1. Khí hàn
Khí dùng để hàn gồm có ôxy và các loại khí cháy. Khí cháy có thể là các hợp chất của cacbuahyđrô (mêtan, axêtylen, prôpan, butan,…) hay khí hyđrô. Thường dùng nhất là khí axêtylen, bởi vì khi cháy với ôxy, nhiệt độ của ngọn lửa
khá cao (tới 3485oC) và có vùng hoàn nguyên tốt, rất thuận lợi cho việc hàn và cắt kim loại.
1.1. Ôxy
- Ôxy là chất khí không màu, không mùi và không vị. - Ôxy không tự cháy nhưng là nhân tố hỗ trợ sự cháy. - Trong kỹ thuật hàn cần có độ tinh khiết từ 98,5 đến 99,5% (còn lại là tạp chất nitơ và argon).
- Ở trạng thái áp suất cao, khi tiếp xúc với dầu mỡ, khoáng chất, bụi than… có thể tự bốc cháy.
- Có hai phương pháp điều chế O2 :
+ Phương pháp thứ nhất: Tách O2 và N2 ra khỏi không khí bằng cách hóa lỏng không khí.
+ Phương pháp thứ hai: Tách O2 và H2 ra khỏi
Hình 1.1. Sơđồ hàn khí
Hình 2.1. Cấu tạo
nước bằng phương pháp điện phân.
Thường dùng phương pháp thứ nhất, đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.
- Ôxy được chứa trong chai thép với áp suất 150at ở 21oC. Dung tích chai ôxy có ba kích cỡ: Cỡ lớn chứa từ 6.3 ÷ 7m3 ôxy, trọng lượng 67 ÷ 70kg; Cỡ trung bình chứa từ 3.1 ÷ 3.5m3, trọng lượng từ 40.3 ÷ 42kg; Cỡ nhỏ chứa từ 1.6 ÷ 2.3m3, trọng lượng 30kg. Mặt ngoài sơn màu xanh.
1.2. Khí axêtylen
- Axêtylen được điều chế bằng cách cho đất đèn (cacbit canxi) tác dụng với nước: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2↓ + Q
(Phản ứng sinh ra một lượng nhiệt Q khá lớn)
Đất đèn được sản xuất bằng cách nấu chảy vôi sống với than cốc trong lò điện ở
nhiệt độ 1900o ÷ 2300o, công thức phản ứng như sau: CaO + 3C → CaC2 + CO
- Axêtylen là chất khí không màu, nhẹ hơn không khí, có mùi hắc khi ở dạng nguyên chất; Rất dễ
nổ khi ởđiều kiện áp suất và nhiệt độ cao.
- Áp suất khi điền đầy khí trong hai khoảng 15at. Dung tích chai có hai loại: Loại lớn chứa khoảng 8.5m3, khối lượng 105kg; Loại nhỏ chứa 2.8m3, khối lượng 41kg. Mặt ngoài sơn màu trắng.
- Để ngăn ngừa nguy cơ nổ của khí axêtylen, người ta bỏ vào bình các chất bọt xốp tẩm axêtôn là loại
dung môi tốt cho sự hòa tan của axêtylen.
2. Thiết bị dùng trong hàn khí 2.1. Van giảm áp 2.1.1. Cấu tạo 1) Ống dẫn 2)7) Đồng hồ áp lực 3)9) Lò xo 4) Buồng cao áp 5) Nắp van 6) Van an toàn 8) Buồng áp thấp 10) Vít điều chỉnh 11) Màng cao su 12) Thanh dẫn 2.1.2. Nguyên lý làm việc
Khí nén có áp suất cao từ chai khí theo đường 1 vào buồng 4, đồng hồ 2 chỉ
áp suất buồng 4. Khí vào buồng 8 qua khe hở dưới nắp van 5, với áp suất chỉở đồng hồ 7.
Để chọn áp suất yêu cầu, ta chỉnh màng cao su 11 nhờ vít 10 thông qua lò xo 9. nếu tăng
Hình 2.2. Cấu tạo một số loại
chai chứa khí axêtylen
công suất ngọn lửa, áp suất buồng 8 giảm xuống, lò xo 9 sẽ nâng màng 11 và nắp van 5 lên, lượng khí từ buồng 4 sẽ vào buồng 8 nhiều hơn, làm áp suất buồng 8 lại tăng lên tới mức yêu cầu. Ngược lại, nếu giảm công suất ngọn lửa làm áp suất buồng 8 tăng lên, màng cao su 11 sẽ nén lò xo 9 lại, kéo thanh 12 và nắp van 5 xuống, khí từ buồng 4 đi vào buồng 8 ít hơn, làm áp suất buồng 8 giảm tới mức yêu cầu.
Trường hợp áp suất của khí trong buồng 8 tăng lên quá mức làm màng cao su không thể ép lên 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.
2.2. Khóa bảo hiểm
Khóa bảo hiểm có tác dụng ngăn chặn các hiện tượng: - Ôxy chạy ngược vào đường ống dẫn hoặc chai khí cháy.
- “Ngọn lửa quặt” – Sự cháy ngược vào trong ống dẫn khí hoặc chai khí do tốc độ
cháy của hỗn hợp khí ôxy – axêtylen lớn hơn tốc độ thoát ra khỏi mỏ hàn.
Khóa bảo hiểm được lắp vào trong hệ thống với những chức năng yêu cầu như trong bảng 2.1 và tại các vị trí như hình 2.4.
Bảng 2.1
KHÓA BẢO HIỂM
Cho hệ thống ống dẫn khí Cho chai khí CHỨC NĂNG
Axeetylen Khí cháy
khác Ôxy Khí cháy Ôxy
Chặn dòng khí chạy ngược Y Y Y Y Y
Chặn ngọn lửa quặt Y Y K Y Y
Y: yêu cầu; K: không yêu cầu
Hình 2.4. Các vị trí lắp khóa bảo hiểm
A. Sau hệ thống phân phối khí; B. Sau van giảm áp; C. Lắp trước mỏ hàn; D. Lắp trên ống dẫn khí mềm - Nguyên lý làm việc và sơđồ cấu tạo của khóa bảo hiểm như hình 2.5.
Hình 2.5. Nguyên lý làm việc của khóa bảo hiểm
A- Axêtylen đi qua bình thường; B- Khi có dòng ôxy chạy ngược; C- Khi có ngọn lửa quặt
2.3. Ống dẫn khí và đầu nối
- Áp suất làm việc ống dẫn ôxy là 10at, axêtylen là 3at. - Cấu tạo gồm 3 lớp: Lớp lót trong cùng làm bằng cao su có độ bền cao, dày 2mm; Bọc ngoài lớp lót là lớp vải thấm cao su để tăng độ dẻo dai của ống; Ngoài cùng làm bằng cao su lưu hóa có độđàn hồi cao, dày 1mm.
- Ống dẫn khí ôxy màu xanh lá cây, ống dẫn axêtylen màu đỏ.
- Đường kính trong của ống thường dùng là 4.8/6.4/9.5/12.7.
Hình 2.6. Ống dẫn khí và đầu nối
- Đầu nối được chế tạo theo tiêu chuẩn. Cấu tạo gồm: ống nối lắp vào trong ống dẫn khí và đai ốc hãm chặt vào đầu ra của van giảm áp, đầu cấp khí trên mỏ hàn, mỏ cắt. Ren
đai ốc của đầu nối dùng cho ống dẫn ôxy là ren phải, dùng cho ống dẫn axêtylen là ren trái.
2.4. Mỏ hàn khí Hình 2.8. Cấu tạo mỏ hàn khí Hình 2.8. Cấu tạo mỏ hàn khí Có hai loại mỏ hàn chính: mỏ hàn hút và mỏ hàn đẳng áp. 2.4.1. Mỏ hàn hút a. Cấu tạo 1) Ống dẫn 2) Miệng phun 3) Vùng áp thấp 4) Ống dẫn 5) Buồng hỗn hợp 6) Thân mỏ hàn 7) Đầu mỏ hàn b. Nguyên lý làm việc
Khí ôxy có áp suất (3 ÷ 4)at theo ống 1 qua van điều chỉnh vào miệng phun 2. Vì đầu miệng phun có đường kính rất bé nên dòng ôxy đi qua có tốc độ rất lớn tạo thành vùng áp thấp 3 quanh miệng phun; Nhờ vậy, khí axêtylen được hút vào buồng hỗn hợp 5 kết hợp với ôxy tạo thành hỗn hợp khí. Hỗn hợp khí này theo ống 6 ra đầu mỏ hàn 7, khi
đốt cháy tạo thành ngọn lửa hàn.
Chú ý:
- Để tạo hỗn hợp khí, phải mở ôxy trước, mở axêtylen sau (do axêtylen có áp lực thấp, nếu mở trước sẽ không ra được).
- Thông lỗđầu mỏ hàn nếu bị bám bẩn sau khi đã khóa các đường dẫn khí lại. - Khi mỏ hàn bị nóng quá, gây tiếng nổởđầu mỏ hàn, thì tắt lửa, nhúng vào nước để làm nguội. 2.4.2. Mỏ hàn đẳng áp a. Cấu tạo 1) Đầu mỏ hàn 2) Thân mỏ hàn 3)6) Khóa van 4)5) Ống dẫn Hình 2.10. Mỏ hàn đẳng áp Hình 2.9. Mỏ hàn hút