Báo cáo Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy-Acetylene (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy-Acetylene (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN UỐN CỦA MỐI HÀN THÉP TẤM MỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN OXY – ACETYLENE Mã số: T2014 – 103 Chủ nhiệm đề tài: GVTH. VÕ ÐÔNG LAO S K C0 0 5 5 1 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene Mã số: T2014 – 103 Chủ nhiệm đề tài: GVTH. VÕ ĐÔNG LAO TP. HCM, 03/2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene Mã số: T2014 – 103 Chủ nhiệm đề tài: GVTH. VÕ ĐÔNG LAO TP. HCM, 03/2015
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước: 1 2. Tính cấp thiết : 1 3. Mục tiêu: 1 4. Cách tiếp cận: 1 5. Phương pháp nghiên cứu 1 6. Đối tượng nghiên cứu: 1 7. Phạm vi nghiên cứu: 1 8. Nội dung nghiên cứu : 1 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1. Giới thiệu về thép tấm mỏng 3 1.2. Công nghệ hàn bằng ngọn lửa oxy – acetylene 6 1.3. Độ bền uốn 17 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM 24 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37
5. THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu độ bền uốn của mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene - Mã số: T2014 - 103 - Chủ nhiệm: GVTH. VÕ ĐÔNG LAO - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 01/2014 – 11/2014 2. Mục tiêu: - Xác định độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene - Xây dựng bài thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene 3. Tính mới và sáng tạo: - Vận dụng kiến thức tổng hợp để xây dựng bài thí nghiệm phụ vụ tại bộ môn 4. Kết quả nghiên cứu: - Xây dựng thành công bài thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene 5. Sản phẩm: - Bản thuyết minh - Bài thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Chuyển giao kết quả nghiên cứu tại Bộ môn - Chuyển giao kết quả nghiên cứu cho các đơn vị liên quan Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) GVTH. VÕ ĐÔNG LAO
6. MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước: Thực tế Việt Nam, tại các Công ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Công ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rượu, bia và nước giải khát Sài Gòn; Nhà máy nhiệt điện bằng tuabin khí, quá trình phá hủy của các chi tiết, cụm chi tiết có mối ghép hàn là điều đáng lo ngại. 2. Tính cấp thiết : Phá hủy kết cấu hàn đã được quan tâm từ lâu. Đánh giá độ bền và độ ổn định của kết cấu hàn định kỳ sau một thời gian sử dụng là một yêu cầu rất quan trọng, nhằm phát huy tối đa hiệu quả sử dụng của các kết cấu hàn. Thực tế Việt Nam, tại các Công ty Chế tạo thiết bị dầu khí; Công ty Doosan – KCN Dung Quất; Tổng Công ty Rượu, bia và nước giải khát Sài Gòn; Nhà máy nhiệt điện bằng tuabin khí, quá trình phá hủy của các chi tiết, cụm chi tiết có mối ghép hàn là điều đáng lo ngại. 3. Mục tiêu: - Xác định độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene - Xây dựng bài thí nghiệm độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene 4. Cách tiếp cận: - Tìm hiểu nhu cầu thực tế và tính khả thi của đề tài. 5. Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế - Nghiên cứu tài liệu. - Thực nghiệm. 6. Đối tượng nghiên cứu: - Mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene - Phương pháp kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng 7. Phạm vi nghiên cứu: - Phương pháp kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng bằng phương pháp hàn oxy – acetylene - Xây dựng bài thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng 8. Nội dung nghiên cứu : Trang 1
7. - Giới thiệu về thép tấm mỏng - Công nghệ hàn bằng ngọn lửa oxy – acetylene - Độ bền uốn mối hàn thép - Bài thí nghiệm kiểm tra độ bền uốn mối hàn thép tấm mỏng Trang 2
8. CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Giới thiệu về thép tấm mỏng 1.1.1. Theo TCVN 6522 : 1999 (ISO 4995 : 1993) về thép tấm kết cấu cán nóng mỏng: Thép tấm có chiều dày nhỏ hơn 3 mm thường được gọi là “thép tấm mỏng” hoặc “thép lá” (tiếng Anh gọi là sheet). Thép tấm có chiều dày từ 3 mm trở lên thường gọi là “thép tấm dày” (tiếng Anh là sheet hoặc plate). Thép tấm kết cấu cán nóng mỏng có chiều dày từ 1.6 mm đến 3 mm Một số mác thép tấm kết cấu cán nóng theo TCVN Bảng 1.1 - Thành phần hóa học (phân tích mẫu đúc), % Mác Loại1)2) Phương pháp C Mn Si P S khử oxy3)4) max max max max max HR 235 B E hoặc NE 0,18 1,20 Không qui 0,035 0,035 D CS 0,17 1,20 định 0,035 0,035 Không qui định HR 275 B E hoặc NE 0,21 1,20 Không qui 0,035 0,035 D CS 0,20 1,20 định 0,035 0,035 Không qui định HR 355 B NE 0,21 0,035 0,035 1,60 0,55 D CS 0,20 0,035 0,035 Chú thích 1) Thép loại B dùng cho các kết cấu hàn hoặc các bộ phận kết cấu trong các điều kiện tải trọng bình thường. 2) Thép loại D được dùng cho các kết cấu hàn hoặc bộ phận kết cấu chịu tải trọng cần có ích chống phá hủy dòn cao. 3) E = Thép sôi NE = Thép không sôi CS = Thép lặng đặc biệt 4) Hàm lượng nitơ được khống chế, thường không được vượt quá 0,009% đối với thép sôi và thép không sôi hay 0,015% đối với thép lặng đặc biệt. Bảng 1.2 – Chỉ tiêu cơ tính 2) 3) RELmin Rmmin A min, % Đường N/mm2 (chỉ để e<3 3≤e≤6 kính Mác1) R R tham L =50 L =80 L =50 lõi eH eL 0 0 L0=5,65 S0 0 khảo) mm mm mm uốn N/mm2 1800 4) HR 235 235 215 330 20 18 23 22 2a HR 275 275 255 370 17 15 20 18 3a Trang 3
9. HR 355 355 335 450 15 13 19 16 3a ReH = giới hạn chảy trên ReL = giới hạn chảy dưới Rm = độ bền kéo A = độ giãn dài L0 = chiều dài mẫu thử S0 = Diện tích mặt cắt ngang ban đầu a = chiều dày của mẫu thử uốn e = chiều dày của thép tấm, mm 1 N/mm2 = 1 MPa 1) Trước đây ký hiệu là mác Fe 37, Fe 44 và Fe 55. 2) Cả ReH và ReL đều phải đo và chúng phải thỏa mãn yêu cầu tối thiểu. Giới hạn chảy có thể được đo bằng giới hạn chảy với độ giãn dài 0,5% (giới hạn chảy dưới tải trọng) hay 0,2% khi hiện tượng chảy không xuất hiện. 3) Đối với chiều dày nhỏ hơn (đến) 3 mm thì dùng Lo = 50 mm hay Lo = 80 mm. Đối với chiều dày từ 3 mm đến 6 mm thì dùng Lo = 5,65 So hay Lo = 50 mm. Trong trường hợp chưa thống nhất thì các kết quả nhận được trên một mẫu tỷ lệ chỉ có giá trị đối với vật liệu cho chiều dày từ 3 mm trở lên. 4) Phép thử uốn chỉ được tiến hành khi được qui định (xem điều 7.2). Đường kính gối (lõi) uốn trong bảng 2 là đối với các mẫu thử được chuẩn bị cho phép thử ở phòng thí nghiệm. Các điều kiện trong khi chế tạo có thể khắc nghiệt hơn và có thể không giống với các điều kiện khi thử trong phòng thí nghiệm. Mác thép của Nga: CT3, CT3πC , CT3Kπ , CT3Cπ theo tiêu chuẩn: GOST 3SP/PS 380-94 Mác thép của Nhật : SS400, theo tiêu chuẩn: JIS G3101, SB410, 3010. Mác thép của Trung Quốc : SS400, Q235A, Q235B, Q235C, Q235D, .theo tiêu chuẩn : JIS G3101, GB221-79 Mác thép của Mỹ : A36, AH36, A570 GrA, A570 GrD, theo tiêu chuẩn : ASTM 1.1.2. Theo TCVN 6524 : 1999 (ISO 4997 : 1991) về thép tấm kết cấu cán nguội mỏng: Trang 4
10. Thép tấm kết cấu cán nóng mỏng có chiều dày từ 0.36 mm đến 3 mm Một số mác thép tấm kết cấu cán nguội theo TCVN Bảng 1.3 - Thành phần hóa học (phân tích mẫu đúc), % Mác Loại Phương C Mn P S pháp khử max max max max oxy CR 220 B E hay NE 0,15 Không quy 0,050 0,050 D CS 0,15 định 0,040 0,040 Không quy định CR 250 B E hay NE 0,20 Không quy 0,050 0,050 D CS 0,20 định 0,040 0,040 Không quy định CR 320 B E hay NE 0,20 1,50 0,050 0,050 D CS 0,20 1,50 0,040 0,040 CH 550 Không Không 0,02 1,50 0,050 0,050 quy quy định định Chú thích 1) E = Thép sôi NE = Thép không sôi CS = Thép lặng đặc biệt 2) Hàm lượng nitơ được khống chế, thường không được vượt quá 0,009 % đối với thép sôi và không sôi hay 0,015% đối với thép lắng đặc biệt. 3) Thép loại B dùng để chế tạo các kết cấu hàn hay các chi tiết kết cấu chịu tải trọng thuông thường. 4) Thép loại D dùng để chế tạo các kết cấu hàn hay các chi tiết kết cấu chịu tải trọng và cần có khả năng chống phá hủy dòn tốt Bảng 1.4 – Chỉ tiêu cơ tính 1) Mác ReL min, Rm, min, A min, % Đường kính N/mm2 N/mm2 lõi uốn 1800 2) L0 = 50 mm L0 = 80 mm CR 220 220 300 22 20 1a CR 250 250 330 20 18 2a CR 320 320 400 16 14 2a CH 550 550 3) Không quy Không quy Không quy định định định ReL= giới hạn chảy dưới Trang 5
11. Rm = độ bền A = độ giãn dài L0 = chiều dài tính trên mẫu thử a = chiều dày của mẫu thử uốn 1 N/mm2 = 1 MPa 1) Dùng L0 = 50 mm hoặc L0 = 80 mm 2) Chỉ thử uốn khi được quy định (xem 7.2). Bán kính thử uốn trong bảng 2 là đối với các mẫu được chuẩn bị cho thử trong phòng thí nghiệm. Các điều kiện trong sản xuất có thể phức tạp hơn và không mô phỏng chúng khi thử trong phòng thí nghiệm. 3) Đối với mác CH 550 giới hạn chảy gần với giới hạn bền nên giới hạn bền dưới (ReL) sẽ được lấy như là ứng suất với tổng độ giãn dài 0,5 % dưới tải trọng theo quy định trong ISO 6892 1.2. Công nghệ hàn bằng ngọn lửa oxy – acetylene 1.2.1. Vật liệu dùng trong hàn khí 1.2.1.1.Oxy Oxy dùng trong kỹ thuật hàn có độ tinh khiết từ 98,5 đến 99,5% (còn lại là tạp chất nitơ và argon) nên thường gọi là oxy kỹ thuật. Oxy là một loại khí không màu, không mùi vị, có rất nhiều trong không khí. Nguồn chủ yếu tạo ra oxy là khí quyển, trong đó có chứa khoảng 21% oxy theo thể tích. Trong kỹ thuật hàn, người ta thường sử dụng oxy nguyên chất vì nó làm tăng tốc độ của phản ứng cháy và tăng nhiệt độ cho ngọn lửa. Nhiên liệu thể khí và một số nhiên liệu thể lỏng kết hợp với khí oxy tạo thành một hỗn hợp nổ. Các chất béo và dầu mỡ khi tiếp xúc với oxy ở trạng thái nén có thể tự bốc cháy. Vì vậy, khi sử dụng oxy đặc biệt ở trạng thái nén, phải kiểm tra cẩn thận, tránh dầu mỡ và các chất bẩn khác. Phương pháp điều chế oxy gồm 3 bước: nén, làm nguội, giãn nở để biến không khí thành thể lỏng. Người ta lợi dụng điểm sôi khác nhau giữa Oxy với Nitơ và các chất khí khác. (Điểm sôi của Nitơ: -196oC, Oxy: -183oC). Sau đó nén khí oxy lên áp suất cao rồi chứa vào bình vỏ thép có dung tích 40l, áp suất 150at. Phương pháp này đạt năng suất cao, năng lượng điện tiêu tốn ít. 1.2.1.2. Khí axetylen Axetylen là một hợp chất của cacbon và hydro có công thức hóa học là C2H2. Nó chứa một khối lương C lớn hơn bất kỳ một khí hydro cacbon nào khác, không màu Trang 6
12. và nặng hơn không khí, có mùi hắc khi ở trạng thái nguyên chất. Axetylen nhẹ hơn không khí và rất dễ hòa tan trong các chất lỏng, nhất là trong axeton. Ngọn lửa khí axetylen kết hợp với oxy nguyên chất có nhiệt độ từ 3050oC đến 3150oC. Axetylen là một chất khí nổ nguy hiểm. Vì vậy, trong những trường hợp sau đây khí axetylen có thể nổ: - Khi nhiệt độ 450-500oC và áp suất cao quá 1,5at. o - Khi C2H2 hóa hợp với không khí ở áp suất khí trời nhiệt độ từ 305 C đến 470oC. - Khi nhiệt độ của nước và bã đất đèn ở khu vực phản ứng quá 80oC hoặc o nhiệt độ của khí C2H2 cao quá 90 C. Axetylen là sản phẩm của phản ứng hóa học giữa CaC2 và H2O. CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 ↓ + Q Phản ứng này sinh ra một lương nhiệt Q lớn. Đất đèn là hợp chất của canxi với cacbon. Đất đèn là một chất màu xám xẫm hoặc màu hạt dẻ. Nấu chảy vôi sống và than cốc trong lò điện ta sẽ được đất đèn, theo phản ứng sau: CaO + 3C = CaC2 + CO Vôi sống được lấy từ đá vôi ngoài tự nhiên được điều chế theo phản ứng sau: CaCO3 = CaO + CO2 Đất đèn dẫn trong lò điện được dẫn vào khuôn sẽ đông rắn lại. Sau đó đem nghiền vỡ rồi phân loại cỡ hạt theo các kích thước như sau: 2 9; 8 15; 15 25; 25 50; 50 80mm. Theo lý thuyết thì cứ 1Kg CaC2 tác dụng với nước sẽ cho ra 372,5 lít C2H2, nhưng trên thực tế phụ thuộc vào độ tinh khiết của đất đèn và điều kiện phản ứng ta chỉ thu được khoảng 230-265 lít C2H2. Đất đèn trong công nghiệp trung bình chứa 70% CaC2, 24% CaO, còn lại là sắt Silic và các chất khác như SiO2, CO2 Vì đất đèn dễ hấp thụ hơi ẩm trong không khí tạo thành khí axetylen, khí axetylen có thể kết hợp với không khí tạo thành một hỗn hợp nổ nguy hiểm nên phải chứa C2H2 trong các thùng tuyệt đối kín. 1.2.1.3. Que hàn và thuốc hàn khi hàn khí  Que hàn: Trang 7
13. Khi hàn các chi tiết mỏng có gấp mép thì không cần sử dung que hàn còn trong những trường hợp khác phải dùng que hàn phụ để bổ sung kim loại cho mối hàn. Que hàn phụ dùng để hàn thép cacbon và hợp kim thấp thỏa mãn các yêu cầu: - Có đường kính tỷ lệ với chiều dày chi tiết hàn. - Bề mặt phải sạch: không gỉ, không dính dầu mỡ và các chất bẩn khác. - Ít gây hiện tượng bắn tóe kim loại ra khỏi vũng hàn. - Không chứa các chất phi kim và dễ tạo thành các bọt khí trong kim loại mối hàn. Hàn thép dùng dây hàn có đường kính 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 12mm. Hàn gang dùng các loại có đường kính 6,8; 10; 12mm.  Thuốc hàn. Trong quá trình hàn, khi các oxit có điểm nóng chảy cao hơn của kim loại cơ bản thì kim loại nóng chảy bị oxy hóa và các oxyt bị kẹt vào giữa kim loại đông đặc để tránh tình trạng này ngưới ta đã sản xuất ra thuốc hàn. Thuốc hàn sẽ hỗ trợ cho quá trình loại bỏ oxyt khi hàn bằng cách hình thành các loại xỉ dễ nóng chảy sẽ nổi trên bề mặt của vũng hàn. Thuốc cần phải bảo vệ được vũng hàn nóng chảy khỏi tác dụng của không khí và phải ngăn ngừa vũng hàn khỏi bị hấp thụ hay phản ứng với các khí trong ngọn lửa. Trong quá trình nung nóng sơ bộ và giai đoạn hàn, thuốc hàn cần thỏa mãn các yêu cầu sau: - Thuốc hàn cần phải làm sạch và bảo vệ bề mặt của kim loại cơ bản. - Thuốc hàn nóng chảy không được tỏa khí độc hại tác động xấu đến mối hàn. - Dễ chảy, có nhiệt độ chảy nhỏ hơn nhiệt độ chảy của kim loại cơ bản và que hàn. - Xỉ được tạo thành phải bảo vệ tốt kim loại của vũng hàn. Khi hàn thép, hàn đồng sẽ hình thành các oxyt bazơ (CuO, Zn ) để hòa tan được chúng phải dùng thuốc hàn axit như borắc Na2B4O7. Đặc biệt khi hàn gang, trong vũng hàn hình thành oxyt axit SiO2, để hòa tan nó phải đưa vào các oxyt bazơ mạnh K2O, Na2O Thuốc hàn có thể được sản xuất ở dạng bột khô, bột nhão, dung dịch đặc hoặc là lớp áo quét lên trên bề mặt của que hàn. 1.2.2. Thiết bị hàn khí. Trang 8
14. Trên hình 1-1 trình bày sơ đồ của một trạm hàn khí. Hình 1-1. Sơ đồ của một trạm hàn khí. 1. Bình chứa khí axetylen; 2. Bình chứa khí oxy; 3. Van giảm áp; 4. Khóa bảo hiểm; 5. Ống dẫn khí; 6. Mỏ hàn; 7. Các dụng cụ đồ nghề khác. 1.2.2.1. Bình chứa khí. Trong thực tế để bảo quản, vận chuyển các loại khí tới các vị trí thích hợp người ta sử dụng các loại bình chứa với dung tích khác nhau. Loại bình thép có dung tích 40 lít và chịu được áp suất tới 200at được dùng nhiều nhất trong sản xuất hàn và cắt kim loại. Mặt ngoài các bình chứa khí có sơn màu để phân biệt các loại khí khác nhau như: bình sơn màu xanh là bình khí oxy, sơn màu trắng là bình khí axetylen, sơn màu vàng là bình khí hydro, argon kỹ thuật sơn đen hoặc trắng, argon nguyên chất nửa trên sơn trắng nửa dưới sơn đen, các khí khác sơn màu đỏ. Bình chứa dung tích 40 lít có các kích thước như sau: - Đường kính ngoài 219mm. - Chiều dài phần vỏ bình 1390mm. - Chiều dày thành bình 9,3mm. - Trọng lượng bình 600N. Để ngăn ngừa nguy cơ nổ của khí axetylen, người ta bỏ vào bình các chất bọt xốp tẩm axeton. Khi lấy axetylen khỏi bình, cần phải cẩn thận không được lấy với tốc độ quá lớn, khi đó axeton có thể được rút ra khỏi bình chứa cùng với axetylen. 1.2.2.3. Van giảm áp. Van giảm áp là thiết bị có tác dụng để giảm áp suất cao của khí ở trong bình chứa tới áp suất thấp phù hợp với chế độ hàn, điều chỉnh lượng tiêu hao khí nén và giữ Trang 9
15. cho áp suất của hỗn hợp khí ở đầu mỏ hàn ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất trong bình chứa. Van giảm áp cho khí oxy có thể điều chỉnh áp suất khí oxy từ 150at xuống khoảng 1-15at. Van giảm áp cho khí axetylen có thể điều chỉnh áp suất các thùng điều chế từ 0,1-1,5at. Có nhiều loại van giảm áp khác nhau: - Căn cứ vào số lượng buồng giảm áp, người ta phân biệt ra van một buồng và van hai buồng. - Căn cứ vào nguyên lý tác dụng người ta chia ra loại: van tác dụng thuận và van tác dụng nghịch. Hiện nay loại van tác dụng nghịch (hình 1-2) được sử dụng rất rộng rãi với sơ đồ nguyên lý làm việc như sau: Khí nén có áp suất cao từ bình chứa theo ống 1 vào buồng 4 (buồng cao áp), áp suất trong buồng cao áp được đo bằng đồng hồ 2. Nhờ có khe hở dưới nắp 5 khí sẽ đi xuống buồng thấp áp 8, với áp suất được xác định theo đồng hồ 7, rồi đi ra mỏ hàn. Ban đầu, ta nhìn vào đồng hồ 7 điều chỉnh thể tích buồng 8 để có áp suất yêu cầu bằng cách điều chỉnh màng cao su 11 nhờ vít 10 thông qua lò xo 9. Trong quá trình hàn, vì một lí do nào đó, áp suất ở buồng 8 thay đổi thì tự nó sẽ điều chỉnh lấy . Ví dụ áp suất ở buồng 8 giảm xuống thì lò xo 9 sẽ nâng màng cao su 11, thanh 12 và nắp van 5 lên làm cho thể tích buồng 8 thu hẹp lại, đồng thời lúc đó cửa van 5 mở rộng ra, lượng khí ở buồng 4 sẽ đi xuống nhiều hơn ,do đó áp suất ở trong buồng 8 lại tăng lên tới mức yêu cầu. Ngược lại, nếu áp suất ở buồng 8 vì một lí do nào đó tăng lên, lúc đó màng cao su 11 sẽ nén lò xo 9 lại, kéo thanh 12 và nắp van 5 xuống làm cho cửa van 5 thu hẹp lại, khí từ buồng 4 đi xuống ít hơn và áp suất trong buồng 8 lại được giảm đến mức yêu cầu. Trường hợp áp suất của khí trong buồng 8 tăng lên quá mức làm màng cao su không thể ép được 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. Trang 10
16. Hình 1-2. Van giảm áp tác dụng nghịch một buồng. 1.2.2.5. Ống dẫn khí. Ống dẫn khí sử dụng trong hàn khí được sản xuất theo tiêu chuẩn cụ thể đáp ứng những yêu cầu về tính năng sử dụng và an toàn. Ống dẫn khí O2 và C2H2 phải đủ độ bền, chịu được áp suất khí, phải mềm dẻo nhưng không dễ bị gập, có tính đàn hồi và tính chống rò rỉ cao. Ống dẫn khí thường được chế tạo bằng vải lót cao su, chiều dày lớp cao su bên trong không nhỏ hơn 2mm và bên ngoài không nhỏ hơn 1mm. Mỗi ống dẫn đều có một van kiểm tra ở bộ điều chỉnh và một van khác ở mỏ hàn. Mục đích để ngăn “ngọn lửa quặt” vào ống dẫn và bộ diều chỉnh. Tất cả các ống dẫn khí nhiên liệu đều có màu đỏ. Các đai ốc được ren trái để phù hợp với phần ren đầu ra của bộ điều chỉnh và phần ren ở phần dẫn khí vào của mỏ hàn. Các ống dẫn khí oxy thường có màu xanh. Các đầu nối có đai ốc được ren phải và phù hợp với ren của bộ điều chỉnh và mỏ hàn. Ngoài ra, còn có thể sử dụng các khớp nối dây đến vị trí hàn cách xa nơi đặt các bình chứa. 1.2.2.6. Mỏ hàn khí. Mỏ hàn là dụng cụ quan trọng nhất trong trang bị của một trạm hàn khí. Có nhiệm vụ nhận khí O2 và C2 H2 từ các buồng chứa khí đến buồng hỗn hợp đưa ra mỏ hàn tạo thành ngọn lửa cung cấp nhiệt năng cho qúa trình hàn. Trang 11
17. Mỏ hàn cần phải an toàn khi sử dụng và ổn định thành phần của ngọn lửa, phải thuận tiện khi sử dụng, dễ điều chỉnh thành phần và công suất của ngọn lửa khi hàn. Theo nguyên lý truyền khí cháy trong buồng hỗn hợp có 2 loại: mỏ hàn hút và mỏ hàn đẳng áp. a. Mỏ hàn hút. Hình 1-3. Mỏ hàn hút. Đặc điểm của mỏ hàn này là buồng hỗn hợp khí có cấu tạo phức tạp. Theo nguyên lý cấu tạo kiểu hút ta cần chú ý khi hàn phải mở oxy trước, mở axetylen sau. Vì nếu mở axetylen trước thì do áp lực thấp nó sẽ không ra được. Trong quá trình hàn do sự bắn tóe của kim loại và xỉ lỏng, lỗ đầu của mỏ hàn có thể bị bám bẩn, nhỏ hoặc méo làm cho ngọn lửa không đạt được hình dạng và tính chất yêu cầu. Để khắc phục tình trạng này ta nên khóa các đường dẫn khí lại và dùng que bằng đồng đỏ thông lỗ đầu mỏ hàn. Khi mỏ hàn nóng quá ngọn lửa chập chờn gián đoạn hoặc có tiếng nổ ta nên tắt ngọn lửa và nhúng vào nước để làm nguội sau đó tiếp tục hàn. b. Mỏ hàn đẳng áp. Trang 12
18. Hình 1-4. Mỏ hàn đẳng áp. Mỏ hàn đẳng áp (hình 1-4) được sử dụng khi cần đảm bảo thành phần hỗn hợp của ngọn lửa là không đổi như hàn các loại hợp kim màu, thép hợp kim Mỏ hàn đẳng áp ít được sử dụng hơn mỏ hàn kiểu hút. Loại mỏ hàn đẳng áp có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, ngọn lửa cháy ổn định, dễ hàn, nhưng phải đảm bảo điều kiện áp suất khí vào mỏ hàn ổn định trong quá trình hàn. Loại này chỉ sử dụng trong điều kiện cả O2 và C2H2 đều chứa trong bình khí qua bộ phận giảm áp. Các đầu mỏ hàn thường được làm bằng hợp kim màu như hợp kim đồng với tính dẫn nhiệt cao để giảm nguy cơ bị quá nhiệt. Phần mặt trước của đầu mỏ hàn cần phải tạo hình sao cho dễ sử dụng và tạo điều kiện thuận lợi để quan sát các thao tác trong quá trình hàn. 1.2.3 Công nghệ hàn khí. 1.2.3.1. Điều chỉnh ngọn lửa hàn. Sự cháy của hỗn hợp khí oxy – axetylen xảy ra ở một nhiệt độ nhất định. Vì vậy để có ngọn lửa hàn thì trước tiên phải dùng mồi lửa. Quá trình cháy của oxy – axetylen sẽ sinh ra nhiệt và ánh sáng. Nhiệt này nung nóng vật hàn, que hàn và môi trường xung quanh. Cấu tạo của ngọn lửa hàn gồm 3 vùng riêng biệt, kích thước hình dạng và màu sắc của các vùng này phụ thuộc vào tỷ lệ của hỗn hợp khí hàn, ngọn lửa hàn có thể chia làm 3 loại: ngọn lửa bình thường, ngọn lửa oxi hóa và ngọn lửa cacbon hóa. a. Ngọn lửa bình thường. O Ngọn lửa bình thường. Nếu tỷ lệ 2 = 1,1 –1,2. (còn gọi là ngọn lửa trung hòa) C2 H 2 Trang 13
19. Ngọn lửa này chia thành 3 vùng: - Vùng hạt nhân: có màu trắng, nhiệt độ thấp khoảng 1000oC trong đó có cacbon nên không dùng để hàn vì dễ làm cho mối hàn thấm cacbon trở nên giòn. - Vùng hoàn nguyên (vùng cháy không hoàn toàn): có màu sáng xanh, thành phần khí gồm có CO và H2 có khả năng bảo vệ vũng hàn tốt. Chiều dài vùng này khoảng 20mm.Tại vị trí cách đuôi nhân ngọn lửa 3 – 6mm vùng hoàn nguyên đạt tới nhiệt độ cao nhất dùng để hàn tốt vì vậy vùng này còn được gọi là vùng công tác. - Vùng cháy hoàn toàn (còn gọi là đuôi ngọn lửa) có màu nâu sẫm nhiệt độ thấp, có CO2 và H2O nên không sử dụng để hàn. Vì khí CO2 và H2O khi tiếp xúc với kim loại nóng sẽ oxi hóa kim loại, vì vậy còn gọi là vùng oxi hóa. Ngoài ra, vùng này cacbon bị cháy hoàn toàn nên gọi là vùng cháy hoàn toàn. Hình 1-5. Ngọn lửa bình thường b. Ngọn lửa oxi hóa. O Ngọn lửa oxi hóa có tỷ lệ 2 > 1,2 C2 H 2 - Vùng hạt nhân của ngọn lửa oxi hóa nhọn và ngắn hơn so với ngọn lửa bình thường, có màu sáng nhạt. - Vùng hoàn nguyên và vùng cháy hoàn toàn khó phân biệt ranh giới với nhau, có màu xanh tím. Vùng giữa của ngọn lửa thừa oxy và mang tính oxi hóa nên được gọi là ngọn lửa oxi hóa. Tuy nhiệt độ của ngọn lửa oxi hóa lớn hơn so với ngọn lửa bình thường Trang 14
20. nhưng không dùng để hàn thép vì mối hàn sẽ rất giòn và bị rỗ khí. Ngọn lửa oxi hóa chủ yếu để hàn đồng thau, nung nóng và cắt hớt bề mặt kim loại. Hình 1-6. Acetylene cháy trong không khí và ngọn lửa cacbon hoá Hình 1-7. Các loại ngọn lửa hàn c. Ngọn lửa cacbon hóa. O Ngọn lửa cacbon hóa có tỷ lệ 2 < 1,1. C2 H 2 - Vùng hạt nhân của ngọn lửa cacbon hóa bị kéo dài ra có màu nâu sẫm không có ranh giới rõ ràng giữa vùng hạt nhân và vùng hoàn nguyên. - Vùng cháy hoàn toàn của ngọn lửa có màu vàng nhạt. Ngọn lửa cacbon hóa có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ngọn lửa bình thường. Vùng giữa của ngọn lửa thừa cacbon và mang tính chất cacbon hóa nên được gọi là Trang 15
21. ngọn lửa cacbon hóa. Vì vậy, ngọn lửa cacbon hóa ít được dùng để hàn thép mà chủ yếu để hàn gang, tôi bề mặt hàn hợp kim cứng, hàn đắp thép. Loại ngọn lửa được sử dụng để hàn các kim loại khác nhau có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm cho mối hàn có những tính chất tốt nhất. Một ngọn lửa đúng cùng với kỹ thuật hàn đúng có tác dụng như một phương tiện bảo vệ cho kim loại mối hàn khỏi tác động của oxy và nitơ ảnh hưởng tới kim loại nóng chảy (bảng 3-1). Bảng 1-5. Bảng các điều kiện cơ bản để hàn oxy – axetylen, kim loại có chứa sắt khác nhau Ngọn lửa điều STT Kim loại Thuốc hàn Que hàn chỉnh 1. Thép, gang Trung tính Không Thép 2. Thép ống Trung tính Không Thép 3. Thép lá Trung tính Không Thép 4. Thép tấm Trung tính Không Thép Hơi oxi hóa Có Đồng 5. Thép cacbon cao Hơi Cacbon hóa Không Thép 6. Sắt rèn Trung tính Không Thép 7. Sắt mạ kẽm Trung tính Không Thép Hơi oxi hóa Có Đồng 8. Gang xám Trung tính Có Gang Hơi oxi hóa Có Đồng 9. Gang dẻo Hơi oxi hóa Có Đồng 10. Gang ống xám Trung tính Có Gang Hơi oxi hóa Có Đồng Gang hoặc thành phần 11. Gang ống Trung tính Có của kim loại cơ bản Có thành phần kim loại Thép Crôm – Niken 12. Trung tính Có cơ bản hoặc thép đúc Cr-Ni 25 – 12 Thép không gỉ côlumbi Thép Crôm – Niken 13. Trung tính Có hoặc có thành phần kim (18-8 và 25-12) loại cơ bản Thép không gỉ côlumbi 14. Thép Crôm Trung tính Có hoặc có thành phần kim loại cơ bản Thép không gỉ côlumbi 15. Gang Crôm Trung tính Có hoặc có thành phần kim loại cơ bản Trang 16
22. S K L 0 0 2 1 5 4