۰ تا ۱۰۰ جوشکاری اکسی استیلن(اکسی گاز)

جوشکاری اکسی استیلن(اکسی گاز)  یکی از روشهای جوشکاری قدیمی بوده که به دلیل خصوصیات منحصر به فرد خود هنوز در صنعت دارای کاربرد وسیعی می باشد. جوشکاری اکسی گاز به هر نوع احتراق گاز سوختنی با اکسیژن که به عنوان یک منبع گرمایی برای جوشکاری باشد، اطلاق می گردد.

جوشکاری اکسی استیلن(اکسی گاز) از شعله حاصل از سوختن گاز سوختنی با اکسیژن که در سر مشعل ایجاد می شود، جهت ذوب فلز پایه و سیم جوش استفاده می گردد. در این روش گاز سوختنی با اکسیژن به نسبت مناسب وارد محفظه اختلاط مشعل شده و پس از مخلوط شدن از سر نازل مشعل خارج شده و محترق می شود. حرارت حاصل از سوختن گازها در صنعت دارای کاربرد گوناگونی میباشد که عبارتند از:

۱-جوشکاری، ۲- لحیم کاری نرم و سخت، ۳- برش کاری، ۴- شیارزنی، ۵- صافکاری، ۶- پیشگرم کردن، ۷- تمیز کاری سطوح، ۸- فلز پاشی، ۹- سخت کاری

گازهای مصرفی به دو دسته تقسیم می شوند. ۱) گاز سوختنی ۲) گاز عامل اشتغال

فرآیند جوشکاری اکسی گاز

گازهای سوختنی فرآیند جوشکاری اکسی گاز

گازهای سوختنی فرآیند جوشکاری اکسی گاز که برای جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرد، باید دارای خصوصیات ذیل باشد : ۱) دمای شعله حاصل بالا باشد ۲) سرعت احتراق زیاد باشد. | ۳) انرژی حرارتی بالایی تولید نماید. ۴) دارای کمترین اثر مخرب بر روی جوش باشد. ۵) تهیه آن ساده و ارزان باشد.

در بین گازهای موجود، گاز استیلن دارای همه خصوصیات ذکر شده می باشد و بیشتر در  فرآیند جوشکاری اکسی گاز مورد استفاده قرار می گیرد. گازهای دیگر نظیر پروپان، گاز طبیعی، گاز متیل استیلن، پروپادین، پروپیلن و … دمای بالایی تولید می نمایند. ولی سرعت احتراق آنها پایین می باشد. بعضی از گازها نیز در نسبت مناسب تنظیم شده و برای سوختن دارای خاصیت اکسید کنندگی برای جوش می باشند. گازهای فوق برای برشکاری و لحیم کاری و همچنین کارهایی که نیاز به نرخ انتقال حرارتی بالایی نمی باشد مورد استفاده قرار می گیرند.

گاز استیلن C2H2 مورد استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز

گاز استیلن با فرمول شیمیایی  C2H2یک گاز هیدروکربنی می باشد که درصد وزنی کربن آن بیشتر از گازهای هیدورکربنی دیگر است. این گازها بدون رنگ و سبک تر از هوا بوده و دارای بوی نامطبوعی می باشد. بدبو بودن آن به دلیل وجود ناخالصیهای نظیر سولفورهیدروژن و فسفر هیدروژن می باشد. گاز استیلن را از تماس آب بر روی سنگ کاربید به دست می آورند.

طرز تهیه کاربید کلسیم ( سنگ کاربید ) C2Ca

کاربید کلسیم با نام تجاری سنگ کاربید، ماده اولیه تولید گازاستیلن برای مصارف جوشکاری و برشکاری محسوب می شود. این ماده را از ترکیب کک   C  با اکسید آهک  CaO تولید می نمایند. عمل ترکیب این مواد در کوره های قوس الکتریکی ویژه در دمای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد صورت می گیرد .

کاربید کلسیم به صورت مذاب به داخل بوته های ویژه ریخته شده و پس از سرد شدن، آن را آسیاب نموده و در اندازه های مختلف در شبکه های آب بندی شده، به بازار عرضه می شوند. کاربید کلسیم به شدت جاذب آب است و به محض رسیدن مختصری رطوبت به آن گاز استیلن متصاعد می شود. حتی رطوبت هوا با سنگ کاربید، گاز استیلن تولید می نماید. هر کیلوگرم سنگ کاربید در صورت خالص بودن ۳۵۰ لیتر گاز استیلن تولید می نماید ولیکن به دلیل همراه بودن با برخی ناخالصيها این مقدار تا ۲۵۰ لیتر کاهش می یابد.

تولید گاز استیلن برای فرآیند جوشکاری اکسی گاز

تولید گاز استیلن برای فرآیند جوشکاری اکسی گاز از تماس سنگ کاربید کلسیم CCa با آب، گاز استیلن C2H2 متصاعد می گردد. واکنش شیمیایی حاصل یک فعل و انفعال گرمازا میباشد. به گونه ای که از هر کیلوگرم کاربید کلسیم ۴۰۰ کیلو کالری گرما تولید میشود.

CrCa + ۲HO CH + Ca(OH) +۴۰۰ Kcal

۱۵ کیلو گرم گاز استیلن در فشار بالای ۲ بار (psi ۳۰) ناپایدار بوده و خاصیت انفجاری دارد. بنابراین برای رعایت ایمنی لازم است فشار استیلن در مولدها یا خروجی رگلاتورها و لوله های انتقال از ۱ bar بالاتر نرود.

گازهای عامل اشتعال

 همه گازهای عامل اشتعال  برای سوختن نیاز به گاز اکسیژن دارند، به طوری که بدون اکسیژن هیچ عمل سوختنی انجام نمی شود. در هوای اتمسفر ۲۱٪ حجمی اکسیژن را به صورت خالص برای مصارف جوشکاری و برشکاری مورد استفاده قرار می دهند.

طرز تهیه اکسیژن برای فرآیند جوشکاری اکسی گاز

 ابتدا هوا را از صافی های ویژه عبور داده تا گرد و غبار، چربی و بخار آن گرفته شود. لذا مراحل ذیل به صورت متوالی انجام می گیرد سپس ۱) هوا توسط کمپرسور تا فشار bar ۲۰۰ تحت فشار قرار می گیرد  ۲) هوای متراکم شده از داخل کوپل هایی عبور نموده و باعث سرمازدگی و در نتیجه تبدیل هوای متراکم به مایع می گردد (مانند سیستم سرما ساز در یخچال ها) ۳) در این حالت فشار گاز افت نموده و به bar ۴ کاهش می یابد و دمای هوای مایع به ۲۰۰°C- میرسد. ۴) هوای مایع را مجددا حرارت داده و در C° ۱۹۶- گاز نیتروژن جدا شده و در ۱۸۳°C-  گاز اکسیژن تبخیر و جدا می گردد. | گاز اکسیژن خالص را داخل کپسولها به صورت فشرده یا به صورت مایع در داخل کپسولهای مخصوص برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز به بازار عرضه می کنند.

گاز استیلن برای فرایند جوشکاری
گاز اکسیژن برای فرایند جوشکاری

کپسولهای ذخیره گاز برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز 

 کپسول اکسیژن برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز 

 از آنجاییکه اکسیژن با فشار بالایی در داخل کپسول ذخیره می گردد. لذا برای ساخت کپسول از فولادی با استحکام ۸۰ m2kg/m استفاده می گردد.  کپسول اکسیژن برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز  از طریق فرآیند اکستروژن تهیه شده و بدون درز می باشند. ضخامت دیواره کپسول در حدود ۸ تا ۹ میلیمتر و ارتفاع آن ۱۸۰۰ میلیمتر می باشد. وزن خالی کپسول ۷۵ کیلوگرم و گنجایش آن معادل ۴۰ لیتر آب می باشد (البته کپسولهایی با ظرفیت بیشتر و کمتر نیز وجود دارد. در قسمت پایین کپسول یک حلقه تبدیل دایره به مرجع وجود دارد که جهت جلوگیری از غلطیدن کپسول اکسیژن در حالت خوابیده میباشد.

کپسول استیلن برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز 

کپسول استیلن برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز  از ورق فولادی و به روش جوشکاری ساخته میشود. به دلیل فشار کمتر گاز استیلن، ضخامت دیوار کپسول در حدود ۴ تا ۵ میلیمتر می باشد. متراکم کردن گاز استیلن در فشار بالای bar ۲ بسیار خطرناک بوده و امکان انفجار وجود دارد. برای ذخیره سازی بیشتر گاز استیلن در فشار بالاتر، آن را در داخل مایع استن حل مینمایند.

برای توزیع یکنواخت گاز استیلن موجود در کپسول استیلن برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی گاز  از مایع استن استفاده میشود ، مایع استن میتواند تا ۲۵ برابر حجم خود گاز استیلن را در خود حل نماید. برای توزیع یکنواخت مایع استن در داخل کپسول و انحلال بهتر گاز استیلن، داخل کپسول استیلن از مواد استفنجی شکل پر شده است. درصد تخلخل این مواد در حدود ۸۰ تا ۷۰ درصد می باشد. کپسول گاز استیلن باید همیشه به صورت ایستاده مورد استفاده قرار گیرد تا مایع استن از داخل کپسول خارج نگردد. 

رابطه فشار با دمای گاز برای استفاده در فرآیند جوش کاربید

 فشار گاز داخل کپسول با افزایش دمای محیط، زیاد شده و با حذف کاهش دمای محیط، کم میشود.

مقدار مجاز گاز خروجی از کپسولهای اکسیژن و  مقدار خروجی گاز استیلن در یک ساعت نباید از حد زیر بیشتر باشد.

 الف ) ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ لیتر ب ) ۵۰۰ تا ۶۰۰ لیتر در ساعت به صورت مداوم

 در غیر این صورت باعث خروج مایع استن به همراه گاز خروجی می گردد. مقدار مجاز خروج گاز اکسیژن بین ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ لیتر در ساعت می باشد. در خروجی بالاتر امکان یخ زدگی رگلاتور اکسیژن وجود دارد.

 در مواقعی که نیاز به حجم گاز مصرفی بالاتر می باشد از سیستم سانترال استفاده می شود. در این سیستم برای هر نوع گاز (اکسیژن یا استیلن) دو سری کپسول در قسمت چپ و راست زمانیکه گاز در یک طرف مصرف شد، شیر آن طرف بسته شده و شیر طرف دیگر باز شده و گاز برای مصرف وارد سیستم می گردد.

حمل و نقل کپسولها مورد نیاز برای استفاده در فرآیند جوشکاری استیلن

کپسول های مورد نیاز برای استفاده در فرآیند جوشکاری استیلن را باید همیشه با احتیاط حمل و نقل نمود و نکات ذیل را در نظر داشت : ۱) برای حمل نقل کپسولها، در حالت خالی و یا پر کلاهک کپسول را ببندید. ۲) از وارد شدن شوک و ضربه به کپسول خودداری شود. ۳) کپسولها را با احتیاط حمل نموده و از کشیدن غلطیدن و انداختن کپسول خودداری نمایید. ۴) برای کپسول در مسیرهای طولانی از وسایلی استفاده نمایید که مجهز به بست یا زنجیر برای نگهداری کپسول باشد. ۵) از حمل و نقل کپسول توسط زنجیر خودداری نمایید. ۶) از انتقال سیلندرهایی که دارای نشتی گاز می باشد خودداری نمایید.

نگهداری و انبار کردن کپسولها  برای استفاده در فرآیند جوشکاری استیلن

کپسول ها را در محیطی خنک و با تهویه مناسب نگهداری نمایید.

کپسولها را در محیطی سر پوشیده دور از برف و باران و مواد خورنده و حرارت زیاد نگهداری نمایید.

هیچگاه از شعله برای باز نمودن شیر و رگلاتور یخ زده استفاده نمایید.

 سیلندرها همیشه به صورت ایستاده مورد استفاده قرار گرفته و با بست یا زنجیر به دیوار بسته شوند.

 کپسول خالی و پر را به صورت مجزا از هم نگهدارید و با تابلو محل آن را را مشخص نمایید تا  برای استفاده در فرآیند جوشکاری استیلن دچار مشکل نشویم .

 هیچگاه شیر و اتصالات کپسولها مخصوصا کپسول اکسیژن را به روغن و گریس آلوده ننمایید (امکان انفجار وجود دارد)

در محیط بیرون، کپسولها را از تابش مستقیم نور خورشید دور نگه دارید

 کپسول استیلن همیشه به صورت ایستاده مورد استفاده قرار گیرد. از بکار بردن اتصالات مسی در مسیر گاز استیلن به عنوان رابط جدا خودداری کنید .

رگلاتور فشار شکن

رگلاتورهای فشار شکن مورد استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

فشار گاز در داخل کپسول ها بسیار بالا می باشد و نمی توان برای مصارف  جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین باید فشار گاز کاهش یافته و سپس مورد استفاده قرار گیرد. این عمل توسط رگلاتور انجام میشود. رگلاتورهای فشار شکن مورد استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری علاوه بر کاهش فشار، میزان فشار گاز را در هنگام کار ثابت نگه داشته و از نوسانات آن جلوگیری می نماید. با کاهش فشار کپسول در هنگام مصرف، فشار خروجی رگلاتور ثابت می ماند.

فشار کپسول ، توسط یک پیچ تنظیم که در رگلاتور وجود دارد، می توان فشار خروجی گاز را بسته به نوع کار تنظیم نمود. رگلاتورها دارای دو فشارسنج میباشند که فشار سنج سمت چپ، فشار داخل کپسول را نشان داده و فشار سنج سمت راست، فشار خروجی تنظیم شده را نشان میدهد.

تست رگلاتورهای فشار شکن مورد استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

قبل از اتصال رگلاتور به کپسول باید شیر کپسول را برای زمانی کوتاه باز و بسته نمود تا گرد و غبار داخل مجرای شیر به بیرون منتقل شده و وارد محفظه رگلاتور نگردد.

هنگام بستن رگلاتور به کپسول از سالم بودن واشر رگلاتور اطمینان حاصل نمایید و برای باز و بستن مهره رگلاتور از آچار تخت استفاده نمایید.

پس از بستن رگلاتور به کپسول و قبل از باز نمودن شیر کپسول مسیر ورود گاز به محفظه تقلیل فشار مسدود گردد. در غیر اینصورت احتمال پاره شدن صفحه لاستیکی دیافراگم رگلاتور وجود دارد .

مشعل جوشکاری برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز

وظیفه مشعل جوشکاری این است که گاز اکسیژن و گاز سوختنی برای فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز را به میزان معینی با هم مخلوط نموده و آن را با سرعت بیشتر از سرعت احتراق گاز از سر مشعل خارج سازد.

مشعل جوشکاری از قسمت های ذیل تشکیل شده است: ۱) شیرهای اکسیژن و استیلن ۲) دسته مشعل ۳) لوله اختلاط ۴) نازل

 دو نوع مشعل جوشکاری وجود دارد. نوع اول مشعل های انژکتوری یا فشار ضعیف و نوع دوم مشعل فشار مساوی می باشد.

مشعل انژکتوری برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز

مشعل انژکتوری برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز ، در قسمت وسط دارای سوراخ ریزی می باشد که از آن گاز اکسیژن با فشار ۲٫۵ تا ۳ بار (Bar) خارج می شود و در اطراف انژکتور سوراخهایی تحت زاویه برای ورود گاز استیلن با فشار کم (حدود نیم بار) تعبیه شده است. خروج گاز اکسیژن از سوراخ وسط انژکتور و وارد شدن آن در فضایی بزرگتر، ایجاد خلأ نموده گاز استیلن را با خود به درون محفظه اختلاط می کشد و پس از اختلاط گاز اکسیژن و استیلن در محفظه اختلاط از سر نازل برای احتراق خارج میشود.

مشعل فشار قوی یا فشار مساوی برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز

 در مشعل فشار قوی یا فشار مساوی برای استفاده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز ، گاز اکسیژن و استیلن تقریبا با فشار مساوی در حدود ۰٫۱  تا ۱ بار (Bar) وارد محفظه اختلاط می گردد. در این مشعل اکسیژن از سوراخ وسط خارج شده و گاز سوختنی از چند سوراخ در اطراف تحت زاویه جهت اختلاط بهتر وارد میشود و سپس از سر نازل خارج می شود.

نازل مشعل (سربیک)

 انتخاب مناسب سر بیک به قدرت شعله مورد نیاز بستگی دارد. که به نوع فلز، ضخامت فلز و نوع تکنیک جوشکاری (پیش دستی، پس دستی) مرتبط می باشد.

مشعل در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن و برشکاری اکسی گاز

شعله جوشکاری اکسی استیلن

از شعله اکسی استیلن برای گرم کردن و ذوب فلز در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن استفاده می‌گردد . شعله باعث ذوب فلز پایه و سیم جوش و در نتیجه انجام جوشکاری اکسی استیلن می‌گردد حرارت حاصل از شعله اکسی استیلن در حدود ۳۲۰۰ درجه سانتیگراد بوده و بیشترین حرارت در فاصله ۲ تا ۵ میلی متری از نوک هسته آبی قرار دارد .

مراحل احتراق گاز استیلن و اکسیژن

عمل سوختن مخلوط گاز اکسیژن و استیلن در دو مرحله انجام می گیرد در مرحله اول سوختن یک حجم گاز اکسیژن با یک حجم گاز استیلن با هم ترکیب میشوند .

C2H2 + O2 → ۲CO + 2H

که حاصل این مرحله از احتراق گاز مونوکسید کربن و هیدروژن میباشد و در مرحله دوم محصولات احتراق با اکسیژن هوا ترکیب می‌شده و میسوزد .

۲CO + 2H + 3/5 O2 → ۲CO2 + H2O

و مرحله دوم گاز کربن دی اکسید و بخار آب تولید می شود

فرمول کلی سوختن اکسیژن و استیلن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن به صورت زیر می باشد :

C2H2 + 2/5 O2 → ۲CO + H2O2

مطابق معادله فوق در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن برای سوختن کامل گاز استیلن به ۵/۲  برابر گاز اکسیژن نیاز می باشد، که از این مقدار یک حجم اکسیژن در مرحله اول سوختن از کپسول تامین شده و ۵/۱ حجم دیگر از اتمسفر تامین می گردد.

شعله جوشکاری اکسی استیلن

فلز پر کننده در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

فلز پر کننده در فرآیند OFW (جوشکاری اکسی استیلن ) سیم جوش می باشد که جنس آن معمولا تابع جنس فلز مبنا می باشد.

انواع فلاکس ها در جوشکاری اکسی استیلن

به علت ترکیب آتمسفر محیط با حوضچه مذاب جوش که باعث کاهش استحکام جوش می شود باید از فلاکس به عنوان محافظ استفاده نمود. فلاکس از اکسید شدن حوضچه مذاب جلوگیری می کند. فلاکس ماده ایی سوختنی است و فلز نمی باشد. هنگام جوشکاری، فلاکس یا اکسیدها واکنش داده و باعث تشکیل پوستهایی روی جوش می شود تا بتواند حفاظت را انجام دهد. فلاکس به شکل های پودر، خمیر و مایع می باشد.

فلاکس در جوشکاری اکسی استیلن یا مستقیما روی فلز مبنا زده می شود و یا انتهای سیم جوش گرم شده را وارد فلاکس می کنند. پس از جوشکاری پوسته تشکیل شده را می توان توسط سنگ زدن و دیگر وسایل از این قبیل از بین برد. در جوشکاری گاز برای فولادها فلاکس استفاده نمی شود بلکه برای جوشکاری چدن، فولاد زنگ نزن، بیشتر فلزات غیر آهنی مانند سرب ، روی و بعضی فلزات گران بها استفاده میشود .

فلاکس برای جوشکاری چدن در جوشکاری اکسی استیلن

 فلاکس سیالیت سرباره آهن سیلیکات قابل ذوب را افزایش می دهد و نیز به برداشتن سرباره از روی گرده جوش کمک می کند. فلاکس های مخصوص چدن خاکستری معمولا از بوراید یا اکسید بوریک، سود سوز آور و مقادیر کمی از ترکیباتی مانند کلراید سدیم و غیره ساخته شده است.

فلاکس برای جوشکاری فولاد زنگ نزن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

برای کنترل مذاب و ایجاد یک جوش سالم ،تمیز و زیبا احتیاج به یک فلاکس می باشد. فلاکس باید به قسمت زیر درز جوش اعمال شود تا از اکسید شدن آن جلوگیری کند. فلاکس مخصوص جوشکاری فولاد زنگ نزن ممکن است از براکس یا اکسید بوریک، فلدسپار و غیره تشکیل شده باشد.

فلاکس برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

 برای جوشکاری آلومینیوم فلاکس لازم می باشد زیرا از تشکیل لایه اکسیدی روی فلز جلوگیری می کند. به کار بردن یک فلاکس باعث جدانمودن اکسیدها شده و آنها را به سمت سرباره قابل ذوب انتقال می دهد. سرباره قابل ذوب از فلز مبنا سبک تر بوده ورودی سطح حوضچه جوش قرار می گیرد. این فلاکس یا توسط برس کشیدن روی فلز مبنا اعمال می شود و یا از طریق تماس دادن انتهای سیم جوش به داخل ظرف محتوی فلاکس انجام می گیرد. هم چنین این فلاکس از ترکیباتی مانند تیتانیوم، سدیم و پتاسیم به صورت خمیر یا پودر فراهم می شود. فلاکس می تواند از کلراید پتاسیم ، کلراید تیتانیوم و غیره تشکیل شود. پس از جوشکاری باید در سرتاسر فلز جوش، فلاكس باقی مانده تمیز شود زیرا وجود آن منشا خوردگی در فلر می شود. عمل تمیز کردن را می توان توسط آب گرم و یا برس سیمی انجام داد.

فلاکس برای جوشکاری مس و آلیاژهای آن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

مس خالص احتیاج به فلاکس ندارد. اما آلیاژهای آن احتیاج به فلاکس های براکس دارد. این فلاکس می تواند شامل کلراید سدیم، فلوراید پتاسیم، کلراید منیزیم، کلراید باریم و غیره باشد. این فلاکس کاملا خورنده است و لذا باید پس از جوشکاری از روی گرده جوش برداشته شود که این می تواند توسط آب گرم یا برس سیمی انجام گیرد. اگر فلاکس باقی مانده حذف نشود به طور سریع با جوش برخورد کرده و استحکام آلیاژ منیزیم را کاهش می دهد.

فلاکس برای جوشکاری منیزیم و آلیاژهای آن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

 این نوع فلاکس باید به سرتاسر لبه های فلز مبنا و سیم جوش اعمال شود. این فلاکس شامل کلراید سدیم، فلوراید پتاسیم، کلراید منیزیم، کلراید باریم و غیره می باشد. این فلاکس کاملا خورنده است و لذا باید پس از جوشکاری از روی گرده جوش برداشته شود که این می تواند توسط آب گرم یا برس سیمی انجام گیرد. اگر فلاکس باقی مانده حذف نشود به طور سریع با جوش برخورد کرده و استحکام آلیاژ منیزیم را کاهش می دهد.

فلاکس برای جوشکاری نیکل و آلیاژهای آن در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

نیکل خالص احتیاج به فلاکس ندارد اما آلیاژهای آن نظیر مونل و اینکونل به خاطر تمیز شدن فلز مبنا و شکست شدن اکسیدهای ناشی از آلیاژهای آن باید فلاکس به کار رود. این فلاکس از ایجاد رسوب جلوگیری کرده و باید توسط برس به قطعه کارو سیم جوش اعمال شود.

آماده سازی لبه ها برای جوشکاری

آماده سازی فلز مبنا قبل از فرآیند جوشکاری

هر ۵ نوع اتصال لب به لب ،  ، لب روی هم ، تی شکل ،  گوشه ای  و لبه ای را می توان با فرآیند جوشکاریOFW  (جوشکاری اکسی استیلن) جوشکاری نمود و بسته به جنس فلز مبنا و استحکام مورد نظر می‌توان از جوش های گلویی (Groove) و جوشهای شیاری  (Fillet)استفاده نمود و همچنین باید محل اتصال از چربی کثیفی و زنگ زدگی تمیز شود و فاصله بین دو فلز مبنا (GAP) را رعایت نمود .

روش جوشکاری در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

برای فرآیند جوشکاریOFW  (جوشکاری اکسی استیلن)  دو روش موجود است که عبارت اند از : روش پیش دستی و روش پس دستی

روش پیش دستی در (جوشکاری اکسی استیلن) که مشعل در دست راست جوشکار و سیم جوش در دست چپ اوست و مشعل بین سیم جوش و مذاب  قرار می گیرد .

روش پس دستی در (جوشکاری اکسی استیلن) که مشعل در دست راست جوشکار و سیم جوش در دست چپ اوست ، اما در اینجا سیم جوش مابین مذاب و مشعل قرار می گیرد .

مزایای جوشکاری اکسی استیلن

 ۱) این فرآیند برای ساختن و تعمیر قطعات به طور وسیع به کار می رود.

 ۲) گرمای ورودی بسته به سرعت جوشکاری ، اندازه، سیالیت و کشش سطحی حوضچه مذاب می تواند قابل کنترل باشد.

۳) نرخ گرم و سرد شدن به طور آهسته می باشد.

 ۴) چون گرمای ورودی از طریق فلز پرکننده نمی باشد بنابراین کنترل نرخ ته نشین شدن فلز پر کننده به فلز جوش قابل کنترل بوده و حتی می توان مقدار گرما را به طور انتخابی به فلز پرکننده یا فلز مبنا داد.

 ۵) تجهیرات این فرآیند، کم هزینه و قابل حمل و نقل می باشد.

 ۶) هزینه و نگهداری تجهیزات جوشکاری نسبت به بقیه فرآیندها پایین می باشد.

معایب جوشکاری اکسی استیلن

 ۱) برای پروژه های بزرگ مقرون به صرفه نیست.

 ۲) گرمای شعله جوشکاری گاز کمتر از گرمای قوس الکتریکی است.

 ۳) فلاکس های مصرفی در این فرآیند باعث تولید دود و گازهایی شده که برای چشم، گوش، گلو و ریه شخص جوشکار مضر است.

 ۴) این فرایند برای جوشکاری فلزات دیرگداز مانند تنگستن، مولیبدن، تانتالیم وغیره و نیز فلزات واکنش دار مانند تیتانیوم و زیر کونیوم مناسب نیست.

 ۵) نسبت به گرمای قوس، زمان زیادی طول می کشد تا گرمای شعله به گرمای نقطه ذوب برسد.

 ۶) منطقه تحت تأثیر حرارت زیاد می باشد که این باعث درشت شدن دانه ها، بیشترین اعوجاج و کمترین مقاومت به خوردگی خواهد شد.

 ۷) استفاده از فلاکس به عنوان یک محافظ در این فرآیند مانند کیفیت استفاده از گازهای خنثی به عنوان یک محافظ در فرآیند TIG و MIG نمی باشد

کاربرد فرآیند جوشکاریOFW  ( جوشکاری اکسی استیلن )

۱) برای اتصال مواد نازک مناسب است .

 ۲) برای اتصال موادی که، سریع گرم و سرد نمودن باعث تغییرات متالوژی در آنها میشود.

۳) برای اتصال موادی که در اثر گرمای خیلی بالا، عناصر تشکیل شده آن از فلز جدا شده و به طرف آتمسفر محیط می روند.

 ۴) برای اتصال اکثر فلزات آهنی و غیر آهنی مانند فولاد کربنی، کم آلياژ، چدن، آلومینیوم، مس، نیکل، منیزیم و آلیاژهای آن مناسب است .

فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

مشاهدات کارگاهی فرآیند جوشکاری گاز (فرآیند جوشکاریOFW  )

روشن شدن شعله در ابتدای فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

 با باز نمودن گاز استیلن و روشن کردن فندک ابتدا یک مخروط زرد رنگ به وجود می آید که نشانه سوختن گاز استیلن با اکسیژن محیط است، سپس با باز نمودن اکسیژن مخروط زرد رنگ به مخروط سفید رنگ که هاله استیلن است تبدیل شده و بنابراین، این یک شعله احیا است که نسبت گاز استیلن بیشتر از اکسیژن است.

 پس از آن که خروجی گاز اکسیژن بیشتر شود مخروط سفید وسط محو شده و مقدار دو گاز اکسیژن و استیلن یکی شده و لذا این شعله یک شعله خنثی است که تنها از دو مخروط کوچک سفید و مخروط بزرگ و بنفش رنگ تشکیل می شود که مخروط کوچک به عنوان منبع گرما و مخروط بزرگ نقش حفاظت شعله و مذاب را به عهده دارد، در این حالت صدای شعله خنثی آرام است. سپس در آخر، مقدار گاز اکسیژن از گاز استیلن بیشتر میشود و به این، شعله اکسید گویند که این شعله نیز دارای دو مخروط کوچک و بزرگ است اما کوچکتر از مخروط های شعله خنثی است و صدای شعله هم بیشتر می گردد.

شعله احیاء: با این شعله در حین جوشکاری، مذاب شفافی به وجود نیامده و کربن به طور کامل سوخته نمی شود و لذا مقدار گرمای آن کمتر بوده و از طرفی کربن سوخته نشده وارد فلز جوش می شود و باعث ترد و شکننده شدن فلز جوش نظیر کاربید آهن می گردد و پس از جوشکاری کناره فلز به شکل یک لایه، مانند لایه روغن بوجود می آید. بنابراین از این شعله باید جایی استفاده شود که فلز مبنا متمایل به گرفتن کربن نداشته باشد مانند فولادهای کم آلياژ و فلزات غیر آهنی و فولادهای پرکربن.

شعله اکسید : این شعله در حین جوشکاری، مذابی همراه با کف بوجود می آورد و اکسیژن اضافی با فلز ترکیب شده و حاصل آن اکسیدهای کم استحکام ترد و شکننده و مضر می باشد و همین امر باعث محدود شدن کاربرد آن برای جوشکاری فولادها شده است و پس از جوشکاری فلز جوش به خاطر وجود همین اکسیدها تیره تر از نقاط مجاور می باشد. البته یک شعله کمی اکسیدی را می توان برای جوشکاری فلزاتی مانند مس ورودی و نیز بعضی فلزات آهنی مانند فولاد منگنزی و چدن بکار برد زیرا اکسید فلز مبنا به وجود می آید و باعث حفاظت فلز مبنا جدا شده و بخار میشود که اگر از شعله کمی اکسیدی استفاده شود اکسید مس به وجود می آید و باعث جلوگیری از جدا شدن عنصر روی میشود.

شعله خنثی: با این شعله در حین جوشکاری، مذابی شفاف به وجود می آید. میزان گرمای این شعله تا C° ۳۲۶۰ می تواند باشد که توسط مخروط کوچک تامین شده و نوک این مخروط از سطح فلز مبنا به فاصله ۵/۱ تا ۳ میلی متر است. شعله خنثی تغییری در ترکیب شیمیایی فلز جوش و فلز مبنا به وجود نمی آورد و توسط این شعله می توان فولادهای نرم، زنگ نزن ، چدن، مس و آلومینیوم را جوشکاری نمود.

کشیده شدن شعله به داخل مشعل جوشکاری اکسی استیلن

 در بعضی مواقع شعله به داخل مشعل کشیده شده و با یک صدای قوی پتک و در ادامه با یک صدای هیس یا جیغ کشیدن همراه می باشد. چنانچه عمل سوختن گاز در داخل مشعل در محل اختلاط گازها ادامه یابد، امکان ذوب انژکتور وجود دارد. علت پس زدن شعله به داخل مشعل، معکوس شدن گاز با فشار بالاتر در مسیر گاز با فشار کمتر می باشد. علت معکوس شدن جریان گاز، کم بودن سرعت گاز خروجی از سر نازل، نامناسب بودن فشار با توجه به اندازه سوراخ سر پیک، گرفتگی سوراخ سر پیک با جرقه، نازل معیوب داغ شدن بیش از حد نازل سر پیک می تواند باشد.

نکاتی که در هنگام کشیده شدن شعله به داخل مشعل بایستی در نظر گرفت

۱) سریعاً شیرهای مشعل مخصوصأ شیر استیلن را ببندید تا از تشکیل دوده در مشعل جلوگیری گردد

 ۲) سریع شیرهای کپسول را ببندید.

٣) نازل (سرپیک) داخل را در ظرف آب خنک نمایید

 ۴) شیلنگها و تجهیزات را قبل از روشن کردن مجدد چک نمایید.

پس زدن عمقی شعله در جوشکاری اکسی استیلن

در بعضی موارد شعله از داخل مشعل عبور نموده و به شیلنگها و کپسول گاز کشیده میشود علت اصلی پس زدن عمقی شعله، جریان یافتن گاز اکسیژن در مسیر گاز استیلن می باشد که باعث تشکیل مخلوط گازهای قابل انفجار در شیلنگ گاز استیلن میشود و اکثرا با ترکیدن شیلنگ استیلن همراه می باشد. چنانچه کپسول استیلن فاقد تجهیزات ایمنی لازم باشد، ممکن است باعث انفجار و آتش سوزی گردد.

 دلایل پس زدن عمقی شعله در جوشکاری اکسی استیلن

 ۱) گرفتگی سر نازل توسط جرقه یا معیوب بودن آن در چنین مواقعی گاز با فشاربالاتر در مسیر گاز با فشار کمتر جریان می یابد.

۲) کم بودن فشار اکسیژن نسبت به گاز استیلن، در چنین مواقعی گاز استیلن در مسیر گاز اکسیژن جریان می یابد

 ۳) در هنگام تخلیه گازهای داخل سیستم وقتی شیر اصلی کپسولها بسته می باشد، گاز اکسیژن وارد مسیر استیلن شده و در مرحله بعدی روشن کردن مشعل می تواند خطرناک باشد

 ۴) فشار اکسیژن اگر بیش از حد لازم تنظیم شود، می تواند در مسیر گاز استیلن جریان یابد

 ۵) مقدار خروجی گاز نسبت به سوراخ نازل زیاد است .

جوشکاری بدون فلز پرکننده: در جوشکاری گاز یکی از تمرینات مربوط به جوشکاری دو قطعه به صورت کتابی شکل است که مطلب بسیار مهم آن وجود GAP یعنی فاصله بین دو قطعه کار بوده که در صورت رعایت نکردن آن جوش نفوذ کرده و با اینکه قطعات به هم جوشکاری شده اما براحتی زیر دستگاه فشار شکسته می شوند. خود لبه ورق، به عنوان فلز پرکننده استفاده نمود. مسئله دیگر عدم استفاده از فلز پرکننده است یعنی اینکه در ورقهای نازک میتوان از خود لبه ورق ، بعنوان پرکننده استفاده نمود .

فرآیند جوشکاری اکسی استیلن

تکنیک های جوشکاری اکسی استیلن

تکنیک های که در جوشکاری اکسی استیلن مورد استفاده قرار میگیرد ، مختلف است .  اگر از روش جوشکاری پیش دستی استفاده شود یعنی مشعل بین گرده جوش و سیم جوش واقع شود ، عملیات پیش گرم کردن فلز مبنا خود به خود انجام می گیرد و این روش برای فلزات نازک تا ضخامت ۵ میلیمتر خوب است که البته بهتر است برای ضخامت بیش از ۳ میلیمتر از آماده سازی لبه ها یعنی درز V شکل استفاده نمود تا نفوذ کامل در ریشه انجام گیرد و زاویه شیار آن نیز ۹۰-۸۰ درجه باشد.

استفاده از جوشکاری پیش دستی در جوشکاری اکسی استیلن برای ضخامت های بالا به علت زمان زیاد گرمادهی باعث ایجاد دانه های درشت در فلز جوش میشود و کیفیت جوش در این روش با افزایش ضخامت کاهش می یابد. عیب این روش هم چنین می تواند تشکیل اکسید روی نوک سیم جوش باشد که نهایتاً وارد فلز جوش می شود .

 گرده سازی جوش در جوشکاری اکسی استیلن ، باید توجه داشت که  گرده سازی جوش در ابتدا توسط مشعل جوش مذاب بوجود نمی آید و سپس سیم جوش وارد حوضچه مذاب میشود. چنانچه مذاب خوب به وجود نیاید و فقط سیم جوش ذوب شود حاصل آن این است که تنها سیم جوش ذوب شده روی قطعه کار می چسبد و حالتی شبیه لحیم کاری ناقص بوجود می آید و چنانچه مذاب خوب به وجود می آمد اما سیم جوش به مقدار کم به حوضچه مذاب داده شود اتصال هایی در گرده جوش دیده میشود و چنانچه متر سیم جوش به حوضچه مذاب زیاد داده شود، گرده جوش بیشتری به وجود آمده ی باعث مصرف زیاد سیم جوش شده و عیب روی هم افتادگی Over Lap بوجود خواهد آمد.

مسئله دیگر در جوشکاری اکسی استیلن  اتصال لب به لب دو قطعه است که حتی باید لبه های دو قطعه خوب تمیز و ذوب شود و سیم جوش هم به آنها داده شود که در غیر اینصورت کناره های جوش بریدگی (Under Cut) به وجود آید. همچنین عدم رعایت نکردن فاصله GAP باعث نفوذ ناقص جوش می شود. در شکل های زیر یک جوش مورد قبول و نیز اثر تغییرات سرعت حرکت و گرمای ورودی نشان داده شده است .

چنانچه سرعت حرکت دست زیاد باشد، جوش به خوبی نفوذ پیدا نکرده، شکل گلوله ای به خود گرفته و نیز انفصالهایی در آن دیده میشود.

چنانچه گرمای ورودی کمتر باشد مانند همان حرکت سریع جوشکار ،  یا کم مایه بودن شعله و یا زیاد مورب گرفتن شعله  ونیز زیاد فاصله گرفتن مخلوط کوچک از فلز مبنا اثراتی مانند اثرات قبلی به جز انفصال ها روی جوش خواهد گذاشت .

چنانچه گرمای ورودی زیاد باشد باعث زیاد ذوب نمودن فلز مبنا و فلز پرکننده بریدگی کناره جوش و پاشش مذاب نیز زیاد میشود.

تجهیزات ایمنی در جوشکاری اکسی استیلن

 وسایل ایمنی که برای جلوگیری از پس زدن شعله به کار می رود عبارتند از :

چک والو Check Valve

فلاش بک ارستور Flash Back Arestors

Check Valve چک والو : این وسیله در پشت مشعل در مسیر ورودی گاز اکسیژن و استیلن بسته میشود. چک والوها از معکوس شدن جریان گاز جلوگیری مینماید.

Flash Back Arestors  فلاش بک ارستور:  فلاش بک ارستور بعد از رگلاتور و قبل از شیلنگ بسته میشود و از کشیده شدن شعله به داخل کپسول جلوگیری مینماید. فلاش بک ارستور همچنین در پشت مشعل نیز متصل می گردد و از معکوس شدن جریان گاز و هم از پس زدن شعله به داخل شیلنگها جلوگیری می نماید. داخل فلاش بک ارستور یک فیلتر متخلخل از جنس فولاد رنگ نزن وجود دارد که از متالوژی پودر تهیه شده است. گاز فقط از یک طرف فیلتر جریان یافته و به دلیل خاصیت خنک کنندگی شعله نمی تواند به داخل سیستم کشیده شود.

تکنیک های جوشکاری مورد استفاده در جوشکاری گاز از دو روش استفاده می گردد

 الف ) تکنیک جوشکاری پیش دستی ب ) تکنیک جوشکاری پس دستی

 الف ) تکنیک جوشکاری پیش دستی

 از این تکنیک برای جوشکاری ورقهایی با ضخامت کمتر از ۳ میلیمتر استفاده می گردد. امتداد شعله به سمت درز اتصال جوشکاری نشده میباشد. در این روش تا ضخامت ۱/۵ میلیمتر مشعل بدون حرکت نوسانی و از ضخامت ۱/۵  تا ۳ میلیمتر به مشعل حرکت نوسانی داده میشود.

ب ) تکنیک جوشکاری پس دستی

از این تکنیک برای جوشکاری ورقهای ضخیمتر از ۳ میلیمتر استفاده می گردد. امتداد شعله به سمت درز اتصال جوشکاری شده می باشد. بیشترین حرارت بر روی حوضچه جوش و فلز جوشکاری شده بوده و باعث آرام و سرد شدن فلز جوش شده و از سخت شدن جوش جلوگیری می شود.