Tìm hiểu về quá trình cắt kim loại bằng khí

Hiện nay có rất nhiều phương pháp cắt kim loại. Chủ yếu người ta dùng phương pháp cắt kim loại bằng khí plasma, trong đó sử dụng chiếc máy cắt plasma để thực hiện quá trình cắt. Ngoài phương pháp cắt trên người ta còn ứng dụng phương pháp cắt kim loại bằng khí sử dụng các dòng khí khác nhau ví dụ như khí O2.

Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí là đốt cháy kim loại cắt bằng dòng oxy, tạo thành các oxit, làm nóng chảy các oxit đó và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt. Quá trình được trình bày ở hình sau đây:

Dòng oxy cắt, 2. Dòng hỗn hợp khí cháy, 3. Ngọn lửa nung nóng, 4. Rãnh cắt, 5. Phôi cắt

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxýt. Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt. Tiếp theo, do phản ứng cháy của kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt.

1. Điều kiện để cắt kim loại bằng khí
Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thoả mãn một số yêu cầu sau:

– Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Đối với thép carbon thấp, nhiệt độ cháy vào khoảng 1.350ºC còn nhiệt độ nóng chảy gần 1.500ºC nên thoả mãn điều kiện này. Đối với các loại thép carbon cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên trước khi cắt phải đốt nóng sơ bộ.

– Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó. Do khi cháy, crôm tác dụng với oxy để tạo thành oxit crôm có nhiệt độ nóng chảy tới 2.050ºC, nên khi cắt thép hợp kim crôm hoặc crôm-niken, phải dùng thuốc cắt mới có thể cắt được. Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành oxit nhôm có nhiệt độ nóng chảy tới 2.000ºC, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi dùng thuốc cắt.

– Nhiệt toả ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt được liên tục, quá trình cắt không bị gián đoạn. Khi cắt các tấm mỏng bằng thép carbon thấp, nhiệt lượng sinh ra khi cháy đạt tới 70%, nên chỉ cần nhiệt lượng của ngọn lửa 30% nữa là đủ cắt liên tục.

– Oxit kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt, để dễ tách ra khỏi mép cắt. Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ cháy và khi cháy tạo ra oxit silic có độ sệt cao.

– Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt.

2. Cấu tạo mỏ cắt khí
Để cắt bằng khí chủ yếu sử dụng các mỏ cắt dùng nhiên liệu khí. Sơ đồ cấu tạo chung của chúng được trình bày như hình sau:

Ống dẫn khí acetylen, 2. Ống dẫn khí oxy, 3. Van điều chỉnh dòng acetylen, 4. Van điều chỉnh dòng oxy nung, 5. Van điều chỉnh dòng oxy cắt, 6. Ống dẫn hỗn hợp khí cháy, 7. Ống dẫn dòng oxy cắt

Khí acetylen được dẫn vào ống (1) đi qua van (3), còn oxy được dẫn vào ống (2), sau đó phân làm hai nhánh, một dòng đi qua van (4) và tới miệng phun hút khí acetylen và hòa trộn tạo ra hỗn hợp cháy để nhận được ngọn lửa nung nóng, một dòng đi qua van (5) tới đầu mỏ phun để tạo ra dòng oxy cắt.

3. Đặc điểm của cắt kim loại bằng khí
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:
– Chỉ có thể cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt
– Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên sau khi cắt chi tiết dễ bị cong vênh, biến dạng, đặc biệt khi cắt các tấm dài

4. Phạm vi ứng dụng
– Được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo toa xe, xây dựng,…
– Được dùng để cắt thép tấm, phôi tròn và các dạng phôi khác

(Nguồn: Maymoccongnghiep)