جوشکاری هواگاز

 

از جوشکاری هوا گاز می توان برای اتصال دادن ورق های نازک و لوله ها استفاده کرد و برای جوشکاری های تعمیراتی نیز مناسب است. از آنجایی که با افزایش ضخامت، قیمت جوشکاری هوا گاز بسیار بالا رفته و به صرفه نیست، این فرآیند برای اتصالات ضخیم استفاده نمی شود. به جز جوشکاری گازی از حرارت شعله در هاردفیسینگ و برش هواگاز نیز استفاده می شود.

فرایند جوشکاری هوا گاز

حرارت شعله ناشی از سوختن گاز در جوشکاری هوا گاز تا 3100 درجه سانتیگراد می رسد. دمای شعله جوشکاری گازی و تمرکز حرارتی آن از جوشکاری های قوسی کمتر است. درجه حرارت شعله در جوشکاری با گاز پارامتر بسیار مهمی است که تعیین کننده حرارت ورودی و عمق و پهنای اتصالی است که شکل می گیرد. حرارت شعله در جوشکاری با گاز توسط نیروی جابجایی و تشعشع به قطعه منتقل می گردد. نیروی جابجایی در جوشکاری هوا گاز به فشار گاز و تشعشع به دمای شعله بستگی دارد. میزان حرارت تشعشعی منتقل شده به قطعه کار بستگی به توان چهارم درجه حرارت شعله دارد. پس در جوشکاری با گاز کوچکترین تغییری در دمای شعله می تواند حرارت تشعشعی را به شدت تغییر دهد.

پارامترهای فرایند جوشکاری هوا گاز

در جوشکاری هوا گاز ، شدت احتراق پارامتری است که انرژی شعله را نشان می دهد و از مجموع حرارت حاصل از احتراق ترکیبات سوختنی به دست می آید. حجم اکسیژن در واحد حجم گاز سوختنی را نسبت احتراق می نامند. اکسیژن با جذب کردن مقداری از حرارت شعله دمای آن را کاهش می دهد. استفاده از هوا برای انجام عمل احتراق موجب اضافه شدن نیتروژن به فرآیند می شود. نیتروژن هم بخشی از حرارت را جذب کرده که موجب کاهش بیشتر درجه حرارت شعله می شود. در نتیجه سوختن گاز در هوا در جوشکاری با گاز درجه حرارت کمتری نسبت به سوختن با اکسیژن تولید می کند.

 

در جوشکاری هوا گاز کاهش نسبت احتراق نیز موجب کاهش درجه حرارت شعله می شود. بنابراین تنظیم نسبت اکسیژن با گاز مهمترین عامل تاثیر گذار روی دمای شعله است. شعله علاوه بر حرارت دادن به منطقه اتصال، عمل حفاظت از حوضچه جوش و فلز پرکننده را هم انجام می دهد.

گازهای پر کاربرد در جوشکاری هوا گاز

استفاده از استیلن در جوشکاری هوا گاز به دلیل ایجاد دمای شعله بالاتر مرسوم تر است. به همین دلیل به جوشکاری هوا گاز ، جوشکاری اکسی استیلن (Oxy Acetylene Welding) نیز می گویند. در صنعت برای تولید گاز استیلن از کاربید کلسیم با اصطلاح صنعتی سنگ کاربید یا سنگ کاربیت استفاده می شود، بنابراین به این فرآیند جوشکاری کاربیت نیز می گویند.

 

هیدروژن ، پروپان ، گاز طبیعی ، بوتان و پروپیلن و دیگر ترکیبات هیدروکربنی نیز گازهای مورد استفاده در جوشکاری هوا گاز هستند. از گاز هیدروژن بیشتر برای جوشکاری گاز فلزات با نقطه ذوب پایین مثل آلومینیوم ، منیزیم و سرب استفاده می شود. به دلیل نبود دوده و ظرافت شعله هیدروژنی ، برای جوشکاری با گاز قطعات ظریف مانند جواهرات و قطعات الکترونیکی از این ماده استفاده می شود. باقی گازها به دلیل کربن زایی شدید برای آلیاژهای آهنی مناسب نیستند. اما برای جوشکاری هوا گاز برخی فلزات غیرآهنی ، لحیم کاری یا پیش گرم کردن استفاده می شوند.

تجهیزات جوشکاری هوا گاز

تجهیزات اساسی جوشکاری اکسی استیلن شامل سیلندر گاز سوختنی و اکسیژن می شود که هر کدام رگولاتوری برای تنظیم فشار دارند. شیلنگ هایی گاز را از سیلندر به مشعل انتقال می دهند. شیرهای تنظیم جریان گاز به مشعل که روی مشعل نصب می شوند. در نهایت خود مشعل و نازل آن که برای مصارف مختلف تنظیم می شود. هر کدام از اجزای یاد شده نقشی اساسی در کاربرد و کنترل گرمای لازم برای جوشکاری هوا گاز دارند.

تجهیزات ذخیره سازی گاز

در جوشکاری هوا گاز عموما از گاز اکسیژن استفاده می شود. اکسیژن با خلوص 99.5 درصد در کپسول های فولادی در دسترس است. این ماده به صورت گاز فشرده یا مایع ذخیره می شود.

 

استیلن مهم ترین ماده در جوشکاری اکسی استیلن است. استیلن با فرمول شیمیایی C₂H₂ گازی بسیار ناپایدار و به آسانی قابل اشتعال است. نگه داری استیلن به صورت گازی در فشارهای بالا بسیار خطرناک است و برای جلوگیری از نشت آن و اشتعال در هوا باید دقت کافی اعمال شود. استیلن اغلب در استون نگه داری می شود تا احتمال بروز خطرات کاهش یابد. در جوشکاری کاربیت ، سنگ کاربید با آب طبق فرمول زیر ترکیب شده و تشکیل گاز استیلن می دهد.

CaC₂ + 2H₂O ➾C₂H₂ + Ca(OH)₂

در فرآیند جوشکاری کاربیت تجهیزات این فرآیند به صورت مولد گاز استیلن عمل می کند. مولدها انواع گوناگونی دارند که بر اساس گنجایش، فشار و روش کار متفاوت می باشند.

رگولاتور

رگولاتور در جوشکاری هوا گاز وظیفه تنظیم و کنترل فشار کپسول های گاز و تبدیل آن به فشار مناسب برای جوشکاری را ایفا می کند. رگولاتور ها در انواع یک مرحله ای و دو مرحله ای عرضه می شوند که رگولاتورهای دو مرحله ای برای فشارهای بالای گاز مناسب هستند.

شیلنگ های گاز

شیلنگ های گاز فرآیند جوشکاری هوا گاز و فرآیندهای مشابه به طور اختصاصی برای این فرآیندها طراحی می شوند. این شیلنگ ها در عین داشتن انعطاف کافی برای راحتی جوشکار باید استحکام کافی برای تحمل فشارهای داخلی در دماهای بالا را هم داشته باشند. در ورودی شیلنگ به مشعل باید شیرهای یک طرفه نصب شوند تا از برگشت گاز داغ به درون شیلنگ یا سیلندر جلوگیری شود. رنگ شیلنگ های مربوط به استیلن و گاز در استاندارد هر کشوری متفاوت است تا تشخیص این دو شیلنگ آسان تر باشد.

مشعل جوشکاری هوا گاز

مشعل معمول برای جوشکاری هوا گاز شامل دسته مشعل، مخلوط کننده گاز و نازل می باشد. وظیفه مشعل اختلاط و انتقال نسبت های مناسب گاز سوختنی و اکسیژن به نازل و دمیدن آن به محل اتصال می باشد.

 

دسته مشعل شامل کنترل های مربوط به جریان و اختلاط اکسیژن و گاز سوختنی می شود. دسته های مشعل جوشکاری کاربیت انواع مختلفی دارند. دسته های کوچک مشعل برای کاربردهای سبک و جریان های گاز کم و دسته های بزرگ برای جریان های بیشتر استفاده می شوند. مخلوط کننده های گاز نیز بسته به فشار گاز ورودی به دو نوع تقسیم می شوند. مخلوط کننده های انژکتوری تا 13 اتمسفر و مخلوط کننده های فشار مثبت بالای 14 اتمسفر را پشتیبانی می کنند.

 

نازل های جوشکاری هواگاز بخشی از مشعل هستند که گازهای ترکیب شده پیش از احتراق از آن گذر می کند. نازل به جوشکار امکان هدایت شعله و جهت گیری آن را به سمت محل اتصال می دهد.

نازل های جوشکاری هواگاز از آلیاژ های غیر آهنی با حداکثر هدایت حرارتی مثل آلیاژهای مس ساخته می شوند. نازل های جوشکاری گاز قطر سوراخ های متنوعی نیز دارند. نازل های باریک برای جوشکاری گازی ورق های نازک و کارهای ظریف استفاده می شوند. نازل های ضخیم برای جوشکاری گازی ورق های ضخیم یا پیش گرم کردن مناسب هستند. فشار گاز نیز متناسب با قطر نازل تنظیم می شود. فشار زیاد با نازل نازک موجب پاشش می شود. فشار کم با نازل بزرگ نیز نتیجه مناسبی نخواهد داشت.

خصوصیات شعله در جوشکاری هوا گاز

شعله ای که بعد از احتراق ترکیبات گازی ایجاد می شود، بر اساس ترکیب شیمیایی گاز خروجی چند شکل متفاوت دارد. این اشکال هر کدام تاثیر خاصی روی فرآیند جوشکاری هوا گاز خواهند گذاشت.

شعله استیلنی

شعله استیلنی نتیجه سوختن استیلن خالی در نوک نازل بوده و دوده ایجاد می کند. این شعله کاربرد زیادی در جوشکاری اکسی استیلن ندارد.

شعله کربن زا

در جوشکاری هوا گاز ، این شعله بعد از باز کردن گاز اکسیژن ایجاد می شود که منجر به ایجاد یک مخروط سفید در سر نازل و شعله ای آبی تا سفید متمایل به نارنجی می شود. از این شعله به دلیل حرارت پایینی که دارد، در جوشکاری فلزاتی مثل نقره و لحیم کاری استفاده می شود.

 

در سخت کاری سطحی فولاد کم کربن نیز از این شعله می توان استفاده کرد.

شعله خنثی

شعله خنثی پرکاربرد ترین شعله در جوشکاری اکسی استیلن است. لایه درونی شامل مخروط سفید کوچکی و لایه بیرونی تر شعله آبی رنگی است که با محافظت از حوضچه مذاب مانع ورود اکسیژن و اکسیداسیون آن می شود.

شعله احیا کننده

این شعله در جوشکاری کاربیت با افزایش بیشتر اکسیژن به وجود می آید. از این شعله در جوشکاری فولادهای کم آلیاژ و جوشکاری برنج ها استفاده ها می شود. در جوشکاری برنج ها ایجاد اکسید مس روی حوضچه مذاب مانع از بخار شدن روی و خارج شدن آن از حوضچه می شود.

فلز پر کننده در جوشکاری هوا گاز

سیم های فلز پر کننده در جوشکاری کاربیت فولادهای کم کربن شامل سه کلاس RG65 ، RG60 و RG45 می شود. این سیم ها هیچ پوشش و ترکیبات سرباره سازی ندارند و به وسیله اضافه کردن عناصر آلیاژی و کنترل اتمسفر جوشکاری هوا گاز روی منطقه جوش تاثیر می گذارند. چنانچه مصرف قطعه کار در محیط دارای خصوصیات خوردگی باشد، فلز پرکننده با نزدیک ترین ترکیب به فلز اصلی استفاده می شود. اما در صورتی که استحکام یا چقرمگی بالا مد نظر باشد سیم جوش مناسب انتخاب می شود.

جوشکاری هوا گاز فلزات مختلف

فولادهای کم کربن، فولادهای کم آلیاژ و چدن ها معمول ترین فلزات در جوشکاری هوا گاز هستند. معمولا در جوشکاری این فلزات از مواد سرباره ساز استفاده نمی شود. با این وجود، توجه به عملیات حرارتی به خصوص پیش گرم کردن این آلیاژها از اهمیت بالایی برخوردار است. در جوشکاری این آلیاژها از شعله های خنثی یا اندکی کربن زا استفاده می شود. فرایند جوشکاری اکسی استیلن در فولادهای زنگ نزن باید اندکی تغییر داده شود. در جوشکاری هوا گاز این آلیاژها برای جلوگیری از بین رفتن عناصر آلیاژی از شعله خنثی و نازک به همراه سرباره استفاده می شود. حتی با وجود سیم های پر کننده حاوی کروم یا نیکل به منظور جبران از دست رفتن عناصر، جوشکاری هوا گاز فرایند مناسبی برای اتصال این آلیاژها نیست.

 

جوشکاری آلومینیوم با گاز نیز ممکن است دچار مشکلاتی از جمله hot shortness یا از دست رفتن استحکام در دمای بالا شود. همچنین در جوشکاری آلومینیوم با گاز ، حفاظت از منطقه جوش از اهمیت بالایی برخوردار است. مناطق حفاظت نشده در جوشکاری آلومینیوم با گاز با لایه اکسیدی پوشیده می شوند که در ترکیب با سرباره روی سطح حوضچه جوش شناور می شوند.

جوشکاری مس با گاز به دلیل ضریب انبساط حرارتی احتمال اعوجاج زیادی دارد. بنابراین در جوشکاری مس با گاز رعایت این میزان اعوجاج و بازشدگی در طراحی از اهمیت بالایی برخوردار است.

قیمت جوشکاری هوا گاز

پایین بودن قیمت جوشکاری هوا گاز در کنار ساده بودن فرایند و قابل حمل بودن تجهیزات آن، جوشکاری هوا گاز را به فرایندی محبوب در کاربردهای کوچک بدل کرده است. همچنین سرعت جوشکاری هوا گاز با جوشکاری های قوسی قابل مقایسه است. این مسئله هم در کنار سرعت نصب بالا موجب به صرفه بودن قیمت جوشکاری هوا گاز می شود. جوشکاری های تعمیراتی قطعات ضخیم هم جزو فرایندهای پرطرفدار در بین عملیات جوشکاری هوا گاز است. در کنار پایین بودن قیمت جوشکاری هوا گاز سادگی مکانیزه کردن آن در مقایسه با فرآیند هم رده الکترود دستی عامل دیگری در استفاده بالا از این فرایند محسوب می شود. در نهایت، در مقایسه با جوشکاری الکترود دستی ، اپراتور جوشکاری اکسی استیلن نیاز به مهارت بالایی نیز ندارد.