W3(VN)- 4 Cắt Oxy - Acetylen 46 Acetylene Nhiên liệu hàn khí thích hợp nhất Có ba lọai khí nhiên liệu thường được sử dụng trong hàn và cắt bằng khí , đó là : Acetylene , LPG và gas bếp Các khí này kết hợp với Oxy sẽ cung cấp các nhiệt btrị khác nhau Sau đây chúng ta sẽ xem xét các nhân tố ảnh hưởng của từng lọai khí Ngọn lữa hàn khi Khi cháy với oxy , khí nhiên liệu tạo ra ngọn lữa gồm hai phần khác nhau – Phần nhân , và phần cháy hòan tòan Phần nhân là phản ứng cháy của nhiên liệu với oxy cung cấp cho quá trình . Hình dạng của phần nhân được xác định hòan tòan bởi tốc độ dòng khí thóat ra từ mỏ đốt . Phần thứ hai là quá trình cháy các thành phần phân hóa từ khí nhiên liệu với lượng oxy thừa hoặc oxy từ không khí . Năng lượng nhiệt phân bố giữa các phần của ngọn lữa tùy thuộc vào thành phần khí nhiên liệu được áp dụng . 2. Acetylene cho ngọn lữa có nhiệt độ cao nhất Nhiệt độ cũa ngọn lữa Oxy- acetylen vào khỏang 3150 0 C. nóng hơn khí hóa lỏng LPG 350 0 C và nóng hơn ngọn lữa cung cấp bởi oxy và gas bếp 370 0 C. Vì acetylen là khí endothermic , nghĩa là nó sinh ra nhiệt lượng khi phân hũy . Ngọn lữa oxy-acetylen có những ưu điểm sau : • Hiệu suất trao đổi nhiệt cao • Tốc độ nung cao • Tẩy sạch được bụi bẫn và lớp oxýt trên bề mặt chi tiết • Giãm thời gian cắt do tốc độ nung lớn 3. Ngọn lữa Acetylene có năng lượng tập trung cao Đứng ở góc độ nhiệt cung cấp , thì acetylene cung cấp nhiệt lượng thấp hơn các khí khác như LPG và gas bếp. Tuy nhiên nhiệt hữu ích của acetylen tập trung 34% ở vùng ngay trước nhân. Tỉ lệ này gấp đôi so với khí LPG và gấp 9 lần so với gas bếp . Đơn vị đo nhiệt tập trung là kJ/m 3 Nhiệt lượng tập trung ở ngay trước nhân là nhiệt lượng được sử dụng khi hàn và cắt. Nhiệt lượng sinh ra ở phần thứ cấp , phần phát triển của ngọn lữa do có thành phần Acetylene Tổng 54772 kJ/M 3 Sơ cấp 18890 kJ/M 3 Thứ cấp 35882 kJ/M 3 LPG Tổng 95758 kJ/M 3 Sơ cấp 10433 kJ/M 3 Thứ cấp 85325 kJ/M 3 Gas bếp Tổng 37260 kJ/M3 Sơ cấp 1490 kJ/M3 Thứ cấp 35770 kJ/M 3 W3(VN)- 4 Cắt Oxy - Acetylen 47 không kiểm sóat được và phân tán nên chỉ có thể sử dụng cho nung nóng . Nhiệt thứ cấp cũa khí LPG và gas bếp khá lớn do vậy khi dùng chúng để hàn hoặc cắt vùng ảnh hưởng nhiệt của chi tiết sẽ rộng hơn . Sự nung nóng thừa này làm nóng chi tiết hàn và gây nhiều khó khăn cho thợ. Vùng ngay trước nhân (ngọn lữa sơ cấp) của khí acetylene do vậy có hiệu suất sử dụng cao hơn LPG. Khi dùng acetylen lượng nhiệt thừa ít hơn do vậy mà chi tiết khi hàn hoặc cắt sẽ ít bị biến dạng hơn . 4. Giãm lượng oxy tiêu thụ Acetylene cần ít oxy hơn các khí khác để tạo ra ngọn lữa có nhiệt độ cao nhất . Ở 3150 0 C một thể tích acetylene chỉ cần hổn hợp với 1.1 thể tích oxy , trong khi LPG cần 4 thể tích oxy và gas bếp cần oxy nhiều hơn 70% so với acetylen 5. Tương tác hóa học Acetylene ở nhiệt độ tối ưu cho ngọn lữa trung tính – không oxy hóa cũng không có tính khữ . Tuy nhiên chúng ta có thể hiệu chỉnh tính chất ngọn lữa oxy acetylen dễ ndàng thông qua việc hiệu chỉnh tỉ lệ acetylen : oxy . Đối với khí LPG , lượng oxy dùng gấp bốn lần nên ngọn lữa có tính oxy hóa rất mạnh . Do vậy hầu như không thể dùng ngọn lữa này để hàn. a- quá gió / thừa oxy b- Trung hòa c- quá đá / thừa acetylen Tóm lại trên cơ sở các phân tích trên ta thấy ngọn lữa Acetylen- Oxy là ngọn lữa thích hợp nhất để hàn và cắt. 6. An tòan Tất cả các khí nhiên liệu đều tiềm ẩn các nguy hiễm trừ phi chúng được sử dụng và bảo quản đúng cách. Tuy nhiên , acetylene ở chừng mực nào đó an tòan hơn LPG vì nó nhẹ hơn không khí nên có xu hướng bay lên không lắng đọng ở các hốc / hố. Tỉ trọng của các khí nhiên liệu Natural 0.62 Bay lên Acetylene 0.91 Air 1.00 LPG 1.55 Lắng xuống Chúng ta cũng thường cho rằng khí có giới hạn cháy (nồng độ / nhiệt độ / áp suất ) thấp sẽ an tòan hơn. Song điều đó không có nghĩa là nguy cơ cháy / nỗ sẽ không xảy ra . Vấn đề là phải kiểm sóat sao cho các trị số tới hạn (nồng độ / nhiệt độ / áp suất ) hòan tòan bị lọai trừ . W3(VN)- 4 Cắt Oxy - Acetylen 48 7. Truyền nhiệt Acetylene có tốc độ truyền nhiệt lớn nhờ vào tốc độ lan truyền của ngọn lữa (vận tốc bắt cháy của dòng khí thóat ra từ mỏ hàn / cắt ) Để tạo được nhiệt độ cao , hỗn hợp Oxy - LPG cần đạt tỉ lệ 4 : 1 do vậy áp suất oxy sẽ cao hơn , đòi hỏi phải dùng mỏ hàn có lỗ thóat lớn hơn do vậy mà vùng ảnh hưởng nhiệt cũng sẽ lớn hơn . Hình sau cho ta so sánh cở mỏ đốt và độ tập trung nhiệt . 8. Khả năng mồi ngọn lữa Giới hạn bắt cháy của acetylen trong không khí rất rộng , từ 2.5% đến 80% . Trong khi của LPG là 2.3% đến 9.5% và gas bếp từ 5% đến 9.5% .Điều đó cho thấy là acetylen rất dễ mồi. Và acetylene cũng khó bị dập tắt dưới tác dụng của gió hoặc điều kiện dòng khí không thích hợp . (Nói cách khác , khã năng ổn định và phạm vi điều chỉnh của ngọn lữa Oxy – acetylen rộng hơn các khí khác . 9. Đáp ứng các yêu cầu vận hành Như đã nói ngọn lữa Oxy-acetylen có nhiều ưu điểm . Nó dễ mồi và cháy ổn định , dễ hiệu chỉnh theo các chế độ nhiệt / hóa mong muốn. Acetylen thích hợp cho các quá trình hàn , cắt , hàn vãy. Ngọn lữa acetylen lại tập trung nhiệt cao không gây việc nung nóng thái quá chi tiết hàn hoặc cắt . Hàn Oxy – acetylen 1. Hàn nóng chảy Ngòai acetylen không khí nhiên liệu nào thích hợp cho hàn nóng chảy. Có hai lý do – Sự tập trung nhiêt và khả năng hiệu chỉnh của ngọn lữa. Khi dùng nhiệt nung nóng vùng hàn , một phần nhiệt lượng sẽ lan truyền do dẫn nhiệt. Để có thể hàn nóng chảy được , Nhiệt cung cấp phải đủ lớn để bù đắp cho sự thất thóat do dẫn nhiệt. Nhiệt độ vùng hàn phải bằng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu hàn. Vùng hàn càng nhỏ thì chúng càng nhanh chóng đạt trạng thái hàn , nguy cơ gây ra các biến dạng nhiệt càng thấp . Ngọn lữa acetylen có nhiệt độ cao nên truyền nhiệt nhanh hơn và chỉ có nó mới đủ nóng với trạng thái trung hòa đáp ứng cả điều kiện môi trường và nhiệt độ hàn . Các khí khác dù có nhiệt độ cao hơn song nhiệt độ đó chỉ có thể đạt được với ngọn lữa oxy hóa . W3(VN)- 4 Cắt Oxy - Acetylen 49 Nhiệt cung cấp từ hỗn hợp cháy oxy – LPG không đủ để hàn trừ phi chúng đạt tỉ lệ 4:1 . Với tỉ lệ đó lượng oxy tồn tại trong ngọn lữa sẽ làm cho bể hàn bị oxyt hóa và mối hàn sẽ bị nhiễm bẫn hoặc có nhiều bọt khí . Ngòai ra ngọn lữa Oxy- acetylen có ba trạng thái dễ nhận biết ứng với ba đặc tính khác biệt của ngọn lữa , đó là quá đá , trung hòa và quá gió . 2. Cắt Có bốn phương pháp cắt kim lọai thông dụng – Cắt bằng ngọn lữa , Cắt cơ khí , Cắt bằng plasma và cắt bằng hồ quang / không khí nén . Cắt bằng Oxy – acetylen đáp ứng cả yêu cầu công nghệ và an tòan so với các khí khác. Các ưu điểm vượt trội Đối với các ứng dụng cắt bằng nhiệt thì hỗn hợp Oxy- acetylen có chất lượng và hiệu quả cao nhất. Khi cắt bằng máy trên thép sạch có bề dày trên 50mm , thì nhiệt độ cao của phần nhân ngọn lữa Oxy – LPG cung cấp quá trình nung sơ bộ tốt nhất do vậy mà năng suất cắt cao hơn . Hầu hết các ứng dụng cắt dưới 50mm thì acetylen là chọn lựa tốt nhất . Khác với các khí khác acetylen có thể thực hiện quá trình cắt trên các bề mặt bụi bẫn và có lớp oxit dày . Bề mặt cắt không cần phải làm sạch . Việc nung nóng nhanh góp phần tăng năng suất khi cắt . Giãm thời gian khởi động lại do vậy cũng làm giãm tiêu hao khí. Bảng sau cho so sánh về chỉ tiêu tiêu hao khí cho 1000 metes đường cắt. Như vậy khi sử dụng acetylen có thể tiết kiệm được 10% đến 20% chi phí cho oxy . Đặc biệt là chi phí vận chuyển và bảo quản . Tính dễ hiệu chỉnh của ngọn lữa cũng cho phép việc điều chỉnh công suất ngọn lữa phù hợp với tốc độ cắt đây cũng là một trong các yếu tố quan trọng khi so sánh các chỉ tiêu kinh tế . Ngòai các yếu tố về giá thành , chất lượng đường cắt cũng cần được quan tâm đúng mức . Chất lượng đường cắt tồi , tốn thời gian mài sửa và làm tăng giá thành sản xuất. 3. Khóet (Gouging) Khóet bằng ngọn lữa là một nguyên công quan trọng cho việc sửa chữa mối hàn . Hình dưới cho thấy một mối hàn đang được khóet / tẩy bằng ngọn lữa Mặc dù khóet bằng hồ quang carbon ngày nay được ưa chuộng hơn do dễ thực hiện , rãnh khóet sạch , năng suất cao , song đứng ở góc độ an tòan thì khóet bằng ngọn lữa an tòan hơn . W3(VN)- 4 Cắt Oxy - Acetylen 50 Các thông số cắt bằng Oxy-Acetylen Bảng 1. Cắt Oxy – Acetylene thủ công Áp suất kPa (psi) Tiêu hao L/min (cfh) Bề dày mm (in) Cở mỏ cắt Oxy cắt Oxy nung Acetylen Tốc độ cắt mm/ min (in/min) Oxy cắt Oxy nung Acetylen 6 (1/4) 8 200(30) 450(17.5) 16(32) 3.5(7) 3.5(7) 12 (1/2) 12 200(30) 380(15) 34(68) 4(8) 4(8) 20 (3/4) 12 250(36) 360(14) 40(60) 4.5(9) 4.5(9) 25 (1) 15 220(32) 320(12.5) 50(100) 6(12) 6(12) 40 (1.1/2) 15 350(52) 270(10.5) 60(136) 7(14) 7(14) 50(2) 15 400(58) 240(9.5) 77(154) 7.5(15) 7.5(15) 75(3) 15 450(65) 180(7) 87(174) 8(16) 8(16) 100(4) 20 400(58) 150(6) 125(250) 9(18) 9(18) 125 (5) 20 450(65) 150(6) 145(290) 10(20) 10(20) 150(6) 24 450(65) 130(5) 200(400) 11(22) 11(22) 200(8) 24 500(73) 100(4) 220(440) 12.5(25) 12.5(25) 250 (10) 32 600(87) 90(3.5) 400(800) 20(40) 20(40) 300 (12) 32 600(87) 200(30) 100(15) 90(3.5) 400(800) 20(40) 20(40) Bảng 2 Cắt bằng Oxy- LPG thủ công Áp suất kPa (psi) Tiêu hao L/min (cfh) Bề dày mm (in) Cở mỏ cắt Oxy cắt Oxy nung LPG Tốc độ cắt mm/ min (in/min) Oxy cắt Oxy nung LPG 6 (1/4) 8 200(30) 450(17.5) 16(32) 14(28) 3.5(7) 12 (1/2) 12 200(30) 380(15) 34(68) 16(32) 4(8) 20 (3/4) 12 250(36) 360(14) 40(60) 18(36) 4.5(9) 25 (1) 15 220(32) 320(12.5) 50(100) 22(44) 5.5(11) 40 (1.1/2) 15 350(52) 270(10.5) 60(136) 22(44) 5.5(11) 50(2) 15 400(58) 240(9.5) 77(154) 22(44) 5.5(11) 75(3) 15 450(65) 180(7) 87(174) 24(48) 6(12) 100(4) 20 400(58) 150(6) 125(250) 24(48) 6(12) 125 (5) 20 450(65) 150(6) 145(290) 26(52) 6.5(13) 150(6) 24 450(65) 130(5) 200(400) 28(56) 7(14) 200(8) 24 500(73) 100(4) 220(440) 36(72) 9(18) 250 (10) 32 600(87) 90(3.5) 400(800) 56(112) 14(28) 300 (12) 32 600(87) 200(30) 100(15) 90(3.5) 400(800) 56(112) 14(28) . Acetylen 46 Acetylene Nhiên liệu hàn khí thích hợp nhất Có ba lọai khí nhiên liệu thường được sử dụng trong hàn và cắt bằng khí , đó là : Acetylene , LPG. lữa thích hợp nhất để hàn và cắt. 6. An tòan Tất cả các khí nhiên liệu đều tiềm ẩn các nguy hiễm trừ phi chúng được sử dụng và bảo quản đúng cách. Tuy nhiên