CẮT PHÔI BẰNG KHÍ OXY – AXETILEN
Thực chất, đặc điểm
Cắt phôi kim loại bằng ngọn lửa khí cháy là quá trình dùng nhiệt lượng của ngọn lửa khí cháy với oxi để nung nóng chỗ cắt đến nhiệt độ cháy của kim loại, tiếp đó dùng luồng oxi áp suất cao thổi lớp oxit kim loại đã nóng chảy để lộ ra phần kim loại chưa bị oxi hóa.
Lớp kim loại này tiếp tục bị cháy tạo thành lớp oxit mới, rồi đến lượt lớp oxit mới này bị nóng chảy và bị luồng oxi thổi đi, cứ thế cho đến hết.Để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy, dùng nhiệt của phản ứng giữa O2 kỹ thuật (98 99,7% O2) và C2H2 ( hoặc C6H6, khí gas…)
Ưu điểm
Thiết bị đơn giản, dễ vận hành
Cắt được kim loại dày
Năng suất cao
Nhược điểm
Chỉ cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt.
Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết con vênh, biến dạng.
Mạch cắt không đều
Cắt khí dùng trong ngành đóng tàu, chế tạo toa xe, xây dựng, công nghệ luyện kim…để cắt thép tấm, phôi tròn và các chi tiết đơn giản hay phức tạp. Bên cạnh cắt bằng tay, cắt bằng máy ngày càng được phát triển nhằm nâng cao năng suất và độ chính xác, mép cắt phẳng.
Điều kiện áp dụng
Cắt khí chỉ cắt được những kim loại thỏa mãn các điều kiện cắt sau
Nhiệt cháy của kim loại nhỏ hơn nhiệt chảy của nó. Đối với thép các bon thấp có lượng 0,7%C nhiệt cháy khoảng 1350C, còn nhiệt chảy gần 15000C nên thỏa mãn điều kiện này. Với thép các bon cao (1,1 – 1,2%) nhiệt cháy gần bằng nhiệt chảy nên trước khi cắt cần đốt nóng từ 300 – 6500C. Đối với thép các bon có thành phần cao hơn và thép hợp kim cao Cr – Ni, gang, kim loại màu, muốn cắt phải dùng thuốc cắt.
Nhiệt độ cháy của oxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt cháy của kim loại đó. Nếu ngược lại lớp oxit tạo nên trên bề mặt kim, loại vì không bị chảy ra nên khi có dòng O2 thổi vào lớp oxit sẽ ngăn cản việc oxi hóa lớp kim loại ở phía dưới.
Nhiệt lượng sinh ra trong phản ứng cháy của kim loại phải đủ lớn để duy trì quá trình cắt liên tục vì khi cắt thép gần 70% nhiệt là do phản ứng cháy của kim loại với oxi, chỉ 30% là do ngọn lửa nung nóng
Xỉ tạo thành khi cắt phải có tính chảy loãng cao để dễ dàng bị thổi đi. Tính dẫn nhiệt không quá cao tránh thoát nhiệt gây gián đoạn quá trình cắt.
Thiết bị và dụng cụ cắt khí
Sơ đồ một trạm cắt khí dùng axetylen
1.Bình khí Oxy, 2. Bình khí axetylen, 3. Van giảm áp, 4. Đồng hồ đo áp, 5. Khóa bảo hiểm, 5. Dây dẫn khí, 6. Mỏ hàn hoặc mỏ cắt, 6. Ngọn lửa hàn.
Bình điều chế axetylen
Dùng khi không có bình chứa khí, xa nơi sản xuất C2H2, là thiết bị thực hiện phản ứng của đất đèn với nước để thu về C2H2: CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2
Hiện nay có rất nhiều loại bình sinh khí khác nhau, mỗi loại chia ra các kiểu khác nhau nhưng đều cấu tạo bởi các bộ phận sau :
– Buồng sinh khí
– Thùng chứa khí
– Thiết bị kiểm tra và an toàn
Các bộ phận trên có thể bố trí thành một kết cấu chung hay lắp riêng rồi nối với nhau bằng ống dẫn.
Phân loại
– Theo năng suất : 0,8 ; 1,25 ; 2 ; 3,2 ; 5 ; 10 ; 20 ; 80 (m3/h)
– Theo cách lắp đặt : loại di động và cố định.
– Theo hệ thống điều chỉnh và theo sự tác dụng của nước với đất đèn
Yêu cầu
– Năng suất phải phù hợp với lượng tiêu thụ khí C2H2.
– Máy phải kín, bộ phận thu khí phải đủ lớn để khi ngưng lấy khí thì axetylen không tỏa ra ngoài.
– Máy lưu động gọn nhẹ dễ vận hành và sử dụng
Các loại thùng điều chế
Loại đá rơi vào nước : Đất đèn chứa trong phễu rơi xuống nước theo cửa có nón điều chỉnh. Sau khi tác dụng với nước cho C2H2 theo ống ra đi ra mỏ hàn còn Ca(OH)2 lọt xuống đáy để tháo ra ngoài
Loại này CaC2 phân hủy tốt, hiệu suất sử dụng cao (95%), C2H2 nguội lạnh tốt và sạch nhưng đòi hỏi đất đèn có độ hạt đều, cần lượng nước nhiều để làm nguội và rửa sạch khí nên kích thước bình lớn chỉ dung khi cần năng suất lớn hơn 20 (m3/h) và đặt cố định.
Loại nước rơi vào đá : Đất đèn chứa trong buồng 2. Nước trong phễu 4 rơi xuống nhờ khóa 5, C2H2 sinh ra được làm nguội do buồng 2 đặt trong nước và theo vòi 6 đi ra ngoài mỏ hàn. Loại này kết cấu đơn giản, dễ chế tạo dùng được CaC2 với độ hạt khác nhau sử dụng dễ dàng thuận tiện,cần ít nước.
Loại đá nước tiếp xúc : Đất đèn để trên sàng 7 tiếp xúc với nước ở buồng phải do buồng trái có mực nước cao hơn. Khi áp lực khí tăng lên sẽ đẩy nước sang buồng trái làm giảm tiếp xúc của đá với nước. Loại này đơn giản, sử dụng thuận tiện tuy nhiên có khuyết điểm là C2H2 nóng nên chỉ dung khi năng suất < 10m3/h. Loại hỗn hợp : là sự kết hợp loại nước rơi vào đá và đá tiếp xúc nước.
Áp kế
Là thiết bị đo áp suất làm việc của thùng điều chế. Trên mặt áp kế phải kẻ một vạch đỏ rõ ràng ở ngay sau số chỉ áp suất chp phép làm việc bình thường. Loại áp suất trung bình mà thùng chứa khí được tạo thành một bộ phận riêng thì phải lắp áp kế cả ở trên buồng sinh khí và thùng chứa.
Khóa bảo hiểm
Trong khi cắt bằng khí hay xảy ra hiện tượng lửa quặt, đó là sự cháy hỗn hợp nhiên liệu trong ống mỏ cắt đặc trưng bởi tiếng nổ mạnh và ngọn lửa lụi đi. Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cháy của O2 + C2H2 lớn hơn tốc độ cung cấp khí. Để tránh hiện tượng ngọn lửa cháy ngược theo ống dẫn trở về bình điều chế gây ra nổ người ta dùng khóa bảo hiểm.
Tốc độ cung cấp càng giảm khi : tăng đường kính lỗ mỏ hàn, giảm áp lực và lượng tiêu hao khí, ống dẫn khí bị tắc. Tốc độ cháy càng tăng khi : tăng lượng ôxy, nhiệt độ khí cao, môi trường hàn khô ráo và nhiệt độ cao…
Yêu cầu
– Ngăn ngọn lửa cháy ngược trở lại và xả hỗn hợp cháy ra ngoài.
– Có độ bền áp suất cao khi khí cháy.
– Giảm khả năng cản thủy lực dòng khí.
– Tiêu hao nước ít.
– Dễ kiểm tra, sửa chữa, dễ rửa.
Có thể phân loại
– Theo kết cấu : loại hở và loại kín.
– Theo lượng tiêu thụ khí: loại nhỏ và loại lớn.
– Theo loại tắt khí : loại ướt và loại khô.
Khóa bảo hiểm được đặt giữa thùng điều chế axetylen hoặc giữa ống dẫn axetylen và mỏ cắt. Dưới đây giới thiệu hai loại khóa kiểu hở và kiểu kín.
Kiểu hở : dùng cho bình áp lực thấp. Khí C2H2 được dẫn vào qua ống 1 đi qua nước vào ngăn chứa khí tới ống 2 vào mỏ cắt. Khi có lửa quặt, áp suất trên mặt nước của khóa tăng lên đẩy nước dâng lên trong ống 1 chặn không cho khí đi vào bình đồng thời mực nước hạ xuống miệng ống 4 hở ra khí qua ống thoát ra ngoài.
Kiểu kín : dùng cho bình áp lực trung bình. Khi C2H2 dẫn vào qua ống 2 đẩy viên bi lên và đi qua van ra ống 1 đến mỏ cắt. Khi có lửa quặt áp lực khí tăng lên đẩy viên bi xuống khóa van. Nếu áp suất vượt quá giá trị cho phép thì van chặn 6 bị phá và khí thoát ra ngoài.
Van giảm áp
Van giảm áp dùng để giảm áp suất và tự động điều chỉnh lượng tiêu hao khí nén trong bình từ áp suất cao đến áp suất làm việc. Van giảm áp oxy để điều chỉnh áp suất từ 150at xuống khoảng 1 ÷ 1,5at. Van giảm áp axetylen để điều chỉnh áp suất từ 150at xuống 0,05 ÷ 1,5at.
Van giảm áp được phân loại
– Theo nguyên lý làm việc : van kiểu thuận và van kiểu nghịch.
– Theo khí : van axetylen, van oxy, van metal.
Sơ đồ nguyên lý van giảm áp
a.Van kiểu thuận , b .Van Kiểu nghịch, 1. Đường dẫn khí cao áp, 2. Lò xo phụ, 3. Van, 4. Van an toàn, 5. Đường dẫn khí ra, 6. Buồng thấp áp, 7. Lò xo chính, 8. Vít điều chỉnh, 9. Màng đàn hồi, 10. Thanh truyền
Van thuận : Khí được dẫn vào theo ống 1 và ra qua ống 5 tới mỏ cắt. Áp lực khí trong buồng hạ áp 6 phụ thuộc vào độ mở của van 3. Khi lò xo chính 7 bị nén, van 3 chịu tác dụng của lò xo phụ 2 và áp lực của khí, đóng kín cửa van không cho khí vào buồng hạ áp.
Khi vặn nút điều chỉnh 8 làm lò xo 7 bị nén, van 3 được nâng lên, cửa van mở cho khí sang buồng hạ áp. Tùy độ nén của lò xo, độ chênh áp trước và sau van, cửa van được mở nhiều hay ít ta nhận được áp suất cần thiết trong buồng hạ áp.
Màng đàn hồi 9 để tự động điều chỉnh áp suất của khí ra. Nếu do nguyên nhân nào đó áp suất ở cửa ra tăng lên đẩy màng 9 đi xuống kéo theo con đội đi xuống làm cửa van đóng bớt lại, lượng khí ở buồng hạ áp giảm làm áp suất khí ra giảm.
Mỏ cắt
Mỏ cắt để trộn hỗn hợp oxi với khí cháy và dẫn oxi thổi
Có hai loại mỏ :
– Mỏ cắt kiểu hút
– Mỏ cắt kiểu đẳng áp
Khí cháy theo ống 6 đi vào buồng hỗn hợp 12 qua van điều chỉnh 9, oxi cháy đi theo ống 5 qua van 4 vào buồng hỗn hợp, còn oxi thổi đi qua van 3 đến trực tiếp đầu cắt.
Yêu cầu với mỏ cắt
– Đảm bảo cắt được tất cả các hướng.
– Chiều dài thích hợp để an toàn khi cắt.
– Điều chỉnh được dòng oxi và hỗn hợp.
– Mỏ cắt có chiều dài đủ lớn để đảm bảo khoảng cách từ tay cầm đến mỏ tránh bỏng.
Mỏ có bộ phận gá đặt : Bản chất của cắt bằng Oxy – A xetylen là quá trình oxy hóa cục bộ tại điểm cần cắt. Nhiệt sinh ra để cắt là nhờ nhiệt độ của phản ứng oxy hóa. Bí quyết để thực hiện tốt một đường cắt nhanh, vết cắt đẹp là phải giữ sao cho tốc độ di chuyển của mỏ cắt bằng với tốc độ ôxy hóa.
Việc sử dụng bép cắt bằng khí gas hay axetylen lâu nay rất thông dụng ngoài xã hội cũng như trong các nhà máy. Có thể sử dụng để hàn các chi tiết hay sử dụng để cắt thép thành những khổ hay hình theo ý muốn như cắt thép tấm để làm bích, đồ gá hàn hay khuôn dựng hình trong gia công dập…. Công việc này chủ yếu phụ thuộc vào tay thợ là chủ yếu: điểu chỉnh tỷ lệ gas, axetyle và oxy, chế tạo các dụng cụ để cắt các hình phức tạp.
Ống dẫn khí
Trong kỹ thuật hàn cắt thường sử dụng hai loại ống : ống bằng kim loại và ống bằng cao su. Ống bằng kim loại được đặt cố định trong các phân xưởng hoặc lắp bình sinh khí với các bộ phận khác, ống cao su để nối khí từ bình chứa hoặc máy sinh khí đến mỏ hàn cắt.
Ống dẫn bằng kim loại : Ống dẫn oxi có áp suất từ 16at trở xuống được chế tạo bằng ống thép không hàn, nhãn hiệu 10 hoặc 20. Ống dẫn khí oxi áp lực cao được chế tạo bằng đồng đỏ hoặc đồng thau. Ống dẫn khí cháy chỉ dùng loại ống thép không hàn nhãn hiệu 10 hoặc 20. Để hạn chế sự cố nổ khí ở áp suất làm việc 0,1 – 0,5at, đường kính ống không được vượt quá 50mm.
Ống dẫn bằng cao su : Mỏ hàn, mỏ cắt và các thiết bị khác muốn nối liền với bình oxi, máy sinh khí đều dùng ống cao su. Ống phải mềm để không gây ảnh hưởng đến thao tác của người thợ, đường kính ống căn cứ vào lưu lượng khí tiêu thụ để chọn.
Để đủ sức bền ở áp suất làm việc, ống cao su phải có một hoặc nhiều lớp hoặc bọc bằng vải bông hoặc đay. Đối với khí C2H2, ống được tính toán để làm việc ở áp suất đến 3at, còn đối với khí oxi thì tính toán để làm việc với áp suất 10at. Chiều dày lớp trong của ống cao su không được mỏng quá 2mm và lớp ngoài không mỏng quá 1mm. Đường kính trong của ống cao su theo qui định : 5,5 ; 9,5 ; 13 ; 16 và 19mm.
Vận hành và sử dụng thiết bị
Kiểm tra tình trạng thiết bị
– Kiểm tra tình trạng ống dẫn xem có bị xước, bị rách ở đâu không.
– Kiểm tra các đầu nối ống có bụi bẩn, lẫn dầu mỡ, hỏng hóc gì không
Lắp dây dẫn và van giảm áp
– Dây dẫn khí oxi màu xanh, khí cháy màu trắng hoặc đỏ.
– Vặn nút điều chỉnh áp suất trên van giảm áp ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi lỏng tay mới thôi.
– Van oxi không có ren nên phải dùng gông, có miếng đệm bằng da để đảm bảo kín.
– Kiểm tra các van trên mỏ cắt đảm bảo đã đóng.
– Dùng kìm vặn từ từ(ngược chiều đồng hồ) van khóa đầu bình nếu không thấy có tiếng xì do rò khí và kim đồng hồ áp suất cao dịch chuyển là được. Khi thấy tiếng xì xì phải khóa van đầu bình, tháo đai ốc và làm biện pháp đảm bảo độ kín của chỗ ghép.
– Mở dần dần van áp suất theo chiều kim đồng hồ, theo dõi đồng hồ đến khi đạt trị số áp suất yêu cầu thì dừng lại.
– Xả thử van trên mỏ cắt.
Vận hành mỏ cắt
– Mở nhỏ van oxi vào buồng hỗn hợp.
– Mở van khí cháy rồi mồi lửa.
– Điều chỉnh van oxi hỗn hợp để điều chỉnh chiều dài và công suất ngọn lửa.
Công nghệ cắt
Chuẩn bị bề mặt vật cắt
– Làm sạch chất bẩn, dầu mỡ, gỉ, …bằng cách dùng ngọn lửa nung nóng để làm sạch.
– Nếu thép đã tôi thì nhiệt luyện trước khi cắt, nếu không thì ứng suất khi tôi cộng ứng suất khi cắt sẽ làm cho kim loại bị nứt.
– Với thép cacbon thấp thì không cần nung nóng sơ bộ.
Tốc độ cắt
– Ảnh hưởng đến chất lượng mối cắt.
– Tốc độ phải tương ứng với chiều dày cắt (tốc độ thấp thì sự cháy mạnh, tốc độ cao thì lượng không cắt hết lớn)
Lưu lượng khí
Lưu lượng khí tiêu hao phụ thuộc vào chiều dày vật cắt, trạng thái bề mặt vật cắt và độ tinh khiết của dòng oxy
Khoảng cách từ mỏ cắt đến vật cắt
Khoảng cách từ nhân ngọn lửa đến bề mặt vật cắt tốy nhất là từ 1,5…2,5 mm. Khoảng cách từ mỏ cắt tới bề mặt kim loại khi cắt thép S<100mm có thể tính theo công thức
h = l + 2 (mm)
l : chiều dài nhân ngọn lửa.
Khi cắt các tấm dày S > 100, oxi có áp suất thấp, h tính theo công thức h = 5 + 0,05S (mm).
S : chiều dày tấm
+ Xem thêm: Máy cắt laser CNC Fiber™ ⭐️ Cắt Không Giới Hạn | Cách lắp đặt máy hàn que dễ dàng nhất
