tiêu hao khí chy trong 1 giờ, nó phụ thuộc vào S và tính chất nhiệt lý của kim loại hàn. Kim loại hàn càng dày, nhiệt độ chảy, tính dẫn nhiệt càng cao thì công suất ngọn lửa càng lớn.

Khi hàn thép ít cacbon và hợp kim thấp, lượng C2H2 tiêu hao trong 1 giờ tính theo công thức:

- Hàn trái: ( ) ( )h/lítkhíS120100V22HC ÷=

- Hàn phải: ( ) ( )h/lítkhíS150120V22HC ÷=

Bảng 3.2. Lượng khí tiêu hao tương ứng với mỏ hàn và chiều dày chi tiết hàn

Lượng khí tiêu hao (m3/giờ) Số hiệu

mỏ hàn (№)

Đường kính lỗ đầu mỏ

hàn (mm)

Chiều dày chi tiết

hàn (mm)

Chiều dài ngọn lửa

(mm) O2 C2H2

Đường kính que hàn phụ

(mm) A B C D E G H 1 ~ 0,94 0,8 ÷ 1,5 5,0 0,113 0,103 1,6 2 ~ 1,07 1,5÷ 3,2 6,5 0,142 0,129 1,6 ÷ 3,2 3 ~ 1,40 3,2 ÷ 4,8 8,0 0,227 0,206 3,2 4 ~ 1,60 4,8 ÷ 8,0 9,5 0,340 0,309 3,2

Chiều dày chi tiết hàn (mm)

Góc nghiêng mỏ hàn (α)

≤ 1 20o 1 ÷ 3 30o 3÷ 5 40o 5 ÷7 50o 7÷ 10 60o 10÷ 15 70o ≥ 15 80o

Hình 3.6. Góc nghiêng α của mỏ hàn khi hàn thép cacbon và hợp kim thấp

Hình 3.7. Vị trí của mỏ hàn ở các giai đoạn khác nhau khi hàn thép có chiều dày trung bình a) Nung nóng trước khi hàn; b) Giai đoạn hàn;

c) Kết thúc hàn

Trong đó: S là chiều dày vật hn (mm)

9

A B C D E G H 5 ~ 1,93 8,0 ÷ 12 11,2 0,538 0,489 6,2 ÷ 6,4 6 ~ 2,18 12 ÷ 16 13,0 0,652 0,593 > 6,4 7 ~ 2,50 16 ÷ 20 13,0 0,991 0,900 > 6,4 8 ~ 2,71 20 ÷ 25 14,3 1,359 1,235 > 6,4 9 ~ 2,95 > 25 16,0 1,614 1,467 > 6,4 10 ~ 3,56 - 19,0 2,690 2,445 > 6,4 11 ~ 3,74 - 24,0 2,382 2,165 > 6,4 12 ~ 3,80 - 24,0 2,382 2,165 > 6,4

4.3. Que hàn phụ

- Dùng để bổ sung kim loại cho mối hàn. - Có dạng dây, đường kính theo bảng 3-2 hoặc theo công thức kinh nghiệm sau:

+ Đối với phương pháp hàn trái: d = 2S + 1 (mm)

+ Đối với phương pháp hàn phải: d = 2S (mm)

4.4. Chuyển động của mỏ hàn và que hàn Việc điều khiển các chuyển động của ngọn lửa, sự ra vào của que hàn phụ, góc nghiêng mỏ hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của liên kết hàn.

Căn cứ vào vị trí của mối hàn trong không gian, chiều dày chi tiết hàn, yêu cầu về kích thước mối hàn để chọn chuyển động của mỏ hàn và que hàn cho hợp lý.

BÀI 4. CẮT BẰNG NGỌN LỬA KHÍ CHÁY VỚI ÔXY

1. Thực chất, đặc điểm và điều kiện ứng dụng

1.1. Thực chất và đặc điểm Cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy với ôxy là quá trình dùng nhiệt lượng của ngọn

lửa khí cháy với ôxy để nung nóng chỗ cắt đến nhiệt độ cháy của kim loại, sau đó dùng luồng ôxy có lưu lượng lớn thổi bạt lớp ôxyt kim loại đã nóng chảy để lộ ra phần kim loại chưa bị ôxy hóa; Lớp kim loại này lại lập tức bị cháy (ôxy hóa) tạo thành lớp ôxyt mới, lớp ôxyt này bị nóng chảy và bị luồng ôxy cắt thổi đi. Cứ thế cho đến khi mỏ cắt đi hết đường cắt. Ưu điểm:

- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành. - Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn. - Năng suất khá cao.

Nhược điểm: - Tổn hao kim loại so với cắt bằng cơ khí.

- Chỉ cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt.

10

- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên chi tiết dễ bị cong vênh, biến dạng. 1.2. Điều kiện để kim loại cắt được bằng khí cháy với ôxy

- Nhiệt độ cháy của kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. - Nhiệt độ nóng chảy của ôxyt kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kim

loại đó. Nếu điều kiện này không thỏa mãn thì ôxyt kim loại trên bề mặt do phản ứng cháy với ôxy sẽ không nóng chảy và không bị thổi đi, làm cản trở sự ôxy hóa lớp kim loại tiếp theo. Ví dụ: Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy 2050oC, Al có nhiệt độ nóng chảy là 600oC, nên không thể cắt Al bằng ngọn lửa khí cháy với ôxy.

- Nhiệt lượng sinh ra trong phản ứng cháy của kim loại phải đủ lớn để duy trì quá trình cắt liên tục.

- Xỉ tạo thành phải có tính chảy loãng cao để dễ thổi khỏi rãnh cắt. - Tính dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim không được cao quá, nếu không sẽ làm quá

trính cắt không ổn định và có thể bị gián đoạn. - Kim loại cắt không chứa các nguyên tố hóa học cản trở quá trình cắt.

2. Thiết bị cắt bằng ngọn lửa khí cháy

2.1. Mỏ cắt bằng tay

a. Cấu tạo: 1)2) Van điều chỉnh 3) Buồng hỗn hợp 4) Van điều chỉnh O2 cắt 5)6) Ống dẫn 7) Đầu cắt Hình 4.1. Sơ đồ cấu tạo mỏ cắt kiểu hút b. Nguyên lý làm việc: Khí cháy theo ống dẫn đi vào buồng hỗn hợp (3) qua van (1), O2 theo ống dẫn qua van (2) vào buồng hỗn hợp. Hỗn hợp khí cháy qua ống dẫn (6) để ra đầu cắt (7). Luồng O2 cắt qua van (4), ống dẫn (5) để đến trực tiếp đầu cắt mà không qua buồng hỗn hợp. Chọn số hiệu đầu cắt, áp lực O2 cắt và điều chỉnh công suất ngọn lửa phụ thuộc chiều dày kim loại được cắt, để đảm bảo quá trình cắt đạt năng suất cao nhất.

2.2. Máy cắt tự động xách tay (Máy cắt con rùa)

Hình 4.2. Máy cắt IK – 12 Hunter

11

Máy chuyển động trên thanh ray định hình nhờ động cơ một chiều có tốc độ điều khiển được bằng núm xoay. Bánh dẫn hướng luôn bám theo đường ray, còn bánh

dẫn động có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ (qua hộp giảm tốc). 3. Kỹ thuật cắt bằng ngọn lửa khí cháy

- Đối với tấm dày, khi bắt đầu cắt để mỏ

cắt nghiêng với góc 5 ÷ 10o, còn trong quá tình cắt để góc 20 ÷ 30o (Hình 4-3). - Đối với tấm mỏng (S < 50mm) mỏ cắt được đặt gần như vuông góc với chi tiết.

- Khi cắt các phôi tròn, vị trí mỏ cắt lúc bắt đầu và trong quá trình cắt như hình 4.4

Hình 4.4. Vị trí của mỏ cắt khi cắt thép tròn

- Khoảng cách từ đầu mỏ cắt đến chi tiết phải giữ không đổi (Bảng 4.1).

Bảng 4.1. Khoảng cách từ đầu mỏ cắt đến bề mặt chi tiết

Chiều dày kim loại (mm) 3 ÷ 10 10 ÷ 25 25 ÷ 50 50 ÷ 100 100 ÷ 200 200 ÷ 300

Khoảng cách từ đầu cắt đến chi tiết (mm) 2 ÷ 3 3 ÷ 4 3 ÷ 5 4 ÷ 6 5÷ 8 7 ÷ 10

- Chiều rộng rãnh cắt phụ thuộc vào chiều dày kim loại (Bảng 4.2) và phương pháp

cắt.

Bảng 4-2. Chiều rộng rãnh cắt phụ thuộc vào chiều dày kim loại

Chiều dày kim loại (mm) 5 ÷ 15 15 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 100 ÷ 150

Chiều rộng rãnh cắt (mm) 2 ÷ 3 3 ÷ 4 3 ÷ 5 4 ÷ 6 5÷ 8

Hình 4.3. Vị trí của mỏ cắt khi cắt thép tấm a) Bắt đầu cắt; b)Trong quá trình cắt

12

- Chế độ cắt: + Công suất ngọn lửa được đặc trưng bằng lượng tiêu hao khí cháy trong

một đơn vị thời gian (phụ thuộc vào chiều dày kim loại). Dùng ngọn lửa bình thường khi cắt kim loại có chiều dày S ≤ 300mm. + Chọn áp lực O2 cắt phụ thuộc vào chiều dày kim loại (Bảng 4.3), kích thước lỗ thổi O2 cắt và độ tinh khiết của O2.

Bảng 4.3. Áp lực khí ôxy cắt phụ thuộc vào chiều dày kim loại

Chiều dày kim loại (mm) 5 ÷ 20 20 ÷ 40 40 ÷ 60 60 ÷ 100

Áp lực ôxy (at) 3 ÷ 4 4 ÷ 5 5 ÷ 6 7 ÷ 9

+ Tốc độ cắt phải phù hợp với tốc độ cháy của

kim loại; Ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp cắt (bằng tay hay bằng máy), hình dạng đường cắt (thẳng hay cong) và dạng cắt (thô hay tinh), hình 4.5.

- Chế độ cắt thép tấm bằng máy cắt con rùa với các ngọn lửa khí khác nhau được giới thiệu trong bảng 4.4 và 4.5.

Bảng 4.4. Chế độ cắt thép bằng ngọn lửa ôxy – khí hóa lỏng (LPG)

Hình 4.5. Tốc độ cắt a) Thấp; b) Tối ưu; c) Cao.

13

Bảng 4.5. Chế độ cắt thép bằng ngọn lửa ôxy – axêtylen

BÀI 5. AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG HÀN VÀ CẮT KHÍ

Kỹ thuật an toàn khi hàn và cắt chủ yếu là những thiết bị dụng cụ, nguyên liệu v.v phục vụ cho quá trình hàn và cắt như máy sinh khí axêtylen, bình ôxy, đất đèn, van giảm áp v.v.

Khi hàn và cắt không những chỉ biết sử dụng thành thạo những vật liệu trên, mà còn phải biết các nguyên nhân gây nên những sự cố của chúng và để bảo đảm an toàn trong quá trình sản xuất.

1. Kỹ thuật an toàn đối với bình ôxy và axêtylen (Hình 5.1)

- Bình chứa ôxy và bình chứa axêtylen phải để tránh xa ngọn lửa ít nhất 5 mét. - Trước khi lắp van giảm áp, phải khẽ mở van khóa để thổi hết bụi bẩn nằm trên

đường dẫn khí; việc mở van khóa phải nhẹ nhàng để tránh xảy ra hiện tượng cháy nổ chai ôxy và chai axêtylen do mở van quá nhanh.

- Không được để các chai ôxy và chai axêtylen ở gần dầu mở, các chất dể cháy và các chất dễ bắt lửa.

- Khi vận chuyển các bình ôxy và axêtylen phải thật nhẹ nhàng tránh va chạm mạnh.

14

2. Kỹ thuật an toàn đối van giảm áp

- Van giảm áp của loại khí nào chỉ được dùng riêng cho khí đó không được dùng lẫn lộn.

- Trước khi lắp van giảm áp, phải kiểm tra xem ống nhánh trên van khóa của bình có dầu mở và bụi bậm không.

- Sau khi lắp van giảm áp cần phải mở van khóa thật từ từ để tránh làm hỏng màng của van giảm áp.

- Khi ngừng hàn hoặc cắt trong một thời gian ngắn phải đóng kín các van khóa trên nguồn cung câp khí. Nếu ngừng làm việc lâu (từ 1 giờ trở lên) thì trước khi đóng van khóa phải nới lỏng vít điều chỉnh trên van giảm áp cho đến khi kim áp kế ở phần áp lực thấp chỉ số 0 mới thôi.

- Hàng tháng phải dùng nước xà phòng bôi trên các phần nối của van để kiểm tra xem van có hở không.

Hình 5.1. Quy định đối với bình chứa khí

15

BÀI TẬP THỰC HÀNH HÀN KHÍ

BÀI TẬP 1. TẬP LẤY LỬA VÀ NUNG CHẢY KIM LOẠI

1. Mục đích - Biết lắp đặt và kiểm tra an toàn một trạm hàn khí. - Biết mồi lửa hàn và phân biệt các loại ngọn lửa hàn. - Nung kim loại đến nhiệt độ nóng chảy. - Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp. 2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị

- Khí hàn: O2 và C2H2. - Thép CT34, tấm: 100 x 50 x 2.

- Bàn hàn, ghế ngồi, thùng nước làm mát. - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ hàn khí (Hình 1.1):

Hình 1.1. Một số dụng cụ đồ nghề dùng hàn khí

1) Mỏ hàn; 2) Mỏ cắt; 3)Đầu mỏ hàn; 4) Van giảm áp O2; 5) Van giảm áp C2H2; 6) Cờ lê để tháo lắp van giảm áp; 7) Cờ lê để tháo lắp đầu mỏ hàn; 8) Kính hàn; 9) Thiết bị mồi lửa. 3. Nội dung bài tập 1) Lắp đặt một trạm hàn khí đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và an toàn (Hình 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ một trạm hàn khí

16

2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa hàn: - Po2 = 2,5at; PC2H2 = 0,2at.

- Tập mồi lửa và phân biệt các loại ngọn lửa hàn khí (Hình 1.3), chọn ngọn lửa trung tính.

Hình 1.3. Các loại ngọn lửa hàn

a) Ngọn lửa cacbon hóa; b) Ngọn lửa trung tính; c) Ngọn lửa ôxy hóa. 1- Nhân ngọn lửa; 2- Vùng hoàn nguyên; 3- Vùng cháy hoàn toàn.

3) Nung kim loại đến nhiệt độ nóng chảy: Giữ cố định nhân ngọn lửa cách bề mặt vật

hàn 3 ÷ 4mm cho đến khi hình thành vũng hàn có đường kính 5 ÷ 10mm. 4) Tắt lửa hàn đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

BÀI TẬP 2. HÀN BẰNG GIÁP MÍ KHÔNG DÙNG QUE HÀN

1. Mục đích - Chọn được chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật hàn. - Biết dao động mỏ hàn đúng kỹ thuật. - Thực hiện được mối hàn bằng không dùng que hàn phụ. - Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp.

2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị

- Khí hàn: O2 và C2H2. - Thép CT34, 2 tấm: 100 x 30 x 2. - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ hàn khí. - Chọn mỏ hàn số 2.

3. Nội dung bài tập

1) Chuẩn bị phôi hàn: cắt thép và nắn phẳng. 2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa hàn:

- Po2 = 2,5at; PC2H2 = 0,2at. - Điều chỉnh và chọn ngọn lửa trung tính.

3) Thực hiện đường hàn:

Hình 2.1. Góc nghiêng của mỏ hàn

17

- Đặt đầu mỏ hàn nghiêng một góc 45 ÷ 60o so với bề mặt chi tiết (Hình 2.1). - Giữ cố định nhân ngọn lửa cách bề mặt vật hàn 3 ÷ 4mm cho đến khi hình

thành vũng hàn có đường kính 5 ÷ 10mm. - Dịch chuyển vũng hàn dọc theo đường hàn (với quỹ đạo mỏ hàn như hình 2.2). - Thực hiện tốc độ hàn hợp lý. Hình dạng mối hàn như hình 2.3:

+ Tốc độ hàn hợp lý (Hình 2.2.A,D). + Tốc độ hàn quá chậm (Hình 2.2.B). + Tốc độ hàn quá nhanh (Hình 2.2.C).

Hình 2.2. Quỹ đạo dịch chuyển Hình 2.3. Hình dạng mối hàn phụ vào sự di chuyển của mỏ hàn thuộc mỏ hàn dọc theo đường hàn 4) Tắt lửa hàn đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

BÀI TẬP 3. HÀN BẰNG GIÁP MÍ CÓ DÙNG QUE HÀN

1. Mục đích - Biết chọn thiết bị và chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật hàn. - Biết dao động mỏ hàn và que hàn đúng kỹ thuật. - Thực hiện được mối hàn bằng có dùng que hàn phụ. - Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp.

2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị

- Khí hàn: O2 và C2H2. - Thép CT34, 2 tấm: 100 x 30 x 2. - Que hàn phụ: dq = 2mm - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ hàn khí. Chọn mỏ hàn số 2.

3. Nội dung bài tập 1) Chuẩn bị phôi hàn: cắt thép và nắn phẳng.

2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa hàn: - Po2 = 2,5at; PC2H2 = 0,2at. - Điều chỉnh và chọn ngọn lửa trung tính. - Công suất ngọn lửa: Vo2 = 0,142m3/giờ;

VC2H2 = 0,129m3/giờ.

41 53 2

Hình 3.1. Hàn đính gá chi tiết

18

3) Hàn đính định vị chi tiết hàn, khoảng cách và trình tự hàn đính như hình 3.1. 4) Thực hiện đường hàn:

- Thực hiện đường hàn bằng phương pháp hàn trái (Hình 3.2). - Góc nghiêng mỏ hàn: α = 30o Góc giữa mỏ hàn với que hàn = 45 ÷ 60o - Dịch chuyển đầu mỏ hàn theo hướng hàn với quỹ đạo đầu ngọn lửa dạng ô van phía trên vũng hàn. Đầu que hàn dịch chuyển lên xuống theo đường răng cưa với chu trình ngược với đầu ngọn lửa như hình 3.3.

Hình 3.2. Phương pháp hàn trái Hình 3.3. Quỹ đạo dịch chuyển đầu ngọn lửa và que hàn khi hàn bằng. - Tiến hành hàn hết đường hàn.

5) Tắt lửa hàn đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

BÀI TẬP 4. HÀN ĐỨNG CÓ DÙNG QUE HÀN

1. Mục đích - Biết chọn thiết bị và chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật hàn. - Biết dao động mỏ hàn và que hàn đúng kỹ thuật khi hàn đứng. - Thực hiện được mối hàn đứng có dùng que hàn phụ. - Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp.

2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị - Khí hàn: O2 và C2H2. - Thép CT34, 2 tấm: 100 x 30 x 2. - Que hàn phụ: dq = 1,6mm - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ hàn khí. Chọn mỏ hàn số 1.

3. Nội dung bài tập 1) Chuẩn bị phôi hàn: cắt thép và nắn phẳng.

2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa hàn: - Po2 = 2,5at; PC2H2 = 0,15at.

- Điều chỉnh và chọn ngọn lửa trung tính. - Công suất ngọn lửa: Vo2 = 0,113m3/giờ; VC2H2 = 0,103m3/giờ.

19

3) Hàn đính định vị chi tiết hàn, khoảng cách và trình tự hàn đính như hình 4.1.

Hình 4.1. Hàn đính gá chi tiết 4) Thực hiện đường hàn:

- Tạo vũng hàn: Giữ cố định nhân ngọn lửa cách bề mặt vật hàn 3 ÷ 4mm cho đến khi hình thành vũng hàn có đường kính 5 ÷ 10mm.

- Hướng hàn từ dưới lên trên. - Khi vũng hàn đã hình thành, đưa đầu que hàn vào

mép trước vũng hàn. Dịch chuyển đầu mỏ hàn và que hàn theo quỹ đạo như hình 4.2.

- Bề rộng quỹ đạo dịch chuyển ≤ 3dq. - Khống chế không cho vũng hàn quá lớn để lượng kim loại lỏng không chảy tràn ra khỏi vũng hàn. - Tiến hành hàn hết đường hàn.

5) Tắt lửa hàn đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

BÀI TẬP 5. HÀN ỐNG NẰM NGANG, XOAY ĐƯỢC

1. Mục đích - Nắm được công tác chuẩn bị trước khi hàn.

- Chọn thiết bị và chế độ hàn phù hợp với chiều dày vật hàn. - Thực hiện được mối hàn ống nằm ngang, xoay được (1G) đúng quy trình.

- Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp. 2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị

- Khí hàn: O2 và C2H2. - Ống thép Φ34 x 100, 2 đoạn. - Que hàn phụ: dq = 2,5 ÷ 3,2mm - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ hàn khí. Chọn mỏ hàn số 3.

3. Nội dung bài tập 1) Chuẩn bị trước khi hàn: - Ống có chiều dày ≥ 3mm thì phải vát mép chữ V, góc vát 30 ÷ 75o. Khe hở hàn đặt

từ 2,5 ÷ 3,2mm. - Ống có chiều dày < 3mm thì không cần vát mép. Khe hở hàn đặt bằng chiều dày ống.

2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa hàn: - Po2 = 3at; PC2H2 = 0,2at.

41 53 2

Hình 4.2. Quỹ đạo dịch chuyển đầu mỏ hàn và que hàn khi hàn đứng.

20

- Điều chỉnh và chọn ngọn lửa trung tính. - Công suất ngọn lửa: Vo2 = 0,227m3/giờ;

VC2H2 = 0,206m3/giờ.

3) Hàn gá đính ống: thực hiện 4 mối hàn đính theo trình tự đối xứng qua tâm ống (Hình 5.1). Phải chú ý độ đồng tâm và khe hở hàn đồng đều.

4) Thực hiện đường hàn: Chia ống thành 12 khoảng tương ứng với 12 vạch giờ của đồng hồ: - Thực hiện hàn đoạn 1 từ vị trí 3 giờ. Mỏ hàn hướng

lên trên và nghiêng một góc 45o. - Nung nóng vùng kim loại xung quanh mép hàn và

đưa que hàn phụ vào khi hai mép vát đã nóng chảy và tạo vũng hàn. Dịch chuyển vũng hàn đi lên bằng dịch chuyển ngắn mỏ hàn theo quỹ đạo hình bán nguyệt trong khi que hàn dịch chuyển ngang qua tâm đường hàn.

- Thực hiện mối hàn lên đến gần đỉnh (12 giờ), dừng lại và xoay ống ngược với hướng hàn ¼ vòng. Tiếp tục thực hiện đoạn hàn mới với cách thức tương tự. Lần lượt hoàn thành 2 phần còn lại của đường hàn.

5) Tắt lửa hàn đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

BÀI TẬP 6. CẮT BẰNG NGỌN LỬA AXÊTYLEN VỚI ÔXY 1. Mục đích - Biết sử dụng thiết bị cắt cầm tay.

- Chọn được chế độ cắt thép bằng ngọn lửa ôxy-axêtylen. - Nắm được kỹ thuật cắt thép bằng mỏ cắt cầm tay. - Thực hành an toàn và vệ sinh công nghiệp.

2. Nguyên-vật liệu và dụng cụ-thiết bị - Khí hàn: O2 và C2H2. - Thép tấm CT34: 200 x 100 x 20. - Dụng cụ, đồ nghề phục vụ công việc cắt thép. Chọn đầu cắt số 2.

3. Nội dung bài tập

1) Chuẩn bị trước khi cắt: - Vạch dấu đường cắt. - Đặt phôi thép lên bàn cắt hoặc kê cách mặt đất từ 150 ÷ 200mm.

- Lót tôn hoặc gạch chịu lửa dưới đường cắt để tránh ngọn lửa cắt tiếp xúc trực tiếp với nền xi măng.

2) Chọn áp lực khí và ngọn lửa cắt:

Hình 5.1. Hàn gá đính ống

Hình 5.2. Trình tự hàn ống ở vị trí nằm ngang, xoay được.

21

- Po2 = 4at; PC2H2 = 0,3at. - Điều chỉnh và chọn ngọn lửa trung tính.

- Công suất ngọn lửa: Vo2 = 4.000 lít/giờ; VC2H2 = 460 lít/giờ.

3) Tiến hành cắt: - Bắt đầu cắt, để đầu mỏ cắt gần như vuông góc với phôi cắt. Nung mép phôi đến nhiệt độ cháy rồi mở van ôxy có lưu lượng lớn để thổi lớp ôxyt kim loại đã nóng chảy. - Khoảng cách từ đầu cắt đến bề mặt chi tiết: 3 ÷ 4mm. - Góc độ mỏ cắt trong quá trình cắt như hình 6.1. - Chiều rộng rãnh cắt: 2,5 ÷ 3mm. - Tốc độ cắt: 40 ÷ 50 cm/phút. - Thực hiện hết đường cắt. 4) Tắt lửa đúng quy trình. Thu dọn dụng cụ và vệ sinh nơi làm việc.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.TS. NGUYỄN THÚC HÀ, TS. BÙI VĂN HẠNH, ThS. VÕ VĂN PHONG – Giáo trình Công nghệ hàn, Nxb Giáo dục, 2007. 2. TRƯƠNG CÔNG ĐẠT – Kỹ thuật hàn, Nxb Giáo dục, 1995. 3. TRẦN VĂN NIÊN, TRẦN THẾ SAN - Thực hành kỹ thuật Hàn–Gò, Nxb Đà Nẵng, 2001 4. PGS.TS. HOÀNG TÙNG, TS. NGUYỄN THÚC HÀ, TS. NGÔ LÊ THÔNG, KS. CHU VĂN KHANG – Cẩm nang Hàn, Nxb Khoa học và kỹ thuật, 1999. 5. VƯƠNG KỲ QUÂN, VÕ MAI LÝ dịch – Gò hàn, Nxb Trẻ, 2001. 6. ThS. NGUYỄN TRƯỜNG GIANG, KS. GIÁP VĂN NANG, ThS. NGUYỄN VĂN THÀNH, KS. TRẦN VĂN HIỆU – Thực hành Hàn hồ quang – Nxb Lao động-Xã hội, 2006.

Hình 6.1. Góc độ mỏ cắt trong quá trình cắt