بررسی و معرفی جوش سر به سر میلگرد با گاز استیلن و فشار(جوش فورجینگ)
ژانویه 24, 2021
هر آنچه که راجع به استیلن باید بدانیم
فوریه 20, 2021

جوشکاری اکسی استیلن


در روش جوشکاری اکسی استیلن، از شعله به عنوان منبع حرارتی استفاده می شود . گاهی در صنعت به این روش جوشکاری، جوش گاز نیز گفته می شود که یک اصطلاح غلط است .
در واقع برای ایجاد شعله نیاز به گاز سوختنی داریم و به همین دلیل به این روش، جوشکاری گاز گفته می شود . این در حالی است که در بسیاری از فرآیند های جوشکاری که کاملا هم با هم متفاوت هستند از گاز استفاده می شود و بنابراین جوشکاری گاز نمی تواند نامی منحصر به فرد برای یک روش جوشکاری خاص باشد .

گازهای سوختنی مورد استفاده در جوشکاری با گاز شامل هیدورژن و استیلن است که به ترتیب با نام های اکسی هیدروژن و اکسی استیلن شناخته می شوند .

مفهوم شعله


شعله در واقع همان محصول احتراقی است که در عین آن که دمای زیادی دارد نورانی نیز هست .
به منظور آن که محصول احتراق یا همان شعله با دمای بالا داشته باشیم باید سراغ یک واکنش به شدت گرمازا برویم . واکنش های سوختن و یا اکسیداسیون معمولا چنین ویژگی را دارا هستند . اما نباید فراموش کرد که هر واکنش اکسیداسیونی همراه با تولید حرارت فراوان نیست . برای مثال سوختن آهن از طریق واکنش Fe+1/2 O2−> FeO انجام می شود . ولی آهن جامد وقتی اکسید می شود حرارت فراوانی تولید نمی کند . پس آهن جامد نمی تواند به عنوان یک سوخت مناسب برای تولید حرارت مورد استفاده قرار بگیرد .

اما وقتی گاز استیلن می سوزد محصول احتراقی ایجاد میکند که دمای آن در برخی قسمت ها به 3200 درجه سانتی گراد می رسد (در شعله خنثی).


این دما برای ذوب بسیاری از فلزات و آلیاژها دمای مناسبی است و به همین دلیل است که استیلن به عنوان گاز سوختنی در جوشکاری استفاده می شود .

البته شرط آن که شعله بتواند برای جوشکاری استفاده شود داشتن دمای بالا، حرارت کافی و تمرکز حرارتی است .

ارکان شعله


برای آن که یک شعله پایدار شکل بگیرد 4 جز باید تامین شود :

اکسیژن

ماده سوختنی

انرژی فعال سازی

نسبت اکسیژن به استیلن

اکسیژن : برای آن که واکنش سوختن اتفاق بیافتد و شعله تشکیل شود باید اکسیژن حضور داشته باشد . برای درک این موضوع در نظر بگیرید که قسمتی از یک انبار آتش گرفته است . با ریختن خاک بر روی آن آتش خاموش می شود . دلیل خاموش شدن شعله در این جا جلوگیری از ورود اکسیژن برای ادامه احتراق است .

ماده سوختنی : گاز سوختنی رکن دیگر واکنش احتراق است . از واکنش گاز سوختنی با اکسیژن شعله حاصل می شود . برای درک ضرورت حضور گاز سوختنی به منظور بقای شعله در نظر بگیرید که یک جنگل آتش گرفته است . در این حالت نمی توان جلوی ورود اکسیژن را گرفت، بنابراین درختان اطراف آن ناحیه ی آتش گرفته را قطع می کنند . در این حالت ماده سوختنی برای بقای شعله حذف می شود و آتش خاموش می گردد .

در جوشکاری اکسی استیلن ماده ی سوختنی گاز اکسی استیلن است .



انرژی فعالسازی : در صورتی که اکسیژن و ماده سوختنی را کنار هم قرار دهیم خود به خود احتراق آغاز نمی شود . درواقع برای هر مخلوط گازی یک دمای احتراق قابل تعریف است . تا زمانی که دمای مخلوط به دمای احتراق نرسد، سوختن اتفاق نمی افتد .
لازم نیست که دمای کل مخلوط گازی به دمای احتراق برسد و حتی اگر یک ناحیه بسیار کوچک در حد چند مولکول نیز به این دما برسند احتراق اتفاق می افتد .

در واقع انرژی فعال سازی وظیفه رساندن بخش کوچکی از مخلوط گازی به دمای احتراق را دارد .


زمانی که یک فندک به مخلوط گازی می زنیم، در بخش کوچکی از مخلوط گازی، سوختن آن بخش از مخلوط گازی، دمای گاز اطراف آن نیز بالا رفته و گاز کناری نیز به دمای اشتعال می رسد. این سلسله مراتب به همین ترتیب ادامه می یابد تا در نهایت کل مخلوط گازی تبدیل به شعله می شود .

نسبت اکسیژن به استیلن : می توان یک حد بالایی و یک حد پایینی برای این نسبت تعریف کرد . در صورتی که نسبت اکسیژن به استیلن از حد بالایی فراتر رود یا از حد پایین کمتر شود شعله از بین می رود . در صورتی که این نسبت بسیار کم باشد اتفاقی که می افتد آن است که احتراق به صورت ناقص رخ می دهد .
احتراق ناقص همراه با تولید حرارت بسیار کمی است که نمی تواند دمای مخلوط گازی اطراف را به دمای اشتعال برساند بنابراین احتراق متوقف می شود .
برای درک بهتر این موضوع یک شمع را در نظر بگیرید که روی آن یک لیوان قرار دهیم . در این حالت اکسیژن در دسترس تمام نمی شود بلکه بسیار کم می شود و به دلیل احتراق ناقص، شعله خاموش می شود . در صورتی که این نسبت از یک حدی بیشتر شود باز هم شعله خاموش می گردد .
فرض کنید یک جریان اکسیژن بسیار زیاد به یک شعله وارد شود . در این حالت احتراق کامل انجام می شود، اما به دلیل جریان شدید گاز اکسیژن دما مخلوط گازی در مجاور جایی که شعله ور شده نمی تواند به دمای احتراق برسد . در واقع مشابه آن است که داریم با یک جریان شدید اکسیژن شعله را فوت می کنیم . به عبارت بهتر زمانی که میزان اکسیژن زیادی وارد می شود مدام مولکول های اکسیژن جای یک دیگر را می گیرند و دمای مخلوط گازی مجاور شعله در هیچ قسمتی به دمای اشتعال نمی رسد .

با توجه به آن چه گفته شد برای آن که در جوشکاری اکسی استیلن شعله مناسب داشته باشیم، باید اکسیژن و گاز سوختنی هر دو با نسبت های خاص حضور داشته باشند و انرژی فعال سازی نیز فراهم شود .

تجهیزات جوشکاری اکسی استیلن



تجهیزات جوشکاری اکسی استیلن عبارت هستند از : کپسول گاز اکسیژن، سیستم تامین گاز استیلن، شلنگ، فشار سنج، رگوالتور، مشعل جوشکاری و نازل . اکسیژن و استیلن در داخل دو کپسول مجزا قرار دارند . بر روی هر کپسول یک فشار سنج وجود دارد که فشار داخل کپسول را مشخص می کند . از طرفی هر کپسول یک رگولاتور نیز دارد که به وسیله ی آن می توان فشار خروجی گاز را تنظیم کرد .
گازهای اکسیژن و استیلن با فشار تنظیم شده وارد شلنگ می شوند و این شلنگ ها وارد مشعل جوشکاری می شوند . در داخل مشعل یک محفظه ی اختلاط وجود دارد که دو گاز در داخل آن با هم ترکیب می شوند . سپس از طریق نازل از نوک مشعل خارج می شوند . با یک فندک گاز روشن شده و سپس شعله تنظیم می شود تا عملیات جوشکاری انجام شود .

سیستم تامین گاز اکسیژن و استیلن :

معمولاً از کپسول های حاوی گاز اکسیژن و استیلن برای تامین سوخت در جوشکاری اکسی استیلن استفاده می شود . استیلن گازی است که نمی توان تحت فشار زیاد در سیلندر نگه داری کرد و اگر فشار از یک حدی بیشتر شود انفجار رخ می دهد . برای آن که بتوانیم حجم مشخصی از گاز استیلن را درون سیلندر نگه داری کنیم مواد اسفنجی شکلی را در بدنه سیلندر قرار داده اند و سپس استون را داخل سیلندر تزریق می کنند . در ادامه گاز استیلن به داخل کپسول تزریق می شود . استیلن و استون با هر نسبتی در هم قابلیت انحلال دارند.
با افزایش فشار، حد اشباع استیلن در استون بیشتر می شود و به این ترتیب حجم قابل قبولی استیلن داخل سیلندر قرار می گیرد .

مشعل :

در جوشکاری اکسی استیلن مشعل نقش بسیار کلیدی دارد . در واقع قبل از آن که گاز سوختنی و اکسیژن از نوک نازل خارج شوند باید به خوبی با هم مخلوط شوند .
عمل مخلوط شدن در داخل محفظه ای که درون مشعل جوشکاری است انجام می شود . اگر عمل اختلاط به خوبی انجام نشود گاز خروجی به خوبی نمی سوزد و حرارت کافی برای احتراق فراهم نمی شود .
بدنه بیرونی مشعل معمولا از جنس برنج است و دارای دو شیر ظریف اکسیژن و استیلن می باشد . با چرخاندن این شیر ها نسبت اکسیژن به استیلن تنظیم می شود ولی فشار اصلا تنظیم نمی شود و از طریق رگولاتور تنظیم فشار امکان پذیر است .

نازل (سر مشعل-افشانک) :

): اکثراً از جنس مس است و یک سوراخ در نوک آن وجود دارد . گاهی سر مشعل از طریق قطر سوراخ و گاهی از طریق یک عدد بدون واحد معرفی می شود . سر مشعل های مختلف برای ضخامت های مختلف به کار می روند . اگر ضخامت فلز پایه زیاد باشد، باید سراغ سر مشعل های بزرگ تر برویم .

وظیفه اصلی نازل متمرکز کردن شعله به میزان دلخواه است .


اگر حرارت شعله در یک قسمت کوچک روی سطح نمونه متمرکز نشود، یا اصلا نمونه ذوب نمی شود و یا ناحیه ی وسیعی تحت تاثیر حرارت شعله قرار می گیرد که مطلوب جوشکاری نیست .

رگولاتور :

از این وسیله برای تنظیم فشار خروجی استفاده می شود . در واقع فشار داخلی سیلندر همان فشار مورد نیاز برای جوشکاری نیست و به مرور زمان نیز افت می کند . بنابراین به یک وسیله برای تنظیم فشار نیازمند هستیم .
گاز درون سیلندر از طریق دریچه ورودی ( inlet ) وارد فضای رگوالتور می شود . زمانی که وارد شد، از طریق روزنه ای که در قسمت پایینی وجود دارد وارد قسمت باالایی رگولاتور می شود و به زیر دیافراگم فشار وارد می کند . ناشی از این فشار دیافراگم (diaphragm) به بالا حرکت می کند و به فنر بالایی خود نیرو وارد می کند .
زمانی که فشار خروجی را بر روی رگولاتور تنظیم می کنیم، در واقع فشار فنر بالایی بر دیافراگم تنظیم می شود . حال پاپت (poppet) ودیافراگم به هم متصل هستند . با بالا رفتن دیافراگم، پاپت هم به بالا کشیده می شود و به تدریج روزنه ی ورود گاز به قسمت بالایی محفظه رگولاتور بسته می شود. در این زمان فشار گاز زیر دیافراگم نیز با فشار فنر به حالت تعادل رسیده و دریچه خروجی باز می شود. گاز خروجی دارای فشار تنظیم شده بر روی رگولاتور است . حال با خروج گاز دوباره دیافراگم و در نتیجه پاپت به پایین بر می گردد و دوباره گاز وارد می شود و تعادل بین فشار گاز و فشار فنر مدام تنظیم می گردد . رگولاتور هایی که برای اکسیژن و استیلن به کار می روند باهم متفاوت هستند .

مواد مصرفی



در جوشکاری اکسی استیلن گاز استیلن و گاز اکسیژن همیشه مورد استفاده قرار می گیرد در صورتی که استفاده از فلز پرکننده و فالکس (روان ساز) در برخی موارد الزامی است . برای مثال به منظور جوشکاری فلزاتی که واکنش پذیری بالا دارند، مانند آلومینیوم، باید از فالکس استفاده شود تا با ایجاد یک لایه ی لعاب مانند بر روی مذاب از اکسیداسیون آن جلوگیری کند . همچنین در مواردی که ضخامت قطعه زیاد است و درز اتصال باریک نیست، باید از فلز پرکننده برای پر کردن درز اتصال استفاده شود.

فلز پرکننده :

در فرآیند جوشکاری قوس با الکترود روکش دار، ضمن جوشکاری علاوه بر آن که فلز پایه ذوب شود، الکترود نیز ذوب می شود و به پر کردن درز اتصال کمک می کند؛ اما در فرآیند جوشکاری اکسی استیلن به دلیل استفاده از شعله، صرفا فلز پایه ذوب شده و الکترودی وجود ندارد که به حوضچه مذاب بپیوندد . حال در مواردی که درز اتصال نسبتاً پهن داریم ذوب فلز پایه برای پر کردن درز اتصال کافی نیست و باید از یک فلز پرکننده استفاده شود . برای این منظور از سیم جوش یا مفتول عمدتا هم جنس با فلز پایه استفاده می شود . با قرار دادن شعله روی قطعه کار و ایجاد حوضچه ی مذاب بر روی آن، مفتول نیز به طور متناوب به حوضچه ی مذاب نوک زده می شود تا ذوب شود و به حوضچه مذاب اضافه گردد .

مراحل کار برای جوشکاری اکسی استیلن



-ابتدا فشار گاز اکسیژن و استیلن را تنظیم کنید . ابتدا باید شیر اکسیژن یا استیلن را روی مشعل باز کنید و بعد فشار را تنظیم کنید . در صورتی که ابتدا فشار را تنظیم کنید و بعد شیر را باز کنید فشار تغییر می کند .

-روشن کردن مشعل مرحله ی بعدی است . به نظر می رسد شیر اکسیژن و استیلن را باز کرده و یک فندک هم می زنید تا روشن شود درصورتی که ابتدا باید شیر اکسیژن را 1/4 دور و شیراستیلن را 1/2 دور باز کنید . دراین حالت شعله ای که با فندک روشن می شود به اندازه یک شعله کبریت است . سپس به تدریج شیر اکسیژن و استیلن را زیاد می کنید تا شعله تنظیم شود، یا می توان صرفا گاز استیلن را باز کرد و شعله را روشن کرد .

-تنظیم شعله مرحله بعدی است . برای شعله احیایی باید سه ناحیه ی متمایز ببینید و برای شعله خنثی و اکسیدی دو ناحیه مجزا داریم . فرق شعله اکسیدی با خنثی در صدای آن و کشیدگی شعله است .

-انتخاب فلز پرکننده و روان ساز متناسب با جوش

-شعله را در مسیر جوشکاری حرکت می دهید . سرعت جوشکاری به صورت تجربی توسط جوشکار تعیین می شود . زاویه جوشکاری معمولا بین 42 تا 63 درجه است . باید قسمت هسته داخلی در تماس با نمونه جوشکاری قرار گیرد .

-اضافه کردن مفتول و روان ساز حین جوشکاری

-هنگام خاموش کردن شعله اگر شیر اکسیژن را سریع ببندید، تا زمانی که شیر استیلن را ببندید شعله دودزا محیط را آلوده می کند . اگر شیر استیلن را ببندید همراه با صدای مهیبی شعله خاموش می شود . درنتیجه باید به تدریج میزان اکسیژن و استیلن را کم کنید تا به یک شعله خیلی کم برسید . حال دیگر فرقی ندارد اکسیژن را اول ببندید یا استیلن را

نکات تکنیکی و ایمن



-اطمینان حاصل کنید که نوک مشعل تمیز است . در صورتی که نوک مشعل تمیز نباشد از تجهیزات ویژه برای تمیز کردن آن استفاده کنید .

-برای استفاده از فالکس باید نوک مفتول را که گرم شده درون پودر بزنید و این کار را مدام تکرار کنید .

-از عینک و لوازم ایمنی متناسب با فرآیند جوشکاری استفاده کنید .

-جهت جوشکاری برای افراد راست دست از راست به چپ و برای افراد چپ دست از چپ به راست است .

2 Comments

  1. اردلان معصومی گفت:

    واقعا ممنون از متن های زیباتون خیلی عالی هست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.