آموزش تئوری جوشکاری با گاز

آموزش جوشکاری با گاز

خلاصه مطلب

نکاتی در خصوص جوشکاری اکسی استیلن و ایمنی آن:

در اين روش جوشکاری، از احتراق يكی از گازهايی كه به همراه اكسيژن درجه حرارتی بالا توليد می كند استفاده می شود و گاز مورد استفاده معمولاً استيلن و در بعضی موارد گاز پروپان يا هيدروژن است. گاز (C2H2) يك تركيب شيميايی می باشد كه از دو اتم كربن و دو اتم هيدروژن تشكيل می شود و لذا تأثير آب بر كاربيد كلسيم بدست مي آید.

Cac2 + 2H2o → C2H2 + Ca (oH)2 سنگ كاربيد + آب ← استيلن + آب آهكي+حرارت

از احتراق كامل استيلن يا اكسيژن يكی از پرحرارت ترين شعله ها ايجاد می شود. درجه حرارت اين شعله تا Co3200 كه بوسيله آن می توان اكثر فلزات را به درجه حرارت لازم در جوشكاری رساند. همچنین باید بگوییم که ارزش حرارتی گاز استيلن Kg/c 56900 می باشد. استيلن موردنياز جوشكاری را می توان با استفاده از مولدهای تهيه استيلن از افزودن آب به كاربيد كلسيم بدست آورده و يا آن را در كپسولهای مخصوصی كه از طرف كارخانجات تهيه استيلن به بازار عرضه می گردد خريداری نمود.

مولدهای استيلن: مولدهای استيلن دارای انواع مختلفی می باشند كه آنها را می توان براساس نحوه تماس آب با كاربيد به ترتيب تقسيم نمود.
كپسول استيلن: كپسولهای استيلن را از فولاد مرغوب بدون درز با ضخامت جداره 4 الي 5 M2 ساخته و جهت استقرار بروی زمين پايه چهارگوش را به كف آنها جوش می دهند در سر اين كپسولها شيری نصب گرديده است كه در هنگام مصرف يا پركردن مورد استفاده قرار گرفته و معمولاً برای محافظت از آن در هنگام حمل و نقل درپوشی روی آن بسته می شود.

كپسولهای استاندارد استيلن دارای گنجايش معادل چهل ليتر بوده و در آنها استيلن را با فشار 15 بار پر می كنند. برای پيشگيری از تجزيه استيلن و خطر انفجار در اين فشار بالا لازم است كه فضای داخل كپسول را از مواد متخلخل پركرده و علاوه بر آن استيلن را در مايعی حل نمايند. برای اين منظور از استن استفاده می شود زيرا مايع استن، استيلن را به مقدار زيادی درخود حل می نمايد. يك ليتر استن قادر است كه در درجه حرارت Co15 و فشار يك بار به اندازه lit25 استيلن را در خود حل كرده و خاصيت ديگر آن اين است كه متناسب با افزايش فشار مقدار بيشتری استيلن را در خود حل می نمايد با اين ترتيب در فشار 15بار و با وجود lit16 استن به اندازه lit6000 استيلن را در كپسول جاداده اند. برای جلوگيری از سرايت شعله به داخل كپسول استيلن (در صورت پس زدن شعله) بايستی حتماً در سر راه شیلنگها(بهترین حالت چسبیده به انتهای مشعل جوش) از شیر یکطرفه(فلاش بک) استفاده نمود.

25 16 15 =6000 lit

مخزن گاز استیلن جهت جوشکاری کاز

كپسول اكسيژن

كپسولهای اكسيژن را نيز از فولاد مرغوب انتخاب كرده و آنها را بدون درز می سازند پايه و قسمت انتهایی آنها مشابه كپسولهای استيلن بوده و حجم آنها معمولاً lit40 می باشد برای آنكه بتوانند مقدار بيشتری اكسيژن را در كپسولها جای دهند معمولاً اكسيژن را با فشار 150 بار درداخل آنها پر كرده و به اين ترتيب می توان lit6000 (150*40) اكسيژن را در آنها جای داد يكی از تفاوتهای عمده در كپسولها ضخامت جداره آنها می باشد كه معمولاً مقدار آن را mm 75/8 انتخاب می كنند تا بتوانند فشار 150 بار را با اطمينان كامل تحمل نمايد.

دستگاه تقليل دهنده فشار(مانومتر)

از آنجائی كه فشار گاز داخل كپسولها زياد بوده و با اين فشار زياد نمی توان جوشكاری كرد لازم است كه به استفاده از دستگاه تقليل دهنده ای فشار آنها را برحسب نياز تقليل داده و جريان گاز يكنواختی را به مشعل هدايت نمود. اين دستگاهها معمولاً بطور مستقيم به كپسولها متصل شده و پايه خطوط انتقال گاز قبل از شيلنگهای متصل به مشعل نصب مي گردد. اساس كار اين دستگاه و دستگاهها بدين ترتيب است كه با بازكردن شير كپسول گاز وارد قسمتی از آن می شود كه در بالای آن فشارسنجی جهت نشان دادن فشار داخل كپسول نصب گرديده است پس از این مرحله گاز از طريق سوپاپی وارد فضای بالای يك ممبران مي شود در زير ممبران نيز پيچ تنظيم وجود دارد.

بستن پيچ در نتيجه كوچك شدن فضای بالای ممبران شده و دبی سوپاپ گاز خروجی افزايش می یابد. و به عكس با بازكردن پيچ می توان فشار گاز خروجی را تقليل داد. در قسمت خروجی گاز فشارسنجی ديگر جهت نشان دادن فشار گاز اصلی وجود دارد. اساس كار فشارسنجهای كپسولهای اكسيژن و استيلن يكی بوده و در درجه بندی روی فشارسنج به آنها می توان مورد استفاده آنها را تشخيص داد. فشارسنج دستگاههای تقليل فشار مربوط به گاز اكسيژن در قسمت مربوط به فشار كپسول معمولاً تا 300بار و فشارسنج مربوط به قسمت مصرف تا 15 بار مدرج شده است اما فشارسنجهای مربوط به گاز استيلن راه ورودی معمولاً تا 40بار و در قسمت خروجی تا 5 بار مدرج گرديده اند.

در روی هر يك از فشارسنجهای مربوط به گاز اكسيژن و استيلن در محل خاصی خط قرمزی نقش نموده اند كه تنظيم فشار گاز مربوط به بيش از حد مجاز بوده و خط انفجار را بهمراه دارد فشار تنظيمی گازهای اكسيژن و استيلن در هنگام جوشكاری بستگی به ضخامت قطعات اتصال و در نتيجه به اندازه سر يك مورد استفاده داشته و معمولاً در روی فشار اكسيژن تنظيمی لازم به همراه ضخامت قطعات اتصال و در نتيجه به اندازه سر مشعل مورد استفاده داشته و معمولاً در روی فشار اكسيژن تنظيمی لازم به همراه ضخامت و قطع مورد اتصال حك گرديده و كافی است فشار استيلن به اندازه ای از فشار اكسيژن تنظيم كرد.

مشخصه و نواع كپسولها

براي تشخيص گاز داخل كپسولها سطح آنها را با رنگهای استانداردی مشخص می پوشانند برای آن كه دستگاههای تعديل فشار هر يك از كپسولها را بتوان به ديگری بست و همچنين برای جلوگيری از بستن اشتباه كپسول اكسيژن بر خطوط مربوط به گازهای قابل اشتعال اتصالات آنها و همچنين پيچهای آنها را نيز متفاوت انتخاب می نمايند. از آنجايی كه بستن اشتباه شيلنگ يا لوله های اكسيژن به گازهای قابل اشتعال و يا بر عكس نيز می توان گاز قابل انفجار ايجاد نمود و باعث سانحه گردید. اتصالات آنها را به محل دستگاههای تقليل فشار مختلف انتخاب كرده و برای اكسيژن مهره راستگرد و برای استيلن مهره چپگرد در نظر می گيرند همچنين قطر داخلی شيلنگهای اكسيژن را كمتر از قطر داخلی شيلنگهای گاز آن انتخاب می كنند.

مشعل های جوشكاری

وسائلی هستند كه وظيفه تنظيم اختلاط و هدايت مخلوط گازها را دارند. بر روی دسته مشعلها دو عدد شير برای تنظيم جريان گازها ( استيلن و اكسيژن ) مستقل از يكديگر وجود داشته و سر مشعلها با توجه به ضخامت قطعات اتصال انتخاب می شود به دسته متصل میگردند. مكانيزم اختلاط گازها در مشعلهای جوشكاری معمولاً براساس مكيده شدن گاز استيلن به وسيله اكسيژن بوده و عمل اختلاط در داخل لوله يك كه به نام لوله اختلاط ناميده مي شود تكميل می گردد. اين نوع مشعلها را كه بيشترين كاربرد را دارند را مشعلهاي انژكتوری ناميده و فشار گاز قابل اشتعال در آنها كم و فشار اكسيژن از 3 تا 5بار تنظيم می گردد از اين مشعلها برای جوشكاری با گاز استيلن استفاده می شود.

نوع ديگر مشعلهای جوشكاری كه با فشار مساوی گازها كار می كنند به نام مشعلهای فشاری معروف هستند، و معمولاً از آنها در جوشكاری با گاز هيدروژن استفاده می گردد به اين ترتيب شعله ای به وجود می آيد كه به نام شعله خنثی ( نرمال ) و از سه قسمت مخروطی سفيد، آبی و هاله بنفش رنگ تشكيل شده است حداكثر درجه حرارتی كه از احتراق اين گاز به وجود می آيد در حدود C 3200 بوده و در منطقه ای به فاصله 2 تا 5 ميلی متر از داس مخروط سفيد رنگ وجود دارد. زماني كه نسبت اختلاط اكسيژن و استيلن 1 به 1 انتخاب شود قسمت مخروطی شعله سفيد درخشان بوده و محدوده مشخصی دارد اين نوع شعله را شعله خنثی ناميده و در جوشكاری فولادها از اين شعله استفاده می نمايند اگر مقدار اكسيژن زياد تر انتخاب شود مخروط سر مشعل كوتاهتر شده و بيشتر به آبی متمايل می گردد اكسيژن اضافی كه در شعله وجود دارد با مذاب ترکیب شده و محل جوشكاری را شكننده می نمايند.

اين شعله را شعله اكسيد كننده می نامند كه در جوشكاری فولادها باعث جهيدن جرم زياد به اطراف گرديده و علاوه بر سوختن درز جوش باعث داخل شدن اکسیژن به محل جوش می شود از اين نوع شعله در جوشكاری قطعات برنجی و همچنين گرم كردن قطعات به منظور آبكاری, صافكاری و غيره استفاده می نمايد چنانكه مقدار استيلن بيشتر از اكسيژن تنظيم شود مخروط سر مشعل محدوده مشخصی نداشته و رنگ آن متمايل به زرد مي گردد در اين حالت به دليل كم بودن اكسيژن مقداری از منواكسيد كربن (co2) سوخته باقی می ماند كه به دليل فشار شعله به داخل مذاب نفوذ كرده و باعث افزايش مقدار كربن آن و در نتيجه ازدياد سختی قطعه كار در محل جوشكاری می گردد اين نوع شعله شعله احيا كننده نام داشته و در جوشكاری قطعات چدنی و آلومينيومی استفاده دارد.

ترتيب روشن كردن مشعل

در شروع كار قبل از شروع به جوشكاری لازم است كه ابتدا سر مشعل مناسبی را با توجه به ضخامت قطعه كار انتخاب كرده و آن را به دسته مشعل متصل نمایید. اکنون بايستی فشار گازهای مصرفی را مشخص كرده و يا در نظر گرفتن اين فشارها و رعايت مراتب زير اقدام به روشن كردن و تنظيم مشعل نمود.

1. شير كپسولها را به آرامی باز كنيد تا از ايجاد صدمه به دستگاههای تنظيم فشار جلوگيری گردد.
2. شيرهای روی دسته مشعل را به نوبت و به مقدار كمی باز كرده و در همان حال به سرعت دستگاه تنظیم فشار مربوطه را با توجه به فشار كار مورد لزوم كه قبلاً تعيين كرده ايد تنظيم نماييد.
3. ابتدا شير اكسيژن مشعل را حدود 1/4 تا 1/3 دور باز كرده و سپس شير استيلن را در حدود 1/2 دور باز و مشعل را به فندك و يا چراغ جوشكاری نزديك نماييد در اين حال شعله در سر مشعل بدون آنكه دوده در فضای كارگاه منتشر گردد بوجود می آيد، حال می توان شعله مورد لزوم را تنظيم كرد.

ترتيب خاموش كردن مشعل در خاتمه كار

برای آنكه خاموش كردن مشعل توام با ايجاد دود و انتشار آن در فضای کارگاه نباشد و دستگاههای تنظيم فشار و شيلنگ گازها در زمانی كه از دستگاه استفاده نمی گردد و تحت فشار قرار نگيرند، لازم است مراتب ذیل را رعايت نمود:

1. ابتدا شير استیلن مشعل و پس از خاموش شدن شعله، شير اكسيژن آن را ببنديم.
2. ابتدا شيرهای كپسولها را بسته و سپس برای خروج گازها از داخل دستگاه تنظيم فشار و شيلنگهای جوشكاری شيرهای روی دسته مشعل را باز نماييد تا گازها خارج شود.
3. پس از خروج گازها شيرهای روی دسته را بسته و پيچ تنظيم فشار دستگاههای تنظيم كاملاً باز نماييم تا فشار از روی آنها بر داشته شود.

نكاتی كه در جوشكاری با گاز اكسی استيل بايستی مورد توجه قرار گيرد عبارت اند از:

1. لازم است برای جلوگيری از خروج استن از كپسولهای استيلن در هنگام خروج گاز بايستی آنها را بطور عمودی قرار داد در صورت نياز به مايل قرار دادن كه شير كپسول حداقل به اندازه 40 cm از سطح زمين فاصله داشته و بعنوان زير سری حتماً از قطعات توپر استفاده گردد.
2. از يك كپسول استيلن هرگز بيش از 1000 lit در ساعت برداشت نكنيم در صورت نياز می توان چند كپسول را از طريق يك كلكتور (جمع كننده) به مدار متصل نمودار اين صورت نيز نبايد از هر كپسول بيشتر از 700 lit برداشت كرد، زيرا استيلن بدليل سرعت زياد از كپسول خارج می گردد.
3. قبل از بستن دستگاههای تقليل فشار لازم است كه شير كپسولها را كمی باز نمود كه گرد و غبار و كثافتهای احتمالی جمع شده در محل به دستگاه وارد نشود.
4. قبل از سرد شدن كامل سرمشعل از تعويض آن خودداری نمائيد.
5. برای تميز كردن سوراخ نازلها فقط از سوزنهای مخصوصی كه برای همين منظور ساخت شده اند استفاده نمايد.

نكات ايمنی و پيشگيری از حوادث درجوش با گاز:

كپسولهای اكسيژن و استيلن بايستی از منابع حرارتی دور بوده و از محل جوشكاری حداقل 3 m فاصله داشته باشند.
برای هر مخزن استيلن 60 m 2فضا و 20 m سطح در نظر گرفته شود.
در فضاهای سربسته پنجره های كارگاه بايستی در حين كار باز بوده و هواكشهای محل كار نيز بخوبی كار كند.
كليه اتصالات مربوط به گازهای مورد مصرف بايستی كاملاً آبندی شوند آبندی آنها را می توان با استفاده از كف صابون و با كمك يك قلم مو كنترل نمود.
كپسولهای استيلن را در مقابل ضربه، افتادن، حرارت ديدن و با يخ زدن محافظت نمایيم در صورت يخ زدن مخزن از آب گرم به ترتيبی استفاده كنيم كه از گرم شدن بيش از حد كپسول جلوگيري گردد.
كپسول استيلن را در مقابل حرارت و تابش نور خورشيد محافظت نمائيد زيرا ازدياد حرارت به اندازه 2 cm فشار كپسول را در يك اتمسفر بالا می برد.
كپسول اكسيژن و اتصالات آنرا بدور از روغن و چربی نگه داريد زيرا خطر انفجار وجود دارد برای روان كردن پيچهای تنظيم مربوط از آب صابون و يا گليسرين استفاده نمایيد.
برای روشن كردن مشعل از فندک يا چراغ جوشكاری استفاده كرده و برای اين منظور هرگز از كبريت بكار نبريد.
برای محافظت چشم در مقابل درخشندگی شديد محل جوشكاری و جهيدن در هنگام كار از عينك های محافظی كه شيشه های تيره ای كه دارند استفاده نمود.
در موقع جوشكاری حتماً از لباس كار يقه بسته استفاده كرده و حتی الامكان از پيشبند و كلاه محافظ و دستكش چرمی استفاده نمود.
اتصالات لوله ها و واشرهای آبندی در استیلن را، هيچ گاه از جنس مس يا آلياژهايی از آلومينيوم كه بيش از 65% مس داشته باشد انتخاب نكنيد زيرا خطر انفجار وجود دارد.
كاغذ و پارچه و چوب و مواد قابل اشتعال ديگر را از محل جوشكاری دور نگه داريد.
در صورتی كه شعله در سر پیک جوشكاری يا برشکاری پس بزند بايستی بلافاصله شير اكسيژن و سيلندر را بسته و سر پیک را در صورت لزوم در آب خنك نمود .
اگر احياناً شيلنگ استيلن آتش گرفت فوراً شير اصلی را بسته و سپس اقدام به خاموش كردن آتش نمايد .

انواع انفجارها

پس زدن سطحی
پس زدن عمقی

پس زدن سطحی shallow back fire انفجاری است كه معمولاً با صدای کم همراه است و اين عمل زمانی اتفاق می افتد كه پستانك مشعل يا برش خيلی زياد به قطعه باشد يكی از دلايل ديگر اين است كه زماني كه گاز از نوك مشعل خارج می شود و سرعت آن كاهش می يابد، چنانچه اين مقدار، مقداری باشد كه كمتر از مورد نياز شعله است در اين صورت تاُمين كسری شعله بداخل مشعل بر ميگردد مورد سوم اگر حرارت نوك مشعل به 600 فارانهايت بر اثر انفجار خود به خود در گازهای مخلوط در نوك مشعل اتفاق می افتد و ممكن است نسبت به پس زدن عمقی يا back-fire ميگردد.
پس زدن عمقی يا deep back fire انفجاری است كه در داخل مشعل و دستگاههای تاُمين گاز ادامه می يابد و نتيجه آن خراب شدن مشعل، تركيدگی شيلنگ و انفجار شديد رگولاتور و كپسول می رسد. گاهی پس زدگی سطحی می تواندبه سرعت تبديل به پس زدگی عمقی (به علت زياد بودن سرعت خروجی گاز) شود.

اكسيژن و خواص آن:

اكسيژن گازی است بی رنگ و بی بو و بی طعم و عنصری است فوق العاده فعال و ميل تركيبی شيميايی زيادی دارد كه در شرايط تقريباً با تمام عناصر ديگر تركيب می شود ارزش اصلی اكسيژن برای جوشكاری در اين است به احتراق كمك می كند و هر گاز سوختی كه به كار ورود اكسيژن برای ايجاد گرما ضرورت دارد سوختن مواد يا گاز در هوا فقط تركيب سريع آنها با اكسيژن هواست و چنانچه عمل احتراق آنها در اكسيژن خالص كه برای ايجاد شعله جوشكاری مصرف می شود انجام گيرد با سرعت زيادتر و درخشندگی بيشتر انجام خواهد گرفت وزن هر متر مكعب اين گاز در فشار معمولی 760 ميلی متر جيوه و در حرارت صفر درجه 43/1 كيلوگرم است. اين گاز نبايد با مواد چرب و روغن تماس پيدا كند زيرا ممكن است اين اجسام در مجاورت اكسيژن آتش گرفته شعله بسيار گرمی را توليد نمايد.

طرز تهيه اكسيژن در صنعت:

اكسيژن لازم برای جوشكاری بايد خالص باشد اكسيژن را كه در كارخانه های مخصوص از هوا به مقدار 21% اكسيژن دارد جدا می كنند هوا را به تدريج سرد كرده, تحت فشار و درجه حرارت معينی به مايع تبديل می كند اين هوا مخلوطی است از اكسيژن و ازت كه اگر اين كه اگر اين هوای مليح را كه درجه برودت آن صفر است گرم كنيم ابتدا ازت كه درجه تغيير آن 196- است بخار شده و اكسيژن خالص باقی می ماند اكسيژن مايع را گرم ميكند تا به صورت گاز در آمده, آنگاه با فشار پوند 2200 است يعنی گاز فشرده در آن 1 فضای را اشغال می كند كه در فشار عادی احتياج دارد چون گنجايش كپسول 40 ليتر است بنابر اين فشرده داخل آن درفشار معمولی يعنی فشار يك جو برابر با 4006000*150 ليتر 6 متر مكعب را اشغال ميكند.

خطر دود و بخار فلزات:

بيشتر فلزات را وقتی حرارت دهند, دودهای سمی, تحريك كننده توليد می كنند فلزاتی كه دودهای خطرناك ايجاد می كنند از اين قرارند:

1. کادیوم	2. روی	3. سرب

آهن و آلياژهای آن مانند چدن و انواع فولاد جز فلزات آهنی محسوب می شوند و مابقی فلزات رنگين ناميده می شوند مانند مس- روی- برنز- آلمينيوم- سرب- نيكل و فلزات رنگين ديگر مشكل اصلی و اساسی در جوشكاری فلزات رنگين تمايل بيشتر به اكسيد شدن در هنگام جوشكاری می باشد كه اين مسئله موجب كاهش استحكام جوش می گردد برای اينكه اين نقص را بر طرف كنند واسیداسیون جلوگيری نماينداز روان سازهای مختلفی استفاده می شود. بطور كلی دستگاه جوشكاری گازشامل تجهیزات ذیل میباشد:

منبع گاز

الف) كپسول اكسيژن ( گاز فشرده با تانك (اكسیژن مايع )
ب) كپسول استيلن يا مولد گاز استيلن ( ژنراتور استيلن )

دستگاه تنظيم فشار : شامل فشارسنجهاي فشار زياد و كم و پيچ و مهره و لوله آن دو عدد دستگاه تنظيم فشار،يكي براي كپسول اكسيژن و يكي براي كپسول استيلن لازم است .
شيلنگ مخصوص فشار قوي: جهت اكسيژن با رنگ مشكي , آبي , سبز و براي گاز با رنگ قرمز قطر شيلنگ گاز mm 9 و هوا mm6 مي باشد .

مشعل جوشكاري: شامل محفظه اختلاط گاز ، شيرهاي سوزني و پيچ و مهره انواع آن : 1) فشار مساوی 2) تزيقی

عینک

جرقه زن

انواع شعله جهت فلزات غير آهني: