نکته های کاربردیدر جوشکاری با گاز اکسی استیلن
نکاتی در خصوص جوشکاری اکسی استیلن و ایمنی آن:
در اين روش از احتراق يكي از گازهايي كه به همراه اكسيژن درجه حرارتي بالا توليد مي كند استفاده مي گردد و گاز مورداستفاده معمولاً استيلن و در بعضي موارد گاز پروپان يا هيدروژن مي باشد . گاز (C2H2) يك تركيب شيميايي مي باشد كه از دو اتم كربن و دو اتم هيدروژن تشكيل مي شود و لذا تأثير آب بر كاربيد كلسيم بدست مي آيد .
Cac2 + 2H2o → C2H2 + Ca (oH)2 سنگ كاربيد + آب ← استيلن + آب آهكي+حرارت
از احتراق كامل استيلن يا اكسيژن يكي از پرحرارت ترين شعله ها ايجاد مي گردد . درجه حرارت اين شعله تا Co3200 كه بوسيله آن مي توان اكثر فلزات را به درجه حرارت لازم در جوشكاري رساند .
ارزش حرارتي گاز استيلن Kg/c 56900 مي باشد . استيلن موردنياز جوشكاري را مي توان با استفاده از مولدهاي تهيه استيلن از افزودن آب به كاربيد كلسيم بدست آورده و يا آن را در كپسولهاي مخصوصي كه از طرف كارخانجات تهيه استيلن به بازار عرضه مي گردد خريداري نمود .
مولدهاي استيلن :
مولدهاي استيلن داراي انواع مختلفي مي باشند كه آنها را مي توان براساس نحوه تماس آب با كاربيد به ترتيب تقسيم نمود .
كپسول استيلن :
كپسولهاي استيلن را از فولاد مرغوب بدون درز با ضخامت جداره 4 الي 5 M2 ساخته و جهت استقرار بروي زمين پايه چهارگوش را به كف آنها جوش مي دهند در سر اين كپسولها شيري نصب گرديده است كه در هنگام مصرف يا پركردن مورد استفاده قرار گرفته و معمولاً براي محافظت از آن در هنگام حمل و نقل درپوشي روي آن بسته مي شود .
كپسولهاي استاندارد استيلن داراي گنجايش معادل چهل ليتر بوده و در آنها استيلن را با فشار 15 بار پر مي كنند . براي پيشگيري از تجزيه استيلن و خطر انفجار در اين فشار بالا لازم است كه فضاي داخل كپسول را از مواد متخلخل پركرده و علاوه بر آن استيلن را در مايعي حل نمايند .
براي اين منظور از استن استفاده مي شود زيرا مايع استن ، استيلن را به مقدار زيادي درخود حل مي نمايد . يك ليتر استن قادر است كه در درجه حرارت Co15 و فشار يك بار به اندازه lit25 استيلن را در خود حل كرده و خاصيت ديگر آن اين است كه متناسب با افزايش فشار مقدار بيشتري استيلن را در خود حل مي نمايد با اين ترتيب در فشار 15بار و با وجود lit16 استن به اندازه lit6000 استيلن را در كپسول جاداده اند .
25 *16 * 15 =6000 lit
براي جلوگيري از سرايت شعله به داخل كپسول استيلن (در صورت پس زدن شعله) بايستي حتماً در سر راه شیلنگها(بهترین حالت چسبیده به انتهای مشعل جوش) از شیر یکطرفه(فلاش بک) استفاده نمود.
كپسول اكسيژن :
كپسولهاي اكسيژن را نيز از فولاد مرغوب انتخاب كرده و آنها را بدون درز مي سازند پايه و قسمت انتهایی آنها مشابه كپسولهاي استيلن بوده و حجم آنها معمولاً lit40 مي باشد براي آنكه بتوانند مقدار بيشتري اكسيژن را در كپسولها جاي دهند معمولاً اكسيژن را با فشار 150 بار درداخل آنها پر كرده و به اين ترتيب مي توان lit6000 (150*40) اكسيژن را در آنها جاي داد يكي از تفاوتهاي عمدة در كپسولها ضخامت جداره آنها مي باشد كه معمولاً مقدار آن را mm 75/8 انتخاب مي كنند تا بتوانند فشار 150 بار را با اطمينان كامل تحمل نمايد .
دستگاه تقليل دهنده فشار(مانومتر):
از آنجائيكه فشار گاز داخل كپسولها زياد بوده و با اين فشار زياد نمي توان جوشكاري كرد لازم است كه به استفاده از دستگاه تقليل دهنده اي فشار آنها را برحسب نياز تقليل داده و جريان گاز يكنواختي را به مشعل هدايت نمود. اين دستگاهها معمولاً بطور مستقيم به كپسولها متصل شده و پايه خطوط انتقال گاز قبل از شيلنگهاي متصل به مشعل نصب مي گردد . اساس كار اين دستگاه و دستگاهها بدين ترتيب است كه با بازكردن شير كپسول گاز وارد قسمتي از آن مي شود كه در بالاي آن فشارسنجي جهت نشان دادن فشار داخل كپسول نصب گرديده است پس از این مرحله گاز از طريق سوپاپي وارد فضاي بالاي يك ممبران مي شود در زير ممبران نيز پيچ تنظيم وجود دارد . بستن پيچ در نتيجه كوچك شدن فضاي بالاي ممبران شده و دبی سوپاپ گاز خروجي افزايش می یابد. و به عكس با بازكردن پيچ مي توان فشار گاز خروجي را تقليل داد . در قسمت خروجي گاز فشارسنجي ديگر جهت نشان دادن فشار گاز اصلی وجود دارد . اساس كار فشارسنجهاي كپسولهاي اكسيژن و استيلن يكي بوده و در درجه بندي روي فشارسنج به آنها مي توان مورداستفاده آنها را تشخيص داد . فشارسنج دستگاههاي تقليل فشار مربوط به گاز اكسيژن در قسمت مربوط به فشار كپسول معمولاً تا 300بار و فشارسنج مربوط به قسمت مصرف تا 15 بار مدرج شده است اما فشارسنجهاي مربوط به گاز استيلن راه ورودي معمولاً تا 40بار و در قسمت خروجي تا 5 بار مدرج گرديده اند . در روي هر يك از فشارسنجهاي مربوط به گاز اكسيژن و استيلن در محل خاصي خط قرمزي نقش نموده اند كه تنظيم فشار گاز مربوط به بيش از حد مجاز بوده و خط انفجار را بهمراه دارد فشار تنظيمي گازهاي اكسيژن و استيلن در هنگام جوشكاري بستگي به ضخامت قطعات اتصال و در نتيجه به اندازه سر يك مورد استفاده داشته و معمولاً در روي فشار اكسيژن تنظيمي لازم به همراه ضخامت قطعات اتصال و در نتيجه به اندازه سر مشعل مورد استفاده داشته و معمولاً در روي فشار اكسيژن تنظيمي لازم به همراه ضخامت و قطع مورد اتصال حك گرديده و كافي است فشار استيلن به اندازه اي از فشار اكسيژن تنظيم كرد .
مشخصه و نواع كپسولها:
براي تشخيص گاز داخل كپسولها سطح آنها را با رنگهاي استانداردي مشخص مي پوشانند براي آن كه دستگاههاي تعديل فشار هر يك از كپسولها را بتوان به ديگري بست و همچنين براي جلوگيري از بستن اشتباه كپسول اكسيژن بر خطوط مربوط به گازهاي قابل اشتعال اتصالات آنها و همچنين پيچهاي آنها را نيز متفاوت انتخاب مي نمايند .
از آنجايي كه بستن اشتباه شيلنگ يا لوله هاي اكسيژن به گازهاي قابل اشتعال و يا بر عكس نيز مي توان گاز قابل انفجار ايجاد نمود و باعث سانحه گردید . اتصالات آنها را به محل دستگاههاي تقليل فشار مختلف انتخاب كرده و براي اكسيژن مهره راستگرد و براي استيلن مهره چپگرددر نظر مي گيرند همچنين قطر داخلي شيلنگهاي اكسيژن را كمتر از قطر داخلي شيلنگهاي گاز أن انتخاب مي كنند.
مشعل های جوشكاری:
وسائلي هستند كه وظيفه تنظيم اختلاط و هدايت مخلوط گازها را دارند.بر روی دسته مشعلها دو عدد شير براي تنظيم جريان گازها ( استيلن و اكسيژن ) مستقل از يكديگر وجود داشته و سر مشعلها با توجه به ضخامت قطعات اتصال انتخاب مي شود به دسته متصل میگردند.
مكانيزم اختلاط گازها در مشعلهاي جوشكاري معمولاً براساس مكيده شدن گاز استيلن به وسيله اكسيژن بوده و عمل اختلاط در داخل لوله يك كه به نام لوله اختلاط ناميده مي شود تكميل مي گردد . اين نوع مشعلها را كه بيشترين كاربرد را دارند را مشعلهاي انژكتوري ناميده و فشار گاز قابل اشتعال در آنها كم و فشار اكسيژن از 3 تا 5بار تنظيم مي گردد . از اين مشعلها براي جوشكاري با گاز استيلن استفاده مشود. نوع ديگر مشعلهاي جوشكاري كه با فشار مساوي گازها كار مي كنند به نام مشعلهاي فشاري معروف هستند، و معمولاً از آنها در جوشكاري با گاز هيدروژن استفاده مي گردد به اين ترتيب شعله اي به وجود مي أيد كه به نام شعله خنثي ( نرمال ) و از سه قسمت مخروطی سفيد ، آبي و هاله بنفش رنگ تشكيل شده است حداكثر درجه حرارتي كه از احتراق اين گاز به وجود مي أيد در حدودC 3200 بوده و در منطقه اي به فاصله 2 تا 5 ميلي متر از داس مخروط سفيد رنگ وجود دارد .
زماني كه نسبت اختلاط اكسيژن و استيلن 1 به 1 انتخاب شود قسمت مخروطی شعله سفيد درخشان بوده و محدوده مشخصي دارد اين نوع شعله را شعله خنثي ناميده و در جوشكاري فولادها از اين شعله استفاده مي نمايند اگر مقدار اكسيژن زياد تر انتخاب شود مخروط سر مشعل كوتاهتر شده و بيشتر به أبي متمايل مي گردد اكسيژن اضافي كه در شعله وجود دارد با مذاب ترکیب شده و محل جوشكاري را شكننده مي نمايند .اين شعله را شعله اكسيد كننده مي نامند كه در جوشكاري فولادها باعث جهيدن جرم زياد به اطراف گرديده و علاوه بر سوختن د رزجوش باعث داخل شدن اکسیژن به محل جوش مي شود از اين نوع شعله در جوشكاري قطعات برنجي و همچنين گرم كردن قطعات به منظور آبكاري , صافكاري و غيره استفاده مي نمايد چنانكه مقدار استيلن بيشتر از اكسيژن تنظيم شود مخروط سر مشعل محدوده مشخصي نداشته و رنگ آن متمايل به زرد مي گردد . در اين حالت به دليل كم بودن اكسيژن مقداري از منواكسيد كربنco2) ) سوخته باقي مي ماند كه به دليل فشار شعله به داخل مذاب نفوذ كرده و باعث افزايش مقدار كربن آن و در نتيجه ازدياد سختي قطعه كار در محل جوشكاري مي گردد اين نوع شعله شعله احيا كننده نام داشته و در جوشكاري قطعات چدني و آلومينيومي استفاده دارد .
ترتيب روشن كردن مشعل:
در شروع كار قبل از شروع به جوشكاري لازم است كه ابتدا سر مشعل مناسبي را با توجه به ضخامت قطعه كار انتخاب كرده و آن را به دسته مشعل متصل نمایید.اکنون بايستي فشار گازهاي مصرفي را مشخص كرده و يا در نظر گرفتن اين فشارها و رعايت مراتب زير اقدام به روشن كردن و تنظيم مشعل نمود .
1)شير كپسولها را به آرامي باز كنيد تا از ايجاد صدمه به دستگاههاي تنظيم فشار جلوگيري گردد .
2) شيرهاي روي دسته مشعل را به نوبت و به مقدار كمي باز كرده و در همان حال به سرعت دستگاه تنظیم فشار مربوطه را با توجه به فشار كار مورد لزوم كه قبلاً تعيين كرده ايد تنظيم نماييد .
3) ابتدا شير اكسيژن مشعل را حدود 1/4 تا 1/3 دور باز كرده و سپس شير استيلن را در حدود 1/2 دور باز و مشعل را به فندك و يا چراغ جوشكاري نزديك نماييد در اين حال شعله در سر مشعل بدون آنكه دوده در فضاي كارگاه منتشر گردد بوجود مي آيد . حال مي توان شعله مورد لزوم را تنظيم كرد .
ترتيب خاموش كردن مشعل در خاتمه كار :
براي آنكه خاموش كردن مشعل توام با ايجاد دود و انتشار آن در فضاي کارگاه نباشد و دستگاههاي تنظيم فشار و شيلنگ گازها در زماني كه از دستگاه استفاده نمي گردد و تحت فشار قرار نگيرند ، لازم است مراتب زيرا رعايت نمود :
1)ابتدا شير استیلن مشعل و پس از خاموش شدن شعله، شير اكسيژن آن را ببنديم .
2) ابتدا شيرهاي كپسولها را بسته و سپس براي خروج گازها از داخل دستگاه تنظيم فشار و شيلنگهاي جوشكاري شيرهاي روي دسته مشعل را باز نماييد تا گازها خارج شود .
3) پس از خروج گازها شيرهاي روي دسته را بسته و پيچ تنظيم فشار دستگاههاي تنظيم كاملاً باز نماييم تا فشار از روي آنها بر داشته شود .
نكاتي كه در جوشكاري با گاز اكسي استيل بايستي مورد توجه قرار گيرد :
1- لازم است براي جلوگيري از خروج استن از كپسولهاي استيلن در هنگام خروج گاز بايستي آنها را بطور عمودي قرار داد در صورت نياز به مايل قرار دادن كه شير كپسول حداقل به اندازه 40 cm از سطح زمين فاصله داشته و بعنوان زير سري حتماً از قطعات توپر استفاده گردد .
2-از يك كپسول استيلن هرگز بيش از 1000 lit در ساعت برداشت نكنيم در صورت نياز مي توان چند كپسول را از طريق يك كلكتور (جمع كننده) به مدار متصل نمودار اينصورت نيز نبايد از هر كپسول بيشتر از 700 lit برداشت كرد، زيرا استيلن بدليل سرعت زياد از كپسول خارج مي گردد .
3- قبل از بستن دستگاههاي تقليل فشار لازم است كه شير كپسولها را كمي باز نمود كه گرد و غبار و كثافتهاي احتمالي جمع شده در محل به دستگاه وارد نشود .
4- قبل از سرد شدن كامل سرمشعل از تعويض آن خودداري نمائيد .
5- براي تميز كردن سوراخ نازلها فقط از سوزنهاي مخصوصي كه براي همين منظور ساخت
شده اند استفاده نمايد .
نكات ايمني و پيشگيري از حوادث درجوش با گاز :
1)كپسولهاي اكسيژن و استيلن بايستي از منابع حرارتي دور بوده و از محل جوشكاري حداقل 3 m فاصله داشته باشند .
2)براي هر مخزن استيلن 60 m 2فضا و 20 m سطح در نظر گرفته شود .
3)در فضاهای سربسته پنجره هاي كارگاه بايستي در حين كار باز بوده و هواكشهاي محل كار نيز بخوبي كار كند .
4)كليه اتصالات مربوط به گازهاي مورد مصرف بايستي كاملاً آبندي شوند آبندي آنها را مي توان با استفاده از كف صابون و با كمك يك قلم مو كنترل نمود .
5)كپسولهاي استيلن را در مقابل ضربه ، افتادن ، حرارت ديدن و با يخ زدن محافظت نمائيم در صورت يخ زدن مخزن از آب گرم به ترتيبي استفاده كنيم كه از گرم شدن بيش از حد كپسول جلوگيري گردد .
6)كپسول استيلن را در مقابل حرارت و تابش نور خورشيد محافظت نمائيد زيرا ازدياد حرارت به اندازه 2 cm فشار كپسول را در يك اتمسفر بالا مي برد .
7)كپسول اكسيژن و اتصالات آنرا بدور از روغن و چربي نگه داريد زيرا خطر انفجار وجود دارد براي روان كردن پيچهاي تنظيم مربوط از آب صابون و يا گليسرين استفاده نمائيد .
8)براي روشن كردن مشعل از فندك يا چراغ جوشكاري استفاده كرده و براي اين منظور هرگز از كبريت بكار نبريد .
9)براي محافظت چشم در مقابل درخشندگي شديد محل جوشكاري و جهيدن در هنگام كار از عينك هاي محافظي كه شيشه هاي تيره اي كه دارند استفاده نمود .
10)در موقع جوشكاري حتماً از لباس كار يقه بسته استفاده كرده و حتي الامكان از پيشبند و كلاه محافظ و دستكش چرمي استفاده نمود .
11)اتصالات لوله ها و واشرهاي آبندي در استیلن را ،هيچ گاه از جنس مس يا آلياژهايي از آلومينيوم كه بيش از 65% مس داشته باشد انتخاب نكنيد زيرا خطر انفجار وجود دارد .
12)كاغذ و پارچه و چوب و مواد قابل اشتعال ديگر را از محل جوشكاري دور نگه داريد .
13)در صورتي كه شعله در سر پیک جوشكاري يا برشکاری پس بزند بايستي بلافاصله شير اكسيژن و سيلندر را بسته و سر پیک را در صورت لزوم در آب خنك نمود .
14)اگر احياناً شيلنگ استيلن آتش گرفت فوراً شير اصلي را بسته و سپس اقدام به خاموش كردن آتش نمايد .
انواع انفجارها :
پس زدن سطحي
پس زدن عمقي
پس زدن سطحي shallow back fire انفجاري است كه معمولاً با صداي کم همراه است و اين عمل زماني اتفاق مي افتد كه پستانك مشعل يا برش خيلي زياد به قطعه باشد يكي از دلايل ديگر اين است كه زماني كه گاز از نوك مشعل خارج مي شود و سرعت آن كاهش مي يابد، چنانچه اين مقدار ،مقداری باشد كه كمتر از مورد نياز شعله است در اين صورت تاُمين كسري شعله بداخل مشعل بر ميگردد مورد سوم اگر حرارت نوك مشعل به 600 فارانهايت بر اثر انفجار خود به خود در گازهاي مخلوط در نوك مشعل اتفاق مي افتد و ممكن است نسبت به پس زدن عمقي يا back-fire ميگردد.
پس زدن عمقي يا deep back fire انفجاري است كه در داخل مشعل و دستگاههاي تاُمين گاز ادامه مي يابد و نتيجه آن خراب شدن مشعل � تركيدگي شيلنگ و انفجار شديد رگولاتور و كپسول مي رسد . گاهي پس زدگي سطحي مي تواندبه سرعت تبديل به پس زدگي عمقي (به علت زياد بودن سرعت خروجي گاز)شود.
اكسيژن و خواص آن :
اكسيژن گازي است بي رنگ و بي بو و بي طعم و عنصري است فوق العاده فعال و ميل تركيبي شيميايي زيادي دارد كه در شرايط تقريباً با تمام عناصر ديگر تركيب مي شود ارزش اصلي اكسيژن براي جوشكاري در اين است به احتراق كمك مي كند و هر گاز سوختي كه به كار ورود اكسيژن براي ايجاد گرما ضرورت دارد سوختن مواد يا گاز در هوا فقط تركيب سريع آنها با اكسيژن هواست و چنانچه عمل احتراق آنها در اكسيژن خالص كه براي ايجاد شعله جوشكاري مصرف مي شود انجام گيرد با سرعت زيادتر و درخشندگي بيشتر انجام خواهد گرفت وزن هر متر مكعب اين گاز در فشار معمولي 760 ميلي متر جيوه و در حرارت صفر درجه 43/1 كيلوگرم است . اين گاز نبايد با مواد چرب و روغن تماس پيدا كند زيرا ممكن است اين اجسام در مجاورت اكسيژن آتش گرفته شعله بسيار گرمي را توليد نمايد .
طرز تهيه اكسيژن در صنعت :
اكسيژن لازم براي جوشكاري بايد خالص باشد اكسيژن را كه در كارخانه هاي مخصوص از هوا به مقدار 21% اكسيژن دارد جدا مي كنند هوا را به تدريج سرد كرده , تحت فشار و درجه حرارت معيني به مايع تبديل مي كند اين هوا مخلوطي است از اكسيژن و ازت كه اگر اين كه اگر اين هواي مليح را كه درجه برودت آن صفر است گرم كنيم ابتدا ازت كه درجه تغيير آن 196- است بخار شده و اكسيژن خالص باقي ميماند اكسيژن مايع را گرم ميكند تا به صورت گاز در آمده , آنگاه با فشار پوند2200 است يعني گاز فشرده در آن 1 فضاي را اشغال مي كند كه در فشار عادي احتياج دارد چون گنجايش كپسول 40 ليتر است بنابر اين فشرده داخل آن درفشار معمولي يعني فشار يك جو برابر با 4006000*150 ليتر 6 متر مكعب را اشغال ميكند
خطر دود و بخار فلزات :
بيشتر فلزات را وقتي حرارت دهند , دودهاي سمي , تحريك كننده توليد مي كنند فلزاتي كه دودهاي خطر ناك ايجاد مي كنند از اين قرارند :
1) كاديوم 2) روي 3) سرب
آهن و آلياژهاي آن مانند چدن و انواع فولاد جز فلزات آهني محسوب مي شوند و مابقي فلزات رنگين ناميده مي شوند مانند مس - روي - برنز - آلمينيوم - سرب - نيكل و فلزات رنگين ديگر مشكل اصلي و اساسي در جوشكاري فلزات رنگين تمايل بيشتر به اكسيد شدن در هنگام جوشكاري مي باشد كه اين مسئله موجب كاهش استحكام جوش مي گردد براي اينكه اين نقص را بر طرف كنند واسیداسیون جلوگيري نماينداز روان سازهاي مختلفي استفاده مي شود .
بطور كلی دستگاه جوشكاری گازشامل تجهیزات ذیل میباشد:
منبع گاز :
الف ) كپسول اكسيژن ( گاز فشرده با تانك (اكسیژن مايع )
ب) كپسول استيلن يا مولد گاز استيلن ( ژنراتور استيلن )
دستگاه تنظيم فشار :
شامل فشارسنجهاي فشار زياد و كم و پيچ و مهره و لوله آن
دو عدد دستگاه تنظيم فشار،يكي براي كپسول اكسيژن و يكي براي كپسول استيلن لازم است .
شيلنگ مخصوص فشار قوي :
جهت اكسيژن با رنگ مشكي , آبي , سبز و براي گاز با رنگ قرمز قطر شيلنگ گاز mm 9 و هوا mm6 مي باشد .
مشعل جوشكاري :
شامل محفظه اختلاط گاز
شيرهاي سوزني و پيچ و مهره انواع آن : 1) فشار مساوی 2) تزيقی
عینک
جرقه زن
انواع شعله جهت فلزات غير آهني:
| آلومینیوم |
کمی احیا |
نیکل |
کمی احیا |
| برنج |
خنثی و کمی اکسید کننده |
سرب |
خنثی |
| برنز |
خنثی و کمی اکسید کننده |
نقره |
کمی احیا |
| مس |
خنثی و کمی اکسید کننده |
نقطه ذوب برخي از فلزات:
قلع 232 درجه سانتي گراد
سرب 327 درجه سانتي گراد
روي 419 درجه سانتي گراد
آلومينيوم 658 ساتي گراد
برنج 930 درجه سانتي گراد
برنز 900 درجه سانتي گراد
نقره 960 درجه سانتي گراد
مس 1083 درجه سانتي گراد
چدن 1200 درجه سانتي گراد
آهن 1540 درجه سانتي گراد
نيكل 1450 درجه سانتي گراد
مطالب درج شده جنبه عمومی داشته ودر تمامی جوشکاریهای گازی قابل استفاده میباشد.ضمن اینکه دانستن و اجراء این مطالب برای تمامی اپراتورهای جوش سر به سر میلگرد(فورجینگ میلگرد)الزامی است.
تهیه وتدوین :واحد آموزش آفتاب تابان کنزا
اولین مجری ، طراح و سازنده دستگاه جوش فورجینگ سر به سر میلگرد در ایران