جوشكاري به روش اكسي استيلن

جوشكاري به روش اكسي استيلن

Oxy – gas Welding

جوشكاري اكسي گاز

Oxygen – Fuel Welding

Oxy – Acetylen Welding (OAW)

جوشكاري اكسي گاز يكي از روشهاي جوشكاري قديمي بوده كه به دليل خصوصيات منحصر به فرد خود هنوز در صنعت داراي كاربرد وسيعی  می‌باشد.

جوشكاری اكسی‌گاز به هر نوع احتراق گاز سوختني با اكسيژن كه به عنوان يك منبع گرمايي براي جوشكاري باشد، اطلاق می‌گردد. در اين روش با استفاده از شعله حاصل از سوختن گاز سوختني با اكسيژن كه در سر مشعل ايجاد می‌شود, جهت ذوب فلز پايه و سيم جوش استفاده می‌گردد. در اين روش گاز سوختنی با اكسيژن به نسبت مناسب وارد محفظه اختلاط مشعل شده و پس از مخلوط شدن از سر نازل مشعل خارج شده و محترق می‌شود.

حرارت حاصل از سوختن گازها در صنعت دارای كاربرد گوناگوني می‌باشد كه عبارتند از:

1-جوشكاری2-لحيم كاري نرم و سخت3-برش كاري

4 شيار زني5-صافكاري 6-پيشگرم كردن7-تميز‌کاري سطوح8- فلزپاشي9-سخت‌كاري.

مزاياي جوشكاري اكسي گاز:

١. تجهيزات آن ساده و ارزان قيمت می‌باشد.

٢. قابل حمل و نقل می‌باشد.

٣. براي جوشكاری ورقهای نازك، لوله های جدار نازك و لوله هاي با قطر كم مناسب است.

۴. امكان لحيم كاري نرم و سخت وجود دارد.

۵. درجه رقت آن كم است(Dilution)

معايب جوشكاری گاز:

١. سرعت جوشكاری كم است.

٢. حرارت ورودی به قطعه بالا است.

٣. جوشكاری ورقهای ضخيم به جز در كارهای تعميراتي مقرون به صرفه نمی‌باشد.

۴. خطر پس زدن شعله و امكان انفجار وجود دارد.

۵. همه نوع فلز را نمی‌توان با اين روش جوشكاری نمود.

گازهای مورد استفاده در جوشكاری اكسي گاز:

گازهای مصرفي به دو دسته تقسيم می‌شوند.

١. گاز سوختني

٢. گاز عامل اشتعال

گازهای سوختنی:

گازهای سوختنی كه براي جوشكاری مورد استفاده قرار می‌گيرد . بايد داراي خصوصيات ذيل باشد:

١. دمای شعله حاصل بالا باشد.

٢. سرعت احتراق زياد باشد.

٣. انرژي حرارتی بالايی توليد نمايد.

۴. دارای كمترين اثر مخرب بر روی جوش باشد.

۵. تهيه آن ساده و ارزان باشد.

در بين گازهای موجود گاز استيلن دارای همه خصوصيات ذكر شده می‌باشد و بيشتر در جوشكاری مورد استفاده قرار می‌گيرد. گازهاي ديگر نظير پروپان, گاز طبيعي, گاز متيل استيلن, پروپادين, پروپيلن و … دمای بالايی توليد می‌نمايند.

ولی سرعت احتراق آنها پائين می‌باشد. بعضی از گازها نيز در نسبت مناسب تنظيم شده و برای سوختن دارای خاصيت اكسيدكنندگی براي جوش می‌باشند. گازهای فوق براي برشكاری و لحيم‌كاری و همچنين كارهايي كه نياز به نرخ انتقال حرارتی بالايی نمی‌باشد مورد استفاده قرار می‌گيرند.

 

گاز استيلن 2

گاز استيلن با فرمول شيميائي C2H2 يك گاز هيدروكربني مي باشد كه درصد وزني كربن آن بيشتر از گازهاي هيدروكربني ديگر است.اين گازها بدون رنگ و سبكتر از هوا بوده و داراي بوي نامطبوعي مي باشد. بد بو بودن آن به دليل وجود ناخالصيهايي نظير سولفور هيدروژن و فسفر هيدروژن مي باشد.

گاز استيلن را از تماس آب بر روي سنگ كاربيد به دست مي آورند.

طرز تهيه كاربيد كلسيم (سنگ كاربيد) C2Ca

كاربيد كلسيم با نام تجاري سنگ كاربيد, ماده اوليه توليد گاز استيلن براي مصارف جوشكاري و برشكاري محسوب می‌شود. اين ماده را از تركيب كک (C) با اكسيد آهك  (CaO) توليد می‌نمايند.

عمل تركيب اين مواد در كوره هيا قوس الكترونيكي ويژه در دماي 3000 درجه سانتيگراد صورت مي‌گيرد. فعل و انفعال شيميائي حاصل به صورت ذيل مي‌باشد.

در پايان واكنش, كاربيد كلسيم به صورت مذاب به داخل بوته هاي ويژه ريخته شده و پس از سرد شدن, آن را آسياب نموده و در اندازه هاي مختلف درشبكه‌های آب بندي شده, به بازار عرضه می‌شود.

كاربيد كلسيم به شدت جاذب آب است و به محض رسيدن مختصری رطوبت به آن گاز اسيتيلن متصاعد می‌شود. حتی رطوبت هوا هم با سنگ كاربيد,گاز استيلن توليد می‌نمايد.

هر كيلوگرم سنگ كاربيد در صورت خالص بودن 350 ليتر گاز استيلن توليد می‌نمايد وليكن به دليل همراه بودن با برخي ناخالصيها اين مقدار تا 250 ليتر كاهش می‌يابد.

توليد گاز استيلن

از تماس سنگ كاربيد كلسيم  CaC2با آب, گاز استيلن C2H2 متصاعد مي گردد. واكنش شيميائي حاصل يك فعل و انفعال گرمازا مي باشد. به گونه اي كه از هر كيلوگرم كاربيد كلسيم 400 كيلو كالري گرما توليد مي شود.

 

گاز استيلن در فشار بالاي 2 بار  (30 psi)ناپايدار بوده و خاصيت انفجاري دارد.

بنابراين براي رعايت ايمني لازم است فشار استيلن در مولدها يا خروجي رگلاتورها و لوله هاي انتقال از   15psi   بالاتر نرود.

گاز عامل اشتعال

همه مواد براي سوختن نياز به گاز اكسيژن دارند, به طوري كه بدون اكسيژن هيچ عمل سوختنی انجام نمی‌شود. در هواي اتمسفر 21 % حجمي اكسيژن وجود دارد. گاز اكسيژن را به صورت خالص براي مصارف جوشكاري و برشكاري مورد استفاده قرار مي‌دهند.

طرز تهيه اكسيژن

ابتدا هوا را از صافي هاي ويژه عبور داده تا گرد و غبار, چربي و بخار آن گرفته شود. لذا مراحل ذيل به صورت متوالی انجام می‌گيرد.

1.هوا توسط كمپرسور تا فشار -200bar تحت فشار قرار می‌گیرد.

٢. هوای متراكم شده از داخل كويلهایی عبور نموده و باعث سرمازدگي و در نتيجه تبديل هواي متراكم به مايع مي گردد(. مانند سيستم سرما ساز در يخچالها)

3. هواي مايع را مجدداً حرارت داده و در-196 درجه سانتی‌گرادگاز نیتروژن جدا شده و در -183 درجه سانتی گراد گاز اکسیژن تبخیر و جدا می‌گردد.

گاز اكسيژن خالص را در داخل كپسول‌ها به صورت فشرده يا به صورت مايع در داخل كپسول‌های مخصوص به بازار عرضه مي‌كنند.

کپسول‌های ذخیره گاز

كپسول اكسيژن:

از آنجائيكه اكسيژن با فشار بالايي در داخل كپسول ذخيره مي گردد, لذا براي ساخت كپسول اكسيژن از فولادي با استحكام

80kg/mm2 استفاده مي‌گردد. اين كپسولها از طريق اكستروژن تهيه شده و بدون درز مي‌باشند. ضخامت ديواره كپسول در حدود 8 تا 9 ميليمتر و ارتفاع آن 1800 ميليمتر مي باشد. وزن خالي كپسول 75 كيلوگرم و گنجايش آن معادل 40 ليتر آب مي باشد (البته كپسولهايي با ظرفيت بيشتر و كمتر نيز وجود دارد). در

قسمت پايين كپسول يك حلقه تبديل دايره به مرجع وجود دارد كه جهت جلوگيري از غلطيدن كپسول در حالت خوابيده مي باشد. به منظور محاسبه حجم گاز موجود در كپسول مي توانيد فشار كپسول را در حجم كپسول ضرب نماييد.

150×40=6000lit = 6m3

كپسول استيلن:

كپسول استيلن از ورق فولادی و به روش جوشكاری ساخته مي شود. به دليل فشار كمتر گاز استيلن, ضخامت ديوار كپسول در حدود 4 تا 5 ميليمتر می‌باشد. متراكم كردن گاز استيلن در فشار بالاي 2bar بسيار خطرناك بوده و امكان انفجار وجود دارد. برای ذخيره سازی بيشتر گاز استيلن در فشار بالاتر, آن را در داخل مايع استن حل می‌نمايند.

مايع استن مي تواند تا 25 برابر حجم خود گاز استيلن را در خود حل نمايد. براي توزيع يكنواخت مايع استن در داخل كپسول و انحلال بهتر گازاستيلن, داخل كپسل استيلن از مواد اسفنجي شكل پر شده است. درصد تخلخل اين مواد در حدود 80 تا 70 درصد مي باشد. كپسول گاز استيلن بايد هميشه به صورت ايستاده مورد استفاده قرار گيرد تا مايع استن از داخل كپسول خارج نگردد.

حجم گاز استن در حالت پر برابر است با:

V=16×25×15=6000lit

فشار كپسول=قابليت انحلال=ليتر استن

از آنجائيكه گاز به صورت حل شده در داخل كپسول می‌باشد, حجم گاز باقيمانده كپسول استيلن را نمی‌توان دقيقاً محاسبه نمود. به طور تقريبي می‌توان حجم كپسول را در فشار و عدد ثابت 10 ضرب نمود و مقدار گاز را محاسبه نمود.

به عنوان مثال: ظرفيت كپسول 40 ليتر, فشار باقيمانده 8bar

40 = حجم گاز موجود ×8×10=3200lit

رابطه فشار با دمای گاز:

فشار گاز داخل كپسول با افزايش دمای محيط, زياد شده و با حذف كاهش دمای محيط, كم می‌شود.

مقدار مجاز گاز خروجی از كپسولهاي اكسيژن و استيلن:

مقدار خروجی گاز استيلن در يك ساعت نبايد از حد زير بيشتر باشد.

الف 900 تا 1000 ليتر در ساعت براي زمان خيلي كم.

ب 500 تا 600 ليتر در ساعت به صورت مداوم.

در غير اينصورت باعث خروج مايع استن به همراه گاز خروجي می‌گردد.

مقدار مجاز خروج گاز اكسيژن بين 1200 تا 1500 ليتر در ساعت مي باشد. در خروجی بالاتر امكان يخ زدگي رگلاتور اكسيژن وجود دارد.

در مواقعی كه نياز به حجم گاز مصرفی بالاتر می‌باشد از سيستم سانترال استفاده می‌شود. در اين سيستم براي هر نوع گاز (اكسيژن يا استيلن) دو سری كپسول در قسمت چپ و راست زماني‌كه گاز در يك طرف مصرف شد, شير آن طرف بسته شده و شير طرف ديگر باز شده و گاز برای مصرف وارد سيستم می‌گردد.

مشعل جوشكاري

وظيفه مشعل جوشكاری اين است كه گاز اكسيژن و گاز سوختنی را به ميزان معينی با هم مخلوط نموده و آن را با سرعت بيشتر از سرعت احتراق گاز از سر مشعل خارج سازد.

مشعل جوشكاري از قسمتهای ذيل تشكيل شده است:

١. شيرهای اكسيژن و استيلن

٢. دسته مشعل

٣. لوله اختلاط

۴. نازل

دو نوع مشعل جوشكاری وجود دارد. نوع اول مشعلهای انژكتوری يا فشار ضعيف و نوع دوم مشعل فشار مساوي می‌باشد.

مشعل انژكتوری

انژكتور در قسمت وسط داراي سوراخ ريزی می‌باشد كه از آن اكسيژن با فشار دو و نیم تا سه بار خارج  می‌شود و در اطراف انژكتور سوراخهایی تحت زاويه براي ورود گاز استيلن با فشار كم (حدود نيم بار) تعبيه شده است. خروج گاز اكسيژن از سوراخ وسط انژكتور و وارد شدن آن در فضايی بزرگتر, ايجاد خلأ نموده و گاز استيلن را با خود به درون محفظه اختلاط می‌كشد و پس از اختلاط گاز اكسيژن و استيلن در محفظه اختلاط از سر نازل براي احتراق خارج می‌شود.

مشعل فشار قوی یا فشار مساوی

در اين نوع مشعل گاز اكسيژن و استيلن تقريباً با فشار مساوي در حدود 0.1 تا 1 بار وارد محفظه اختلاط می گردد. در این مشعل اکسیژن از سوراخ وسط خارج شده و  گاز سوختني از چند سوراخ در اطراف تحت زاويه جهت اختلاط بهتر وارد مي شود و سپس از سر نازل خارج مي شود.

نازل مشعل (سر پيك)

انتخاب مناسب سر بيك به قدرت شعله مورد نياز بستگی دارد. كه به نوع فلز, ضخامت فلز و نوع تكنيك جوشكاري (پيش دستي, پس دستي) مرتبط می‌باشد.

انواع شعله در جوشكاری گاز:

بسته به ميزان گاز سوختنی به گاز اكسيژن, شعله های مختلفي حاصل می‌شوند كه عبارتند از شعله احياء كننده, شعله اكسيد كننده و شعله خنثی.

الف- شعله احياء كننده:

چنانچه نسبت گاز سوختنی به گاز اكسيژن كمتر از يك باشد شعله حاصل احياءكننده بوده و به صورت يك هاله اضافه تر در جلوي هسته آبي مشخص

مي گردد.

در اين شعله مقداري كربن و هيدروژن نسوخته وجود دارد كه مي تواند باعث افزايش كربن در جوشكاري فولاد گردد.

كاربرد شعله احياءكننده:

از شعله احياءكننده قوی برای عمل روكش‌كاری سخت بر روي فولادها استفاده می‌گردد.

از شعله احياءكننده ضعيف‌تر برای لحيم‌كاری و جوشكاری آلومينيوم و ديگر فلزات غيرآهنی استفاده

می‌گردد. استفاده از اين شعله در مواقعی است كه وجود كمی اكسيژن در شعله می‌تواند مشكل‌ساز باشد.

ب- شعله اكسيدكننده:

چنانچه نسبت گاز سوختنی به گاز اكسيژن كمتر از يك باشد شعله حاصل اكسيدكننده می‌باشد در اين شعله مقداری اكسيژن اضافه‌تر وجود دارد كه جوشكاری با آن می‌تواند باعث اكسيد شدن فلز جوش گردد. هسته آبی در شعله اكسيدی روشن‌تر بوده و نوك آن تيزتر می‌باشد.

كاربرد شعله اكسيدكننده:

از شعله اكسيدی قوی برای جوشكاری برنج و آلياژهايی روي استفاده می‌گردد.

از شعله اكسيدی ضعيف‌تر برای جوشكاری فلزاتی كه داراي روكش روی می‌باشند, استفاده می‌گردد.

نحوه تنظيم شعله احياءكننده از شعله خنثی:

در شعله خنثی با افزايش مقدار گاز سوختني و يا كاهش گاز اكسيژن مي توان شعله احياء را ايجاد نمود.

نحوه تنظيم شعله اكسيدي از شعله خنثي:

در شعله خنثی با افزايش مقدار گاز اكسيژن و يا كاهش گاز سوختني مي توان شعله اكسيدی را تنظيم نمود.

منبع:کتاب آموزشی تکنولوژی جوشکاری