Tài liệu Acetylene Nhiên liệu hàn khí thích hợp nhất doc

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)