جوشکاری با گاز

مقدمه

بشر از ابتداي تمدن سعي مي‌كرد كه با اتصال اجسام برخي از نيازهاي خود را برطرف كند . اين اتصالات از به هم بستن شاخه‌هاي درختان و دوختن تكه‌هاي پوست حيوانات شروع شد و با گذشت زمان فن اتصال اجسام مختلف پيشرفته‌تر شد . كشف فلزات و وابسته‌هاي آنها يعني آلياژها ، با خواص متنوع نياز بشر را در متصل كردن قطعات فلزي بيشتر كرد و روشهاي تازه ابداع شد . از جمله اتصالاتي كه بيش از دو قرن پيش مورد استفاده بوده مي‌توان پرچ ، پيچ و جوشكاري كوره‌اي را نام برد.

استفاده از حرارت ناشي از سوختن گاز و ذوب موضعي محل اتصال (درز) قطعات فلزي باعث تحول بزرگ در اين فن شد و بر اين اساس روشهاي جوشكاري زيادي به وجود آمد .
جوشكاري را مي‌توان جز صنايع مادر به حساب آورد، زيرا كمتر كارخانه يا مؤسسه توليدي و صنعتي را مي‌توان يافت كه در آن حداقل يك كارگاه جوشكاري فعال وجود نداشته باشد . سرعت عمل ، ارزاني ، كيفيت خوب اتصال در مقايسه با پرچ و پيچ ، سبكي اتصال تمام شده و سادگي اجراي اتصال باعث پيشرفت و گسترش روزافزون صنعت جوشكاري شد .
دست‌اندركاران اين صنعت از شخصيت شغلي بالايي برخوردارند ، زيرا به طور مداوم با پيشرفت و تكامل همگام هستند . مؤسسات و انجمنهاي جوشكاري در تمام نقاط جهان در اين زمينه به كار تحقيق و بررسي مي‌پردازند و نتايج يافته‌هاي علمي و عملي خود را به صورت نشريات مختلف در دسترس علاقه‌مندان قرار مي‌دهند .
جوشكاري گاز
۱- تعريف جوشكاري گاز :
حرارت لازم براي ذوب لبه قطعات مورد جوشكاري را مي‌توان از سوختن گاز تأمين كرد كه به اين روش اصطلاحاً جوشكاري گاز مي‌گويند .
در اين نوع جوشكاري به گازهاي روبه‌رو نياز داريم :
الف) گاز قابل احتراق
ب) اكسيژن عامل احتراق
– گازهاي قابل احتراق :
گازهاي مختلفي در جوشكاري به عنوان گاز مشتعل شونده مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه مهمترين آنها عبارتند از :
۱- ئيدروژن H2

۲- پروپان C3H8

استيلن C2H2

۴- گاز مَپ Maap

۵- گاز طبيعي – شهري ، و گاز زغال

 

گازهاي فوق مي‌توانند به عنوان گاز سوختن در جوشكاري مورد استفاده قرار گيرند . هركدام از آنها ويژگي دارند و حرارت حاصل از احتراق آنها با هم فرق دارد. در اين ميان استيلن بهترين گاز از نظر حرارتي است و جوشكاري اكسي استيلن متداولترين و عمومي‌ترين روش جوشكاري گاز در ايران است .
۲- استيلن C2H2
گاز استيلن هيدروكربوري است كه ۳/۹۲ درصد كربن و ۷/۷ درصد ئيدروژن دارد . بهترين حلال آن مايع استون است كه مي‌تواند در حرارت ۱۵ درجه سانتيگراد و فشار معمولي ، ۲۵ حجم استيلن را در خود حل كند. هر ليتر اين گاز ۱۶/۱ گرم وزن دارد .
مخلوط استيلن با هوا يا اكسيژن در بعضي موارد حتي بدون شعله قابليت انفجار دارد . در صنعت براي رهايي از خطر انفجار استيلن را در مايع استون حل و به صورت مايع در كپسولها نگهداري مي‌كنند .
هنگام سوختن استيلن با اكسيژن خالص حرارتي معادل ۳۲۰۰ – ۳۱۰۰ درجه سانتيگراد توليد مي‌شود و با اين درجه حرارتي اكثر فلزات و آلياژهاي صنعتي را مي‌توان ذوب كرد .
طرز تهيه استيلن
در صنعت از تركيب سنگ كاربيد با آب گاز استيلن توليد مي‌شود ، اين فعل و انفعالات تند و گرمازا است . تركيب كاربيد يا كربور كلسيم ( CaC2 ) با آب در دستگاهي به نام مولد استيلن صورت مي‌گيرد . اين دستگاه انواع مختلفي دارد. در بازار به مولدهاي استيلن ديگ استيلن هم گويند .

۳- ژنراتور يا مولد استيلن :
براي تركيب سنگ كاربيد با آب به منظور توليد گاز استيلن و ذخيره آن جهت مصرف از دستگاهي به نام مولد استيلن استفاده مي‌كنيم . مولدها از نظر نحوه رسيدن آب به كاربيد به سه دسته تقسيم مي‌شود :
الف) سقوطي

ب) ريزشي

پ) تماسي

علاوه بر آن از لحاظ توليد فشار گاز در داخل مولد نيز به سه دسته تقسيم مي‌شوند :
الف) فشار ضعيف تا ۱/۰ كيلوگرم بر سانتيمتر مربع .

ب) فشار متوسط تا ۵/۰ كيلوگرم بر سانتيمتر مربع .

پ) فشار قوي از ۵/۱ كيلوگرم بر سانتيمتر مربع به بالا .

 

الف ) مولدهاي سقوطي :
در اين نوع مولدها كاربيد در آب سقوط مي‌كند و با آب تركيب مي‌شود . گاز استيلن در بالاي آب جمع مي‌شود و ئيدرات كلسيم حاصل از فعل و انفعالات در ته ظرف رسوب مي‌كند . اين رسوبات از مجراي مخصوص خارج و به چاه يا حوضچه‌هايي هدايت مي‌شود . در اين اين مولدها چون كاربيد هميشه با مقدار زيادي آب براي تركيب روبه‌رو مي‌شود حرارت حا

صل از تركيب آب با كاربيد به آب داخل مولد انتقال مي‌يابد و از بروز خطر جلوگيري مي‌شود . اين مولد در دو نوع دستي و اتوماتيك وجود دارد كه در دستگاه خودكار از كاربيد دانه‌بندي شده استفاده مي‌شود .
ب) مولد ريزشي :
در اين نوع مولد آب روي كاربيد مي‌ريزند و با آن تركيب مي‌شود و يكي از ساده‌ترين و متداول‌ترين مولدها در الران است كه در اغلب كارگاهها مورد استفاده قرار مي‌گيرد . با بازكردن شير آب به طور اتوماتيك و مداوم هر بار مقدار آب له درون مخزن كشو مانند محتوي سنگ كاربيد مي‌ريزد و گاز استيلن توليد شده از طريق لوله به قسمت بالاي مخزن اصلي آب مي‌رسد و در آنجا ذخيره مي‌شود . فشار گاز ذخيره شده به وسيله فشارسنج دستگاه مشخص مي‌شود اين فشار نبايد هيچگاه از ۵/۱ اتمسفر تجاوز كند . مصرف آب در اين مولدها كم است ولي حرارت حاصل از فعل و انفعال در منطقه كاربيد ظرف ( ظرف كشو مانند ) متمركز است ، لذا دستگاه طوري طراحي مي‌شود كه محفظه طوري طراحي مي‌شود كه محفظه كاربيد به وسيله آب احاطه شده و همواره خنك شود و خطر انفجار به حداقل ممكن برسد .
پ) مولدهاي تماسي :
در اين مولدها كاربيد در سبدي توري بالاي مخزن آب قرار دارد كه به وسيله دست يا به طور اتوماتيك با آب تماس پيدا مي‌كند و دوباره اين تماس قطع مي‌‌شود و زماني كه فشار گاز داخل مولد كم شد مجدداً با پايين آمدن سطح آب در جداره و بالا رفتن سطح آب در قسمت وسط سطح آب به كاربيد موجود در سبد رسيده و مقداري گاز توليد مي‌شود . گاز توليد شده به سطح آب فشار مي‌آورد و آب را به جداره مي‌فرستد و مجدداً تمام تماس آب با كاربيد قطع مي‌شود .

۴- كپسول حفاظتي :
خروج گاز از مولد يا از خط لوله و قبل از ورود به شيلنگهاي لاستيكي اجباراً مسير استوانه حفاظتي ( كپسول حفاظتي ) را طي مي‌كند . اين امر موجب مي‌شود كه از برگشت اكسيژن ( در اثر نقص فني يا بد كار كردن مشعل ) به داخل مولدها و يا مسير لوله استيلن ممانعت شود . در اصطلاح برگشت اكسيژن را پس زدن شعله مي‌گويند . از طرف ديگر چنانچه شيلنگ‌ها آتش بگيرند از رسيدن شعله و آتش به مولد ويا خط لوله استيلن جلوگيري مي‌شود.
معمولاً گاز موقع خروج از مولد از يك سوپاپ يك طرفه عبور مي‌كند، از آب مي‌گذرد و وارد كپسول حفاظتي مي‌شود و تا حدودي تصفيه شده به طرف مشعل جوشكاري هدايت مي‌شود .
۵- كپسول استيلن :

چنانكه قبلاً اشاره شد استن بهترين حلال استيلن است و جسم متخلخل موجب مي‌شود استن در سطح بزرگي پخش و گاز استيلن با بيشتري در استن حل شده و در موقع مصرف راحت‌تر از آن جدا شود . علاوه بر آن وضعيت داخل كپسول موجب مي‌شود استيلن به واحدهاي كوچك تبديل شود و خطر انفجار خود به خود و يا تجزيه استيلن منتفي گردد .
كپسول معمولي استيلن محتوي ۴ متر مكعب استيلن است كه با فشار ۱۵ كيلوگرم بر سانتيمتر مربع در استن حل شده در اين فشار هر ليتر استن قادر است ۳۷۵ ليتر گ

از استيلن را در خود حل كند . با يك حساب ساده معلوم مي‌شود كه كپسول استيلن با اين ظرفيت داراي تقريباً ۱۰ ليتر استن است .
چون استيلن به آرامي از استن جدا مي‌شود نبايد از كپسول استيلن در هر ساعت بيشتر از يك چهارم ۱|۴ ظرفيت كل كپسول گاز به مصرف رساند ، در غير اين صورت استن همراه با گاز استيلن خارج مي‌شود و در كار مشكلاتي ايجاد مي‌شود .
در كارگاههايي كه مصرف استيلن آنها زياد است غالباً چند كپسول استيلن را به نام پست مركزي مجتمع مي‌كنند و به وسيله لوله‌هاي فولادي آنها را به هم وصل مي‌نمايند و به وسيله لوله‌هاي فولادي آنها را به هم وصل مي‌نمايند و به هم وصل مي‌نمايند و به شبكه لوله‌كشي استيلن مرتبط مي‌شوند .
۶- كپسول اكسيژن :
اكسيژن در استوانه‌هاي فولادي مخصوص بسيار مقاوم كه مقاومت آن ۸۰ كيلوگرم بر ميليمتر مربع با فشار ۱۵۰ كيلوگرم بر سانتيمتر مربع معادل ۱۵۰ بار يا حدود ۲۲۰ پوند بر اينچ مربع در حرارت ۲۱ درجه سانتي‌گراد معادل ۷۰ درجه فارنهايد متراكم و به بازار عرضه مي‌كنند كه به كپسول اكسيژن موسومند .
كپسولها بدون درز ساخته مي‌شوند . قطر داخلي آنها ۲۰۴ ميليمتر و ضخامت جداره آن ۷۵/۸ ميليمتر است .
كپسولها اكسيژن در سه اندازه مختلف ساخته مي‌شود :
الف) اندازه بزرگ با ظرفيت ۶۸۰۰-۶۳۰۰ ليتر
ب) اندازه متوسط با ظرفيت ۳۴۰۰-۳۱۰۰ ليتر
پ) اندازه كوچك با ظرفيت ۲۲۰۰-۱۶۰۰ ليتر
معمولاً كپسولها حجمي معادل ۴۰ ليتر دارند و ظرفيت آنها ۶ متر مكعب گاز است .
غالباً چندين كپسول اكسيژن را در يك محل به نام پست مركزي اكسيژن را در يك محل به نام پست مركزي اكسيژن مجتمع نموده و به وسيله لوله‌هاي فولادي به هم وصل مي‌كنند اينها از دو سري كپسول تشكيل مي‌شوند كه در هر نوبت يك سري از كپسولها مورد استفاده قرار مي‌گيرند و سري ديگر به عنوان ذخيره آماده مصرف هستند .
لوله‌هايي كه گاز اكسيژن را هدايت مي‌كنند طبق استاندارد به رنگ سفيد رنگ‌آميزي مي‌شوند و بايد كاملاً آب بندي بوده و نشتي نداشته باشد .
۷- دستگاه تقليل فشار

چون اكثر گازها در كپسول با فشار زيادي ذخيره مي‌شوند و مصرف گاز در جوشكاري با اين فشار عملي نيست لازم است با استفاده از دستگاهي بنام رگولاتور فشار گاز را تقليل دهيم و تنظيم كنيم تا جريان گاز به طور يكنواخت به سمت مشعل جوشكاري هدايت شود شود و علاوه بر آن با توجه به نوع كار فشار گاز را به دلخواه تنظيم نماييم .
اين دستگاهها معمولاً به طور مستقيم به كپسولها متصل مي‌شوند و همچنين به خطوط انتقال گاز قبل از شيلنگ‌هاي لاستيكي نصب مي‌شوند تا فشار گاز را تنظيم و آماده ميند و در اثناي مصرف اين فشار را ثابت نگه دارند . اين عمل ممكن است در فشار سنج‌هاي يك مرحله‌اي صورت پذيرد و يا در دو مرحله فشار گاز كاهش يابد و تنظيم شود .
در مرحله اول فشار تقليل پيدا مي‌كند (مثلاً از ۱۵۰ اتمسفر به ۱۵ اتمسفر) و در مرحله دوم با پيچ تنظيم فشار گاز مورد نياز براي كار تأمين مي‌شود .
گروهي از دستگاهها داراي دو فشارسنج است كه يكي فشار گاز داخل كپسول و ديگري فشار تنظيم شده ( فشار گاز مصرفي ) را نشان مي‌دهد همچنين داراي يك سوپاپ اطمينان و يك شير خروجي است .
اساس كار دستگاههاي تنظيم فشار گاز اكسيژن و استيلن يكي بوده و از روي درجه‌بندي روي فشارسنج مي‌توان آنها را تشخيص داد . فشار سنج اكسيژن مربوط را تا ۳۰۰ بار درجه بندي كرده‌اند در صورتيكه فشارسنج كپسول استيلن كه فشار كپسول را – نشان مي‌دهد تا ۳۰ يا ۴۰ بار درجه بندي شده‌اند .
۸- مشعل‌هاي جوشكاري :
مشعل جوشكاري وسيله‌اي براي مخلوط كردن گاز قابل احتراق با اكسيژن به ميزان دقيق و معين است كه با سرعت از دهانه مشعل خارج مي‌شود .
مشعل جوشكاري از قسمتهاي زير تشكيل مي‌شود :
۱- دسته مشعل
۲- شير تنظيم
۳- لوله اختلاط
۴- پستانك
مشعل‌هاي جوشكاري اقسام مختلفي دارند . معروفترين آنها عبارتند از :
الف ) فشار قوي : كه در اين مشعل‌ها گاز سوختني و اكسيژن با فشار مساوي وارد محفظه اختلاط شده و با هم مخلوط مي‌شود . از اين مشعل‌ها در كارگاههايي كه استيلن در مولدهاي فشار قوي توليد مي‌شود يا از كپسول گرفته مي‌شوند مي‌توان استفاده كرد.

ب ) مشعل فشار ضعيف ( انژكتوري ) : كه در اين مشعل‌ها اختلاط گاز سوختني و اكسيژن به وسيله انژكتور انجام مي‌گيرد . انژكتوري سوراخ ريزي دارد كه اطراف آن روزنه‌اي به شكل تاج دايره تعبيه شده است كه اكسيژن با فشار ۱تا ۲ اتمسفر از سوراخ انژكتور خارج مي‌شود و گاز سوختني را از روزنه اطراف آن با خود به درون محفظه اختلاط مي‌كند.دراين محل گازسوختني و اكسيژن به نسبت معيني مخلوط شده از پستانك‌مشعل خارج مي‌شود.براي ايجاد شعله‌هاي با ظرفيت‌هاي حرارتي مختلف سر مشعل (لوله اختلاط + پستانك )را عوض مي‌كنند.