Tài liệu Những kiến thức cơ bản về hàn khí (9LT) pdf

Oxy hàn thường bảo quản ở thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông thường oxy được nén ở áp suất cao trong bình thép dung tích 40 lít, 150at 1.3.2.. Thuốc hàn Trong quá trình hàn, tất

ξξξξ 1 Những kiến thức cơ bản về hàn khí (9LT) MỤC TIÊU

Sau khi học xong bài này người học sẽ có khả năng:

- Kiến thức:

+ Giải thích đúng nguyên lý, công dụng của phương pháp hàn khí

+ Trình bày đầy đủ các loại khí bảo vệ, các loại dây hàn

+ Liệt kê các loại dụng cụ thiết bị dùng trong công nghệ hàn khí

+ Trình bày đầy đủ mọi ảnh hưởng của quá trình hàn hồ quang tới sức khoẻ công

nhân hàn

- Kỹ năng: Nhận biết các khuyết tật trong mối hàn khi hàn khí

- Thái độ: Thực hiện tốt công tác an toàn lao động và vệ sinh phân xưởng

Các loại khí tự nhiên khác có tính chất về khả năng tự bốc cháy, nhiệt giải phóng

từ phản ứng cháy tương tự axetylen nhưng ở mức độ thấp hơn Có thể sử dụng chúng

để hàn do tính an toàn cao, nguy cơ cháy nổ thấp hơn, bảo quản dễ dàng, chi phí thấp hơn nhưng ở phạm vi hẹp

1.1.2 Đặc điểm

- Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, thuận lợi khi xa nguồn điện

- Có thể hàn các vật liệu khác nhau như thép, gang, đồng, nhôm

- Hàn những vật liệu có độ chảy thấp, các kết cấu mỏng

- Vật hàn dễ bị cong vênh, biến dạng, năng suất hàn thấp

1.1.3 Công dụng

dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp và công trường Lĩnh vực sử dụng hợp lý nhất là : Hàn nối các ống đường kính nhỏ và trung bình, hàn vỏ oto, sửa chữa các chi tiết đúc bằng gang, hàn vảy, hàn đắp, hàn các chi tiết bằng kim loại màu, sử dụng ở những vùng xa nguồn điện

1.2 Ngọn lửa hàn

Căn cứ theo tỷ lệ của hỗn hợp khí hàn, ngọn lửa hàn có thể chia thành ba loại : ngọn lửa bình thường, ngọn lửa oxy hóa và ngọn lửa cácbon hóa Mỗi loại lại có thể chia làm 3 vùng: vùng hạt nhân (màu sáng trắng), vùng hoàn nguyên (màu sáng vàng), vùng oxy hóa (màu vàng sẫm có khói)

1.2.1 Ngọn lửa bình thường

Ngọn lửa này dùng nhiều trong hàn thép, đồng, bạc, kẽm

Tỷ lệ 1 , 1 1 , 2

H C

O 2 2

- Vùng cháy hoàn toàn : Sản phẩm của vùng trên cháy với oxy không khí

2CO + H2 + 1,5O2 = 2CO2 + H2O + Q↑

Vùng này màu nâu sẫm, nhiệt độ thấp, chứa nhiều CO2, H2O là những chất oxy hóa

1.2.2 Ngọn lửa oxy hóa

H C

O 2 2

2 >

Vùng cháy không hoàn toàn xảy ra theo phản ứng sau:

C2H2 + 1,5O2 = 2CO + H2 + 0,5O2

Sau đó cháy tiếp với oxy không khí :

2CO + H2 + 0,5O2 + O2 = 2CO2 + H2O Nhân ngọn lửa ngắn lại, có (6 ÷ 7)%O2 và 5%CO2 nên tính oxy hóa rất mạnh, vùng giữa và vùng đuôi không phân biệt rõ ràng, ngọn lửa có màu sáng xanh Ngọn lửa này thường được dùng để hàn hợp kim đồng hoặc dùng để tôi bề mặt thép

1.2.3 Ngọn lửa cacbon hóa

H C

O 2 2

2 <

Sau đó cháy tiếp với oxy không khí :

CO + C +H2 + 2O2 = 2CO2 + H2O Nhân ngọn lửa kéo dài, vùng giữa có cacbon tự do nên mang tính cacbon hóa và có màu nâu sẫm Thường dùng ngọn lửa này cho việc hàn vẩy các hợp kim nhôm và gang

1.3 Vật liệu hàn khí

1.3.1 Khí oxy

Oxy là chất khí cần cho sự cháy, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, nó chiếm 21% thể tích không khí Oxy dùng trong hàn khí là oxy kỹ thuật có độ tinh khiết 98,5 – 99,5% và khoảng 0,5 – 1,5% tạp chất (N2, Ar) Trong kỹ thuật, oxy được sản xuất theo hai phương pháp:

+ Điện phân nước : phương pháp này khó khăn và tốn kém nên ít dùng

+ Làm lạnh không khí: Thực chất của phương pháp này là làm lạnh không khí

-185,70C Ar bay hơi -182,060C Oxy bay hơi Phương pháp này năng suất cao, lượng điện tiêu tốn ít

Oxy kỹ thuật có thể để ở trạng thái lỏng hoặc khí Ở thể lỏng, oxy chứa trong các bình thép và giữ ở nhiệt độ thấp, cứ 1lít oxy lỏng cho 860lít khí oxy Oxy hàn thường bảo quản ở thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông thường oxy được nén ở áp suất cao trong bình thép dung tích 40 lít, 150at

1.3.2 Khí axetylen

Axetylen là khí cháy, công thức hóa học là C2H2, được sản suất từ đất đèn CaC2

theo phản ứng :

CaC2 + H2O → C2H2↑ + Ca(OH)2 + Q Đất đèn là chất rắn màu xám tối hoặc nâu, điều chế bằng cách nấu chảy đá vôi với than cốc hoặc than ăngtraxit trong lò điện ở nhiệt độ 1900 ÷ 23000C:

CaO + 3C = CaC2 + CO Đất đèn trong công nghiệp chứa khoảng 65 – 80%CaC2, 2,5 – 10%CaO, còn lại là tạp chất

Axetylen là chất không màu, nhẹ hơn không khí và có mùi hắc khi ở nguyên chất,

nó dễ cháy và dễ gây nổ Nếu hít trong thời gian dài sẽ bị chóng mặt, buồn nôn và có thể bị nhiễm độc

- Tính chất của axetylen

+ C2H2 thuộc nhóm CnH2n-2, nhiệt độ từ -82,4 – 83,60C ở thể lỏng, dưới -850C ở thể rắn, khi va chạm dễ nổ

+ Nhiệt độ tự bốc cháy khoảng 4200C ở áp suất 1at

+ Dễ nổ ở áp suất >1,5at, trên 5000C

+ Nếu áp suất < 3at, t < 540 sẽ xảy ra quá trình trùng hợp

- Sự hòa tan C 2 H 2

Axetylen có khả năng hòa tan trong nhiều chất lỏng với độ hòa tan lớn, đặc biệt là axeton, điều này giúp tính lượng C2H2 sinh ra khi điều chế

+ Hòa tan trong nước : 1,15 lít C2H2

+ Hòa tan trong benzel : 4 lít C2H2

+ Hòa tan trong dầu hỏa : 5,7 lít C2H2

+ Hòa tan trong axeton : 23 lít C2H2

Sự hòa tan trong axeton được dùng nhiều trong công nghiệp: dùng chất bột xốp(than gỗ, sợi amiang, đá bọt) thấm ướt axeton để vào bình chứa, sau đó nén axetylen vào bình nhằm tăng lượng khí C2H2 trong bình chứa khí dự trữ và vận chuyển, giảm khả năng nổ

- Các tạp chất trong C 2 H 2

+ Không khí: làm tăng khả năng nổ, chỉ cho phép 0,5÷1,5%

+ Hơi nước: làm giảm nhiệt độ của ngọn lửa hàn

+ Hơi axeton(CH3COCH3): ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn nên chỉ cho phép chứa 45 ÷ 50g/m3 C2H2

+ PH3: là chất có hại vì tăng khả năng tự nổ của hỗn hợp, cho phép 0,09%

+ H2S: là chất có hại đến chất lượng mối hàn nên chỉ cho phép 0,08 ÷ 1,5% Khi hàn, người ta có thể dùng máy sinh khí di động đặt gần chỗ hàn, hoặc dùng

sẵn dung tích 40lít, áp suất tối đa là 16at

1.3.3 Kim loại phụ trợ và thuốc hàn

a Kim loại phụ trợ

Kim loại phụ trợ dùng để bổ xung kim loại cho mối hàn Kim loại phụ trợ cần đảm bảo một số yêu cầu :

+ Vật liệu giống vật liệu của vật hàn

+ Đường kính tương đương chiều dày vật hàn

+ Bề mặt phải sạch

+ Nhiệt nóng chảy nhỏ hơn so với của vật hàn

+ Không gây nên sự sôi và tạo bọt khí trong vùng hàn cũng như không đưa tạp chất vào mối hàn

+ Nên chọn loại dây có đường kính 0,3 ÷ 12mm

Loại dây Loại que

b Thuốc hàn

Trong quá trình hàn, tất cả các kim loại và hợp kim của chúng đều có thể hợp với oxy của không khí và của ngọn lửa hàn để tạo ra các oxit Để tránh cho kim loại hàn không bị oxy hóa và loại bỏ các oxit hình thành trong khi hàn, ta dùng thuốc hàn Thuốc hàn trong hàn khí có nhiều loại, nhưng chúng phải đảm bảo các yêu cầu sau

+ Thuốc hàn có nhiệm vụ hoàn nguyên kim loại

+ Dễ chảy, nhiệt chảy nhỏ hơn so với của kim loại cơ bản và que hàn

+ Không tỏa khí độc hại và ảnh hưởng xấu đến mối hàn

+ Giữ được tính chất trong suốt quá trình hàn, rẻ tiền, dễ kiếm

+ Tác dụng của thuốc hàn là tránh sự oxy hóa mối hàn, loại bỏ các oxit kim loại tạo thành trong quá trình hàn

+ Tùy theo tính chất của kim loại hàn mà dung thuốc hàn có tính axit hay bazo

ξξξξ 2: Vận hành, sử dụng thiết bị hàn khí (2LT + 8TH) MỤC TIÊU

- Kiến thức:

+ Trình bày đầy đủ cấu tạo và nguyên lý làm việc của bình sinh khí Axêtylen, mỏ hàn khí, van giảm áp, ống dẫn khí

- Kỹ năng:

+ Lắp mỏ hàn, ống dẫn khí, van giảm áp chai ôxy, bình sinh khí Axêtylen, bình chứa ga đảm bảo

độ kín, thực hiện các thao tác lắp ráp trên thiết bị hàn khí chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

+ Điều chỉnh áp suất khí Axêtylen, khí ô -xy phù hợp với chiều dày và tính chất của vật liệu hàn + Thực hiện đầy đủ các bước kiểm tra độ kín, độ an toàn của thiết bị hàn khí trước khi tiến hành hàn

- Thái độ: Thực hiện tốt công tác an toàn lao động và vệ sinh phân xưởng

Để đảm bảo an toàn, vận chuyển các loại khí, người ta sử dụng các loại bình chứa với dung tích khác nhau Bình chứa được chế tạo từ thép tấm dày 4 ÷ 8mm bằng dập hoặc hàn Dung tích bình là 40lít, chịu được áp suất tới 200at Các bình chứa khí nén, khí lỏng hay khí hòa tan đều được chế tạo từ các ống không có mối hàn bằng thép cacbon và thép hợp kim Trên các bình chứa có cổ bình hình côn tạo ren để lắp van khóa Mỗi loại khí có một kiểu van riêng để tránh lắp nhầm van oxy và bình axetylen

và ngược lại

- Bình chứa oxy được sơn màu xanh hoặc xanh da trời, chứa lượng khí có áp suất 150at Oxy phải dùng đúng mục đích, các phần nối và làm kín của thiết bị chứa oxy, các ống dẫn oxy phải không dính chất dầu mỡ, bụi bẩn, sơn Ở các trạm hàn, bình oxy được giữ thẳng đứng, khi vận chuyển

Bảng 2.2 Áp suất theo nhiệt độ

Bảng 2.3 Bình thép chứa axetylen hòa tan

+ 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

Chất độn độ xốp bình thường

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

+ 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

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

c Khóa bảo hiểm

Hình 2.4 Loại đá rơi vào nước

Là thiết bị bảo vệ cho thùng điều chế axetylen và các ống dẫn khí không bị cháy nổ khi có ngọn lửa cháy ngược Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cháy của O2 + C2H2lớn 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 chủ yếu của khóa bảo hiểm:

+ Ngăn cản lửa cháy ngược và xả hỗn hợp cháy ra ngoài

+ Có độ bền ở áp suất cao khi khí cháy

+ Giảm khả năng cản thủy lực dòng khí

+ Tiêu hao nước ít khi dòng khí chạy qua

+ An toàn, dễ kiểm tra, sửa chữa

- Phân loại như sau :

+ Theo kết cấu : Loại hở và loại kín

+ Theo khả năng khí vận chuyển :

Loại đơn giản, lượng khí tiêu hao : 0,8 ; 1,25 ; 2 ; 3,2m3/h Loại lớn, lượng khí tiêu hao: 5 ÷ 10 ; 20 ÷35 ; 50 ÷ 75m3/h 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 :

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý khóa bảo hiểm

4 Ống thoát khí ; 5 Van ; 6 Van an toàn

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

d Van giảm áp

Van giảm áp gắn ở đầu bình chứa khí dùng để giảm áp suất và điều chỉnh lưu lượng tiêu hao khí nén từ áp suất cao tới áp suất cần dùng và duy trì theo giá trị không đổi đáp ứng yêu cầu làm việc và yêu cầu an toàn

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

Dưới đây trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của van kiểu thuận

Khí nén áp suất cao từ bình chứa theo ống (1) đi vào buồng áp lực cao, sau đó đi qua khe hở giữa nắp van (2) và gờ van để vào buồng áp lực thấp (5) Vì dung tích buồng áp lực cao nhỏ hơn buồng áp lực thấp nên áp suất giảm đến áp suất làm việc và được dẫn đến mỏ Muốn áp suất buồng (5) cao hay thấp ta điều chỉnh khe hở nắp van (2) và gờ van Vặn vít (7) theo chiều tiến làm cho lò xo (6) đẩy màng (8), cần (9) và

7

9 1 5

8

10

6

3 2

Hình 2.7 Van kiểu nghịch

1 Buồng áp lực cao ; 2 Nắp van ; 3 Nắp an toàn ; 4 Áp kế 5 Buồng áp lực thấp

6 Lò xo ; 7.Tay vặn ; 8 Màng ; 9 Trục ; 10 Áp kế ; 11 Lò xo

đẩy nắp van (2) đi lên làm tăng áp suất buồng (5) Quá trình điều chỉnh tự động được thực hiện khi lượng tiêu thụ khí ít đi, áp suất trong buồng (5) tăng đủ lớn để thắng

được lực ép của lò xo (6), van (2) đi xuống làm giảm lưu lượng khí vào buồng (5)

e Mỏ hàn

Mỏ hàn khí là dụng cụ chủ yếu để hàn khí, nó có nhiệm vụ nhận khí O2 và C2H2 từ bình chứa đến buồng hỗn hợp đưa ra mỏ hàn tạo thành ngọn lửa cung cấp nhiệt cho quá trình hàn Mỏ hàn cần phải an toàn và ổn định thành phần ngọn lửa, nhẹ và thuận tiện khi sử dụng, dễ điều chỉnh thành phần và công suất của ngọn lửa

Mỏ hàn có nhiều loại khác nhau nhưng chủ yếu là hai loại: kiểu hút và kiểu đẳng áp

Hình 2.8 Mỏ hàn

1 Đầu dẫn khí cháy ; 2 Đầu dẫn oxy ; 3 Van chỉnh C2H2

4 Van chỉnh oxy ; 5 Buồng hút ; 6 Đầu mỏ hàn

- Mỏ hàn kiểu hút: sử dụng khi hàn với áp suất khí C2H2 thấp và trung bình Khí oxy

có áp suất 1÷ 4at theo ống dẫn (2), còn khí C2H2 có áp suất 0,01 ÷ 1,2at theo ống dẫn (1) Khi dòng oxy phun ra đầu miệng phun (5) với tốc độ lớn tạo nên một vùng chân không hút khí C2H2 theo ra buồng hỗn hợp Tại đây, hai khí được hòa trộn rồi theo ống dẫn ra mỏ hàn Theo nguyên lý này thì van oxy phải được mở trước Điều chỉnh lưu lượng khí nhờ các van (3) và (4) Nhược điểm của mỏ hàn kiểu hút là thành phần hỗn hợp cháy không ổn định

- Mỏ hàn kiểu đẳng áp: O2 và C2H2 được đưa vào với cùng áp suất Loại này có kết cấu đơn giản, cháy ổn định, dễ hàn song phải đảm bảo điều kiện ổn định của áp suất khí đi ra mỏ hàn

f Ống dẫn khí

Các ống dẫn khí được chế tạo bằng cao su nhiều lớp, tính đàn hồi và chống rò rỉ cao, phải đủ độ bền, chịu áp suất cao, mềm nhưng không bị gập Tiêu chuẩn quy định dây dẫn oxy có màu xanh, dây dẫn axetylen có màu đỏ để phân biệt Các đầu nối phải đảm bảo độ kín và tính an toàn cao

Đường kính trong của ống thỏa mãn với lượng khí cần dùng, thường chọn theo dãy sau: 6,3 ; 8 ; 9,5 ; 10 ; 12 ; 12,5 ; 16 ; 19mm Để mỏ hàn làm việc bình thường, chiều dài ống không được vượt quá 10 ÷ 14m vì khi tăng chiều dài ống, áp suất hạ xuống khá nhiều

2.2 Lắp ráp thiết bị hàn khí

2.2.1 Lắp van giảm áp

a Thổi sạch bụi bẩn trước khi lắp

- Quay cửa xả khí về phía trái người thao tác

- Mở và đóng nhanh khóa đầu bình từ 2 – 3 lần để thổi sạch bụi bẩn

b Lắp van giảm áp

- Kiểm tra gioăng của van giảm áp

- Lắp van giảm áp, để nghiêng 450

- Xiết chặt gá kẹp sao cho đầu vào khí của

+ Mở van axetylen rồi van oxy

+ Kiểm tra độ hút khí tại điểm nối dây axetylen trên mỏ hàn

+ Đóng van oxy và van axetylen

- Lắp ống dẫn khí axetylen vào đầu van giảm áp axetylen và dầu vào axetylen của

mỏ hàn

Chú ý: Ống dẫn khí axetylen màu đỏ, ống dẫn khí oxy màu xanh

- Xiết chặt các đầu nối bằng vòng hãm

Hình 2.9 Lắp van giảm áp