جوشکاری اکسی اسیتیلن شاخه کارودانش پایه سوم هنرستان خوارزمی

                         جوشکاری اکسی اسیتیلن(C2H2)
               نکاتی در خصوص جوشکاری اکسی استیلن و ایمنی آن:

در این روش از احتراق یکی از گازهایی که به همراه اکسیژن درجه حرارتی بالا تولید می کند استفاده می گردد و گاز مورداستفاده معمولاً استیلن و در بعضی موارد گاز پروپان یا هیدروژن می باشد . گاز (C₂H₂) یک ترکیب شیمیایی می باشد که از دو اتم کربن و دو اتم هیدروژن تشکیل می شود و لذا تأثیر آب بر کاربید کلسیم بدست می آید .

Cac₂ + 2H₂o      →   C₂H₂ + Ca (oH)₂            سنگ کاربید   + آب  ←   استیلن  +   آب آهکی+حرارت

از احتراق کامل استیلن یا اکسیژن یکی از پرحرارت ترین شعله ها ایجاد می گردد . درجه حرارت این شعله تا C^o3200 که بوسیله آن می توان اکثر فلزات را به درجه حرارت لازم در جوشکاری رساند .

ارزش حرارتی گاز استیلن Kg/c 56900 می باشد . استیلن موردنیاز جوشکاری را می توان با استفاده از مولدهای تهیه استیلن از افزودن آب به کاربید کلسیم بدست آورده و یا آن را در کپسولهای مخصوصی که از طرف کارخانجات تهیه استیلن به بازار عرضه می گردد خریداری نمود .

مولدهای استیلن :

مولدهای استیلن دارای انواع مختلفی می باشند که آنها را می توان براساس نحوه تماس آب با کاربید به ترتیب تقسیم نمود .

کپسول استیلن :

کپسولهای استیلن را از فولاد مرغوب بدون درز با ضخامت جداره 4 الی 5 M² ساخته و جهت استقرار بروی زمین پایه چهارگوش را به کف آنها جوش می دهند در سر این کپسولها شیری نصب گردیده است که در هنگام مصرف یا پرکردن مورد استفاده قرار گرفته و معمولاً برای محافظت از آن در هنگام حمل و نقل درپوشی روی آن بسته می شود .

کپسولهای استاندارد استیلن دارای گنجایش معادل چهل لیتر بوده و در آنها استیلن را با فشار 15 بار پر می کنند . برای پیشگیری از تجزیه استیلن و خطر انفجار در این فشار بالا لازم است که فضای داخل کپسول را از مواد متخلخل پرکرده و علاوه بر آن استیلن را در مایعی حل نمایند .

برای این منظور از استن استفاده می شود زیرا مایع استن ، استیلن را به مقدار زیادی درخود حل می نماید . یک لیتر استن قادر است که در درجه حرارت C^o15 و فشار یک بار به اندازه lit25 استیلن را در خود حل کرده و خاصیت دیگر آن این است که متناسب با افزایش فشار مقدار بیشتری استیلن را در خود حل می نماید با این ترتیب در فشار 15بار و با وجود lit16 استن به اندازه lit6000 استیلن را در کپسول جاداده‌اند .

25 *16 * 15 =6000 lit

برای جلوگیری از سرایت شعله به داخل کپسول استیلن (در صورت پس زدن شعله) بایستی حتماً در سر راه شیلنگها(بهترین حالت چسبیده به انتهای مشعل جوش) از شیر یکطرفه(فلاش بک) استفاده نمود.

کپسول اکسیژن :

کپسولهای اکسیژن را نیز از فولاد مرغوب انتخاب کرده و آنها را بدون درز می سازند پایه و قسمت  انتهایی آنها مشابه کپسولهای استیلن بوده و حجم آنها معمولاً lit40 می باشد برای آنکه بتوانند مقدار بیشتری اکسیژن را در کپسولها جای دهند معمولاً اکسیژن را با فشار 150 بار درداخل آنها پر کرده و به این ترتیب می توان lit6000 (150*40) اکسیژن را در آنها جای داد یکی از تفاوتهای عمدة در کپسولها  ضخامت جداره آنها می باشد که معمولاً مقدار آن را mm 75/8 انتخاب می کنند تا بتوانند فشار 150 بار را با اطمینان کامل تحمل نماید .

دستگاه تقلیل دهنده فشار(مانومتر):

از آنجائیکه فشار گاز داخل کپسولها زیاد بوده و با این فشار زیاد نمی توان جوشکاری کرد لازم است که به استفاده از دستگاه تقلیل دهنده ای فشار آنها را برحسب نیاز تقلیل داده و جریان گاز یکنواختی را به  مشعل هدایت نمود. این دستگاهها معمولاً بطور مستقیم به کپسولها متصل شده و پایه خطوط انتقال گاز قبل از شیلنگهای متصل به مشعل نصب می گردد . اساس کار این دستگاه و دستگاهها بدین ترتیب است که با بازکردن شیر کپسول گاز وارد قسمتی از آن می شود که در بالای آن فشارسنجی جهت نشان دادن فشار داخل کپسول نصب گردیده است پس از این مرحله گاز از طریق سوپاپی وارد فضای بالای یک ممبران می شود در زیر ممبران نیز پیچ تنظیم وجود دارد . بستن پیچ  در نتیجه کوچک شدن فضای بالای ممبران شده  و دبی  سوپاپ گاز خروجی افزایش می یابد. و به عکس با بازکردن پیچ می توان فشار گاز خروجی را تقلیل داد . در قسمت خروجی گاز فشارسنجی دیگر جهت نشان دادن فشار گاز اصلی وجود دارد . اساس کار فشارسنجهای کپسولهای اکسیژن و استیلن یکی بوده و در درجه بندی روی فشارسنج به آنها می توان مورداستفاده آنها را تشخیص داد . فشارسنج دستگاههای تقلیل فشار مربوط به گاز اکسیژن در قسمت مربوط به فشار کپسول معمولاً تا 300بار و فشارسنج مربوط به قسمت مصرف تا 15 بار مدرج شده است اما فشارسنجهای مربوط به گاز استیلن راه ورودی معمولاً تا 40بار و در قسمت خروجی تا 5 بار مدرج گردیده اند . در روی هر یک از  فشارسنجهای مربوط به گاز اکسیژن و استیلن در محل خاصی خط قرمزی نقش نموده اند که تنظیم فشار گاز مربوط به بیش از حد مجاز بوده و خط انفجار را بهمراه دارد فشار تنظیمی گازهای اکسیژن و استیلن در هنگام جوشکاری بستگی به ضخامت قطعات اتصال و در نتیجه به اندازه سر یک مورد استفاده داشته و معمولاً در روی فشار اکسیژن تنظیمی لازم به همراه ضخامت قطعات اتصال و در نتیجه به اندازه سر مشعل مورد استفاده داشته و معمولاً در روی فشار اکسیژن تنظیمی لازم  به همراه ضخامت و قطع مورد اتصال حک گردیده و کافی است فشار استیلن به اندازه ای از فشار اکسیژن تنظیم کرد .

مشخصه و نواع کپسولها: 

برای تشخیص گاز داخل کپسولها سطح آنها را با رنگهای استانداردی مشخص می پوشانند  برای آن که دستگاههای تعدیل فشار هر یک از کپسولها را بتوان به دیگری بست و همچنین برای جلوگیری از بستن اشتباه کپسول اکسیژن بر خطوط مربوط به گازهای قابل اشتعال اتصالات آنها و همچنین پیچهای آنها را نیز متفاوت انتخاب می نمایند .

از آنجایی که بستن اشتباه شیلنگ یا لوله های اکسیژن به گازهای قابل اشتعال و یا بر عکس نیز می توان گاز قابل انفجار ایجاد نمود و باعث سانحه گردید . اتصالات آنها را به محل دستگاههای تقلیل فشار مختلف انتخاب کرده و برای اکسیژن مهره راستگرد و برای استیلن مهره چپگرددر نظر می گیرند همچنین قطر داخلی شیلنگهای اکسیژن را کمتر از قطر داخلی شیلنگهای گاز أن  انتخاب می کنند.

مشعل های جوشکاری:

وسائلی هستند که وظیفه تنظیم اختلاط و هدایت مخلوط گازها را  دارند.بر روی  دسته مشعلها دو عدد شیر برای تنظیم جریان گازها ( استیلن و اکسیژن ) مستقل از یکدیگر وجود داشته و سر مشعلها با توجه به ضخامت قطعات اتصال انتخاب می شود به دسته متصل میگردند.

مکانیزم اختلاط گازها در مشعلهای جوشکاری معمولاً براساس مکیده شدن گاز استیلن به وسیله اکسیژن بوده و عمل اختلاط در داخل لوله یک که به نام لوله اختلاط نامیده می شود تکمیل می گردد . این نوع مشعلها را که بیشترین کاربرد را دارند را مشعلهای انژکتوری نامیده و فشار گاز قابل اشتعال در آنها کم و فشار اکسیژن از 3 تا 5بار تنظیم می گردد . از این مشعلها برای جوشکاری با گاز استیلن استفاده مشود. نوع دیگر مشعلهای جوشکاری که با فشار مساوی گازها کار می کنند به نام مشعلهای فشاری معروف هستند، و معمولاً از آنها در جوشکاری با گاز هیدروژن استفاده می گردد به این ترتیب شعله ای به وجود می أید که به نام شعله خنثی ( نرمال ) و از سه قسمت مخروطی سفید ، آبی و هاله بنفش رنگ تشکیل شده است حداکثر درجه حرارتی که از احتراق این گاز به وجود می أید در حدودC 3200 بوده و در منطقه ای به فاصله 2 تا 5 میلی متر از داس مخروط سفید رنگ وجود دارد .

زمانی که نسبت اختلاط اکسیژن و استیلن 1 به 1 انتخاب شود قسمت مخروطی شعله سفید   درخشان بوده و محدوده مشخصی دارد این نوع شعله را شعله خنثی نامیده و در جوشکاری فولادها از این شعله استفاده می نمایند اگر مقدار اکسیژن زیاد تر انتخاب شود مخروط سر مشعل کوتاهتر شده  و بیشتر به أبی متمایل می گردد اکسیژن اضافی که در شعله وجود دارد با مذاب ترکیب شده و  محل جوشکاری را شکننده می نمایند .این شعله را شعله اکسید کننده می نامند که در جوشکاری فولادها باعث جهیدن جرم زیاد به اطراف گردیده و علاوه بر سوختن د رزجوش باعث داخل شدن اکسیژن به محل جوش می شود از این نوع شعله در جوشکاری قطعات برنجی و همچنین گرم کردن قطعات به منظور آبکاری , صافکاری و غیره استفاده می نماید چنانکه مقدار استیلن بیشتر از اکسیژن تنظیم شود مخروط سر مشعل محدوده مشخصی نداشته و رنگ آن متمایل به زرد می گردد . در این حالت به دلیل کم بودن اکسیژن مقداری از منواکسید کربنco2) ) سوخته باقی می ماند که به دلیل فشار شعله به داخل مذاب نفوذ کرده و باعث افزایش مقدار کربن آن و در نتیجه ازدیاد سختی قطعه کار در محل جوشکاری می گردد این نوع شعله شعله احیا کننده نام داشته و در جوشکاری قطعات چدنی و آلومینیومی استفاده دارد .

ترتیب روشن کردن مشعل:

در شروع کار قبل از شروع به جوشکاری لازم است که ابتدا سر مشعل مناسبی را با توجه به ضخامت قطعه کار انتخاب کرده و آن را به دسته مشعل متصل نمایید.اکنون بایستی فشار گازهای مصرفی را مشخص کرده و یا در نظر گرفتن این فشارها و رعایت مراتب زیر اقدام به روشن کردن و تنظیم مشعل نمود .

1)شیر کپسولها را به آرامی باز کنید تا از ایجاد صدمه به دستگاههای تنظیم فشار جلوگیری گردد .

2) شیرهای روی دسته مشعل را به نوبت و به مقدار کمی باز کرده و در همان حال به سرعت دستگاه تنظیم فشار مربوطه را با توجه به فشار کار مورد لزوم که قبلاً تعیین کرده اید تنظیم نمایید

3) ابتدا شیر اکسیژن مشعل را حدود 4/1 تا 3/1 دور باز کرده و سپس شیر استیلن را در حدود 2/1 دور باز و مشعل را به فندک و یا چراغ جوشکاری نزدیک نمایید در این حال شعله در سر مشعل بدون آنکه دوده در فضای کارگاه منتشر گردد بوجود می آید . حال می توان شعله مورد لزوم را تنظیم کرد .

ترتیب خاموش کردن مشعل در خاتمه کار :

برای آنکه خاموش کردن مشعل توام با ایجاد دود و انتشار آن در فضای کارگاه نباشد و دستگاههای تنظیم فشار و شیلنگ گازها در زمانی که از دستگاه استفاده نمی گردد و تحت فشار قرار نگیرند ، لازم است مراتب زیرا رعایت نمود :

1)ابتدا شیر استیلن مشعل و پس از خاموش شدن شعله، شیر اکسیژن آن را ببندیم .

2) ابتدا شیرهای کپسولها را بسته و سپس   برای خروج گازها از داخل دستگاه تنظیم فشار و شیلنگهای جوشکاری شیرهای روی دسته مشعل را باز نمایید تا گازها خارج شود .

3) پس از خروج گازها شیرهای روی دسته را بسته و پیچ تنظیم فشار دستگاههای تنظیم کاملاً باز نماییم تا فشار از روی  آنها بر داشته شود .

نکاتی که در جوشکاری با گاز اکسی استیل بایستی مورد توجه قرار گیرد :

1- لازم است برای جلوگیری از خروج استن از کپسولهای استیلن در هنگام خروج گاز بایستی آنها را بطور عمودی قرار داد در صورت نیاز به مایل قرار دادن که شیر کپسول حداقل به اندازه 40 cm از سطح زمین فاصله داشته و بعنوان زیر سری حتماً از قطعات توپر استفاده گردد .

2)از یک کپسول استیلن هرگز بیش از 1000 lit در ساعت برداشت نکنیم در صورت نیاز می توان چند کپسول را از طریق یک کلکتور (جمع کننده) به مدار متصل نمودار اینصورت نیز نباید از هر کپسول بیشتر از 700 lit برداشت کرد، زیرا استیلن بدلیل سرعت زیاد  از کپسول خارج می گردد .

3)قبل از بستن دستگاههای تقلیل فشار لازم است که شیر کپسولها را کمی باز نمود که گرد و غبار و کثافتهای احتمالی جمع شده در محل به دستگاه وارد نشود .

4)قبل از سرد شدن کامل سرمشعل از تعویض آن خودداری نمائید .

5)برای تمیز کردن سوراخ نازلها  فقط از سوزنهای مخصوصی که برای همین منظور ساخت 
شده اند استفاده نماید .

نکات ایمنی و پیشگیری از حوادث درجوش با گاز :

1)کپسولهای اکسیژن و استیلن بایستی از منابع حرارتی دور بوده و از محل جوشکاری حداقل 3 m فاصله داشته باشند .

2)برای هر مخزن استیلن 60 m ²فضا و 20 m سطح در نظر گرفته شود .

3)در فضاهای سربسته پنجره های کارگاه بایستی در حین کار باز بوده و هواکشهای محل کار نیز بخوبی کار کند .

4)کلیه اتصالات مربوط به گازهای مورد مصرف بایستی کاملاً آبندی شوند آبندی آنها را می توان با استفاده از کف صابون و با کمک یک قلم مو کنترل نمود .

5)کپسولهای استیلن را در مقابل ضربه ، افتادن ، حرارت دیدن و با یخ زدن محافظت نمائیم در صورت یخ زدن  مخزن از آب گرم به ترتیبی استفاده کنیم که از گرم شدن بیش از حد کپسول جلوگیری گردد .

6)کپسول استیلن را در مقابل حرارت و تابش نور خورشید محافظت نمائید زیرا ازدیاد حرارت به اندازه 2 cm فشار کپسول را در یک اتمسفر بالا می برد .

7)کپسول اکسیژن و اتصالات آنرا بدور از روغن و چربی نگه دارید زیرا خطر انفجار وجود دارد برای روان کردن پیچهای تنظیم مربوط از آب صابون و یا گلیسرین استفاده نمائید .

8)برای روشن کردن مشعل از فندک یا چراغ جوشکاری استفاده کرده و برای این منظور هرگز از کبریت بکار نبرید .

9)برای محافظت چشم در مقابل درخشندگی شدید محل جوشکاری و جهیدن در هنگام کار از عینک های محافظی که شیشه های تیره ای که دارند استفاده نمود .

10)در موقع جوشکاری حتماً از لباس کار یقه بسته استفاده کرده و حتی الامکان از پیشبند و کلاه محافظ و دستکش چرمی استفاده نمود .

11)اتصالات لوله ها و واشرهای آبندی  در استیلن را ،هیچ گاه از جنس مس یا آلیاژهایی از آلومینیوم که بیش از 65% مس داشته باشد انتخاب نکنید زیرا خطر انفجار وجود دارد .

12)کاغذ و پارچه و چوب  و مواد قابل اشتعال دیگر را از محل جوشکاری دور نگه دارید .

13)در صورتی که شعله در سر پیک جوشکاری یا  برشکاری پس بزند بایستی بلافاصله شیر اکسیژن و سیلندر را بسته و سر پیک را در صورت لزوم در آب خنک نمود  . 

14)اگر احیاناً شیلنگ استیلن آتش گرفت فوراً شیر اصلی را بسته و سپس اقدام به خاموش کردن آتش نماید .

انواع انفجارها : 

    پس زدن سطحی

     پس زدن عمقی

پس زدن سطحی shallow back fire  انفجاری است که معمولاً با صدای کم همراه است  و این عمل زمانی اتفاق می افتد که پستانک مشعل یا برش خیلی زیاد به قطعه باشد یکی از دلایل دیگر این است که زمانی که گاز از نوک مشعل خارج می شود و سرعت آن کاهش می یابد، چنانچه این مقدار ،مقداری باشد که کمتر از مورد نیاز شعله است در این صورت تاُمین کسری شعله بداخل مشعل بر میگردد مورد سوم اگر حرارت نوک مشعل به 600 فارانهایت بر اثر انفجار خود به خود در گازهای مخلوط در نوک مشعل اتفاق می افتد و ممکن است نسبت به پس زدن عمقی یا back-fire  میگردد.

پس زدن عمقی یا deep back fire  انفجاری است که در داخل مشعل و دستگاههای تاُمین گاز ادامه می یابد و نتیجه آن خراب شدن مشعل � ترکیدگی شیلنگ و انفجار شدید رگولاتور و کپسول می رسد . گاهی پس زدگی سطحی می تواندبه سرعت تبدیل به پس زدگی عمقی (به علت زیاد بودن  سرعت خروجی گاز)شود.

اکسیژن و خواص آن :

اکسیژن گازی است بی رنگ و بی بو و بی طعم و عنصری است فوق العاده فعال و میل ترکیبی شیمیایی زیادی دارد که در شرایط تقریباً با تمام عناصر دیگر ترکیب می شود ارزش اصلی اکسیژن برای جوشکاری در این است به احتراق کمک می کند و هر گاز سوختی که به کار ورود اکسیژن برای ایجاد گرما ضرورت دارد سوختن مواد یا گاز در هوا فقط ترکیب سریع آنها با اکسیژن هواست و چنانچه عمل احتراق آنها در اکسیژن خالص که برای ایجاد شعله جوشکاری مصرف می شود انجام گیرد با سرعت زیادتر و درخشندگی بیشتر انجام خواهد گرفت وزن هر متر مکعب این گاز در فشار معمولی 760 میلی متر جیوه و در حرارت صفر درجه 43/1 کیلوگرم است . این گاز نباید با مواد چرب و روغن تماس پیدا کند زیرا ممکن است این اجسام در مجاورت اکسیژن آتش گرفته شعله بسیار گرمی را تولید نماید .

طرز تهیه اکسیژن در صنعت :

اکسیژن لازم برای جوشکاری باید خالص باشد اکسیژن را که در کارخانه های مخصوص از هوا به مقدار 21% اکسیژن دارد جدا می کنند هوا را به تدریج سرد کرده , تحت فشار و درجه حرارت معینی به مایع تبدیل می کند این هوا مخلوطی است از اکسیژن و ازت که اگر این که اگر این هوای ملیح را که درجه برودت آن صفر است گرم کنیم ابتدا ازت که درجه تغییر آن 196- است بخار شده و اکسیژن خالص باقی میماند اکسیژن مایع را گرم میکند تا به صورت گاز در آمده , آنگاه با فشار پوند2200 است یعنی گاز فشرده در آن 1 فضای را اشغال می کند که در فشار عادی احتیاج دارد چون گنجایش کپسول 40 لیتر است بنابر این فشرده داخل آن درفشار معمولی یعنی فشار یک جو برابر با 4006000*150 لیتر 6 متر مکعب را اشغال میکند

خطر دود و بخار فلزات :

بیشتر فلزات را وقتی حرارت دهند , دودهای سمی , تحریک کننده تولید می کنند فلزاتی که  دودهای خطر ناک ایجاد می کنند از این قرارند :

1) کادیوم                                  2) روی                                     3) سرب

 آهن و آلیاژهای آن مانند چدن و انواع فولاد جز فلزات آهنی محسوب می شوند و مابقی فلزات رنگین نامیده می شوند مانند مس - روی - برنز - آلمینیوم - سرب - نیکل و فلزات رنگین دیگر مشکل اصلی و اساسی در جوشکاری فلزات رنگین تمایل بیشتر به اکسید شدن در هنگام جوشکاری می باشد که این مسئله موجب کاهش استحکام جوش می گردد برای اینکه این نقص را بر طرف کنند واسیداسیون جلوگیری نماینداز روان سازهای مختلفی استفاده می شود .

 بطور کلی دستگاه جوشکاری گازشامل تجهیزات ذیل میباشد:

      منبع گاز :

الف ) کپسول اکسیژن ( گاز فشرده با تانک (اکسیژن مایع )

ب) کپسول استیلن یا مولد گاز استیلن ( ژنراتور استیلن )

  دستگاه تنظیم فشار :

شامل فشارسنجهای فشار زیاد و کم و پیچ و مهره و لوله آن

دو عدد دستگاه تنظیم فشار،یکی برای کپسول اکسیژن و یکی برای کپسول استیلن لازم است .

    شیلنگ مخصوص فشار قوی :

جهت اکسیژن با رنگ مشکی , آبی , سبز و برای گاز با رنگ قرمز قطر شیلنگ گاز mm 9 و هوا mm6 می باشد .

    مشعل جوشکاری :

شامل محفظه اختلاط گاز 

شیرهای سوزنی و پیچ و مهره انواع آن : 1) فشار مساوی 2) تزیقی 

   عینک

   جرقه زن

انواع شعله جهت فلزات غیر آهنی:

آلومینیوم                   کمی احیا                               نیکل               کمی احیا

برنج                   خنثی و کمی اکسیده                    سرب              خنثی

برنز                  خنثی و کمی اکسیدکننده                نقره                کمی احیا

مس                خنثی و کمی اکسیده

نقطه ذوب برخی از فلزات:

قلع  232 درجه سانتی گراد 

  سرب 327 درجه سانتی گراد        

 روی 419 درجه سانتی گراد

 آلومینیوم 658 ساتی گراد

 برنج 930 درجه سانتی گراد

 برنز 900 درجه سانتی گراد

 نقره 960 درجه سانتی گراد

 مس 1083 درجه سانتی گراد

 چدن 1200 درجه سانتی گراد

آهن 1540 درجه سانتی گراد

نیکل 1450 درجه سانتی گراد