جوشکاری با اکسی استیلن

تعریف جوشکاری

جوشکاری یکی از فرآیندهای فلزکاری است که بوسیله آن فلزات را بهم جوش می دهند. فلزات را تا نقطه ذوب حرارت می دهند تا قسمتهای ذوب شده بهم متصل شوند.

لحیم کاری

دو روش دیگر جوش فلزات که اغلب با جوشکاری اشتباه میشود یکی لحیم معمولی و دیگری لحیم سخت است. لحیم وقتی است که دو فلز را بدون اینکه ذوب کنیم بوسیله فلز دیگری که نقطه ذوب آن پایین تر از 800 درجه فارنهایت است، بهم جوش دهیم. یک مثال ساده آن جوش آهن به مس با استفاده از لحیم قلع و سرب است.

در نوع دیگر لحیم، دو فلز را بدون آنکه ذوب شوند، بوسیله فلز دیگری که نقطه ذوب آن بالاتر از 800 درجه فارنهایت است، بهم جوش می دهند. یک نمونه آن لحیم کردن دو قطعه فولادی به توسط لحیمی از جنس آلیاژ نقره است.

جوشکاری با دست ، نوعی هنر است. پس از مطالعه زیاد در روشها و تمرینهای دقیق و صحیح می توان مهارت لازم را برای جوشکاری و لحیم کاری فلزات پیدا کرد. پس اگر جوشکاری را هنر بدانیم باین مفهوم است که بعضی افراد بعلت استعداد ذاتی بهتر از دیگران میتوانند جوشکار خوبی باشند، در صورتیکه هر شخص عادی با تعلیم خوب و تمرین صحیح می تواند جوشکار قابلی بشود. بنابراین تمرین و کار مداوم لازم است تا جوشکار مهارت لازم در سطح بالا را بدست آورد.

پس توصیه می کنیم در تعلیم جوشکاری فقط از وسائل مخصوص استفاده شود و در تمرین ، فلزات خاصی بکار رود و از روش اساسی و کاملی استفاده شود و در ضمن جلسات اولیه تمرین،‌استاد کاملا مواظب کار کارآموز باشد تا خطاهای اولیه بزودی تصحیح شوند.

روشهای مختلف جوشکاری و برشکاری

معمول ترین انواع جوشکاری :‌ جوشکاری با گاز ، جوشکاری با برق، جوشکاری با برق و گاز و جوشکاری مقاومتی است. اقسام دیگر آن جوشکاری با هیدروژن اتمی ، جوشکاری با ترمیت، جوشکاری سرد، جوشکاری با ماوراء صوت، جوشکاری با اشعه الکترون ، جوشکاری با لیزر و جوشکاری با پلاسما است.

دو نوع معمول برش، برش با گاز و برش با برق است. جوشکاری با برق را در فصول اول توضیح داده ایم و اینک جوشکاری با استیلن را شرح می دهیم زیرا:

1- اصول جوشکاری با استیلن که شامل اصول مهم انواع دیگر جوشکاری نیز هست.

2- جوشکاری با استیلن معمولترین جوشکاری دستی است،‌آهسته تر انجام می شود و تنظیم آن ساده از اقسام دیگر است.

جوشکاری با گاز

یکی از معمولترین اقسام جوشکاری استفاده از گاز برای تولید حرارت است. در اینجا از احتراق گاز در مجاورت اکسیژن هوا استفاده میشود. در مورد استفاده از اکسیژن حرارت باندازه سوراخ سرمشعل بستگی خواهد داشت.

در صنعت چند نوع جوشکاری و برشکاری با گاز معمول است:

1- استیلن – اکسیژن 2- هیدروژن – اکسیژن 3- گاز طبیعی یا صنعتی – اکسیژن 4- گاز مایع - اکسیژن

شعله اکسی استیلن

شعله ممکن است دارای اکسیژن زیاد یا کم باشد که خوب نیست و در آن صورت نسبتهای مخلوط دو گاز اکسیژن و استیلن مناسب است. اگر اکسیژن خیلی زیاد باشد، شعله اکسیدکننده و اگر استیلن زیاد مصرف شود، شعله احیاء کننده خواهد شد. شعله‌های مختلف را نشان می دهد.

شعله‌ی صحیحی را که به فلز حرارت می دهد و آنرا اکسیده یا احیاء نکند شعله خنثی می نامند. شعله خنثی وقتی حاصل می شود که نسبت گاز استیلن و اکسیژن متناسب باشد. در شعله خنثی دو گاز با هم ترکیب شده، اکسیژن با کربن و هیدروژن گاز استیلن ممزوج و حرارت لازم تولید میشود. لازم به یادآوری است که گازهای حاصل بی ضرر هستند.

میتوان به زبان شیمی چنین نوشت: استیلن + اکسیژن = گاز کربنیک + آب + حرارت

دو گاز تولید شده یعنی گاز کربنیک و بخار آب سمی نیستند.

اکسیژن موجود در هوای اطراف شعله برای تکمیل احتراق مصرف میشود و این بدان معنی است که وقتی در شکاف یا گوشه ها بخواهیم جوشکاری کنیم، بطوریکه هوا نتواند به شعله برسد، اکسیژن بیشتری از کپسول را باید بشعله برسانیم. اگر نسبت مخلوط دو گاز مناسب نباشد فرم ظاهری شعله این اشکال را روشن خواهد کرد. آخر سر نیز، شعله خنثی را از وضع فلز ذوب شده میتوان امتحان کرد.

مواد زائد از دو راه وارد شعله جوشکاری میشوند:

الف – ممکن است گازها مواد اضافی داشته باشند.

ب – دستگاه تمیز نباشد.

گاز باید همیشه از کیفیتی خوبی برخوردار باشد. خلوص گاز را کارخانه سازنده مشخص کرده و باید در نظر داشت که گرمای شعله استیلن – اکسیژن خنثی به 5600 درجه فارنهایت می رسد. اگر اکسیژن زیادتر باشد درجه حرارت به کمی بالاتر هم ممکن است برسد. چنانکه در این جدول ملاحظه می کنیم درجه حرارت شعله استیلن اکسیژن برای ذوب فلزات معمولی کافی است.

دستگاه جوشکاری اکسی استیلن

قبل از بحث در طرز کار جوشکاری، بهتر است اطلاعاتی درباره دستگاههای جوشکاری پیدا کنیم تا امکانات و حدود این کار دستگاهها مشخص شود.

در اصل، دستگاه جوشکاری اکسی استیلن شامل وسایل زیراست:

یکی منبع تأمین دو گاز اکسیژن و استیلن و دستگاهی که در آن ، دو گاز بدون خطر با هم مخلوط شده و به مشعل می رسند. در آنجا گازهای مزبور مشتعل شده و درجه حرارت زیادی ایجاد میشود. در اینجا دستگاهی را که بیشتر بکار می رود توضیح می‌دهیم:

الف – کپسولهای گاز: یکی کپسول اکسیژن و دیگری کپسول استیلن

ب – تنظیم های فشار و فشار سنج ها: تنظیم فشار اکسیژن و تنظیم فشار استیلن

ج – لوله اکسیژن و لوله استیلن

د – مشعل جوشکاری

معمولا دو نوع مشعل جوشکاری استیلن و اکسیژن به کار می رود:

1- مشعل از نوع فشار مساوی 2- مشعل از نوع تزریقی در نوع اول همانطور که از اسم آن پیداست گازهای اکسیژن و استیلن هر دو فشاری مساوی یا تقریبا نزدیک به هم دارند. این نوع مشعل ها خیلی بیشتر بکار می روند. در مشعل نوع تزریقی، فشار گاز استیلن نسبتاً کم و فشار اکسیژن خیلی بالاتر است.

سوار کردن دستگاه جوشکاری اکسی استیلن

در صورت استفاده صحیح از دستگاه جوشکاری، خطر عمده ای پیش نمی آید و نتیجه جوشکاری خوب و عمر دستگاه تا اندازه ای زیاد میشود.

کپسول های اکسیژن و استیلن معمولا در تملک شرکتهای فروشنده گاز است. تا مدت معینی از کپسولها اجازه نمی گیرند ولی پس از آن اجازه جزئی دریافت می کنند. بقیه قسمتهای دستگاه متعلق به جوشکار است.

چون فشار گاز اکسیژن در کپسول زیاد است و قابلیت اشتعال استیلن زیاد می‌باشد، ‌لازم است در جابجا کردن کپسولها دقت زیاد معمول شود.

در موقع جوشکاری همیشه عینک مناسب بچشم بزنید. در فصل بعد، خصوصیات عینک جوشکاری توضیح داده شده است.

نحوه عملیاتی که در شروع و خاتمه کار با دستگاه باید اعمال شود،‌تقریباً یکسان است. رعایت دستورهای حفاظتی همیشه باید مورد توجه قرار گیرد.

قبل از استفاده از دستگاه باید مطمئن شویم که دستگاه بطور صحیح نصب شده زیرا این مطلب خیلی مهم است. ببینید کپسولهای گاز در شرایط مناسب قرار دارند؟ این کپسولها باید بطور محکم در محلی ثابت باشند بطوریکه امکان افتادن و برگشتن آنها وجود نداشته باشد.

اگر دستگاه قابل انتقال است بایستی کپسولها را با نوار فولادی یا زنجیر بطور محکم بوسیله نقلیه متصل کنید و وسیله نقلیه طوری باشد که امکان وارونه شدن کپسولها به هیچ وجه موجود نباشد.

در محل های ثابت کپسولها را به دیوار محکم ببندید یا در کف محل کار ،‌ستونهائی نصب کرده کپسولها را بوسیله تسمه یا زنجیرهای فولادی بآنها متصل کنید.

محکم کردن کپسولها باید طوری باشد که تعویض آنها بطور سریع صورت گیرد.

قبل از اینکه دستگاه تنظیم فشار را روی مخزن وصل کنیم،‌با کمی باز کردن شیر کپسول، سرپوش روی کپسول بیرون می برد. باید بگذاریم کمی گاز با فشار زیاد خارج شود تا ذرات زائد را بیرون براند. سطوح مهر و موم و زانو و پیچها را بررسی کنید. از اجزا و قسمتهای خراب استفاده نکنید. سپس فشارسنج ها را روی کپسول ببندید. فقط از آچارهائی استفاده کنید که انتهای آنها ثابت و دارای گیره های وسیع بوده و برای این منظور ساخته شده اند. مطمئن شوید که مهره تنظیم فشار درست با شیر کپسول متناسب است. شیر کپسول سوخت،‌معمولا پیچ های چپ گرد دارد، در صورتیکه شیر کپسول اکسیژن دارای پیچ های راست گرد است. قطر پیچ شیر دوکپسول با هم اختلاف دارند. بدین دلیل که نتوانیم تنظیم فشار را عوضی ببندیم و به این ترتیب گازها مخلوط نگردیده و احتیاط حفاظتی رعایت شود.

معمولا انواع مختلفی از وسائل تنظیم فشار و کپسول بکار میرود.

لوله هائی که از تنظیم فشار به مشعل وصل شده اند باید محکم به آنها مربوط شده باشند. اتصال آنها باید طوری صورت گیرد که وقتی مشعل را در محل جوشکاری بدست می گیریم در محل جوشکاری نباید وضع طوری باشد که بدست ما فشار وارد شود یا لازم باشد مشعل را بچرخانیم تا در جای خود قرار گیرد. قبل از اینکه لوله را به مشعل وصل کنیم و در حالتیکه تنظیم فشار وصل شده باشد، شیرهای کپسول ها را باز می کنیم. شیرهای تنظیم فشار گاز استیلن و بعدا تنظیم فشار گاز استیلن را باز و بسته کرده تا گاز از لوله خارج شود. با این عمل لوله ها تمیز میشوند،‌در جائیکه از لوله فلزی استفاده میشود، در بستن پیچها از خمیر مخصوص (منجمله مخلوط گلیسیرین و سرنج) استفاده کنید.

پس از پاک کردن لوله ها ، مشعل را به آن وصل می کنیم. در نظر داشته باشید، در مورد دستگاه جوشکاری اکسی استیلن ، مهره های لوله استیلن پیچ چپ گرد و مهره های لوله اکسیژن پیچ راست گرد دارند. فقط از آچار با دهانه باز و مناسب استفاده کنید. پس از سوار شدن دستگاه جوشکاری، امتحان کنید که از نقطه ای گاز خارج نشود.

امتحان نشت گاز یکی از کارهای اساسی است. هر دستگاهی را که بخواهیم مجددا سوار کنیم بایستی از این لحاظ امتحان کنیم. همینطور اگر قسمتی از دستگاه را بخواهیم تعویض کنیم باید این عمل را انجام دهیم.

امتحان نشت گاز بدین ترتیب توصیه میشود که مقداری آب صابون در نقطه مورد نظر می مالیم از روغن و شعله به هیچ وجه نباید استفاده کنیم. پیچ تنظیم را کاملا گشوده ، شیر کپسول را باز کنید، فشار سنج تنظیم باید 5 تا 15 پاوند نشان دهد. این عمل را با باز کردن پیچ تنظیم (که در جهت گردش عقربه ساعت می چرخانید) انجام دهید. بعد آب صابون به محل اتصال بمالید. اگر گاز نشت شود در آنجا حباب تولید خواهد شد.

در صورتیکه برای اولین بار از دستگاه جوشکاری استفاده می کنید، به ترتیب زیر عمل کنید:

1- باید یاد بگیرید چگونه محل کار را آماده کنید.

2- روش مخصوص روشن کردن مشعل را یاد بگیرید.

3- تنظیم خروج گاز برای شعله مناسب را یاد بگیرید.

4- یاد بگیرید چگونه دستگاه را خاموش کنید.

جوشکاری فلز مورد نظر و ضخامت آن، شکل و وضع محل آن، اندازه و سرمشعل و طرز کار آن متفاوت است.

جابجا کردن کپسول گاز استیلن و اکسیژن

اگر کپسولهای گاز را بطور صحیح جابجا کنیم خطری پیش نمی آید. در غیر اینصورت ممکن است فوق العاده خطرناک باشد. کپسول ها را نباید پائین انداخت. سرپوش کپسول و شیر محافظ آنرا وقتی کپسول در انبار است یا آنرا میخواهیم جابجا بکنیم باید روی کپسول قرار دهیم.

کپسول مورد استفاده باید طوری محکم در وضع قائم قرار گیرد که وارونه نشود. کپسول وقتی در انبار است، در محل خیلی گرم نباشد. به توصیه های اداره آتش نشانی و شهرداری محل اقامت توجه و آنها را رعایت کنید.

اندازه قطر سیم جوش و نوک مشعل را نسبت به ضخامت فلز مورد نظر نشان می دهد. این اندازه ها تقریبی و نتایج آنها عالی است. ضخامت فلزی که می خواهیم جوشکاری کنیم حائز اهمیت است. در جوشکاری قطعات کوچک از سیم جوش و مشعل با نوک کوچکتر استفاده کنید. اگر قطعات بزرگتر باشند از سیم جوش و مشعل با نوک بزرگتر استفاده شود.

انتخاب اندازه سوراخ سرمشعل

اندازه سوراخ سر مشعل جوشکاری با عددی که روی سرمشعل نوشته شده مشخص میشود. عدد سر مشعل بستگی به قطر سوراخ دارد. شماره گذاری سرمشعل جوشکاری طبق ضابطه خاصی نیست. برای شماره گذاری ، هر کارخانه ضابطة مخصوصی دارد با این مناسبت در اینجا دستورات مربوط به شماره سرمشعل به حسب شماره مته سوراخ داده شده است. شماره مته شامل هشتاد اندازه متوالی از یک تا 80 است. قطر مته شماره یک ، 2280/0 اینچ و قطر مته شماره 80 برابر 0135/0 اینچ است. ملاحظه می کنید هر چه شماره بیشتر باشد، قطر کمتر است. در صفحه بعد، جدول اندازه شماره مته داده شده است.

وقتی جوشکار با مشعل های یک کارخانه خاص و شماره گذاری آن کارخانه ناآشنا باشد، لزومی ندارد که باندازه شماره مته سوراخ سر مشعل مراجعه کند.

چون حجم گاز استیلن و اکسیژن که از سوراخ خارج می شود متناسب قطر سوراخ است، پس مقدار حرارت ایجاد شده به قطر سوراخ بستگی دارد. هر چه سوراخ بزرگتر باشد حرارت بیشتری تولید خواهد شد.

اگر مشعل از نوع فشار متعادل باشد، اگر سوراخ خیلی کوچک باشد، حرارت کافی برای ذوب فلز تأمین نمی شود. اگر سوراخ بزرگ باشد جوش ضعیف است. زیرا جوش ، خیلی سریع انجام میشود، ذوب سیم جوشکاری قابل کنترل نبوده ، ظاهر و کیفیت جوش نیز رضایت بخش نیست.

روشن کردن مشعل از نوع فشار مساوی

برای روشن کردن مشعل، شیر گازها را باز کنید و فشار را تنظیم کنید، فشار متناسب با اندازه سر مشعل است و باین ترتیب عمل کنید:

1- مطمئن شوید تمام قسمتهای دستگاه دارای شرایطی عالی هستند.

2- تنظیم ها را بررسی کنید. پیچ های تنظیم را کاملا بچرخانید (برخلاف حرکت عقربه ساعت) تا وقتی شیر کپسول باز میشود. صفحه دستگاه تنظیم صدمه نبیند.

3- خیلی به آهستگی شیر کپسول اکسیژن را باز کنید (بر خلاف حرکت عقربه ساعت) تا پرده دستگاه تنظیم بر اثر فشار ناگهانی 2000 پوند بر اینچ مربع خراب نشود. وقتی فشار سنج تنظیم فشار به حداکثر رسید، شیر کپسول را تماما باز کنید.

این شیر دارای دو تکیه گاه است. وقتی شیر را کاملا باز کنیم این تکیه گاهها امکان نفوذ اکسیژن با فشار زیاد از اطراف ساقه شیر را از بین می برند. (جوشکار در موقع باز کردن شیر کپسول نباید در مقابل فشار سنج قرار گیرد زیرا ممکن است فشار سنج منفجر شود)

4- شیر کپسول استیلن را بآهستگی باز کنید (برخلاف حرکت عقربه ساعت) از آچار مناسب استفاده کنید ، فقط 4/1 تا 2/1 دور باز کنید . همیشه آچار را روی ساقه شیر کپسول باقی بگذارید تا در موقع لزوم آن را فورا ببندید.

5- شیر اکسیژن روی مشعل را یک دور باز کنید. بعد پیچ میزان تنظیم اکسیژن (موافق جهت حرکت عقربه ساعت ) را باز کنید تا فشار سنج اکسیژن فشاری متناسب با سوراخ سر مشعل را نشان دهد.

فشار در موقع کار کمتر از فشاری است که شیر مشعل بسته میباشد . شیر اکسیژن روی مشعل را ببندید. فقط از نیروی نوک انگشت برای بستن شیر مشعل استفاده کنید. اگر فشار بیشتری وارد کنید ممکن است شیرهای سوزنی را خراب کند، با این روش فشار اکسیژن مشعل تنظیم میشود.

6- شیر استیلن مشعل را یک دور باز کرده و پیچ میزان تنظیم استیلن را بآهستگی (موافق جهت حرکت عقربه ساعت) باز کنید تا فشار سنج فشار کم استیلن ،‌فشار متناسب با شماره سر مشعل نشان دهد.

بعد شیر مشعل استیلن را فقط با نیروی سر انگشت باز کنید. به این ترتیب رگولاتور در حال حاضر میزان شده و تقریباً فشار تعیین شده را پیدا کرده است.

7- شیر استیلن را بیش از دور نچرخانید، با استفاده از فندک سنگ دار،‌گاز استیلن را که از نوک سر مشعل خارج میشود، شعله ور سازید.

8- شیر استیلن مشعل را بآهستگی بچرخانید تا شعله استیلن از انتهای سر مشعل کمی دورتر برود. باین ترتیب مقدار استیلن لازم که باید به سر مشعل وارد کرد، معلوم میشود. باید بتوانید شعله را باندازه اینچ دور کرده و دوباره آنرا بسر مشعل برگردانید و این عمل را با تلنگر انجام دهید. اگر شعله به نوک سر مشعل برنگردد، مقدار استیلن زیاد است، اگر نوک سر مشعل خراب باشد مشکل بتوان شعله را از آن دور کرد. با حرکت مشعل بایستی استیلن را وادار کنید که از نوک سر مشعل خارج شود.

روش دیگر تعیین مقدار صحیح استیلن این است که جریان استیلن را زیاد کنید تا شعله اغتشاش پیدا کند و فاصله آن تا 2 سانتیمتر دورتر از نوک مشعل قرار گیرد.

9- پس از اینکه مقدار لازم استیلن را بدست آوردید، بآهستگی شیر اکسیژن روی مشعل را باز کنید. چون اکسیژن وارد شعله می شود، شعله استیلن که نور زیادی داشت برنگ ارغوانی در می آید. داخل مشعل مخروطی کوچکی ایجاد میشود. این مخروط خالی برنگ سبز کم رنگ است. در وحله اول تشکیل، اطراف انتهای شعله نامنظیم و ناصاف است. مخروط داخلی اطراف شعله نامنظم و ناصاف است. مخروط داخلی اطراف شعله صاف شده و مخروط گرد تشکیل می شود. در اینجا دیگر اکسیژن بیشتری وارد نکنید. در غیر اینصورت شعله اکسید کننده میشود (یعنی اکسیژن زیادتر از میزان لازم بوده ، فلز اکسیده میشود و می سوزد) نوک مخروط داخلی گرمترین قسمت شعله است.

در مورد سر مشعل کوچک ، مقدار مناسب گازها را از صدای هیس شعله مشعل هم میتوان فهمید. شعله باید دارای صدای نرم باشد. وقتی شعله بطور صحیح تنظیم شود صدای هیس نمی دهد.

10- اگر اطراف شعله، تا مخروط نامنظیم مانند پر باشد شعله احیاء کننده بوده ، استیلن زیادتر از حد لازم است. ولی اگر مخروط داخلی دارای نوک خیلی تیز و صدای هیس آن زیاد باشد اکسیژن خیلی زیاد است.در این حال شعله اکسید کننده بوده و اگر شعله دارای مخروط داخلی صاف باشد، آن را خنثی نامند.

روش تنظیم صحیح فشار گاز مشعل جوشکاری چنین است:

1- گاز کپسول ها را طبق دستور قبلی باز کنید.

2- شیر استیلن را کم کم باز کنید. وقتی گاز استیلن شروع بجریان می کند مشعل را روشن کنید. پیچ میزان روی تنظیم استیلن را بیشتر باز کنید تا شعله از مشعل بجهد و دور شود تا اغتشاش شعله طبق روش قبلی اصلاح شود.

3- شیر اکسیژن مشعل را یکدور باز کرده پیچ روی تنظیم اکسیژن را بآهستگی باز کنید تا اکسیژن کافی وارد مشعل شود و برای ترکیب با تمام استیلن کافی باشد و شعله خنثی بدست آید (شعله خنثی را طبق روش پیش شناسائی کنید.)

4- میتوانید از این روش بجای روش قبلی استفاده کنید. ولی اگر جوشکار از لوله لاستیکی بلند استفاده کند لوله در نقاط مختلف تغییرجهت داده و خمیده میشود، در نتیجه افت فشار در قسمتهای مختلف لوله تغییر کرده و به این علت فشار در سر مشعل عوض خواهد شد.

با وجود این با روش اول که توضیح دادیم شیرهای مشعل در شرایط عالی قرار گرفته و تنظیم آنها بهم نمیخورد. جوشکار می تواند از هر کدام از دو روش استفاده کند و بعد بتدریج روشی را که بهتر باشد انتخاب نماید.

نتایجی که از هرکدام از این روشها بدست می آورید کاملا رضایت بخش است.