Hàn khí là gì? Một số ưu nhược điểm và ứng dụng của phương pháp hàn khí hiện nay.
Khái niệm
Hàn khí là một phương pháp hàn hóa học trong đó sử dụng nhiệt lượng phản ứng cháy của khí đốt trong Oxy, để nung chảy sản phẩm kim loại được hàn và que hàn bổ sung hình thành nên mối hàn. Phương pháp máy hàn điện tử dùng khí thường được dùng để hàn những tấm kim loại mỏng và một số hợp kim màu.
Loại khí sử dụng
Thông thường có 2 loại được sử dụng: khí Oxy để duy trì cho sự cháy và các loại khí cháy như Hydro (H2), Axetilen (C2H2), khí than đá, hơi của xăng, Benzen… Trong thực tế khí đốt chủ yếu được dùng để hàn là Acetylen bởi khí này khi cháy trong Oxy sẽ tỏa ra nhiệt lượng thấp nhất là 11470 cal/m3 và đưa nhiệt độ ở mức cao nhất là 3150oC.
Hydro là loại khí đốt không màu, không mùi. Khí Hydro có thể điều chế bằng phương pháp điện phân hoặc một số phương pháp khác. Oxy và Hydro được bán ra trong dạng bình chứa, thường có áp suất là 150 at với dung tích tiêu chuẩn là 40L. Phương pháp hàn khí Hydro đã được áp dụng khá sớm nhưng bởi vì nhiệt lượng của nó sinh ra tương đối ít và nhiệt độ không cao, cho nên chỉ được dùng để hàn các kim loại màu như nhôm, chì và hàn các tấm thép mỏng hoặc dùng để nung vật liệu khi cắt bằng khí Oxy. Ngoài ra, vì nhiệt độ thấp nên khi hàn tấm thép dày sẽ đòi hỏi phải kéo thời gian đốt nóng chảy dẫn đến nhiệt lượng hao phí rất nhiều, do đó giá thành sẽ cao. Cũng vì thế nên khí Axetilen được dùng nhiều hơn trong kỹ thuật hàn khí, còn Hydro thì ít hơn.
Khí Axetilen (còn được gọi là hơi đất đèn) là loại khí nhẹ hơn khí Oxy và Hydro, không màu và hơi thoảng mùi Ete, cháy ở nhiệt độ 420o C và dễ nổ khi áp suất trên 1,75 at hoặc nếu tiếp xúc lâu với đồng và bạc. Hỗn hợp gồm không khí và Axetilen khi nồng độ của nó trong hỗn hợp trong khoảng từ 2,8 - 65% có thể gây nổ.
Phương pháp hàn khí
Chất lượng của mối hàn khí phụ thuộc chủ yếu vào cách chọn công suất của mỏ hàn, cách điều chỉnh ngọn lửa hàn, chất lượng que hàn, cách chọn phương pháp hàn cũng như độ nghiêng của mỏ hàn. Các phương pháp hàn: hàn phải và hàn trái.
Hàn phải: thợ hàn bắt đầu hàn từ trái sang phải (tức là mỏ hàn di chuyển trước, que hàn di chuyển sau). Phương pháp này cho năng suất cao và giúp tiết kiệm được khí Axetilen. Mặt khác, mối hàn sau khi hàn còn được ngọn lửa đốt nóng thêm một thời gian nữa nên độ dẻo mối hàn tăng lên và ít bị nứt. Đây là phương pháp hàn được sử dụng chủ yếu trong công nghệ hàn khí.
Hàn trái: thợ hàn bắt đầu hàn từ phải sang trái (que hàn di chuyển trước mỏ hàn). Tốc độ hàn của phương pháp này tương đối chậm (chậm hơn hàn phải từ 20 - 30%) và thường dùng để hàn các vật mỏng (dưới 3mm) và một vài các kim loại màu như nhôm, kẽm… Que hàn dùng để hàn khí thường có các thành phần hóa học tương tự với vật hàn (tức là hàn kim loại nào thì que hàn thường sử dụng vật liệu đó). Gần đây người ta còn dùng thêm một số que hàn chất Crom, Vanadi, Niken, Đồng…
Ngọn lửa hàn khí: ngọn lửa cháy của Axetilen và Oxy có nhiệt độ rất cao với tỷ lệ tương ứng. Sẽ tạo ngọn lửa và những đặc điểm, công dụng khác nhau.
Ngọn lửa 1,0 - 1,2 là ngọn lửa trung hòa, nó được dùng để hàn một số loại thép.
Ngọn lửa >1,2 gọi là ngọn lửa thừa Oxy (còn gọi là ngọn lửa Oxy hóa). Ngọn lửa này thường thích hợp sử dụng để hàn đồng và hợp kim của chúng .
Ngọn lửa < 1,0 gọi là ngọn lửa thừa acetylen hay còn gọi là ngọn lửa cacbon hóa. Nó dùng để hàn gang.
Chế độ hàn khí: hàn khí dùng để hàn kim loại cần có một số yếu tố cần thiết được tính toán như sau
+ Que hàn- tức là kim loại bổ sung cho mối hàn, thông thường sẽ giống với kim loại cơ bản; có đường kính là d:
* Dùng khi hàn trái chọn: d = S/2 +1 (mm)
* Dùng khi hàn phải chọn: d = S/2 (mm)
+ Công suất của ngọn lửa hàn: đó là lượng tiêu hao khí Oxy hoặc khí cháy trong 1 đơn vị thời gian: A = k.S (lít/giờ)
Với: S: chiều dày vật hàn (mm).
k: hệ số tùy thuộc vào kim loại vật hàn và phương pháp hàn (hàn thép k = 100 - 120; hàn đồng k = 150 - 200).
Thiết bị để hàn khí
Máy hàn khí gồm có những bộ phận dưới đây: Bình chế khí Axetilen, Bình chứa Oxy, Van giảm áp, Van an toàn, Ống dẫn khí, Mỏ hàn.
Khí Axetilen được điều chế bằng cách cho đất đèn (Cacbua Canxi) tác dụng với nước. Đất đèn thường được sản xuất bằng việc nung chảy đá vôi với than gỗ trong lò điện. Đất đèn giống như đá có màu đen xám, cứng, khó phản ứng với axit, nhưng gặp nước và khí ẩm trong không khí sẽ sinh ra khí Axetilen 0,3%. Để phòng tránh hiện tượng nổ thùng chứa đất đèn, yêu cầu thùng phải hết sức kín, để nơi thoáng gió, khô ráo, được kê cao trên mặt đất, nhất thiết không đặt ở những nơi ẩm ướt và kín gió. Cần phải có buồng riêng biệt lập để thùng chứa đất đèn.
Khí Axetilen đến chỗ hàn từ bình chế khí Axetilen hoặc những bình chứa khí Axetilen trong dung dịch Axeton dưới áp suất là 16 -22 at. Loại khí Axetilen chứa trong bình này khi sử dụng rất thuận tiện, bạn chỉ cần lắp thêm bộ van giảm áp là có thể dùng được ngay, khi dùng hết vẫn có thể đưa bình về xưởng và nạp khí.
Khí Oxy là chất khí không màu, không mùi, không độc, không thể tự cháy, nhưng nó cần cho sự cháy. Oxy có trong không khí khoảng 21% (tính theo thể tích), khí Oxy dùng khi hàn là Oxy nguyên chất được điều chế từ không khí bằng phương pháp: ép, làm lạnh, làm giãn nở để cho không khí hóa thể lỏng, sau đó làm bốc hơi ở nhiệt độ -183oC rồi thu khí Oxy nguyên chất. Oxy thu được chứa trong các bình thép (bình Oxy) có dung tích 40 lít với áp suất 150 at và mang tới chỗ hàn.
Bên cạnh hàn khí, người ta còn dùng nguyên lý này rất nhiều vào các phương pháp cắt đứt kim loại dễ dàng, đặc biệt là ứng dụng của máy cắt Plasma.
Cắt kim loại bằng nhiệt: Để cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và một số hợp kim có thể dùng hồ quang hoặc là bằng ngọn lửa khí, đó đều là những phương pháp sử dụng nhiệt đốt nóng làm cho vật cần cắt đạt tới điểm nóng chảy, sau đó sẽ bị thổi ra để tạo thành rãnh cắt.
Cắt đứt bằng hồ quang điện: Là quá trình nung chảy và cắt kim loại sử dụng nhiệt lượng hồ quang điện. Điện cực của hồ quang có thể dùng điện cực than hoặc kim loại. Phương pháp cắt đứt bằng hồ quang điện được đánh giá là không kinh tế, khó thực hiện khi chiều dày cắt lớn và tạo ra đường cắt không đều. Do đó, phương pháp này thường dùng để tháo rời các cơ cấu kim loại cũ và cắt đứt hệ thống đậu ngót, hệ thống rót của vật đúc. Ưu điểm của phương pháp cắt này là: không chỉ dùng để cắt thép mà còn có thể cắt được gang và một số kim loại màu.
Cắt bằng ngọn lửa khí và khí Oxy: đây là một quá trình nung chảy và cắt đứt kim loại nhờ nhiệt của ngọn lửa khí và khí Oxy.Cắt đứt bằng khí Oxy cho phép thực hiện trên một số kim loại. Khi cháy khí Oxy tỏa ra một nhiệt lượng lớn có thể làm chảy được kim loại và một số oxit. Mỏ hàn cắt có hai bộ phận là: miệng cắt và miệng đốt. Miệng đốt (1) dùng để xì hỗn hợp cháy Axetilen và Oxy tạo nên ngọn lửa (4) để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy. Miệng cắt (2) để xì khí Oxy (3) có áp suất cao, thúc đẩy quá trình cháy được nhanh và thổi hết oxit kim loại. Phương pháp cắt bằng khí Oxy chỉ dùng để cắt các kim loại có nhiệt độ cháy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy, đồng thời nhiệt độ chảy của các oxit được tạo thành phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của chính kim loại đó. Bên canh đó, tính dẫn nhiệt của kim loại cắt phải thấp để có thể tập trung nhiệt năng. Do vậy, gang, nhôm, đồng và các hợp kim màu không thể dùng phương pháp cắt bằng khí Oxy.
Phương pháp này chỉ dùng để cắt thép có lượng Cacbon dưới 0,3% và các thép kết cấu hợp kim thấp. Với thép hợp kim cao thì trước khi cắt cần đốt nóng đến 650° - 700oC.
Cắt bằng khí Oxy và chất trợ dung: là phương pháp sử dụng cả chất trợ dung (thành phần là bột sắt và một số ít chất phụ thêm) được dẫn cùng luồng khí Oxy đến vùng cắt. Kim loại cháy trong Oxy có chất trợ dung sẽ giúp tỏa thêm nhiệt, làm cháy thêm Oxit kim loại khó chảy và đồng thời thổi chúng khỏi vùng cắt dễ dàng. Phương pháp này được dùng để cắt đứt thép không gỉ, thép chịu nhiệt, gang cùng với một số kim loại màu khác. Chiều sâu cắt bằng ngọn lửa khí và khí Oxy có thể tới 1m và hơn nữa. Khe cắt không quá rộng và tương đối bằng phẳng.
Ngoài phương pháp cắt đứt bằng ngọn lửa khí và Oxy ra, người ta còn dùng phối hợp giữa hồ quang và ngọn lửa khí với nhau. Cơ bản nó là: vật cắt được đốt nóng bằng hồ quang điện, điện cực là một ống thép dẫn khí Oxy sử dụng cho việc cắt kim loại.
Một số phương pháp cắt tiên tiến hiện nay như là cắt Plasma đang được dùng rất phổ biến như: máy cắt Plasma Powermax 45 (Hyperthem-Mỹ), máy cắt Plasma Invercut 100E (Hugong – Trung Quốc), 100LP (WorldWel – Hàn Quốc).
Theo maiduong