فرآيندهاي جوشکاري حرارتي – شيميائي Thermo chemica1

Welding:

در اين فرآيندها، لبه هاي مورد اتصال در نتيجه واکنش هاي شيميائي گرمازا ذوب شده و به يکديگر متصل مي شوند. اين حرارت از دو طريق به کار داده مي شود:

الف: شعله حاصل از واکنش

ب: مستقيم و بدون واسطه

در طريق شعله اي معمولاً حرارت از واکنش شيميائي گاز با اکسيژن و يا سوختن گاز به وجود مي آيد که اصطلاحاً آن را جوشکاري با گاز مي گويند.

1-20- جوشکاري با " گاز " ( شعله ) Gas welding  : اين فرآيند دستي بوده و لبه فلز توسط حرارت شعله ناشي از احتراق گاز ذوب و همراه يا بدون فلز پر کننده اتصال انجام مي گيرد.  يکي از مهمترين خصوصيات شعله، درجه حرارت آن است که تعيين کنندۀ ميزان شدت حرارت و مقدار جوش است که مي تواند انجام دهد. حرارت از شعله توسط نيروي جابجائي و تشعشع به کار منتقل مي شود که قدرت جابجائي به فشار بستگي دارد. توان چهارم درجه حرارت نشان مي دهد که تغيير کوچک درجه حرارت شعله مي تواند ميزان حرارت تشعشعي منتقل شده به کار را به شدت تغيير دهد.

مشخصه اي که نشان دهندۀ انرژي شعله فرض شده است شدت احتراق – Combos

tion intensity مي باشد که از جمع حرارت حاصل از احتراق ترکيبات گاز سوختني بدست مي آيد. درجه حرارت شعله نيز به ميزان حرارت احتراق خالص گاز سوختني و گرماي ويژه محصول احتراق بستگي دارد. حرارت احتراق بالا ممکن است حجم زياد اکسيژن  لازم براي احتراق کامل را تحت الشعاع قرار دهد. حجم اکسيژني را که براي احتراق واحد حجم گاز سوختني لازم است " نسبت احتراق "

Combution ratio مي گويند.

اکسيژن مقداري از حرارت احتراق را جذب مي کند و بالنتيجه درجه حرارت شعله را تقليل مي دهد. اگر از هوا براي عمل احتراق استفاده شود ازت نيز که وارد واکنش سوختن نمي شود قسمتي از حرارت احتراق را جذب نموده و کاهش درجه حرارت شعله را در بردارد از اين رو احتراق با اکسيژن درجه حرارت بيشتري نسبت به احتراق با استفاده از هوا توليد مي کند.

اگر گاز سوختني با اکسيژن و هواي اضافي مصرف شود باز هم درجه حرارت شعله کاهش مي يابد. بنابراين تنظيم کامل گاز سوختني با اکسيژن لازمۀ ايجاد شعله يا درجه حرارت بالا است.

احتراق گازهاي مختلف نظير استيلن، پروپان و هيدرژن در روش جوشکاري با گاز مورد استفاده قرار مي گيرند، اما چون شعله استيلن درجه حرارت بالاتري ايجاد مي کند جوشکاري با استيلن با اکسي استيلن ( اکسيژن + استيلن ) مرسوم ترين روش جوشکاري با گاز است. معمولاً شعله با گازهاي ديگر را براي جوشکاري فلزات با نقطه ذوب پائين يا عمليات لحيم کاري و يا پيش گرم کردن استفاده مي کنند.

بايد توجه داشت که شعله علاوه براين که انتقال دهندۀ حرارت احتراق به موضع جوش است عمل حفاظت حوضچۀ جوش و نوک مفتول را نيز انجام مي دهد.

1)                تجهيزات: وسايل و تجهيزات اوليه روش جوشکاري با گاز اصولاً " ساده و نسبتاً " ارزان است و شامل : سيلندر اکسيژن، کپسول گاز سوختني يا مولد گاز سوختني، رگولاتورهاي تنظيم فشار براي هر گاز، لوله يا شيلنگ هاي انتقال دهندۀ گاز از کپسول به مشعل، و مشعل جوشکاري مي باشد. مشعل خود شامل شيرها يا دريچه هاي تنظيم گاز، دسته، لولۀ " اختلاط " ( mixing chamber ) و افشانک يا نازل ( Tip ) مي باشد.

کليه اين تجهيزات مي تواند بر روي يک گاري يا چرخ دستي نصب شده و به محل کار انتقال داده شود و يا به صورت ثابت در محلي ( با توجه به نکات ايمني ) نصب و به کار گرفته شود.

به طور کلي وظيفه تجهيزات فوق هدايت گاز سوختني و اکسيژن با نرخ صحيح جريان، سرعت و نسبت مناسب اختلاط به نوک افشانک براي احتراق صحيح است. دبي گاز بر روي کميت فلز ذوب شده، فشار گاز بر روي موقعيت و وضعيت حوضچۀ جوش و ميزان حرارت داده شده و بالاخره نسبت اختلاط بر روي اتمسفر و درجه حرارت شعله، تأثير دارد.

2)                منبع انرژي يا انبار گاز: بنا به علل گفته شده عموماً از اکسيژن استفاده مي شود، به ويژه مواردي که سرعت شعله و شدت انتقال حرارت بالا لازم باشد. اکسيژن يا خلوص 5/99 درصد ناخالصي هاي جزيي آرگون، نيتروژن، بخار آب در سيلندرهاي فولادي با فشار 1/5 kg /mm² ( 2200 psi ) و ظرفيت 4/6 متر مکعب ( 224 فوت مکعب ) در دسترس مي باشد. اگر مصرف اکسيژن از 12 سيلندر در هفته تجاوز کند اقتصادي تر آن خواهد بود که از سيلندرهاي بزرگتر 85 متر مکعب ( 3000 فوت مکعب ) ( با توجه به نکات ايمني زيادتر ) استفاده به عمل آيد.

استيلن با فرمول شيميائي C²H² و بوي نسبتاً بد ( بوي سير ) در دسته هيدروکربورها قرار دارد. استيلن زير فشار 0/02 kg /mm² ( 29/1 psi ) و بالاتر ناپايدار بوده و با ضربه يا حرارت حتي بدون اکسيژن قابل انفجار است و بايد هنگام استفاده، نگهداري و حمل و نقل نکات ايمني مربوطه را دقيقاً توجه کرده و رعايت نمود. اين گاز نمي تواند با ايمني کافي در فشار بالاتر از

0/01 kg /mm² (15psi ) استفاده مي شود.

توليد کننده ها از سيلندرهاي مخصوص استفاده کرده و براي انباز گاز با فشار بالاتر در اين سيلندرها آن را در " استن " مايع حل مي کنند. بدين ترتيب تا 8/7 متر مکعب ( 275 فوت مکعب ) از آن را تحت فشار 0/17 kg /mm²  (250 psi )  انبار کرده و در دسترس مصرف کننده قرار مي دهند. البته اين فشار توسط رگولاتور براي مصرف تا زير 0/01 kg /mm² (15 psi )  کاهش داده و به لوله لاستيکي و مشعل هدايت مي شود. همان طور که اشاره شد منبع گاز استيلن بايد حتي الامکان از حرارت، جرقه و ضربه دور نگهداشته شود. اگر مصرف استيلن از ميزان 27/1 متر مکعب ( 45 فوت مکعب ) در ساعت بيشتر باشد  " استن " از سيلندر بيرون خواهد آمد که خطرناک مي باشد.

اغلب از مولدهاي گاز استيلن استفاده مي شود که بر اساس ترکيب کاربيد يا آب طبق فرمول زير کار مي کنند.

Cac₂ + 2H₂o → C₂H₂ + Ca (OH )₂

اين مولدها از نظر گنجايش، فشار و يا روش کار چندين نوع هستند که به طور کلي با دو روش کار مي کنند.

الف: مولدهائي که آب روي کاربيد مي ريزد شکل ( 97.1 ) اين دستگاهها داراي کشويي هستند که آن را از کاربيد پر مي کنند. پس از محکم نمودن درب کشو و باز کردن شير، آب قطره قطره روي کاربيد ريخته شده و گاز استيلن توليد مي شود. ساختمان اين مولدها طوري است که مي توان کاربيد را بدون خارج شدن گاز از مخزن عوض کرد.

ب: مولدهائي که کاربيد با آب تماس پيدا مي کند. کاربيد در ظرف مخصوص قرار داده مي شود اما ساختمان اين مولدها طوري است که وقتي فشار گاز مخزن به اندازۀ کافي برسد آب مخزن پائين رفته از کاربيد دور مي شود و  هنگامي که گاز استيلن  مصرف و فشار گاز در داخل مولد کاهش يافت مجدداً آب بالا آمده و با کاربيد تماس پيدا مي کند و نتيجه هيدروژن نيز در سيلندرهاي تحت فشار در ابعاد مختلف در بازار عرضه مي شود. پروپان و گاز طبيعي در کپسول هاي تحت فشار و يا به صورت لوله کشي براي مصرف تأمين مي شوند و همان طور که اشاره شد داراي اشعه با درجه حرارت پائين تري بوده و بيشتر در لحيم کاري سخت، پيش گرم کردن و جوشکاري فلزات با نقطه ذوب پائين استفاده مي شود.

3)                رگولاتور يا دستگاه تنظيم فشار : اين واحد وسيله اي است که با آن مي توان فشار کپسول هاي گاز را به مقدار لازم براي جوشکاري کم و تنظيم و کنترل نمود. معمولاً براي هر نوع گاز رگولاتور مخصوص طراحي شده و مورد استفاده قرار مي گيرد. همچنين رگولاتورها براي فشارهاي مختلف ورودي و خروجي معين طرح و ساخته مي شوندو فشار خروجي توسط شير و يا پيچي براي جريان آزاد گاز قابل تنظيم است، اغلب رگولاتورها داراي دو فشارسنج مي باشند که يکي فشار داخل مخزن و يا انبار گاز و ديگري فشار خروجي يا داخل لوله لاستيکي را مشخص مي کند.

از نظر کلي دو نوع رگولاتور با مکانيسم هاي متفاوت موجود است:

الف: يک گامي Single Stage  که خود از دو مکانيسم استفاده مي کند.

ب: دو گامي Two Stage

همان طور که از نام اين نوع رگولاتورها استنباط مي شود، تقليل فشار در يک يا دو مرحله انجام مي گيرد. معمولاً رگولاتورهاي يک مرحله اي براي نصب بر روي سيلندرهاي فشار بالا از نظر ايمني قابل اطمينان نيستند. يکي از خصوصيات هاي رگولاتورهاي خوب اين است که در ضمن تقليل فشار گاز داخل سيلندر فشار گاز خروجي تقريباً ثابت باشد.

4)                لوله لاستيکي يا شيلنگ گاز: شيلنگ براي هدايت گاز از مولد يا کپسول به مشعل بايد باندازه کافي الاستيک، بادوام و داراي مقاومت کافي بوده و  همچنين زود سوراخ نشود. لوله لاستيکي نامرغوب ممکن است پس از مدتي سخت و خشک شده و ترک بردارد. محل اتصال لوله لاستيکي با مشعل و رگولاتور بايد کاملاً محکم و آب بندي شود که در اين مورد از بست هاي مخصوص نيز استفاده مي کنند. معمولاً يک طرف لوله توسط مهره و ماسوره به رگولاتور گاز بسته مي شود و براي اين که لوله هاي گاز و اکسيژن قابل تشخيص باشند رنگ آنها متفاوت و همچنين جهت گردش مهره و ماسوره بر روي رگولاتور متفاوت مي باشد. همواره سعي مي شود تا حتي المقدور از به کار بردن لوله لاستيکي خيلي طويل اجتناب شود.

5)                مشعل Torch : عمل مشعل انتقال حجم مناسب گاز سوختني و اکسيژن، مخلوط کردن آنها و هدايت آنها با افشانک و محل شعله ( با خصوصيات مورد نظر ) مي باشد. همان طور که قبلاً اشاره شد مشعل خود شامل اجزاء زير است:

الف: شيرهاي تنظيم گاز سوختني و اکسيژن

ب: دسته مشعل

ج: لوله اختلاط Mixing Chamber

د: افشانک يا نازلTip

 کنترل و تنظيم گاز سوختني و اکسيژن توسط دو شير يا دريچه جداگانه انجام مي گيرد. بعد از دريچه ها طرحهاي مختلفي در قسمت ورودي گاز به لوله مشعل وجود دارد تا ماکزيمم حرکت اغتشاشي را در مخلوط گازها ايجاد کرده و در ادامه مسير در لولۀ مشعل کندتر شده تا شعله اي آرام به وجود آورد.

طرح مشعل و نازل يکي از نکات تکنيکي مهم است که به جنس فلز، ضخامت کار، شرايط جوشکاري و منبع تأمين کننده گاز سوختني بستگي دارد. سيستم مشعل ها به ويژه در لوله اختلاط بر دو نوع است:

الف: مشعل انژکتور ( فشار ضعيف ) : انژکتور داراي سوراخ ريزي است که اطراف آن روزنه اي به شکل تاج تعبيه شده است. اکسيژن با فشار 5/2 تا 13 اتمسفر از سوراخ انژکتور خارج مي شود و گاز سوختني را که در روزنۀ اطراف آن موجود است با خود به درون محفظه اختلاط مي کشد. در محفظۀ اختلاط گاز سوختني و  اکسيژن به نسبت معين مخلوط شده از افشانک خارج مي شود شکل ( 100.1 ).

ب: سيستم فشار مثبت: مشعلهاي مخصوصي است که با فشار مساوي نيز شناخته شده است. در اين مشعلها گاز سوختني هر دو با فشار مساوي وارد محفظه اختلاط شده در آنجا با يکديگر مخلوط مي گردند. بايد دانست که از اين نوع مشعلها  فقط در کارگاه هائي که استيلن در مولدهاي فشار قوي توليد مي شود يا از کپسول تأمين مي شود مي توان استفاده کرد شکل ( 101.1 )

براي ايجاد شعله هاي گوناگون مي توان لولۀ اختلاط و افشانک  مشعل را تعويض کرد.

هر مشعل داراي چندين افشانک با اندازه هاي مختلف ( قطر سوراخ ) است. بديهي است که افشانک هاي باريک با نمرۀ پائين شعله اي باريک وضعيت ايجاد کرده و براي جوشکاري ورق هاي نازک و کارهاي ظريف مناسب است و برعکس افشانک ها با قطر سوراخ بزرگ توليد شعله اي قوسي کرده و براي جوشکاري ورقهاي ضخيم يا پيش گرم کردن مناسب مي باشد.

( لزومي ندارد که شمارۀ افشانک از کارخانه هاي مختلف سازنده با هم مطابقت داشته باشد ).

در مورد نگهداري و تميز کردن افشانک يا نازل بايد نکاتي را رعايت کرد از جمله:

سر مشعل سرد به مشعل گرم متصل نشود.

باز و بسته کردن اجزا مشعل با آچارهاي مخصوص انجام گيرد.

سوهان معمولي براي تميز کردن سوراخ افشانک به کار نرود چون ممکن است سوراخ آن گشاد شود. در اين موارد بهتر است از سوهان هاي استاندارد مربوط به هر شماره افشانک استفاده شود.

مشعل روشن بر روي زمين رها نشود.

شير مشعل فقط با دست بسته و باز شود.

معمولاً کارخانه هاي سازنده جداولي براي انواع افشانک و مشعل ها ارائه مي دهند که فشار گاز مناسب براي هر افشانک را مشخص کرده و تناسب مشعل " و افشانک " را براي ضخامت هاي مختلف ورق نشان مي دهد. جدول ( 17.1 ) نمونه اي از اين نوع جداول است که مي تواند به عنوان راهنما استفاده شود، اين جداول تقريبي بوده و جوشکار بايد توسط شير مشعل و مشاهده شعله دقيق تر آن را تنظيم نمايد و برحسب تجربه ممکن است تغييراتي مختصر در ارقام جداول داده شود.

بديهي است خطر " پس زدن " شعله نيز همواره مورد توجه است چون با اين عمل شعله به داخل لوله لاستيکي و حتي سيلندرها کشيده مي شود و بسيار خطرناک است.

حرارت و يا قدرت مشعل بر حسب حجم گاز سوختني که در واحد زمان از دهانه افشانک خارج مي شود تخمين زده مي شود. اين قدرت به فشار گاز، قطر نازل يا سوراخ " افشانک " ارتباط دارد که اين دو مشخص کنندۀ سرعت عبور گاز نيز هستند. فشار گاز و اندازۀ  نازل نيز بايد متناسب باشد. فشار زياد در نازل کوچک موجب توليد شعله سخت يا تند مي نمايد که مذاب حوضچه جوش را احتمالاً به اطراف خواهد پاشيد، همچنين فشار کم گاز در افشانک بزرگ هم شعلۀ مناسبي ايجاد نخواهد کرد.

6)                احتراق استيلن : به محض اين که مخلوط گاز استيلن و اکسيژن در جلو افشانک از يک مشعل محترق شد چندين منطقه احتراق در شعله ايجاد مي شود که به وضوح قابل تفکيک هستند. واکنش کل شيميائي احتراق در شکل ( 102.1 ) با روابط زير سنجيده مي شود:

2C₂H₂+ 5O₂ →4CO₂ + 2H₂O                                

جدول ( 17.1 ) راهنمايي براي انتخاب افشانک و فشار گاز و مصرف استيلن براي جوشکاري فولاد با شعله.

.

مصرف استيلن بر اساس حدود تخمين زده شده براي هر دو نوع مشعل است.

واکنش فوق دردو مرحله انجام مي گيرد در مرحله اول حجم مساوي اکسيژن و استيلن در ريشۀ شعله مطابق با واکنش زير مي سوزد:

2C₂H₂+ 5O₂ →4CO₂ + 2H₂O                               

محصول اولين احتراق رنگي متمايل به آبي داشته و به صورت ناحيۀ کوچک مخروطس شکل در هستۀ شعله ديده شده و بالاترين درجه حرارت شعله بعد از اين نقطه است.

مرحلۀ دوم، احتراق کامل گازهاي حاصل از واکنش مرحلۀ اول است، يعني CO و H₂با اکسيژن هوا که از اطراف و حاشيۀ شعله به آن نفوذ کرده است مطابق با فرمول زير ترکيب مي شود:

2H₂ + O₂ + 3.78N₂ → 2H₂O + 3.78N₂.                             

2CO + O₂ + 3.78N₂→2CO₂ + 3.78N₂.                               

بنابراين کل اکسيژن لازم براي احتراق از کپسول اکسيژن و بقيه از هوا تأمين

مي شود. انجام اين فرآيند در داخل لوله ها و محيط هاي بسته مناسب نيست و با اشکالاتي روبرو خواهد شد. با تغيير نسبت مقدار استيلن و اکسيژن مي توان اتمسفر شعله را تغيير داد.

چنين استنباطي مي شود که در محيط احتراق مرحله اول اکسيژن و استيلن اضافي موجود نيست نسبت آنها 1: 1 بوده و بدين ترتيب منطقه خنثي است اما در حقيقت وجود H₂ و CO اين منطقه را احيايي مي کند. چون اين منطقه در تماس با فلز جوش مذاب است اتمسفر آن نقش مهمي در ترکيب شيميائي و کيفيت جوش دارد. اگر اکسيژن اضافي موجود باشد با اکسيده شدن مذاب و شکستن لايۀ اکسيدي جرقه ها و دود ايجاد مي شود. اما اگر استيلن اضافي به اين منطقه هدايت شود شعله داراي بالهاي زرد بزرگي ( بزرگتر از 3 برابر هستۀ مرکزي ) بوده و مقداري کربن در مذاب جذب مي شود که با سوختن آن گاز CD به وجود مي آيد که احتمالاً سبب خلل و فرج مي شود. براي جوشکاري فولادها حتي الامکان بايد شعله خنثي باشد، البته در فلزات و آلياژهاي مختلف کيفيت و مشخصات شعله نقش مهمي بر روي خواص فلز جوش دارد.

شعله استيلن از نظر شکل و کيفيت اسيدي و احيائي چندين نوع است و اهم آنها عبارتند از:

الف: "شعله استيلني " هنگامي که فقط استيلن در مشعل وارد شده و در نوک نازل بسوزد ايجاد مي شود که همراه با ذرات پراکندۀ ورقه اي دوده مي باشد. رنگ شعله کاملاً زرد متمايل به نارنجي بوده و شعله در اين حالت کمتر کاربرد دارد.

ب: شعله " کربن زا " Corburizing : همراه با باز شدن شير اکسيژن و افزايش نسبت اکسيژن به استيلن شکل و رنگ شعلۀ قبلي عوض شده و يک منطقه مجزاي روشن در هسته و منطقۀ آبي در اطراف مشاهده مي شود. اين شعله داراي مقدار اضافي استيلن بوده و گاهي آن را شعله" نرم " يا آرام نيز مي نامند. اين شعله در جوش نقره و يا " لحيم سخت " بيشتر استفاده مي شود، چون اصولاً درجه حرارت شعله پائين است. از آن شعله براي " سخت کردن سطحي نيز استفاده مي شود ( درجه حرارت نسبتاً پايين شعله مشکلي نخواهد بود چون جذب کربن در فولاد کم کربن موجب کاهش نقطۀ ذوب آن مي شود. )

ج: شعله احيا کننده همراه با افزايش بيشتر اکسيژن به وجود مي آيد و شعله در منطقه نوراني هسته جمع تر شده و خود به دو منطقه نوراني هسته و لايۀ متمايل به سبز در انتهاي آن همراه با منطقه پوششي آبي رنگ خارجي قابل تفکيک است. در اين نوع شعله مقدار کمي استيلن اضافي نيز موجود است. اين شعله اصولاً حالت کربن زايي ندارد همچنين حالت اکسيد شدن به وجود نمي آورد. گاهي اوقات براي جوشکاري فولادهاي کم آلرژي از اين نوع شعله استفاده مي شود.

درجۀ حرارت شعله در نوک هسته مرکزي (3000- 3500 ^oF) 1650 – 1950 ^oC

د: شعله خنثي نسبت اکسيژن و استيلن در اين شعله 1:1 است. تنظيم دقيق اين دو شعله نياز به مهارت زيادي دارد چون تا حدودي شباهت به شعله اکسيده کننده دارد. اين شعله براي جوشکاري فولادها به ويژه در مواردي که حضور کربن و يا احتمال کربن زايي خطرناک بوده و بايد از افزايش کربن در جوش جلوگيري شود مناسب است.

ه: شعله اکسيد کننده  يا اکسيدي: تنظيم شيرها براي ايجاد اين دو شعله مشکل است يکي از راههاي تشخيص اين نوع شعله باريک شدن گردن مياني هسته مياني  شعله از نوک افشانک مشعل است اگر شعله خيلي اکسيدي باشد احتراق همراه با صدا مي باشد. اين نوع شعله در مواقع خاصي و در جوشکاري مس و بعضي آلياژهاي آن کاربرد دارد. نسبت اکسيژن به استيلن  بوده و در درجه حرارت شعله تا (6000)^oF 3200 ^o C  نيز مي رسد.

ر: شعلۀ جدا شده: هنگامي که فشار گاز خيلي زياد بوده يا متناسب با اندازۀ افشانک نيست شعله جدا شده از نوک افشانک يا نازل به وجود مي آيد که خطرناک نيز مي باشد.

اين نوع شعله ممکن است در اثر نقص زاويه نوک " افشانک " نيز باشد.

در شکل ( 103 .1 ) انواع شعله نشان داده شده است و بايد خاطر نشان ساخت که معمولاً ميزان و تنظيم بودن شعله را از سوسو زدن انتهاي سفيد نوراني و مخروطي آن مي توان تشخيص داد.

7)                نصب و به کار انداختن دستگاه و روشن کردن مشعل : چون در روز چندين مرتبه از دستگاه جوشکاري استفاده مي شود و احتمال جابجا شدن و سقوط کپسول هاي گاز به هنگام باز و بسته کردن شيرها وجود دارد، بهتر است نکات ايمني در اين زمينه از جمله بستن سيلندرهاي گاز توسط زنجير يا تسمه به ديوار و يا محل ثابت ديگر رعايت شود.

 روشن کردن مشعل شامل مراحل زير است:

الف: با باز کردن و بستن سريع شير کپسول با آچار مخصوص خاک و گرد و غبار از درون پيچ آن پاک کنيد.

ب: رگلاتورها را به دهانه خروجي گاز استيلن و اکسيژن وصل کرده و لوله هاي لاستيکي را توسط بست هاي مخصوص به رگلاتور و مشعل متصل مي کنند.

ج: افشانک يا نازل را با ضخامت و شرايط کار متناسب انتخاب کرده و بر روي مشعل طوري سوار مي کنند که در وضع صحيح قرار گرفته و شيرها در کنار و يا زير مشعل واقع شود.

د: هر شير استيلن و اکسيژن بر روي مشعل را کاملاً بسته و شيرهاي سيلندرها را باز مي کنند. فشارسنج هاي اولي بر روي رگلاتورها فشار داخل کپسول يا مخزن گاز را نشان مي دهند. اگر کمي شير استيلن و يا گاز بر روي مشعل باز باشد با گرداندن پيچ هاي رگلاتور مي توان با مشاهده مانومتر دوم ( فشار سنج ) بر روي رگلاتور فشار لازم بر گاز را متناسب با اندازۀ افشانک  و شرايط کار تنظيم کرد.

پس از تنظيم فشار شيرها بر روي مشعل بسته شود.

ه: شير استيلن بر روي مشعل را به اندازۀ نصف دور باز کرده تا گاز استيلن از نوک افشانک خارج شود، سپس شير اکسيژن بر روي مشعل را يک چهارم دور باز مي نمايند و گازهاي خروجي را با فندک يا کبريت روشن مي کنند ( بهتر است از کبريت استفاده نشود ).

و: با تنظيم شيرهاي اکسيژن و استيلن شعلۀ زرد رنگ را تبديل به شعلۀ آبي مي کنند بدين ترتيب شعلۀ خنثي که در بيشتر موارد به کار مي رود حاصل خواهد شد.

هنگام خاموش کردن مشعل خنثي بايد حتماً اول شير استيلن و سپس شير اکسيژن و در خاتمه شيرهاي کپسول بسته مي شود.  در خاتمه جوشکاري نيز پس از بستن کپسول هاي اکسيژن و استيلن، شيرهاي مشعل را باز و بعد از آن شيرهاي فشار سنج ها را مي بندند، گازهاي داخل فشار سنج و لوله از دهانه مشعل خارج شود.

تذکر: در حالتي که احتمال برگشت آتش در طرح مشعل وجود دارد بهتر است ابتدا اکسيژن قطع و سپس گاز سوختني بسته شود.

8)                مفتول جوشکاري: مفتول براي فولادهاي کم کربني  با سه کلاس RG 65  و RG60 و RG 45 و با استحکام هاي کششي متفاوت به صورت مفتول يا سيم فولادي بدون پوشش فلاکس  با تغييراتي در ترکيب شيميائي تفاوت هاي جزيي داشته باشند. بديهي است که استحکام کششي جوش مقداري به نوع مفتول يا فلز پر کننده بستگي دارد، اما نبايد فراموش کرد که خصوصيات اتمسفر شعله و مهارت و تکنيک جوشکار نيز فاکتورهاي مهم ديگر است که بر روي استحکام کششي و خواص مهندسي ديگر جوش تأثير مي گذارد. براي جلوگيري از زنگ زدن ( اکسيده شدن ) مفتول در انبار، آنها را با لايه بسيار نازکي از مس پوشش مي دهند. مفتول هاي ديگري براي جوشکاري چدن ها، آلومينيم و آلياژهاي آن و مس و آلياژ هاي آن با ترکيب شيميائي و مشخصات ويژه توليد و عرضه مي شود.

9)                فلاکس، روانساز يا تنه کار: در جوشکاري فولادهاي معمولي نيازي به روان ساز نيست، کافي است که لبه هاي اتصال کاملاً تميز باشد. اما در جوشکاري فلزات غير آهني و چدن از روانسازهاي مخصوص براي هر يک استفاده مي شود. روانساز لبه هاي کار از  تميز و از اکسيده شدن آنها جلوگيري مي کند. ضمناً اکسيدهايي که داراي نقطۀ ذوب بالايي هستند ( نظير Zro₂ , Tio₂ , Al₂o₃ و....) و ضمن جوشکاري ايجاد شده و ممکن است در جوش محبوس شوند ( به صورت آخال ) و ايجاد اشکالاتي بنمايند در اين گونه روانسازها حل شده و يا نقطۀ ذوب آنها پائين کشيده مي شود و بالنتيجه اين خطر کاهش مي يابد. معمولاً  با فرو کردن نوک گرم مفتول به داخل روانساز مقداري لازم به موضع جوش انتقال مي يابد. اخيراً روانساز به صورت خمير نيز عرضه مي شود که مي توان به صورت رنگ در روي مسير جوش يا بر روي مفتول ماليد.

10)          آماده سازي کار براي جوشکاري با گاز: آماده سازي کار تا حدودي به ضخامت ورق بستگي داشته و مي تواند تحت دو بخش زير مورد بحث قرار گيرد:

الف: ورق هاي نازک: ورق هاي کمتر از 3 ميليمتر را مي توان بدون " پخ " سازي جوشکاري کرد. قبل از جوشکاري بايد لبه هاي آنها را صاف و تميز نمود و زنگ و چربي و آلودگي هاي ديگر را کاملاً پاک کرد. ضريب انبساط صفحات فلزي نيز حائز اهميت است، براي اين که اين انبساط باعث جابجايي لبه ورقها و احياناً سوار شدن قسمتي بر روي قسمت ديگر يا باز شدن قسمتي از درز جوش نشود دو روش متداول است:

به فاصله هاي معيني متناسب با ضخامت ورق خال جوش مي زنند. گاهي ورق ها را طوري کنار يکديگر مي گذارند که زاويه اي در حدود چند درجه با هم بسازند. در اثناي جوشکاري و گرم شدن اين ورق ها زاويه مذکور به تدريج کوچکتر مي شود به طوري که در انتهاي مسير جوشکاري فاصله لبه ورق ها يا درز جوش با ابتدا يکسان خواهد شد.

لبه ورق و حتي کل قطعه توسط ابزار مخصوص و بست ها و گيره ها ثابت در کنار يکديگر نگه داشته مي شود و به آن وسيله تغيير شکل و پيچيدگي و تغيير زاويه دو قطعه نسبت به هم مهار شده و تقليل مي يابد شکل ( 104 .1 ) .

به طور کلي ورق هاي نازک کمتر از اينچ يا 5/4 ميليمتر را به پنح صورت مختلف  شکل (104 .1 ) مي توان به يکديگر جوش داد و در بعضي موارد نيازي به مفتول جوش نيز نيست.

ب: ورقهاي نسبتاً ضخيم (اينچ يا 5/4 ميليمتر به بالا ): هر چند فرآيند جوشکاري با گاز براي اتصالات ورق هاي ضخيم مقرون به صرفه نيست اما در بعضي موارد نياز به اتصال ورق هاي نسبتاً ضخيم با اين روش است که استحکام و زيبائي درز جوش تا حدودي به آماده سازي صحيح لبه هاي کار بستگي دارد. " پخ " کردن لبه ها به چندين شکل انجام مي گيرد که هدف کلي کامل کردن عمق نفوذ جوش بوده و اهم آنها در شکل ( 105.1 ) نشان داده شده است و عبارتند از:

Vيا جناقي يکطرفه: زاويه درز بايد به طريقي مناسب انتخاب شود که حرارت به عمق درز نيز برسد و از يک طرف ديگر نياز به مصرف جوش زيادي نباشد زيرا حرارت زياد حاصل از جوش احتمال پيچيدگي را افزايش مي دهد.

Xيا جناقي دو طرفه: قطعات ضخيم تر از 10 ميليمتر بايد از دو طرف پخ سازي شوند.

 Uيا لايه اي: در اين نوع آماده سازي مقدار فلز جوش کمتري مصرف مي شود و از اين نظر اقتصادي است اما بايد توجه داشت که هزينه پخ سازي لاله اي بيشتر از جناقي است. اين نوع پخ سازي نيز مي تواند يکطرفه يا دو طرفه باشد.

انواع ديگر پخ سازي در شکل ( 105.1 ) نيز بيشتر در جوش هاي " نبشي " fillet  و " سپري " Tee استفاده مي شود.

نکته اي که قابل تذکر است در نظر گرفتن رابطه و تناسب صحيح بين ضخامت ورق، فاصله شکاف لبه ها و قطر مقتول است. مقتول کلفت آهسته ذوب شده سبب تبريد حوضچه جوش با فقدان ذوب کامل مي شود و مفتول باريک سريع ذوب شده و نياز به مهارت زياد دارد.

11)تکنيک جوشکاري با گاز: در جوشکاري با شعله تکنيک هاي " پيش دستي "

Forehand or left ward) و “پس دستي" (or Right ward Backhand) و وضعيت هاي مسطح يا تخت، افقي قائم و بالاي سر متداول است که جوشکار با توجه به شرايط و موقعيت کار و نکات تکنيکي و تجربي خاص عمل اتصال را انجام مي دهد.

در تکنيک پيش دستي يا جهت چپ امتداد شعله در جهت تکميل جوش و در امتداد مسير جوشکاري بوده و زاويۀ مشعل 60-50 درجه است. مفتول جوشکاري در جلو شعله با زاويه اي حدود 50-40 درجه قرار مي گيرد شکل ( 106 .1  ). معمولاً در اين تکنيک جوشکاري از راست به چپ انجام  مي شود. مخروط مياني شعله نزديک به سطح درز جوش قرار مي گيرد. در موقع جوشکاري بايد به مشعل حرکت نوساني داد تا دو طرف درز اتصال ذوب شده و به صورت مذاب درآيد و به وسيله سيم جوش حوضچۀ مذاب پر مي شود. ضمناً بايد دقت کرد که شعله کاملاً  نوک مفتول و حوضچۀ جوش را بپوشاند. اگر ضخامت ورق زياد باشد حرکت نوساني مشعل نمي تواند لبۀ دو قطعه را خوب ذوب کند، در اين جا بايد يا افشانک بزرگتر انتخاب کرد و يا با چندين " پاس " جوش عمل اتصال کامل را انجام داد. کنترل و ظاهر خوب جوش از خصوصيات اين تکنيک است.

در تکنيک " پس دستي " يا به طرف راست امتداد شعله بر روي جوش رسوب داده شده و در جهت مخالف پيشرفت جوشکاري مي باشد شکل ( 106.1  ) . مفتول در بين شعله و جوش با زاويه اي حدود 40 درجه نسبت به سطح کار و 90 درجه نسبت به امتداد مشعل قرار دارد. مشعل و مفتول يک حرکت زيگزاکي در خلاف جهت هم دارند. در اينجا چون حرکت و توقف کمتر شعله در لبه ها است بالنتيجه ذوب کمتري بر روي لبه هاي فلز اصلي انجام مي گيرد، خواص جوش بيشتر به خواص مفتول نزديک است. براي ورق هاي ضخيم که نياز به پخ کردن جناقي دارد تکنيک پس دستي ترجيج داده مي شود چون نياز به زاويۀ پخ کمتري است، همين طور به طور کلي اين روش از نظر صرفه جوئي  در زمان، اکسيژن و استيلن مقرون به صرفه تر است.

از طرف ديگر چون شعله بر روي جوش قرار دارد فلز جوش آرامتر نيز سرد مي شود و در اغلب مواقع خواص جوش را بهبود مي بخشد. اين تکنيک براي ورقهاي نسبتاً ضخيم ترجيح داده مي شود چون نفوذ جوش بيشتر است.

جوشکاري در وضعيت تخت يا مسطح و افقي با دو تکنيک فوق متدوال است که درز جوش به صورت لب به لب يا سر به سر Butt لب رويهم lap ، گونيايي يا نبشي fillet  و سپري Tee مي باشد. زواياي مشعل و سيم جوش در جوشکاري اين درزها متفاوت است شکل (107 .1 ). در جوشکاري نبشي و سپري بهتر است کار را طوري قرار داد که جوشکاري نبشي و سپري بهتر است کار را طوري قرار داد که جوشکاري در وضعيت تخت يا مسطح انجام شود. شکل (108 .1  ).

جوشکاري در وضع قائم Vertical مستلزم مهارت و تجربه بسيار است، چنان چه عمل جوشکاري صحيح انجام شود عوامل زير از فرو چکيدن فلز مذاب جلوگيري مي کند:

نيروي اتصال بين ذرات فلز مذاب

فشار شعله بر انتهاي ناحيه مذاب

قسمت سرد و منجمد شده درز جوش خورده

با افزايش حرارت نيروي اتصال ذرات فلز کاهش مي يابد و تمايل به چکيدن و فرو ريختن فلز ناحيۀ مذاب بيشتر مي شود، به محض اين که فلز مذاب زياد رقيق شد بايد شعله را اندکي از روي آن دور ساخت، اين عمل يعني کنترل روانيت يا سياليت فلز مذاب به وسيله  تغيير فاصله مشعل از سطح کار يکي از شيوه هاي معمول و مهم در جوشکاري وضعيت قائم محسوب مي شود. برخي سيمهاي جوش از مواد و فلزاتي تهيه شده اند که وجود آنها موجب کاهش درجه سيلان مذاب مي شود. شمارۀ سر مشعل ( افشانک ) در جوشکاري قائم  برابر حالت تخت انتخاب مي شود. جوشکاري در وضعيت قائم را مي توان از بالا به پائين و يا پائين به بالا و همچنين " پيش دستي " و " پس دستي " و يا يکطرف و دو طرف ( دو جوشکار به  طور همزمان ) انجام داد. شکل ( 109 .1 ). در جوشکاري دو طرفه ( دو جوشکار ) سرعت جوشکاري بالاتر، پيچيدگي کمتر و مصرف گاز و مفتول نيز کمتر مي باشد.

براي جوشکاري بالاي سر Over head يا سقفي بايد حتماً از لباس کار، دستکش، کلاه و عينک حفاظتي استفاده شود لازم به توضيح است که استفاده از وسايل ايمني فوق در تمام موارد لزومي مي باشد قطرات فلز از حوضچه جوش در اين حالت ديرتر از وضعيت قائم فرو مي چکد. جوشکاري بالاي سر تقريباً به همان شيوۀ جوشکاري در وضعيت افقي است با اين تفاوت که بايد حتي المقدور حوضچه بالاي سر را نشان مي دهد.

يکي از موارد کاربرد جوشکاري با گاز در مورد اتصالات لوله هاي آهني يا غيرآهني اعم از جدارۀ نازک و يا ضخيم است. عمل اتصال بر روي لوله هاي به طور کلي با دو تکنيک ثابت و متحرک انجام مي پذيرد. در تکنيک متحرک درز محيطي لوله همزمان با عمليات جوشکاري چرخيده و وضعيت جوشکاري هميشه تخت و يا افقي است که خود مي تواند " پيش دستي " يا " پس دستي " باشد. مواقعي که امکان حرکت دوراني لوله نباشد جوشکار مجبور است مشعل و سيم جوش را در اطراف درز جوش حرکت داده و در وضعيت هاي تخت، افقي قائم و بالاي سر عمل جوشکاري را انجام دهد.

کاربرد ديگر جوشکاري با گاز جوشکاري در داخل بعضي مخازن، بشکه ها و ديگهاي بخار مي باشد که بايد به نکات ايمني خاص توجه دقيق کرد از جمله تهويه در داخل مخازن، خارج نگهداشتن کپسولهاي گاز از مخازن، تميز کردن و بيرون راندن کامل گاز يا مواد سوختني ديگر که احياناً در مخازن نگهداري مي شده را مي توان نام برد.

12) قابليت و محدوديت: در اين فرآيند جوشکار به طور قابل ملاحظه اي بر روي درجه حرارت فلز در منطقۀ جوش کنترل و نظارت دارد. هنگامي که ميزان حرارت از شعله با سرعت پيشرفت جوشکاري متناسب باشد، اندازه و ويسکوزيته  و کشش سطحي حوضچۀ جوش قابل کنترل مي باشد بديهي است فشار شعله نيز مي تواند براي کنترل وضعيت و شکل دادن به گرده جوش نيز به کار گرفته شود. از طرف ديگر جوشکار کنترل مجزا از منبع حرارت بر روي ميزان رسوب  دادن مفتول دارد، همچنين حرارت شعله مي تواند ترجيحاً بر روي مفتول يا سطح لبه مورد جوش متمرکز شود ( بودن  اين که ديگري را نپوشاند ). اين قابليت باعث مي شود تا جوشکاري با گاز براي اتصالات ورق ها و لوله هاي نازک و ظريف و يا براي صاف کردن و تعمير جوش هاي خشن انجام شده با فرآيندهاي قوس الکتريکي مناسب باشد.

وسايل و تجهيزات اين  فرآيند نسبتاً ارزان و اغلب قابل حمل مي باشد و علاوه بر جوشکاري با تغييرات جزيي در مشعل اين روش را مي توان براي " برشکاري " پيش گرم کردن و عمليات لحيم کاري سخت Brazing  نيز استفاده کرد.

از محدوديت هاي اين فرآيند اقتصادي نبودن آن براي جوشکاري قطعات و ورق هاي سنگين مي باشد که به دليل شدت تمرکز حرارتي کم و همچنين وسعت سطح منطقۀ گرم شده، پيچيدگي و وسعت منطقۀ متأثر از جوش زياد مي شود. با توجه به انتخاب صحيح خصوصيت و اتمسفر و درجه حرارت شعله، زاويه مشعل و مفتول نسبت به کار، حرکت ها و توقف هاي خاص مشعل و مفتول در ضمن جوشکاري، که کلاً با دست کنترل مي شود نياز به مهارت و تجربه زياد دارد.

يکي ديگر از محدوديت هاي اين فرآيند به ويژه هنگامي که از مفتول يا سيم جوش استفاده مي شود اشتغال هر دو دست جوشکار است که گاهي اوقات مشکلاتي را به وجود مي آورد.

کاربرد فرآيند جوشکاري با گاز بيشتر در صنايع وسايل خانگي، هواپيمائي، کابينت سازي و بعضي تعميرات مي باشد.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: