MỞ ĐẦU Mã bài: MĐ 15 – 01 Giới thiệu: Hàn khí là phương pháp hàn dùng khí cháy và ôxy nên cần phải đảm bảo an toàn hơn các phương pháp hàn khác, đồng thời yêu cầu kết hợp tốt hai tay. Do đó để thực hiện hoàn thành sản phẩm người hàn phải biết thực hiện các biện pháp an toàn và thực hiện đúng quy trình để đảm bảo nguyên tác an toàn cho người và thiết bị. Mục tiêu: - Nêu được các loại khí dùng trong hàn, cắt bằng ngọn lửa khí. - Nêu được công dụng và cách sử dụng thiết bị hàn, cắt khí.
- Phân biệt được ngọn lửa hàn. - Trình bày được kỹ thuật hàn, cắt khí. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Lý thuyết liên quan: 1.
Khái niệm chung 1.1 Thực chất Hàn khí là quá trình nung nóng vật hàn và que hàn đến trạng thái hàn (nóng chảy) bằng ngọn lửa của khí cháy C2H2 với O2 (Khoảng 3200oC) có vùng hoàn nguyên tốt. Hình 0-1 Hàn khí 1.2 Đặc điểm Năng suất và chất lượng mối hàn khí thấp hơn so vơi hàn hồ quang tay. Thiết bị hàn đơn giản, rẻ tiền. Ngọn lửa hàn có tác dụng bảo vệ cho vùng hàn khỏi những ảnh hưởng xấu của môi trường xung quanh, góp phần nâng cao chất lượng mối hàn.
Tuy nhiên vùng ảnh hưởng nhiệt xung quanh mối hàn tương đối lớn.3 Phạm vi ứng dụng Hàn khí ngày càng thu hẹp và hạn chế, tuy nhiên nó được dùng hàn một số thép mỏng thông thường, hàn kim loại màu, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, hàn các đường ống mỏng có đường kính trung bình, hàn vảy thau, vảy bạc. Cắt kim lọai, tẩy hớt bề mặt.2 Các loại khí hàn, cắt kim loại 1.1 Khí ôxy Ôxy là một chất khí không màu, không mùi, không vị, không độc. Nó không tự cháy nhưng nó duy trì sự cháy và sự hô hấp. Trong tự nhiên, ôxy chiếm khoảng 21%, nitơ chiếm khoảng 69% còn lại là các loại khí khác nhưng trong hàn và cắt kim loại người ta không dùng ôxy trong tự nhiên mà dùng ôxy kỹ thuật là loại ôxy có độ tinh khiết rất cao.
Trong công nghệp, khí ôxy được sản xuất từ không khí qua ba bước: nén, làm nguội, dãn nở để biến không khí thành thể lỏng. Sau khi hoá lỏng không khí, người ta lợi dụng điểm sôi khác nhau của các loại khí để chưng cất lấy loại khí cần thiết. Ví dụ: khí ôxy sôi ở nhiệt độ –1830C còn nitơ sôi ở –1960C. Ôxy thu được như vậy có độ tinh khiết tới 98- 99,5% và được nén vào trong các chai bằng thép có dung tích khoảng 40lít tới áp suất khoảng 160at.2 Khí axêtylen Axêtylen là một chất khí không màu, có mùi khó ngửi.
Nếu hít phải nhiều hơi axêtylen sẽ bị váng đầu, buồn nôn và có thể trúng độc. Axêtylen nhẹ hơn không khí và rất dễ hoà tan trong các chất lỏng, nhất là trong axêtôn. Ngọn lửa của axêtylen khi cháy trong ôxy có thể đạt tới nhiệt độ 30500C - 32000C. Trong công nghiệp, axêtylen được sản xuất từ đất đèn bằng cách cho đất đèn phân huỷ trong nước theo phương trình phản ứng: CaC2 + 2H2O = C2H2↑+ Ca(OH)2↓ + Q Khí axêtylen sản xuất như vậy thường lẫn nhiều tạp chất có hại như sunfua hyđrô (SH2), amôniác, phốt phua hyđrô (PH3), chúng làm cho khí axêtylen có mùi đặc biệt và làm giảm chất lượng mối hàn.
Ngoài ra trong khí axêtylen còn có hơi nước, không khí và các tạp chất như bột vôi, bột than v. Hàm lượng PH3 trong khí axêtylen phải không chế < 0,06% vì nếu loại khí này có nhiều trong axêtylen thì khi ở nhiệt độ cao có thể tự bốc cháy. Axêtylen có thể cháy nổ trong các trường hợp sau đây: - Khi nhiệt độ khoảng 450- 5000C và áp suất > 1,5at. - Khi axêtylen hỗn hợp với khí ôxy ở nhiệt độ > 3000C và áp suất khí quyển có thể nổ khi tỷ lệ có khoảng 2,3 - 93% khí axêtylen và nổ mạnh nhất khi tỷ lệ hỗn hợp có khoảng 30% khí axêtylen.
11 - Khi axêtylen hỗn hợp với không khí theo tỷ lệ 2,3 - 81% khí axêtylen (cùng điều kiện áp suất và nhiệt độ trên) có thể gây nổ và nổ mạnh nhất khi tỷ lệ hỗn hợp có 7 - 13% khí axêtylen. - Khi axêtylen tiếp xúc lâu ngày với đồng đỏ hoặc bạc dễ tạo ra các axêtylua đồng và axêtylua bạc là những chất rất dễ nổ khi bị va chạm hay nhiệt độ tăng cao. - Khi nhiệt độ của nước và bã đất đèn trong buồng phản ứng > 800C hoặc nhiệt độ của axêtylen > 900C cũng có thể gây nổ. Như vậy khi sử dụng axêtylen cần phải chú ý đề phòng những khả năng dễ cháy nổ của nó để đảm bảo an toàn.1 Cấu tạo chung của máy sinh khí axêtylen Máy sinh khí axêtylen (còn gọi là bình sinh khí) là thiết bị trong đó dùng nước phân huỷ đất đèn để lấy khí axêtylen.
Hiện nay có rất nhiều loại máy sinh khí axêtylen, mỗi loại lại chia ra nhiều kiểu khác nhau nhưng bất kể loại máy sinh khí nào, không kể kiểu, năng suất, áp suất làm việc đều phải có đầy đủ các bộ phận chính sau đây mà các bộ phận này có thể bố trí thành một kết cấu chung hay lắp riêng rồi nối với nhau bằng các ống dẫn: - Buồng sinh khí (một hay nhiều cái) - Thùng chứa khí - Thiết bị kiểm tra và an toàn (như áp kế, nắp an toàn v.) - Bình ngăn lửa tạt lại 1.2 Phân loại máy sinh khí axêtylen a) Phân loại theo năng suất của máy sinh khí: - Loại I có năng suất < 3m3/h, mỗi lần cho dưới 10kg đất đèn. - Loại II có năng suất 3 - 50m3/h, mỗi lần cho dưới 200kg đất đèn. - Loại III có năng suất > 50m3/h, mỗi lần cho trên 200kg đất đèn. Loại I chủ yếu là kiểu di động và được dùng chủ yếu trong tu sửa và lắp ráp.
Loại II và III được đặt cố định trong các trạm để sản xuất khí axêtylen đóng vào các chai; cung cấp khí cho các phân xưởng hàn, cắt hơi hay dùng trong các ngành công nghiệp khác. b) Phân loại theo áp suất làm việc của máy: - Loại có áp suất thấp: dưới 0,1at. - Loại có áp suất trung bình: từ 0,1 - 1,5at. - Loại có áp suất cao: trên 1,5at.
Loại máy sinh khí có áp suất thấp thường được đặt cố định trong các trạm. Loại có áp suất trung bình, nhất là loại có áp suất 0,7-1,5at thường được chế tạo 12 gọn nhẹ để dùng trong hàn và cắt di động. Riêng loại có áp suất cao chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt để sản xuất axêtylen theo yêu cầu của công nghiệp. c) Phân loại theo lượng nước cần thiết để phân huỷ đất đèn: - Máy sinh khí loại khô: trong loại máy này người ta cũng phải dùng nước để phân huỷ đất đèn nhưng lượng nước cần dùng để bốc hơi và hút nhiệt của phản ứng tương đối ít nên vôi tôi khô ráo, có thể bán ra thị trường.
Một kilôgam đất đèn của máy sinh khí kiểu khô chỉ cần 1lít nước, khí axêtylen thu được không sạch và nóng vì vậy hiện nay loại máy sinh khí kiểu khô chỉ đang ở giai đoạn nghiên cứu, chưa được phổ biến rộng rãi. - Máy sinh khí loại ướt: loại máy này được sử dụng nhiều nhất. Theo tính toán cứ 1kg đất đèn chỉ cần 0,5lít nước là đủ để phân huỷ hết và toả ra khoảng 400kilôcalo, nhiệt lượng này đủ để làm sôi được 4lít nước. Muốn tránh nước sôi gây nổ, trong thực tế phải cung cấp một lượng nước nhiều hơn số lượng tính toán.
Đối với máy sinh khí loại thả đất đèn vào nước hoặc ngâm đất đèn trong nước thì muốn giữ cho nhiệt độ của nước trong buồng phản ứng không vượt quá 60oC thì phải cần tới 10 - 20lít nước cho 1kg đất đèn.3 Đất đèn Đất đèn là hợp chất hoá học của các bon và canxi. Đất đèn là một chất ở thể rắn có màu xám sẫm hoặc màu hạt dẻ. Đất đèn rất dễ hút nước, hơi nước trong không khí và bị phân huỷ, giải phóng axêtylen. Trong công nghiệp đất đèn được sản xuất như sau: Nung đá vôi trong lò điện, ta được vôi sống: CaCO3 = CaO + CO2↑ Nấu chảy vôi sống trong lò điện với than cốc sẽ được đất đèn: CaO + 3C = CaC2 + CO↑ Đất đèn nấu chảy trong lò điện được dẫn vào khuôn sẽ đông dần lại, sau đó đem nghiền vỡ rồi phân loại cỡ hạt theo các kích thước: 2 x 9; 8 x 15; 15 x 25; 25 x 50; 50 x 80mm.
Vì đất đèn dễ hấp thụ hơi ẩm trong không khí tạo thành khí axêtylen, khí axêtylen lại có thể kết hợp với không khí thành một hỗn hợp nổ nguy hiểm cho nên phải chứa đất đèn trong các thùng kín. Theo tiêu chuẩn hiện nay của Việt Nam thì đất đèn sau khi phân loại cỡ hạt sẽ được đóng vào các thùng kín có trọng lượng 50 - 100kg. Dùng nước phân huỷ đất đèn, được axêtylen. Phản ứng xảy ra rất nhanh và toả ra nhiệt lượng lớn.
Cứ 1kg đất đèn phân huỷ hết cho 220 - 230lít khí axêtylen. Sản lượng axêtylen phụ thuộc vào phẩm chất và cỡ hạt đất đèn: đất đèn có độ tinh khiết càng cao, cỡ hạt càng lớn thì lượng khí sinh ra càng nhiều. Tốc độ phân huỷ đất đèn cũng phụ thuộc vào phẩm chất và cỡ hạt đất đèn, phẩm 13 chất và nhiệt độ của nước: đất đèn càng tinh khiết, cỡ hạt càng nhỏ, nước càng nguyên chất, nhiệt độ nước càng cao thì sự phân huỷ càng nhanh. Khí axêtylen sau khi sản xuất ra ở các trạm sinh khí sẽ được dẫn đến nơi tiêu thụ bằng các ống dẫn hoặc chứa vào các chai bằng thép có dung tích khoảng 40lít, bên trong bình đổ đầy chất xốp và dùng axêtôn làm dung môi hoà tan.
Áp suất tối đa trong chai là 16at.4 Thuốc hàn Thuốc hàn là những chất dùng để khử ôxy cho kim loại, tạo ra các hợp chất dễ chảy, dễ tách khỏi vũng hàn và tạo màng xỉ để che phủ mối hàn. Thuốc hàn chủ yếu dùng khi hàn một số thép hợp kim, gang và kim loại màu. Yêu cầu đối với thuốc hàn: - Nhiệt độ chảy phải thấp hơn nhiệt độ chảy của kim loại vật hàn. - Thuốc hàn phải nhẹ và có tính chảy loãng tốt, không gây ăn mòn kim loại.
- Không sinh khí độc, dễ làm sạch mối hàn Khi hàn gang thường dùng hỗn hợp K2O và Na2O; Khi hàn đồng đỏ, đồng thau thường dùng borăc (Na2B4O7), axit boric (H3BO3); Khi hàn nhôm thường dùng muối florua.3 Dụng cụ-Thiết bị hàn, cắt khí 1.