مقاله در مورد جوشکاری با اکسی استیلن

بخشی از مقاله

تعريف جوشكاري
جوشكاري يكي از فرآيندهاي فلز كاري است كه به وسيله آن فلزات را بهم جوش مي‌دهند. فلزات را تا نقطه ذوب حرارت مي دهند تا قسمتهاي ذوب شده بهم متصل شوند.

روشهاي مختلف جوشكاري و برشكاري
معمول ترين انواع جوشكاري: جوشكاري با گاز، جوشكاري با برق، جوشكاري با برق و گاز و جوشكاري مقاومتي است. اقسام ديگر آن جوشكاري با هيدروژن اتمي، جوشكاري با ترميت، جوشكاري سرد، جوشكاري با ماوراء صوت، جوشكاري با اشعه الكترون، جوشكاري با ليزر و جوشكاري با پلاسما است.

دو نوع معمول برش، برش با گاز و برش با برق است. در اينجا جوشكاري با استيلن را شرح مي دهيم زيرا:
1. اصول جوشكاري با استيلن كه شامل اصول مهم انواع ديگر جوشكاري نيز هست.
2. جوشكاري بااستيلن معمولترين جوشكاري دستي است، آهسته تر انجام مي شود و تنظيم آن ساده تر از اقسام ديگر است.
جوشكاري با گاز
يكي از معمولترين اقسام جوشكاري استفاده از گاز براي توليد حرارت است. در اينجا از احتراق گاز در مجاورت اكسيژن هوا استفاده مي شود. در مورد استفاده از اكسيژن مي توان از اكسيژن كپسول و يا از اكسيژن هوا استفاده نمود. در اين روش اكسيژن به سه طريق ممكن است با گاز تركيب شود.

1. از هواي اطراف كه:
الف. در آن درجه حرارت پايين است.
ب. كار كاملاً تميز نيست.
ج. خود مقدار حرارت هم كم است.
2. هوا از سوراخهاي مشعل وارد آن شده كه:
الف. در آن درجه حرارت بالاتر است.
ب. كار تميزتر از روش اول است.
ج. خود مقدار حرارت بيشتر است.
3. اكسيژن كپسول با فشار وارد گاز قبل از احتراق مي شود كه:
الف. درجه حرارت بسيار بالاتر است.
ب. خيلي تميز است.
ج. بيشترين مقدار حرارت را پس مي دهد.

شعله هاي جوشكاري
جوشكاري با گاز هنر اتصال فلزات مختلف بهم است و با آن سطوح مجاور را ذوب نموده و بهم مي‌چسبانند.
يك شعله متمركز خيلي شديد در نقطه اي روي فلز وارد مي كنيم تا ذوب شده و حوضچه مايع درست شود. دو قسمت مايع بهم متصل شده، كنار دو قطعه بهم وصل مي‌شود. اين عمل بايد طوري انجام شود كه دو فلز صدمه نبينند.

شعله جوشكاري بايد داراي خواص زير باشد:
الف. درجه حرارت شعله بايد باندازه كافي بالا باشد تا فلز ذوب شود.
ب. مقدار حرارتيكه تلف مي شود توسط شعله تامين مي گردد.
ج. شعله نبايد فلز را بسوزاند (آنرا اكسيده كند).
د. شعله نبايد ناخالصي هائي روي فلز رسوب دهد.
هـ. شعله نبايد فلز را با دوده بپوشاند.
و. شعله نبايد توليد گازهاي مسموم نمايد.

مقدار حرارت توليد شده با تنظيم حجم گاز مصرف شده، تعيين مي شود. براي اينكه حرارت بيشتري توليد شود سوراخ سر مشعل را گشادتر و فشار گاز را بيشتر انتخاب مي كنيم. در نتيجه گاز بيشتري از سوراخ خارج خواهد شد. هرچند اگر از سر مشعل بزرگتر يا كوچكتر استفاده كنيم، درجه حرارت تغيير نخواهد كرد.
بايد خاطر نشان كرد كه مقدار حرارت توليد شده و در نتيجه ضخامت فلزي كه مي‌خواهيم جوش دهيم به مقدار گاز سوختي در واحد زمان بستگي دارد. پس مقدار حرارت باندازه سوراخ سر مشعل بستگي خواهد داشت.

در صنعت چند نوع جوشكاري و برش كاري با گاز معمول است:
1. استيلن- اكسيژن 2. هيدروژن- اكسيژن 3. گاز طبيعي يا صنعتي- اكسيژن 4. گاز مايع- اكسيژن.

شعله اكسي استيلن
شعله ممكن است داراي اكسيژن زياد يا كم باشد كه خوب نيست و در آن صورت نسبتهاي مخلوط دو گاز اكسيژن و استيلن نامناسب است. اگر اكسيژن خيلي زياد باشد، شعله اكسيد كننده و اگر استيلن زياد مصرف شود، شعله احيا كننده خواهد شد.
شعله‌ي صحيحي را كه به فلز حرارت مي دهد و آنرا اكسيده يا احياء نكند شعله خنثي مي نمامند. شعله خنثي وقتي حاصل مي شود كه نسبت گاز استيلن و اكسيژن متناسب باشد. در شعله خنثي دو گاز با هم تركيب شده، اكسيژن با كربن و هيدروژن گاز استيلن ممزوج و حرارت لازم توليد مي شود. لازم به يادآوري است كه گازهاي حاصل بي ضرر هستند.
مي توان به زبان شيمي چنين نوشت: استيلن+ اكسيژن= گاز كربنيك+ آب+ حرارت
دو گاز توليد شده يعني گاز كربنيك و بخار آب سمي نيستند.

اكسيژن موجود در هواي اطراف شعله براي تكميل احتراق مصرف مي شود و اين بدان معني است كه وقتي در شكاف يا گوشه ها بخواهيم جوشكاري كنيم، بطوريكه هوا نتواند به شعله برسد، اكسيژن بيشتري از كپسول را بايد بشعله برسانيم. اگر نسبت مخلوط دو گاز مناسب نباشد فرم ظاهري شعله اين اشكال را روشن خواهد كرد. آخر سر نيز، شعله خنثي را از وضع فلز ذوب شده مي توان امتحان كرد.

مواد زائد از دو راه وارد شعله جوشكاري مي شوند:
الف. ممكن است گازها مواد اضافي داشته باشند.
ب. دستگاه تميز نباشد.
گاز بايد هميشه از كيفيت خوبي برخوردار باشد. خلوص گاز را كارخانه سازنده مشخص كرده و بايد در نظر داشت كه گرماي شعله استيلن- اكسيژن خنثي به 5600 درجه فارنهايت مي رسد. اگر اكسيژن زيادتر باشد درجه حرارت به كمي بالاتر هم ممكن است برسد.

دستگاه جوشكاري اكسي استيلن
قبل از بحث در طرز كار جوشكاري، بهتر است اطلاعاتي درباره دستگاههاي جوشكاري پيدا كنيم تا امكانات و حدود كار اين دستگاه‌ها مشخص شود.
در اصل، دستگاه جوشكاري اكسي استيلن شامل وسايل زير است:
يكي منبع تامين دو گاز اكسيژن و استيلن و دستگاهي كه در آن، دو گاز بدون خطر با هم مخلوط شده و به مشعل مي رسند. در آنجا گازهاي مزبور مشتعل شده و درجه حرارت زيادي ايجاد مي شود. در اينجا دستگاهي را كه بيشتر بكار مي رود توضيح مي‌دهيم:
الف. كپسولهاي گاز: يكي كپسول اكسيژن و ديگري كپسول استيلن.
ب. تنظيم هاي فشار و فشارسنج ها: تنظيم فشار اكسيژن و تنظيم فشار استيلن.
ج. لوله اكسيژن و لوله استيلن.
د. مشعل جوشكاري.

معمولاً دو نوع مشعل جوشكاري استيلن و اكسيژن به كار مي رود:
1. مشعل از نوع فشار مساوي 2. مشعل از نوع تزريقي در نوع اول همانطور كه از اسم آن پيداست گازهاي اكسيژن و استيلن هر دو فشاري مساوي يا تقريباً نزديك بهم دارند. اين نوع مشعل ها خيلي بيشتر بكار مي روند. در مشعل نوع تزريقي، فشار گاز استيلن نسبتاً كم و فشار اكسيژن خيلي بالاتر است.

سوار كردن دستگاه جوشكاري اكسي استيلن
در صورت استفاده صحيح از دستگاه جوشكاري، خطر عمده اي پيش نمي آيد و نتيجه جوشكاري خوب و عمر دستگاه تا اندازه اي زياد مي شود.
كپسول هاي اكسيژن و استيلن معمولاً در تملك شركتهاي فروشنده گاز است. تا مدت معيني از كپسولها اجاره نمي گيرند ولي پس از آن اجاره جزئي دريافت مي‌كنند. بقيه قسمتهاي دستگاه متعلق به جوشكار است.
چون فشار گاز اكسيژن در كپسول زياد است و قابليت اشتعال استيلن زياد مي‌باشد، لازم است در جابجا كردن كپسولها دقت زياد معمول شود. در موقع جوشكاري هميشه عينك مناسب به چشم بزنيد.
نحوه عملياتي كه در شروع و خاتمه كار با دستگاه بايد اعمال شود، تقريباً يكسان است. رعايت دستورهاي حفاظتي هميشه بايد مورد توجه قرار گيرد.

قبل از استفاده از دستگاه بايد مطمئن شويم كه دستگاه بطور صحيح نصب شده زيرا اين مطلب خيلي مهم است. ببينيد كپسولهاي گاز در شرايط مناسب قرار دارند؟ اين كپسولها بايد بطور محكم در محلي ثابت باشند بطوريكه امكان افتادن و برگشتن آنها وجود نداشته باشد.
اگر دستگاه قابل انتقال است بايستي كپسولها را با نوار فولادي يا زنجير بطور محكم بوسيله نقليه متصل كنيد و وسيله نقليه طوري باشد كه امكان وارونه شدن كپسولها بهيچ وجه موجود نباشد.

در محل هاي ثابت كپسولها را بديوار محكم ببنديد يا در كف محل كار، ستونهائي نصب كرده كپسولها را بوسيله تسمه يا زنجيرهاي فولادي بآنها متصل كنيد. محكم كردن كپسولها بايد طوري باشد كه تعويض آنها بطور سريع صورت گيرد.
قبل از اينكه دستگاه تنظيم فشار را روي مخزن وصل كنيم، با كمي باز كردن شير كپسول، سرپوش روي كپسول بيرون مي رود. بايد بگذاريم كمي گاز با فشار زياد خارج شود تا ذرات زائد را بيرون براند. سطوح مهر و موم و زانو و پيچها را بررسي كنيد. از اجزا و قسمتهاي خراب استفاده نكنيد. سپس فشار سنج ها را روي كپسول ببنديد. فقط از آچارهائي استفاده كنيد كه انتهاي آنها ثابت و داراي گيره هاي وسيع بوده و براي اين منظور ساخته شده اند. مطمئن شويد كه مهره تنظيم فشار درست با شير كپسول متناسب است. شير كپسول سوخت، معمولاً پيچ هاي چپ گرد دارد، در صورتي كه شير كپسول اكسيژن داراي پيچ هاي راست گرد است. قطر پيچ شير دو كپسول با هم اختلاف دارند بدين دليل كه نتوانيم تنظيم فشار را عوضي ببنديم و باين ترتيب گازها مخلوط نگرديده و احتياط حفاظتي رعايت شود. معمولاً انواع مختلفي از وسائل تنظيم فشار و كپسول بكار مي رود.

لوله هائي كه از تنظيم فشار به مشعل وصل شده اند بايد محكم بآنها مربوط شده باشند. اتصال آنها بايد طوري صورت گيرد كه وقتي مشعل را در محل جوشكاري بدست مي گيريم روي لوله تاب نيفتد. وقتي مشعل را در دست مي گيريم در محل جوشكاري نبايد وضع طوري باشد كه بدست ما فشار وارد شود يا لازم باشد مشعل را بچرخانيم تا در جاي خود قرار گيرد. قبل از اينكه لوله را به مشعل وصل كنيم و در حالتيكه تنظيم فشار وصل شده باشد، شيرهاي كپسول ها را باز مي كنيم. شيرهاي تنظيم فشار را به ملايمت باز و بسته مي كنيم، ابتدا تنظيم فشار گاز استيلن و بعداً تنظيم فشار گاز اكسيژن را باز و بسته كرده تا گاز از لوله خارج شود. با اين عمل لوله‌ها تميز مي شوند، در جايي كه از لوله فشار استفاده مي شود، در بستن پيچها از خمير مخصوص (منجمله مخلوط گليسيرين و سرنج) استفاده كنيد.

پس از پاك كردن لوله ها، مشعل را بآن وصل مي كنيم. در نظر داشته باشيد، در مورد دستگاه جوشكاري اكسي استيلن، مهره‌هاي لوله استيلن پيچ چپ گرد و مهره‌هاي لوله اكسيژن پيچ راست گرد دارند. فقط از آچار با دهانه باز و مناسب استفاده كنيد. پس از سوار شدن دستگاه جوشكاري، امتحان كنيد كه از نقطه‌اي گاز خارج نشود. امتحان نشت گاز يكي از كارهاي اساسي است. هر دستگاهي را كه بخواهيم مجدداً سوار كنيم بايستي از اين لحاظ امتحان كنيم. همينطور اگر قسمتي از دستگاه را بخواهيم تعويض كنيم بايد اين عمل را انجام دهيم.
امتحان نشت گاز بدين ترتيب توصيه مي شود كه مقداري آب صابون در نقطه مورد نظر ميماليم از روغن و شعله بهيچ وجه نبايد استفاده كنيم. پيچ تنظيم را كاملاً گشوده، شير كپسول را باز كنيد، فشار سنج تنظيم بايد 5 تا 15 پاوند نشان دهد. اين عمل را با باز كردن پيچ تنظيم (كه در جهت گردش عقربه ساعت مي‌چرخانيد) انجام دهيد. بعد آب صابون به محل اتصال بماليد. اگر گاز نشت شود در آنجا حباب توليد خواهد شد.
در صورتيكه براي اولين بار از دستگاه جوشكاري استفاده مي كنيد، به ترتيب زير عمل كنيد:
1. بايد ياد بگيريد چگونه محل كار را آماده كنيد.
2. روش مخصوص روشن كردن مشعل را ياد بگيريد.
3. تنظيم خروج گاز براي شعله مناسب را ياد بگيريد.
4. ياد بگيريد چگونه دستگاه را خاموش كنيد.

جدول 7-6 اندازه قطر سيم جوش و نوك مشعل را نسبت به ضخامت فلز مورد نظر نشان مي‌دهد. اين اندازه‌ها تقريبي و نتايج آنها عالي است. ضخامت فلزي كه ميخواهيم جوشكاري كنيم حائز اهميت است. در جوشكاري قطعات كوچك از سيم جوش و مشعل بانوك كوچكتر استفاده كنيد. اگر قطعات بزرگتر باشند از سيم جوش و مشعل با نوك بزرگتر استفاده شود.
اندازه سوراخ سر مشعل جوشكاري با عددي كه روي سر مشعل نوشته شده مشخص مي‌شود. عدد سر مشعل بستگي به قطر سوراخ دارد. شماره‌گذاري سر مشعل جوشكاري طبق ضابطه خاصي نيست. براي شماره‌گذاري، هر كارخانه ضابطه مخصوصي دارد باين مناسبت در اينجا دستورات مربوط به شماره سر مشعل بحسب شماره مته سوراخ داده شده است. شماره مته شامل هشتاد اندازه متوالي از يك تا 80 است. قطر مته شماره يك، 2280/0 اينچ و قطر مته شماره 80 برابر 0135/0 اينچ است. ملاحظه مي‌كنيد هر چه شماره بيشتر باشد، قطر كمتر است.
وقتي جوشكار با مشعل‌هاي يك كارخانه خاص، و شماره‌گذاري آن كارخانه آشنا باشد، لزومي ندارد كه باندازه شماره مته سوراخ سر مشعل مراجعه كند.

چون حجم گاز استيلن و اكسيژن كه از سوراخ خارج مي‌شود متناسب قطر سوراخ است، پس مقدار حرارت ايجاد شده به قطر سوراخ بستگي دارد. هر چه سوراخ بزرگتر باشد حرارت بيشتري توليد خواهد شد.
اگر سوراخ خيلي كوچك باشد، حرارت كافي براي ذوب فلز تامين نمي‌شود. اگر سوراخ بزرگ باشد جوش ضعيف است. زيرا جوش، خيلي سريع انجام مي‌شود، ذوب سيم جوشكاري قابل كنترل نبوده، ظاهر و كيفيت جوش نيز رضايت‌بخش نيست.

تنظيم مشعل
بطور كلي و با استفاده از خصوصيات شعله، مشعل را مي‌توان با توجه به موارد زير تنظيم نمود:
1- شعله خنثي
2- شعله احياء كننده
3- شعله اكسيد كننده

بطور كلي شعله مطلوب، شعله خنثي است. اگرچه در جوشكاري آلومينيم، لحيم سخت و برخي عمليات ديگر كه امكان اكسيداسيون فلز در داخل جوش وجود دارد، بهره‌گيري از شعله‌اي كه كمي حالت احياء كنندگي داشته باشد، معمول است. با وجود آنكه در بعضي موارد شعله بايد كمي احياء كننده باشد ولي شعله خنثي در همه جا بخوبي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، در مدت زمان طولاني بعلت اينكه فشار گازها كمي تغيير مي‌كند مشكل بتوان شعله كاملاً خنثي در دسترس داشت. امكان دارد شعله خنثي كمي اكسيد كننده يا احياء كننده شود. بنابراين براي اينكه شعله اكسيد كننده نشود بهتر است كمي احياء كننده باشد.

در حال جوشكاري ممكن است گاهگاهي مشعل، برگشت سوخت داشته باشد. اين انفجار كوچك شعله ممكن است در اثر شرايط مختلفي ايجاد شود كه مي‌توان از آن جلوگيري كرد. علت عمده آن در اثر اشتعال پيشرس گازها است. البته علل ديگري هم ممكن است وجود داشته باشد كه عبارتند از:
1- خروج گازها از سوراخ سر مشعل خيلي آهسته بوده و فشار گازها خيلي كم و متناسب با قطر سوراخ سر مشعل نيست. انتشار شعله در گازها بيشتر از سرعت خروج گاز بوده كه اين عيب را مي‌توان با افزايش جزئي فشار گاز اكسيژن و استيلن از بين برد.
2- اثر افزايش زمان جوشكاري، يا اگر جوشكاري در گوشه انجام شود و يا مشعل خيلي نزديك جوش باشد، سر مشعل گرم مي‌شود. براي رفع اين عيب سر مشعل را خنك مي‌كنيم.
3- داخل سر مشعل ممكن است دوده گرفته يا ذره‌اي از فلز، داخل سوراخ سر مشعل شده باشد. اين تكه‌ها گرم شده و باعث اشتعال گاز مي‌شوند. براي رفع اين عيب بدقت سر مشعل را پاك كنيد.
علت ديگر كه خيلي كم اتفاق مي‌افتد، اين است كه مخروط داخلي در فلز مذاب قرار مي‌گيرد. اشتعال عكس وقتي است كه اشتعال برگشت كردهبدستگاه تنظيم برسد. در اين حال لوله‌ها، مشعل و دستگاههاي تنظيم خراب شده بايستي تعويض يا تعمير شوند.

دو نوع اشتعال عكس وجود دارد:
1- اشتعال عكس در لوله استيلن، در صورتيكه اكسيژن در جهت عكس جريان استيلن وارد لوله استيلن گردد، مخلوط قابل اشتعال درست شده و انفجار مهيبي ايجاد مي‌شود. اگر مسير عبور مخلوط اكسيژن و استيلن گرفته شود و فشار گاز اكسيژن زياد باشد، امكان چنين انفجاري فراهم مي‌گردد.
2- در داخل لوله اكسيژن، اكسيدهاي آلي تشكيل مي‌شود. اگر درجه حرارت لوله بنقطه اشتعال برسد ممكن است انفجاري رخ دهد.

خاموش كردم مشعل
اگر جوشكار بخواهد فقط براي چند دقيقه از دستگاه استفاده نكند كافي است شيرهاي مشعل را به بندد و مشعل را كنار بگذارد تا دوباره بتواند از آن استفاده كند. در صورتيكه بخواهيم از دستگاه براي مدتي نسبتاً طولاني استفاده نكنيم، توصيه مي‌شود دستگاه را كلا مسدود كنيم. روش خاص خاموش كردن دستگاه بترتيب زير است:
1- شيرهاي دستي روي مشعل برا به بنديد. بهتر است اول شير استيلن را به بنديد (با اين عمل از ايجاد دوده در اثر شعله استيلن جلوگيري مي‌شود).
2- شيرهاي كپسول را محكم به بنديد.
3- شيرهاي دستي روي مشعل را باز كنيد تا گازها خارج شوند.
4- صبر كنيد تا فشار سنج‌هاي فشار زياد و كم روي دستگاه تنظيم اكسيژن و استيلن هر دو صفر را نشان دهند.