Các loại khí dùng trong hàn, cắt, cách vận chuyển và bảo quản chai khí

Nguyên liệu dùng trong hàn và cắt bằng ngọn lửa khí:

Khí hàn và cắt

Hàn và cắt bằng ngọn lửa khí là quá trình nung nóng vật hàn hay vật cắt đến trạng thái hàn hoặc cắt bằng ngọn lửa của khí cháy với oxy.

Khí dùng để hàn và cắt gồm: oxy kỹ thuật và các loại khí cháy như axetylen, hydro, metan...

1. Khí oxy:

Ở điều kiện bình thường, oxy là chất khí không màu, không mùi, không vị và nặng hơn không khí. Khối lượng 1m³ oxy ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 0ºC là 1,429kg. Ở nhiệt độ 20ºC và áp suất khí quyển, khối lượng của 1m³ oxy là 1,33kg.

Bản thân oxy không cháy, nhưng là chất không thể thiếu được trong quá trình cháy (duy trì sự cháy). Trong không khí oxy chiếm khoảng 21%, nito khoảng 79% còn lại là các chất khí khác. 

Oxy có hoạt tính hóa học khá mạnh. Phản ứng kết hợp của oxy với các nguyên tố khác tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Oxy kết hợp với một số nhiên liệu ở thể khí và thể lỏng tạo ra hỗn hợp cháy nổ. Ví dụ: Các chất béo và dầu mỡ khi tiếp xúc với oxy nén sẽ tự bốc cháy. 

Trong kỹ thuật hàn và cắt, để nhận được ngọn lửa có nhiệt lượng cao, người ta đốt các hỗn hợp khí cháy với oxy kỹ thuật.

Trong công nghiệp, khí oxy được điều chế từ không khí, sau đó được chứa trong các bình bằng thép có dung tích 40l và nén với áp suất 150at. Khí oxy điều chế như vậy có thể đạt độ tinh khiết 98 đến 99,5%.

2. Khí axetylen

Axetylen là khí không màu, có mùi hôi đặc trưng. Nếu hít phải axetylen trong thời gian dài sẽ bị chóng mặt, buồn nôn và có thể bị ngộ độc. Axetylen là khí cháy và dễ gây nổ.

Axetylen là hợp chất hóa học của cacbon và hydro. Công thức hóa học là C2H2. Trong axetylen có chứa tạp chất: H2S, NH3, khí HCL,...

Axetylen nhẹ hơn không khí, khối lượng của 1m³ axetylen ở nhiệt độ 20ºC, áp suất 1at là 1,09kg.

Axetylen hỗn hợp với oxy kỹ thuật khi có cho ngọn lửa có nhiệt độ rất cao: 3150ºC.

Axetylen là chất khí cháy và nổ gây nguy hiểm. Khí axetylen có thể gây nổ trong các trường hợp sau:

- Khi nhiệt độ từ 450 đến 500 độ C và áp suất lớn hơn 1.5at.

- Ở nhiệt độ từ 300 độ C trở lên và áp suất là 1at, khí axetylen hỗn hợp với oxy theo tỉ lệ (2,8 ÷ 93)% axetylen sẽ trở thành hỗ hợp nổ. Hỗn hợp này nổ mạnh nhất khi tỉ lệ khí axetylen khoảng 30%.

- Ở nhiệt độ 300 độ C trở lên và áp suất 1at, khí axetylen hỗn hợp với oxy theo tỉ lệ (2,8 ÷ 81)% axetylen sẽ trở thành hỗn hợp nổ. Hỗn hợp này nổ mạnh nhất khi tỉ lệ khí axetylen khoảng (7-13)%.

- Khí axetylen tiếp xúc lâu ngày với đồng đỏ và bạc sẽ gây nổ khi bị va đập mạnh và khi nhiệt độ tăng cao.

- Khi nhiệt độ của bã đất đèn ở khu vực phản ứng vượt quá 80 độ C hoặc nhiệt độ của khí axetylen vượt quá 90 độ C.

3. Các loại khí khác:

Ngoài axetylen trong hàn và cắt người ta còn dùng các loại khí khác để thay thế cho axetylen. Các khí thay thế là các khí cháy:

- Hỗn hợp propan - butan.

- Hydro

- Khí than cốc hay hơi của các chất lỏng dễ cháy: hơi xăng và dầu hỏa

a) Hỗn hợp propan - butan:

Hỗn hợp propan - butan là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ. Trong thành phần hỗn hợp khí propan - butan có chứa (50-70)% propan và (30-50)% butan. Nhiệt độ ngọn lửa cháy với oxy kỹ thuật đạt được (2500 - 2700) độ C. 

b) Khí than cốc 

 Nhiệt độ ngọn lửa của khí than cốc khi cháy với oxy khoảng 2000 độ C. 

c) Hydro

Hydro là chất cháy không màu, không mùi và là một trong những loại chất khí nhẹ nhất, nhẹ hơn không khí 14,5 lần. Nhiệt độ ngọn lửa của khí hydro khi cháy với oxy kỹ thuật là khoảng 2100 độ C. 

d) Xăng và dầu hỏa

Xăng và dầu hỏa là chất lỏng dễ bay hơi. Hơi xăng và dầu hỏa khi cháy với oxy cho ngọn lửa có nhiệt độ khoảng 2500 độ C. Để hàn và cắt bằng loại nhiên liệu này phải sử dụng thiết bị chuyên dùng. Thông thường thì xăng và dầu hỏa để cắt nhiều hơn để hàn.

Các chai khí.

Chai khí dùng để chứa các loại khí cung cấp trong quá trình hàn cắt. Chai khí có hình dạng giống như cái chai. Chai khí được chế tạo bằng thép, dưới đáy chai có đế để chai đứng vững. Trên miệng chai có ren để lắp nắp đậy bảo vệ ống lấy khí ra. 

a) Chai đựng khí oxy

Chai oxy thường được chế tạo với dung tích khoảng 40l. Áp suất làm việc của chai oxy theo tính toán là khoảng 150at.

Lượng oxy trong chai được tính bằng tích số của dung tích chai với áp suất. 

Ví dụ: Chai oxy với dung tích 40l, áp suất 150at thì lượng oxy trong chai là: 40 x 150 = 6000l

Chai oxy sơn màu xanh da trời, cổ chai viết chữ màu đen.

b) Chai axetylen

Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi chai axetylen để cung cấp khí cho quá trình hàn và cắt. 

Cấu tạo của chai axetylen giống như chai oxy, chỉ khác ở màu sơn và chữ viết ở cổ chai.

Chai axetylen sơn màu trắng, cổ viết chữ màu đỏ.

Để giữ được axetylen trong chai, người ta hòa tan vào axeton và chất xốp để tạo cho hỗn hợp này có diện tích tiếp xúc lớn. Một thể tích axeton ở điều kiện chuẩn có thể hòa tan 23 thể tích axetylen. 

Chất xốp thường dùng là than hoạt tính có nhiều lỗ rỗng. Lượng chất xốp sử dụa attng là (300 - 320)gam cho 1 lít dung tích bình. Than hoạt tính cho vào bình được thấm ướt bằng axeton, lượng axeton sử dụng cho một lít dung tích bình là (230 - 300)gam. Axetylen hòa tan trong axeton ở dạng bột xốp sẽ trở nên an toàn về nổ và có thể bảo quản trong bình với áp suất nhỏ hơn 30at. 

Khi mở van chai khí, khí axetylen được tách khỏi axeton qua bộ phận giảm áp tới ống mềm và mỏ hàn (mỏ cắt). Phần axetylen còn lại vẫn ở dạng bọt. Để giảm bớt lượng hao phí axetylen khi sử dụng phải để chai khí ở vị trí thẳng đứng. 

Chai khí axetylen có thể bị nổ khi sử dụng. Nguyên nhân gây nổ có thể là:

+ Chai bị rung và va đập khá mạnh.

+ Van nối với bộ giảm áp axetylen không chặt làm khí lọt ra ngoài tạo nên hỗn hợp nổ của khí axetylen - không khí. 

c) Chai propan - butan

Chai propan - butan được chế tạo bằng thép cacbon. Áp suất làm việc lớn nhất là 19at. Dung tích chai là 50l, trọng lượng kể cả van nắp là 35kg. 

Chai propan - butan được sơn màu đỏ, chữ viết trắng. Các chai khí đều ghi nơi sản xuất, trọng lượng và ngày thử nghiệm. 

Kích thước một số chai khí Việt Nam sản xuất như sau:

Cách vận chuyển và bảo quản các chai khí: 

- Khi vận chuyển các chai khí đến nơi hàn cắt phải hết sức tránh không được vận chuyển chai oxy lẫn với các chai khí khác. Khi vận chuyển phải để các van về phía giá kẹp chuyên dùng bằng gỗ. Các chai khí đã hóa lỏng phải để ở vị trí thẳng đứng. 

- Khi tháo lắp các chai khí phải dùng dụng cụ chuyên dùng. 

- Các chai đã nạp đầy khí phải để ở phòng riêng, tại chỗ để các chai khí và chỗ làm việc phải có bình chữa cháy và các thùng cát.

- Nơi bảo quản các chai khí phải thông thoáng, tránh các tia nắng chiếu trực tiếp ào chai khí. Nhiệt độ nơi bảo quản không được quá 35 độ C.

- Các chai khí phải đặt cách xa chỗ hàn và cách nguồn nhiệt khác ít nhất 10m. 

Chú ý khi sử dụng chai khí oxy:

- Tay không được dính dầu mỡ

- Khi vận chuyển không được vác bằng tay hoặc lăn chai

- Không được dùng búa, đục để tháo nắp chai

- Không được sử dụng các chai bị nứt, sứt mẻ.