جوشکاری با اکسی استیلن

تعریف جوشکاری

جوشکاری یکی از فرایندهای 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 می توانند جوشکار خوبی باشند، در صورتی که 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 وسایل 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 معمول ترین جوشکاری دستی است،‌آهسته تر انجام می شود و تنظیم آن ساده از اقسام دیگر است.

جوشکاری با گاز

یکی از معمول ترین 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 به اندازه سوراخ سر مشعل 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 اکسید کننده 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 آن را 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. چنان که 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 زیر است:

یکی منبع تامین 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 به وسیله 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 به وسیله تسمه یا زنجیرهای فولادی به آنها 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 صورتی که شیر کپسول اکسیژن دارای پیچ های راست گرد است. قطر پیچ شیر دو کپسول 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.

تهیه حوضچه

قبل از تعلیم هر نوع جوشکاری توصیه میشود تهیه حوضچه را تمرین کنید. حوضچه قسمت مهم و اساسی جوشکاری است زیرا در بیشتر عملیات جوشکاری حوضچه فلز مذاب در امتداد خطی که دو فلز را باید بهم جوش بدهیم تشکیل میشود. در اکثر موارد جوشکاری چه جوشکاری با گاز و چه جوشکاری با برق مطلب بالا صادق است.

مشخصات حوضچه فلز مذاب، نفوذ، تنظیم مشعل، گرفتن مشعل در دست و حرکت مشعل را تعیین میکند. مشخصات حوضچه که از مشاهده شرایط حوضچه حاصل میگردد باعث میشود که یک جوشکار با تجربه بتواند کار خود را خوب انجام دهد.

قطر حوضچه متناسب با عمق آن است. بنابراین جوشکار میتواند عمق یا نفوذ جوش را حدس بزند.

این مطلب را میتوان از مشاهده و مهار حوضچه فلز مذاب تعیین نمود. اگر جوشکاری روی ورقه فلز نازک باشد ممکن است نفوذ یا عمق حوضچه نسبت به قطر حوضچه از فلز ضخیم‌تر بیشتر باشد.

انواع جوشکاری بدون استفاده از سیم‌جوشکاری

نوع جالب جوشکاری ورق فلزی که احتیاج به سیم فلزی جوشکاری نیست و با انواع دیگر مقداری اختلاف دارد بنام جوشکاری اتصال گوشه خارج مرسوم است. با این تمرین یاد می‌گیرید که چگونه میتوان از خود فلز برای پر کردن محل جوش کمک بگیریم. قطعه قائم از سطح قطعه افقی تقریباً به اندازه تا اینچ بالاتر قرار گیرد. این قسمت که بالاتر قرار می گیرد به عنوان پرکننده بکار رفته دو قطعه را بهم جوش می دهیم.

در این جوشکاری نفوذ خیلی خوب است ولی قسمت داخلی گوشه نباید مشاهده شود. جوشکار یاد میگیرد که در این تمرین احتیاجی به حرکات خیلی زیاد مشعل نیست و به اضافه سرشعله را باید کمی مایل نگاه داریم و نوک شعله باید بطرف داخل صفحه افقی قرار گیرد. جوشکاری بایستی تماماً روی صفحه افقی قرار گیرد و بهیچ‌وجه روی صفحه قائم نریزد. رعایت این عمل اهمیت زیادی دارد. در بیشتر موارد براین تکمیل سطح فلزات در جوشکاری گوشه‌ای دو فلز عمود بر هم، از قسمت اضافی یکی از آنها استفاده می کنیم.

پس از بررسی ظاهر جوشکاری، نفوذ جوشکاری را با باز کردن دو قطعه فلز مثل باز کردن ورقه‌های کتاب بررسی کنید. اگر فلزها در محل اتصال شکسته شوند معلوم میشود نفوذ کامل نیست و محل اتصال خوب جوش نخورده است.

انواع جوشکاری اکسی استیلن با سیم جوش

برای اینکه در جوشکاری با گاز مهارت پیدا کنیم لازم است تمرین‌های اساسی مخصوصی طرح شود تا نتایج حاصله کاملاً رضایت بخش باشند. در اقسام مختلف جوشکاری با گاز میتوان آنها را بسته بنوع اتصال و محل جوشکاری برشهای مختلفی تقسیم کرد.

اتصال‌های مختلف از این قرارند:

1. اتصال لب به لب.
2. اتصال روی هم (جوش گوشه‌ای)
3. گوشه خارجی
4. گوشه داخلی

وضعیت‌های اساسی جوشکاری بشرح زیر است.

1. افقی روی سطح افقی (تخت یا بطرف پایین).
2. افقی روی سطح قائم
3. قائم روی سطح قائم
4. بالای سر

تمرین جوشکاری در هر کدام از اتصال‌های بالا و در هر کدام از محلهای ذکر شده باید انجام شود. جوشکاری این اتصالها هم روی فولاد نازک و هم روی ورق فولادی با ضخامت حداقل  اینچ باید انجام شود. پس از کسب مهارت لازم روی ورق فولادی، با تمرین‌های بالا، جوشکار می تواند تمرینهای مخصوص، مثل جوشکاری لوله، جوشکاری آلومینیوم، چدن و غیره را انجام دهد.

استفاده از سیم‌جوشکاری و انتخاب قطر سیم

در اتصال لبه برگشته یا گوشه خارجی اساساً از سیم جوشکاری استفاده نشده و حوضچه مذاب توسط خود فلزات تامین می‌گردد. اگر فلز بیشتر لازم باشد تا شکل و استحکام صحیح در جوش بدست آید، از سیم جوش برای پرکردن استفاده میشود. جوشکاری این فلزات با روش حوضچه باعث نازک شدن فلز در محوطه جوش داده شده می‌شود. برای اینکه جوشکاری محکم باشد از سیم جوشکاری استفاده کرده فلز به محل جوش استفاده نموده عمق حوضچه و در نتیجه ضخامت فلز را در محل جوش می‌افزائیم. مشخصات سیم را بدست آورید. گرده‌ای که در جوشکاری درست میشود بایستی کمی بطرف بالا محدب باشد تا ضخامت جوش و استحکام آن زیاد شود. با کمک سیم جوشکاری فلز به محل جوش اضافه شده تا گرده جوش که کمی برآمدگی دارد ایجاد شود.

جوشکاری اتصال لب به لب

یکی از معمول ترین اقسام جوشکاری جوش لب به لب است که میتوان با مشعل اکسی استیلن انجام داد. مبتدی با استفاده از تعلیماتی که داده خواهد شد میتواند روی ورقه‌های نازک فولادی جوش لب‌به‌لب را انجام دهد. دو قطعه فولاد نرم و عرض تقریبی یک اینچ و بطول 5 اینچ فراهم کنید. این قطعات باید تمیز و صاف بوده و کناره آنها مستقیم و صاف باشند. دو قطعه فلز را بر روی دو آجر نسوز طوری قرار می‌دهیم که آجرها در زیر و در دو طرف فلزات قرار گیرند. در یک طرف، کنار دو قطعه فلز را روی هم قرار می دهیم و جوشکاری را از آن نقطه شروع می‌کنیم. ضمن ادامه جوشکاری وقتی فلز مذاب سرد می‌شود منقبض شده، دو قطعه فلز به طرف کشیده می شوند. در اثر انقباض ممکن است کنار یکی روی دیگری بیفتد یا فلز تاب پیدا کند.

جوشکاری روی هم

این روش خیلی معمول است و بیشتر در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد و آن را جوشکاری اتصال رویهم می‌نامند. اتصال از یک ورقه فلزی درست شده که روی ورقه دیگر بصورت روی هم قرار گرفته و بایستی به آن جوش داده شود.

اوضاع مختلف جوشکاری

جوشکاری در وضع تخت (بطرف پایین) خیلی به آسانی انجام می شود گرچه اغلب مجبوریم در اوضاع دیگر نیز جوشکاری نمائیم.

تا بحال اوضاع مختلف زیر شناخته شده است:

جوشکاری در وضع تخت: جوشکاری در این وضع از بالا انجام شده و سطح جوشکاری تقریباً افقی است.

جوشکاری در وضع افقی: یکی از وضعیت‌های جوشکاری است که عمل در بالای یک سطح نسبتاً افقی انجام شده و در این حال سطح دیگر تقریباً عمودی است.

جوشکاری پخ: در این نوع جوشکاری محور جوشکاری تقریباً در سطح افقی است در حالیکه سطح جوشکاری تقریباً در امتداد قائم قرار دارد.

جوشکاری در وضع قائم: در این وضع، محور جوشکاری تقریباً قائم است.

جوشکاری در وضع بالای سر: در این وضع جوشکاری از پایین انجام شده محور اتصال و فلز بدنه هر دو تقریباً در وضع افقی قرار دارند.

جوشکاری اکسی استیلن در وضع افقی

در این وضع اتصال افقی در یک سطح قائم قرار گرفته است. جوشکاری در این وضع در اتصالات لب‌به‌لب، اتصالات گوشه داخلی و اتصال روی هم انجام میشود. از جهت ایمنی و برای اینکه جوشکاری عالی باشد، سر مشعل در امتداد اتصال قرار نگرفته بلکه بطرف بالا قرار می‌گیرد. نیروی سرعت گازهای خروجی از سر مشعل، مانع پایین آمدن فلز ذوب شده می گردد. معلوم میشود در جوش افقی در وضع قائم، نفوذ کاملتر و بهتر از وضع تخت بوده و جوشکار به طور ساده‌تر می‌تواند گرده جوش بهتری را به تهیه کند. جوشکاری افقی روی سطح افقی خیلی ساده‌تر از جوشکاری قائم یا افقی، و ظاهر آن بهتر است.

جوشکاری اکسی استیلن در وضع قائم

جوشکاری قائم، در امتداد قائم و ریو سطح قائم انجام می‌گیرد. تمرین جوشکاری در وضع قائم در اتصال لب‌به‌لب است. اگر احتیاط‌های زیر را در نظر بگیریم با انجام چند تمرین، عمل جوشکاری بسیار ساده می‌شود.

1. باید جوشکاری را بطرف بالا شروع کرد. مشعل را تقریباً با زاویه 15 تا 30 درجه نسبت به سطح فلز نگاه داشته و سر مشعل را بطرف بالا نگاه می‌داریم.

در این حالت نیروی گازی که با سرعت خارج می‌شود از پائین آمدن فلز مذاب جلوگیری می‌کند.

2. مشعل باید با دامنه خیلی کم حرکت داشته باشد تا مانع پائین آمدن فلز مذاب گردد تا فلز مذاب دائماً در محل خود قرار گیرد.
3. وضع گرده جوش‌ها و نفوذ ذوب را باید طبق دستورات ذکر شده در مباحث قبل مورد توجه قرار دهیم.

جوشکاری اکسی استیلن در حالت سر بالا

جوشکاری بالای سر مشکل‌ترین حالت جوشکاری است. جوشکار باید قبلاً در اوضاع دیگر جوشکاری مهارت لازم را بدست آورده و بعداً جوشکاری بالای سر را تمرین کند. تا جوشکار در این وضع مهارت لازم را پیدا کند.

جوشکار باید با پوشیدن لباس هایی که آتش گیر نیست خودش را محافظت کند، همینطور باید دستکش محافظ و کفش‌های ساقه‌دار پوشیده، جیب های شلوار و لباسش باید رو جیبی داشته و پایین شلوارش پاکتی نداشته باشد.

تمرین جوشکاری بالای سر باید بر روی کلیه حالات گفته شده انجام شود. حداقل دو عدد جوش خیلی خوب روی هر نوع اتصال انجام دهید تا به اندازه کافی مهارت پیدا کنید. محل جوشکاری باید حدود 6 تا 12 اینچ بالای سر قرار گیرد تا جوشکاری به راحتی انجام شود. در این حال جوشکار در یک طرف درز قرار گرفته، عمل جوشکاری موازی شانه‌ها انجام میشود. محل سیم جوشکاری و مشعل نسبت به حوضچه تقریباً شبیه وضع سیم و مشعل در جوشکاری بطریقه‌های دیگر است. نیروی گازهایی که با سرعت از شعله مشعل خارج می‌شوند و همچنین کشش سطحی موجود (کشش مولکولهای روی یکدیگر) از سقوط فلز مذاب جلوگیری می کند با وجود این باید مواظب باشید فلز را زیاد گرم نکنید تا فلز مذاب خیلی سیال نشده و باعث ریختن آن نگردد.

جوشکاری چند لایه

بجای جوشکاری یک لایه در انواع و اوضاع مختلف و ضخامت‌های گوناگون فلز، میتوان از جوشکاری چند لایه‌ای استفاده کرد. بخصوص این روش برای جوشکاری فلزات ضخیم بسیار مناسب است . در مورد یک وضعیت خاص جوشکاری، معمولی ترین معیاری که بطور موثر میتواند بوسیله جوشکار کنترل شود، اندازه حوضچه است. اگر تکمیل جوش در یک لایه به حوضچه‌ای بزرگتر از آنچه که در معیار گفته شده بالا ذکر شد احتیاج داشت، باید از دو یا چند لایه استفاده نمود. لایه‌های جوشکاری را میتوان در تمام فواصل کار بطور متصل ادامه داد یا مطابق آن چیزی که نشان داده شده است، آن را انجام داد.