Tải bản đầy đủ

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Hàn Từ Nước

LỜI CẢM ƠN
Trong bốn năm học tập, rèn luyện tại môi trường đại học, bằng sự kiên trì và nỗ lực
chúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp. Đây là một cột mốc vô cùng quan trọng
đánh dấu sự trưởng thành của sinh viên, là kết tinh của lý thuyết và thực nghiệm. Nhìn
lại quá trình chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp, thật vô cùng biết ơn sự cổ vũ
tinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè và thầy cô và sau 3
tháng thực hiện đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy Trương Nguyễn Luân Vũ. Do vậy
mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình theo
thời gian quy định.
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này chúng em xin chân thành cảm ơn đến:
 Ba mẹ đã giúp đỡ và động viên tinh thần cho chúng em trong suốt khoảng thời
gian thực hiện đô án.
 Thầy Trương Nguyễn Luân Vũ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, truyền đạt ý
tưởng, và tạo mọi điều kiện cho chúng em thực hiện tốt đồ án này.
 Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành thầy cô khoa chất lượng cao và bộ
môn công nghệ chế tạo máy của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành
Phố Hồ Chí Minh đã cung cấp cho chúng em những kiến thức trong quá trình
học tập tại trường.
 Và các bạn sinh viên đã giúp đỡ nhau, trao đổi kiến thức trong quá trình thực
hiện đồ án này.
Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn

thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, tháng 8, năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện
Hà Viết Bửu
Phạm Huy Tâm

1


TÓM TẮT
Hàn hơi là phương pháp hàn sử dụng nhiệt của ngọn lửa sinh ra khi đốt cháy các
chất khi cháy (C2H2,CH4,C6H6…)hoặc H2 với Ô xy để nung chảy kim loại,thông
dụng nhất là hàn bằng khí Ô xy –Axetylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của hai
khí này lớn và tập trung ,tạo thành ngon lửa có nhiệt độ cao (vùng cao nhất tới
3200oC);còn ngọn lửa giửa oxy và các chất khí cháy khác chỉ có nhiệt độ từ 20002200oC.
Như đã nói ở trên thì khí H 2 và Ô xy cũng là một sự lựa chọn tốt cho việc hàn
hơi vì ngọn của nó có thể lên tới 2800 oC. Trong khóa luận tốt nghiệp này thì em chọn
phương pháp tách khí H 2 và Ô xy từ nước để làm nhiên liệu cháy cho máy hàn. Máy
này được em đặt tên là: “Máy hàn hơi sử dụng công nghệ HHO”.
Đề tài được triển khai một cách khoa học qua nhiều bước: tìm kiếm cơ sở dữ
liệu, phát triển ý tưởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ưu hóa mô hình, tính toán,
thực hiện gia công các chi tiết cần thiết và lắp ráp thành một máy hàn hoàn chỉnh.
Giai đoạn cuối cùng của dự án là tiến hành chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu
chỉnh mô hình để đảm bảo đúng yêu cầu của đề tài
Ưu điểm lớn nhất của máy này là nguồn nhiên liệu dường như vô tận và sản
phẩm sau khi cháy chỉ là hơi nước nên sẽ không gây ô nhiễm môi trường như sử dụng
khí Ô xy – Axetylen.
Kích thước hoàn chỉnh của máy hàn: 503x456x693 mm.
Sử dụng điện 220V
Công suất: 480W
Nhiên liệu chính của máy là nước, có kèm theo chất phụ gia là KOH (28% theo khối
lượng) hoặc NaOH (1 phần dung dịch NaOH 4 phần nước theo trọng lượng)
Máy có thể hàn được các mối hàn bằng que đồng thau hoặc hàn nhôm; cắt được tấm
Inox 304 1mm.

2


ABSTRACT
Brazing welding method using heat generated by the fire when the fire burned
substances (C2H2, CH4, C6H6, ...) or H2 with Oxygen to melt metal, most commonly
used in gas welding Oxygen - acetylene because of the heat generated by the
combustion reaction of two major gas and focus, creating a high flame temperature (the
highest area to 3200oC), while mid flame burning oxygen and other gases from air
only 2000-2200oC.
As noted above, the H2 and Oxygen gas is also a good choice for brazing
because of its flame can be up to 2800oC. In this thesis, I chose H2 gas separation
method and Oxygen from water to fuel the fire for welding. This machine is you name
it: " Welding machines use steam technology HHO ".
The theme is deployed in a scientific manner through multiple steps: searching
the database, develop ideas, solutions, design implementation, optimization models,
calculations, done processing the required details set and assembled into a complete
welding.
The final phase of the project is to conduct test runs, test and performance adjust
the model to ensure proper request of subjects
The biggest advantage of this machine is the source of seemingly endless fuel
and combustion products after steam only and will not pollute the environment as using
oxygen - acetylene.
The size of the welding complete: 503x456x693 cm.
Using 220V
Power: 480W
Of the main fuel is water, there is an additive with KOH (28% by weight) or
sodium hydroxide (NaOH 1 part 4 parts water by weight)
The machine can weld by weld welding rod brass or aluminum; 304 1mm
stainless steel plate cutting.

3


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN................................................................................................................i
TÓM TẮT..................................................................................................................... ii
ABSTRACT................................................................................................................. iii
MỤC LỤC.................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài.................................................................................................1
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu......................................................................1
1.3. Kết quả đạt được..................................................................................................5
1.4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................7
2.1. Khái quát về hàn khí............................................................................................7
2.1.1. Thực chất, đặc điểm và công dụng của hàn khí..........................................7
2.1.2. Ngọn lửa hàn..............................................................................................8
2.1.3. Vật liệu hàn khí..........................................................................................9
2.2. Giới thiệu lịch sử khí HHO................................................................................13
2.3. So sánh với các nghiên liệu khác.......................................................................15
2.3.1. So sánh với Axetylen................................................................................15
2.3.2. So sánh với Axetylen................................................................................16
2.4. Ứng dụng khí HHO...........................................................................................17
2.4.1. Nhiên liệu phụ trợ cho động cơ đốt trong.................................................17
2.4.2. Cắt thép cacbon khi sử dụng khí HHO.....................................................18
2.4.3. Hàn sử dụng khí HHO..............................................................................18

4


2.5. Nguyên lý tạo khí HHO.....................................................................................20
2.6. Các loại thiết bị tách nước tạo khí HHO............................................................21
2.6.1. Các loại thiết bị điện phân chủ yếu...........................................................21
2.6.2. Wet Cell....................................................................................................21
2.6.3. Dry Cell....................................................................................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN..............................................................24
3.1. Biện luận và chọn phương án.............................................................................24
3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động................................................................................24
3.3. Thiết kế dry cell.................................................................................................25
3.3.1. Thiết kế tấm giữ........................................................................................25
3.3.2. Tấm trung tính..........................................................................................26
3.3.3. Tấm điện cực............................................................................................27
3.3.4. Tấm cách điện..........................................................................................28
3.3.5. Vật liệu làm điện cực và tấm trung tính....................................................29
3.4. Khoảng cách giữa các tấm điện cực...................................................................32
3.5. Thiết kế bình chứa dung dịch và bình khí..........................................................33
3.6. Tính toán chọn nguồn điện và lượng khí thoát ra...............................................34
3.6.1. Tính toán chọn nguồn điện.......................................................................34
3.6.2. Tính toán lượng khí thoát ra.....................................................................35
3.7. Kết nối nguồn điện với Dry Cell........................................................................35
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH LẮP RÁP & VẬN HÀNH............................................39
4.1. Quy trình lắp ráp................................................................................................39
4.1.1. Lắp ráp Dry Cell.......................................................................................39
4.1.2. Lắp ráp Dry Cell, hệ thống bình chứa và tủ điện vào khung.....................48
4.1.3. Nối ống dẫn dung dịch từ bình chứa xuống Dry Cell...............................51
4.1.4. Kết nối Dry Cell với nguồn điện...............................................................52

5


4.2. Quy trình vận hành............................................................................................53
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM................................54
5.1. Tổng kết............................................................................................................. 54
5.2. Kiểm tra thực nghiệm........................................................................................56
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................59
6.1. Kết luận.............................................................................................................59
6.2. Hướng phát triển tương lai.................................................................................59
Tài liệu tham khảo......................................................................................................60

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hai học sinh làm máy hàn HHO ở Ninh Bình..................................2
Hình 1.2. Máy sản xuất khí Hydro tu nước......................................................2
Hình 1.3. Thử nghiệm đốt cháy que hàn bằng đồng thau.................................3
Hình 1.4. Dry Cell lắp trên ô tô chạy thử nghiệm............................................3
Hình 1.5. Hàn ống nhôm trong dự án SafeFlame.............................................5
Hình 1.6. Hình ảnh hàn ống đồng trong dự án SafeFlame...............................5
Hình 1.7. Mô hình máy hàn HHO....................................................................6
Hình 2.1. Ảnh minh họa hàn hơi......................................................................7
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn.............................................................8
Hình 2.3. Loại dây.........................................................................................12
Hình 2.5. Sử dụng khí HHO trong xe hơi......................................................18
Hình 2.6. Nguyên lý tạo khí HHO.................................................................20
Hình 2.7. Mô hình điện phân kiểu Wet Cell...................................................22
Hình 2.8. Wet Cell trong thực tế.....................................................................22
Hình 2.9. Mô hình điện phân nước kiểu Dry Cell..........................................23
Hình 2.10. Dry Cell trong thực tế...................................................................23
Hình 3.1. Hệ thống máy hàn khí HHO...........................................................24
Hình 3.2. Bản vẽ các tấm giữ.........................................................................25
Hình 3.3. Bản vẽ các tấm trung tính..............................................................26
Hình 3.4. Tấm trung tính trong thực tế...........................................................27
Hình 3.5. Bản vẽ tấm điện cực.......................................................................27
Hình 3.6. Tấm điện cực thực tế......................................................................28
Hình 3.7. Bản vẽ tấm cách điện.....................................................................29

7


Hình 3.8. Bình chứa nước và bình lọc khí......................................................34
Hình 3.9. Lượng khí thoát ra theo lý thuyết...................................................35
Hình 4.1. Bản vẽ lắp Dry Cell........................................................................39
Hình 4.2. Dry Cell 3D....................................................................................40
Hình 4.3. Phân rã Dry Cell.............................................................................40
Hình 4.4. Lắp ống giảm vào nắp....................................................................41
Hình 4.5. Lắp các co nước vào thân bình chứa dung dịch..............................41
Hình 4.6. Bình chứa dung dịch......................................................................42
Hình 4.7. Lắp ống giảm vào nắp....................................................................43
Hình 4.8. Lắp ống nối vào nắp bình lọc khí...................................................44
Hình 4.9. Bình lọc khí....................................................................................44
Hình 4.10. Hệ thống bình chứa......................................................................45
Hinh 4.11. Phân rã hệ thống bình chứa..........................................................46
Hình 4.12. Tủ điện.........................................................................................47
Hình 4.13. Sơ đồ kết nối biến áp với chỉnh lưu cầu 1 pha..............................48
Hình 4.14. lắp ráp tủ điện vào khung.............................................................48
Hình 4.15. Lắp hệ thống bình chứa vào khung..............................................49
Hình 4.16. Lắp Dry Cell vào khung...............................................................50
Hình 4.15. Lắp ống nước vào bình chứa và Dry Cell.....................................51
Hình 4.16. Kết nối lưỡng cực 1......................................................................52
Hình 4.17. Sơ đồ kết nối Dry Cell với nguồn điện.........................................52
Hình 5.1. Mô hình thiết kế máy hàn HHO
Hình 5.2. Mô hình thực tế máy
hàn HHO........................................................................................................54
Hình 5.2. Kết quả sau khi cắt Inox 1mm........................................................56
Hình 5.3. Kết quả sau khi cắt tấm nhôm 2mm...............................................57
Hình 5.4. Kết quả sau khi hàn 2 miếng thép..................................................58

8


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thành phần thuốc hàn đồng và hợp kim đồng (%)
Bảng 2.2. Thành phần thuốc hàn gang (%)
Bảng 2.3. So sánh HHO với axetylen
Bảng 2.4. So sánh HHO với dầu mỏ
Bảng 3.1 Thành phần dao động cho thép không gỉ 304
Bảng 3.2: Cơ tính của thép không gỉ 304.
Bảng 3.3: Tính chất vật lý của thép không gỉ 304 trong điều kiện ủ.

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Lý do chọn đề tài
Hàn khí là một phương pháp hàn khá quen thuộc trong cuộc sống chúng ta hiện
nay, đặc biệt là hàn Oxy – Axetylen. Nhưng chí phí để mua khí Oxy và Axetylen cũng
khá cao và khi sử dụng lại tạo ra khí CO2 gây ô nhiễm môi trường. Trong khi máy hàn
khí HHO chỉ cần dùng nước và điện để sản xuất ra hydro và oxy tùy theo nhu cầu. Oxy
là loại khí duy trì sự cháy và hydro là loại khí đốt không chứa carbon. So với các nhiên
liệu khác, khí HHO có các ưu điểm sau:
 An toàn với môi trường: sản phẩm của quá trình cháy là hơi nước không gây ô
nhiễm; hydro nhẹ hơn không khí nên bay lên, khác với các loại dầu và khí khác
tụ lại gây ô nhiễm.
 Có năng lượng lớn gấp đôi diesel: 1 kg nước cho ra 340000 Kcal.
 Nhiệt độ ngọn lửa lên tới 2800o C và có thể điều chỉnh được.
 Có năng lượng nhiệt tập trung cao do ngọn lửa hydro – oxy có dạng tia thẳng.
 Tự động tái sinh: hydro – oxy sinh ra từ nước và sau khi cháy lại quay về là
nước.
 Hydro là chất xúc tác cho sự cháy, đẩy nhanh quá trình phản ứng và gia tăng
nhiệt độ cho sự cháy.
 Hydro có thể giảm đặc tính các chất khác nên được thêm vào các chất để tinh
luyện. -Nguồn sản xuất hydro – oxy từ nước cực kỳ dồi dào.
 Không cần bất kỳ hệ thống bồn bể, bình nào để chứa, chỉ sản xuất và dùng ngay
khi cần: Tiết kiệm phí lưu trữ và an toàn do không phải trữ khí.
 Ứng dụng đa dạng: Hàn bằng ngọn lửa, cắt bằng ngọn lửa, gia nhiệt, chất xúc
tác cho sự cháy, làm sạch carbon…
 Dựa vào những ưu điểm và đặc tính trên nhóm chúng em đã quyết định chọn đề
tài chế tạo mô hình máy hàn khí HHO để tiết kiệm chi phí cũng như thân thiện
với môi trường.
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
 Tình hình trong nước
Hiện tại ở Việt Nam chưa có chương trình quốc gia trọng điểm nào liên quan đến
năng lượng hydrogen nhưng cũng có một vài cá nhân với niềm đam mê khoa học cũng
đã nghiên cứu về đề tài này như:
 Trong Cuộc thi sáng tạo thanh thiếu niên, nhi đồng toàn quốc lần thứ 11 năm
2015 vừa qua 2 học sinh là Ngô Đức Thắng và Phạm Thành Trung, học sinh lớp

1


12G, trường THPT Nguyễn Huệ (Ninh Bình) đã được nhận giải Đặc biệt về chế
tạo máy hàn cắt kim loại bằng nước.

Hình 1.1. Hai học sinh làm máy hàn HHO ở Ninh Bình
 Kỹ sư Vũ Hồng Khánh ở Hải Phòng cũng đã chế tạo thành công máy điều chế
khí HHO vào năm 2010.

Hình 1.2. Máy sản xuất khí Hydro tu nước

2


Hình 1.3. Thử nghiệm đốt cháy que hàn bằng đồng thau

3


Hình 1.4. Dry Cell lắp trên ô tô chạy thử nghiệm
 Tình hình ngoài nước
 Năm 2003 Tổng thống G.Bush đã công bố một chương trình được gọi là “Sáng
kiến nhiên liệu hydro” (Hydrogen Fuel Initiative) với quyết định giành 1,2 tỉ
USD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ôtô chạy bằng
pin nhiên liệu hydrogen phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế.
 Một dự án khác của các nhà khoa học châu Âu vào năm 2014 một máy hàn di
động có khả năng tạo ra ngọn lửa từ nước đã được chế tạo thành công trong dự
án SafeFlame do các nhà khoa học châu Âu thực hiện. Đây là hệ thống điện
phân nước thế hệ mới với chi phí chế tạo rẻ hơn rất nhiều so với trước đây.
Đồng thời, với tính an toàn cao, kỹ thuật này mở ra thêm triển vọng khai thác
nguồn năng lượng sạch và an toàn từ quá trình điện phân nước nhằm áp dụng
cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hàn, thay thế cho việc sử
dụng ngọn lửa oxy-axetylen trước đây.
Chuyên gia nghiên cứu trong dự án, kỹ sư công nghệ Andrew Ellis cho
biết: "Nói một cách đơn giản, đây là một hệ thống máy điện phân vận hành bằng
các nguồn nhiên liệu đầu vào là điện và nước. Nước sẽ tách thành khí Hidro và
Oxy. Sau đó, chỉ cần đưa mồi lửa vào là sẽ có một ngọn lửa đủ để hàn sắt hoặc

4


bất kỳ ứng dụng công nghệ nào khác. Về cơ bản, đây là một cỗ máy biến nước
thành lửa."
Nhà tư vấn công nghệ hàn, Rory Olney cho biết: "Bạn có thể thấy ngọn
lửa từ thiết bị này "mát" hơn rất nhiều so với những ngọn lửa Oxy-axetylen
trước đây. Đó là do vị trí đầu vòi phun không hề bị làm nóng. Hơn nữa, tại vị trí
đầu vòi phun cũng không còn những ánh sáng chói lòa nhằm hạn chế ảnh hưởng
xấu của quá trình hàn lên mắt người. Giờ đây, chúng ta chỉ cần mang một chiếc
kính thông thường mà không cần các thiết bị bảo hộ mắt chuyên dụng."

5


Hình
1.5. Hàn
ống nhôm trong dự án SafeFlame

Hình 1.6. Hình ảnh hàn ống đồng trong dự án SafeFlame
1.3. Kết quả đạt được
Nhóm chúng em đã chế tạo thành công máy hàn sử dụng khí HHO dựa trên các
nghiên cứu về cở sở lý thuyết của phương pháp hàn hơi và đặc điểm tính chất của khí
HHO.

6


Hình 1.7. Mô hình máy hàn HHO
1.4.










Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết.
Phương pháp mô hình hóa: từ những cơ sở lý thuyết chúng em đã xây dựng
thành mô hình nghiên cứu để có tính trực quan hơn.
Phương pháp nghiên cứu lịch sử: tìm hiểu lịch sử hình thành và ứng dụng của
công nghệ HHO.
Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Phương pháp quan sát.
Phương pháp thực nghiệm khoa học.
Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm.

7


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Khái quát về hàn khí
2.1.1. Thực chất, đặc điểm và công dụng của hàn khí
 Thực chất
Hàn khí là quá trình nung nóng vật hàn và que hàn đến trạng thái hàn bằng ngọn
lửa của khí cháy (C2H2, CH4, C6H6…) với O2.
Thông dụng nhất là hàn bằng khí oxy – axetylen vì nhiệt sinh ra do phản
ứng cháy của hai khí này lớn và tập trung, tạo thành ngọn lửa có nhiệt độ cao
(32000C). Khi hàn dưới nước lại sử dụng ngọn lửa oxy và hidro.
Các loại khí tựn hiên khác có tính chất về khả năng tự bốc cháy, nhiệt giải phóng từ
phản ứng cháy tương tự axetylen nhưng ở mức độ thấp hơn. Có thể sử dụng chúng để
hàn do tính an toàn cao, nguy cơ cháy nổ thấp hơn, bảo quản dễ dàng, chi phí thấp hơn
nhưng ở phạm vi hẹp.

Hình 2.1. Ảnh minh họa hàn hơi
 Đặc điểm
- Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, thuận lợi khi xa nguồn điện.
- Có thể hàn các vật liệu khác nhau như thép, gang, đồng, nhôm.
- Hàn những vật liệu có độ chảy thấp, các kết cấu mỏng.
- Vật hàn dễ bị cong vênh, biến dạng, năng suất hàn thấp.
 Công dụng
Ở nước ta hiện nay, sau phương pháp hàn điện, phương pháp này đang được sử dụng
nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp và công trường. Lĩnh vực sử dụng hợp lý nhất là :
Hàn nối các ống đường kính nhỏ và trung bình, hàn vỏ ô tô, sửa chữa các chi tiết đúc
bằng gang, hàn vảy, hàn đắp, hàn các chi tiết bằng kim loại màu, sử dụng ở
những vùng xa nguồn điện.

8


2.1.2. Ngọn lửa hàn
Căn cứ theo tỷ lệ của hỗn hợp khí hàn, ngọn lửa hàn có thể chia thành ba loại :
ngọn lửa bình thường, ngọn lửa oxy hóa và ngọn lửa cacbon hóa. Mỗi loại lại có thể
chia làm 3 vùng: vùng hạt nhân (màu sáng trắng), vùng hoàn nguyên (màu
sáng vàng), vùng oxy hóa (màu vàng sẫm có khói).

Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc ngọn lửa hàn
I: nhân ngọn lửa - II: vùng cháy chưa hoàn toàn - vùng cháy hoàn toàn
 Ngọn lửa bình thường
Ngọn lửa này dùng nhiều trong hàn thép, đồng, bạc, kẽm
O2
 1,1 �1, 2
C
H
2
2
Tỉ lệ

Vùng hạt nhân: O2 và C2H2 từ mỏ hàn đi ra, C2H2 bị phân hủy
C2H2 = 2C + H2
Ngọn lửa màu sáng trắng, nhiệt độ thấp, thành phần giàu cacbon nên không dùng để
hàn
Vùng cháy không hoàn toàn: C2H2 kết hợp với oxy theo phản ứng
C2H2 + O2= 2CO + H2 + Q↑
Ngọn lửa màu sáng xanh, nhiệt độcao (3200oC) có CO và H2 là các chất khử nên gọi là
vùng hoàn nguyên, được dùng để hàn.
2CO + H2+ 1,5O2= 2CO2+ H2O + Q↑
Vùng cháy hoàn toàn: Sản phẩm của vùng trên cháy với oxy không khí
Ngọn lửa oxy hóa

9


O2
 1, 2
Tỉ lệ C2 H 2

Vùng cháy không hoàn toàn xảy ra theo phản ứng sau:
C2H2+ 1,5O22= 2CO + H2+ 0,5O2
Sau đó cháy tiếp với oxy không khí :
2CO + H2+ 0,5O2+ O2= 2CO2+ H2O
Nhân ngọn lửa ngắn lại, có (6 ÷7)%O2 và 5%CO2 nên tính oxy hóa rất mạnh, vùng giữa
và vùng đuôi không phân biệt rõ ràng, ngọn lửa có màu sáng xanh. Ngọn lửa này
thường được dùng để hàn hợp kim đồng hoặc dùng đểtôi bềmặt thép.
Ngọn lửa cacbon hóa
O2
 1,1
C
H
2
2
Tỉ lệ

C2H2+ 0,5O2= CO + C +H2
Sau đó cháy tiếp với oxy không khí :
CO + C +H2 + 2O2= 2CO2+ H2O
Nhân ngọn lửa kéo dài, vùng giữa có cacbon tự do nên mang tính cacbon hóa và có
màu nâu sẫm. Thường dùng ngọn lửa này cho việc hàn vẩy các hợp kim nhôm và gang.
2.1.3. Vật liệu hàn khí
 Khí Oxy
Oxy là chất khí cần cho sự cháy, không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, nó
chiếm 21% thể tích không khí. Oxy dùng trong hàn khí là oxy kỹt huật có độ tinh khiết
98,5 – 99,5% và khoảng 0,5 – 1,5% tạp chất (N 2, Ar). Trong kỹ thuật, oxy được sản
xuất theo hai phương pháp:
+ Điện phân nước : phương pháp này khó khăn và tốn kém nên ít dùng
+ Làm lạnh không khí: Thực chất của phương pháp này là làm lạnh không khí
đến xuống -182,06oC
-195,8oC nito bốc hơi
-185,7oC Ar bay hơi
-182,06 oC Oxy bay hơi
Phương pháp này năng suất cao, lượng điện tiêu tốn ít
Oxy kỹ thuật có thể để ở trạng thái lỏng hoặc khí. Ở thể lỏng, oxy chứa trong
các bình thép và giữ ở nhiệt độ thấp, cứ1lít oxy lỏng cho 860lít khí oxy. Oxy hàn

10


thường bảo quản ở thể khí, để giảm thể tích bình chứa, thông thường oxy được nén ở
áp suất cao trong bình thép dung tích 40 lít, 150at
 Khí axetylen
Axetylen là khí cháy, công thức hóa học là C2H2, được sản suất từ đất đèn CaC2
theo phản ứng:
2CaC2 + H2O → C2H2 ↑+ Ca(OH)2+ Q
Đất đèn là chất rắn màu xám tối hoặc nâu, điều chếbằng cách nấu chảy đá vôi
với than cốc hoặc than ăngtraxit trong lò điện ởnhiệt độ1900 ÷ 2300oC:
CaO + 3C = CaC2+ CO
Đất đèn trong công nghiệp chứa khoảng 65 – 80%CaC 2, 2,5 – 10%CaO, còn lại
là tạp chất.
Axetylen là chất không màu, nhẹ hơn không khí và có mùi hắc khi ở nguyên
chất, nó dễ cháy và dễ gây nổ. Nếu hít trong thời gian dài sẽ bị chóng mặt, buồn nôn và
có thể bị nhiễm độc
- Tính chất của Axetylen
 C2H2 thuộc nhóm CnH2n-2, nhiệt độtừ -82,4 -83,6oC ở thể lỏng, dưới
-85oC ở thể rắn, khi va chạm dễ nổ
 Nhiệt độtự bốc cháy khoảng 420oC ở áp suất 1at
 Dễnổ ở áp suất >1,5at, trên 500oC
 Nếu áp suất < 3at, t < 540 sẽ xảy ra quá trình trùng hợp
- Sự hòa tan Axetylen
Axetylen có khảnăng hòa tan trong nhiều chất lỏng với độ hòa tan lớn, đặc biệt
là axeton, điều này giúp tính lượng C2H2 sinh ra khi điều chế
 Hòa tan trong nước : 1,15 lít C2H2
 Hòa tan trong benzel : 4 lít C2H2
 Hòa tan trong dầu hỏa : 5,7 lít C2H2
 Hòa tan trong axeton : 23 lít C2H2
Sự hòa tan trong axeton được dùng nhiều trong công nghiệp: dùng chất bột
xốp(than gỗ, sợi amiang, đá bọt) thấm ướt axeton để vào bình chứa, sau đó nén axetyle
vào bình nhằm tăng lượng khí C 2H2 trong bìnhchứa khí dự trữ và vận chuyển, giảm
khả năng nổ.
- Các tạp chất trong khí Axetylen
 Không khí: làm tăng khảnăng nổ, chỉcho phép 0,5÷1,5%
 Hơi nước: làm giảm nhiệt độcủa ngọn lửa hàn

11


 Hơi axeton (CH3COCH3): ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn nên chỉ cho
phép chứa 45 ÷ 50g/m3 C2H2
 PH3: là chất có hại vì tăng khả năng tự nổ của hỗn hợp, cho phép 0,09%
 H2S: là chất có hại đến chất lượng mối hàn nên chỉcho phép 0,08 ÷ 1,5%
Khi hàn, người ta có thể dùng máy sinh khí di động đặt gần chỗ hàn, hoặc dùng
đường ống dẫn khí từ trạm cố định. Ngoài ra, C 2H2 còn được chứa trong các bình nạp
sẵn dung tích 40lít, áp suất tối đa là 16at.
 Khí Hidro
Hidro là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với
nguyên tử số bằng 1, nguyên tử khối bằng 1 đvC. Hidro là một chất riêng biệt và khi bị
đốt trong không khí nó tạo ra sản phẩm là nước. Tính chất này chính là nguồn gốc của
cái tên "hydrogen".
Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hidro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức
phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87 °C)
và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 °C). Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương.
Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.
Khí Hidro có tính cháy cao và sẽ cháy trong không khí trong khoảng nồng độ
thể tích từ 4% đến 75%
2 H2 + O 2 → 2 H 2 O + Q
 Kim loại phụ trợ và thuốc hàn
- Kim loại phụ trợ
Kim loại phụ trợ dùng để bổ xung kim loại cho mối hàn. Kim loại phụ trợ cần
đảm bảo một số yêu cầu :
 Vật liệu giống vật liệu của vật hàn
 Đường kính tương đương chiều dày vật hàn
 Bềmặt phải sạch
 Nhiệt nóng chảy nhỏ hơn so với của vật hàn
 Không gây nên sự sôi và tạo bọt khí trong vùng hàn cũng như không đưa
tạp chất vào mối hàn
 Nên chọn loại dây có đường kính 0,3 ÷12mm
Có 2 loại kim loại phụ trợ thường dùng là: loại dây và loại que:

12


Hình 2.3. Loại dây

Hình 2.4. Loại que
-

Thuốc hàn
Trong quá trình hàn, tất cả các kim loại và hợp kim của chúng đều có thể
hợpvới oxy của không khí và của ngọn lửa hàn để tạo ra các oxit. Để tránh cho kim
loại hàn không bị oxy hóa và loại bỏcác oxit hình thành trong khi hàn, ta dùng thuốc
hàn. Thuốc hàn trong hàn khí có nhiều loại, nhưng chúng phải đảm bảo các yêu cầu
sau:
 Thuốc hàn có nhiệm vụ hoàn nguyên kim loại
 Dễchảy, nhiệt chảy nhỏ hơn so với của kim loại cơ bản và que hàn
 Không tỏa khí độc hại và ảnh hưởng xấu đến mối hàn
 Giữ được tính chất trong suốt quá trình hàn, rẻ tiền, dễ kiếm

13


 Tác dụng của thuốc hàn là tránh sự oxy hóa mối hàn, loại bỏ các oxit kim
loại tạo thành trong quá trình hàn
 Tùy theo tính chất của kim loại hàn mà dung thuốc hàn có tính axit hay
bazo
H2BO3
Na2B4O7
Na2HPO4
K3CO3
NaCl
100
100
50
50
25
75
35
50
15
56
22
22
Bảng 2.1. Thành phần thuốc hàn đồng và hợp kim đồng (%)
Na2B4O7
100
56
23
-

Na2CO7
22
27
50

K3CO3
22
-

NaNO3
50
-

NaHCO3
50

Bảng 2.2. Thành phần thuốc hàn gang (%)

2.2. Giới thiệu lịch sử khí HHO
Khí HHO là hỗn hợp khí của Hydro (H2) và Oxy (O2) với tỷ lệ 2:1 theo khối lương.
Khí HHO là sản phẩm chủ yếu của quá trình điện phân nước được phát minh từ năm
1978 bởi Yullo Brown nên còn được gọi là khí Brown.
Yullo Brown một giáo sư người Bulgaria sống tại Australia, là một trong những
người đầu tiên lưu tâm đến các tính chất đặc biệt của khí HHO và có thể tạo ra khí này
với chi phí thấp từ nước. Ông cũng là một trong những người đầu tiên sử dụng sức
mạnh của khí HHO để làm tăng hiệu suất của động cơ đốt trong cũng như sử dụng khí
HHO thay thế các loại khí hàn khác. Ông nhận thấy rằng có thể sử dụng một phần nhỏ
năng lượng điện thông qua các tấm điện cực được ngâm trong nước để phá vỡ liên kết
của nước tạo thành khí HHO với hiệu suất cao hơn sử dụng các phương pháp cũ sử
dụng cường độ dòng điện lớn.

14


Trong một số nghiên cứu gần đây thì HHO là một dạng tồn tại mới của nước với
công thức cấu tạo là (H×H)-O vơi “×” đại diện cho liên kết đôi và “-” đại diện cho liên
kết đơn. Nước trước khi điện phân có công thức câu tạo H-O-H ở dạng lỏng, sau khi
điện phân chuyển thành (H×H)-O ở dạng khí nhưng nước ở dang cấu tạo này không
bền nên bị phân huỷ thành khí H2 và O2.
Nước là một điều rất quan trọng đối với cuộc sống. Bạn có biết rằng nước là
một loại nhiên liệu? Vâng... Trước tiên, bạn phải tách H20 thành Hydro và oxy. Các khí
kết hợp với nhau được gọi là HHO. HHO là một nhiên liệu cháy, nhưng trên thực tế
HHO là nổ.
Vì rằng HHO cháy quá nhanh khiến cho nó không chỉ là đốt cháy, quá trình đốt
cháy của HHO được đánh giá là một vụ nổ. Tốc độ ngọn lửa HHO cao hơn nhiều so
với xăng.
Tỷ lệ hydro và oxy của HHO là hoàn hảo. Khi đốt cháy, nó biến thành hơi nước,
ngưng tụ lại thành nước. Vì vậy, các ống xả của động cơ HHO là nước! Chúng ta cần
công nghệ này. HHO là nhiên liệu hoàn hảo. HHO là nhiên liệu xanh cho hành tinh của
chúng ta. Như đã nói HHO là một hỗn hợp khí hydro (H2) và oxy (O2). Hỗn hợp khí
này được sử dụng để xử lý vật liệu chịu lửa và là lần đầu tiên hỗn hợp khí được sử
dụng để hàn. Về mặt lý thuyết, một tỷ lệ 2:1 hydro: oxy là đủ để đạt được hiệu quả tối
đa; trong thực tế tỷ lệ 4:1 hoặc 5:1 là cần thiết để tránh một ngọn lửa oxy hóa. Khí
Brown và HHO là những thuật ngữ khoa học cho một hỗn hợp 02:01 của oxyhydrogen;
người đề xuất của nó cho rằng nó có tính chất đặc biệt. HHO sẽ cháy khi đưa về nhiệt
độ tự bốc cháy của nó. Đối với hỗn hợp cân bằng hóa học, 2:1 hydro: oxy, áp suất khí
quyển bình thường, tự bốc cháy xảy ra vào khoảng 570 ° C (1065 ° F). Năng lượng tối
thiểu cần thiết để đốt cháy hỗn hợp như vậy với một tia lửa là khoảng 20 microjoules.
Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, oxyhydrogen có thể cháy trong khoảng 4% và 95%
theo thể tích hydro. Khi đốt cháy, hỗn hợp khí chuyển thành hơi nước và giải phóng
năng lượng, duy trì phản ứng: 241,8 kJ năng lượng cho mỗi mol H2 bị đốt cháy. Nhiệt
độ tối đa khoảng 2.800 ° C (5.070 ° F) được thực hiện với một hỗn hợp cân bằng hóa
học chính xác, nóng hơn một ngọn lửa hydro trong không khí khoảng 700 ° C (1.292 °
F).
HHO đã được đầu tư nhiều năm nghiên cứu và xây dựng. Hãy nhớ rằng, HHO
thì nổ và không bao giờ lưu trữ HHO.

2.3. So sánh với các nghiên liệu khác

15


Vì khí Hydro chiếm chủ yếu trong khí HHO cho nên tính chất chủ yếu của khí
HHO là các tính chất của khí Hydro.
2.3.1. So sánh với Axetylen.
Về cơ bản, đây là phương pháp sử dụng nước để tạo ra lửa với một hệ thống
điện phân được thiết kế để sử dụng các nguồn cung cấp điện và nước. Khi đó, nước sẽ
được tách thành khí hydro và oxy rồi đưa vào một ngọn đuốc và tạo thành lửa.
Theo Euronews, ngọn lửa được tạo ra từ hệ thống mát hơn và dễ xử lý hơn so
với các ngọn lửa nóng được tạo thành từ khí oxy với propan hoặc acetylene, có thể
được sử dụng trong hàn xì hoặc các ứng dụng công nghiệp cần đến lửa khác.
Theo chuyên gia nghiên cứu Andrew Ellis thuộc công ty ITM Power, Anh, đội
ngũ các chuyên gia hóa học đã nghiên cứu công thức màng ngăn mới có thể làm tăng
hiệu suất của điện phân, tiến hành nhiều thử nghiệm với chất xúc tác, cố gắng làm
giảm số lượng platinum và thay thế bằng các vật liệu rẻ hơn. Nhờ đó, công nghệ này có
thể giảm chi phí cho hệ thống điện phân hơn nhiều so với các phương pháp truyền
thống.
Rory Olney, chuyên gia tư vấn về công nghiệp hàn xì, cho biết ngọn lửa này nhẹ
hơn so với ngọn lửa được tạo thành từ khí oxy và acetylene. Sức nóng ở đỉnh ngọn
đuốc cũng không quá mạnh, do đó ánh sáng phát ra từ ngọn lửa cũng không gây nguy
hiểm cho mắt.
Một trong những lợi ích của hệ thống mới đó là ngọn đuốc sinh ra lửa luôn lạnh
và không bị nóng trong quá trình sử dụng vì lửa được sinh ra và bốc cháy bên ngoài
ngọn đuốc. Ngọn lửa sẽ duy trì trạng thái lạnh kể cả sau khi ngừng sử dụng, do đó có
thể đặt ở bất cứ nơi nào theo ý muốn.
Việc sử dụng acetylene để tạo ra lửa theo phương pháp thông thường đã bị cấm
ở những nơi dễ rò rỉ khí vì dễ gây nguy hiểm và bất tiện. Các ngọn lửa nóng được tạo
ra theo cách này cũng yêu cầu phải cẩn thận khi tiếp xúc với các kim loại nhạy cảm
như nhôm.
So với khí đốt từ acetylene, phương pháp này rẻ hơn gấp 20 lần vì hạn chế được
các chi phí liên quan đến việc tích trữ khí đốt, chi phí bảo hiểm và vận chuyển. Các
doanh nghiệp vừa và nhỏ sẽ tận dụng được những ưu thế này khi công nghệ được
thương mại hóa trong tương lai gần.

16


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×