وبلاگ مهندسی مکانیک (جوشکاری و قالبسازی)

مقالات جوشکاری ، تعاریف جوشکاری ، نرم افزار های جوشکاری ، مهندسی ، تخصصی ، تاریخچه جوشکاری ، فیلم های جوشکاری

جوشکاری اکسی استیلن و لحیم کاری سخت
نویسنده : حسین وطن دوست - ساعت ۸:٤٥ ‎ق.ظ روز پنجشنبه ٢۱ آبان ۱۳۸۸
 

مقدمه

جوشکاری گازی فرایند اتصال فلزات است که در آن با استفاده از گرمای حاصل از احتراق مخلوط اکسیژن با یک گاز سوختنی ، عمل جوش انجام می گیرد .                                                       

در این روش لبه های دو قطعه ای که باید به هم متصل شوند ، ذوب شده و پس از انجماد لبه های آنها به هم جوش می خورند . اغلب برای اتصال فلزات از یک فلز پرکننده نیز استفاده می شود . گرمای لازم برای ذوب فلز پایه از سوزاندن مخلوط اکسیژن و یک گاز سوختنی در مشعل مخصوص به دست می آید . شعله ی حاصل از سوختن این مخلوط به اندازه ای گرم هست  که فلز پایه را ذوب کند .           

 


حرارت توسط جابجایی و تشعشع به کار منتقل می شود. قدرت جابجایی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغییر اندکی در درجه حرارت شعله می تواند میزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زیادی تغییر دهد. درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسیژن لازم برای احتراق و گرمای ویژه و حجم محصول احتراق(گازهای تولید شده) بستگی دارد. اگر از هوا برای احتراق استفاده شود مقدار ازتی که وارد واکنش سوختن نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابرین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه ایجاد شعله بادرجه حرارت بالاست.                                                                           

متداولترین گاز سوختنی مورد استفاده در جوشکاری گازی ، گاز استیلن است . از پروپان ، هیدروژن ، گاز طبیعی و گاز زغال سنگ هم می توان استفاده نمود .                                                        

انتخاب گاز سوختنی به عوامل مختلفی از قبیل عوامل زیر بستگی دارد :                                     

1 - نوع فلزی که باید جوش داده شود .                                                                           

2 - دمای لازم برای جوشکاری                                                                                       

3 - سهولت تهیه                                                                                                       

4 - قیمت                                                                                                                

استیلن را می توان به صورت حل شده ( دراستون ) در کپسول خریداری کرد یا آن را در مولدهای مخصوص کم فشار یا پرفشار تولید نمود .                                                                           

کپسول استیلن:                                                                                                    

رنگ بدنه ی کپسول استیلن سبز یا قهوه ای است و بلندی آن کمتر از کپسول اکسیژن می باشد . شیرهای آن رزوه ی چپ گرد دارند و شلنگ های متصل به آن قرمز رنگ می باشد . به منظور تسهیل در تشخیص کپسول های اکسیژن و استیلن ، اتصالات کپسول استیلن را پخ دار یا شیار دار می سازند .

اندازه ی معمول این کپسول ها 2800 و 5400 لیتر است و در آنها استیلن حل شده با فشار 15 بار نگهداری می شود . کف سیلندر های استیلن تورفته است و به دلایل ایمنی باید آن را سرپا نگه داشت . زیرا استون موجود در سیلندر نباید وارد رگولاتور یا مشعل شود ، در غیر اینصورت ممکن است انفجار رخ دهد .                                                                                                                  

کپسول اکسیژن:                                                                                                   

کپسول اکسیژن سیاهرنگ است و خروجی های آن رزوه ی راستگرد دارند . رنگ شلنگ هایی که اکسیژن را به مشعل می رسانند آبی است . اندازه های معمول سیلندر اکسیژن عبارتند است از 3400 ، 5200 و 6800 لیتر و اکسیژن با فشار حداکثر 170 بار در آن نگهداری میشود .       

رگولاتور: جوشکاری با فشارهای زیاد امکان پذیر نیست.  بدین جهت بایستی فشار کپسول را کاهش داده و به فشار گاز تبدیل نمود فشار گاز با بزرگی و کوچکی سرمشعلی که برای جوشکاری به کار می رود تغییر می کند و مقدار آن معمولا برای اکسیژن 5/0 الی 4 اتمسفر و برای استیلن 2/0 الی 1 آتمسفر می باشد فشار گاز در تمام مدت جوشکاری ثابت و یکسان می باشد . عمل کاهش و تنظیم فشار گاز کپسولها به وسیله رگولاتور انجام می گیرد بنابراین رگلاتور دو وظیفه دارد:

1.      فشار گاز داخل کپسول را به فشار کار تبدیل می نماید.

2.      فشار کار را همیشه ثابت نگه می دارد.

رگولاتور از لحاظ ساختمان مکانیکی بر دو نوع است:

الف - رگولاتور انژکتوری
ب - رگولاتور سوپاپی

رگولاتورهای انژکتوری بیشتر متداول بوده که بدنه آن از برنج ساخته شده و به وسیله مهره ای به سوپاپ کپسول و دیگری برای نشان دادن فشار کار می باشد و به وسیله پیچ به بدنه وصل شده است داخل رگلاتور از چند فنر و یک دیافراگم و انژکتور تشکیل شده است اگر پیچ تنظیم فشار در جهت عقربه های ساعت پیچانده شود فشار کار و در نتیجه مدار گاز زیاد می گردد و اگر گاز مصرف نگردد جریان آن به خودی خود قطع می گردد و هم چنین فشار کپسول هر مقدار باشد رگولاتور وظیفه خود را به نحو احسن انجام می دهد.
فنرهای رگولاتور از بهترین فولاد و دیافراگم آن از برنز فسفردار و یا از ورقه های نازک فولادی و یا از لاستیک و انژکتور آن از برنز و نشیمن انژکتور از کائوچو یا از فیبر ساخته می شود.

اصول کار رگولاتور سوپاپی نیز مانند رگولاتور پستانکی می باشد با این تفاوت که به جای پستانک (انژکتور) سوپاپ به کار رفته است. اجزا مختلف این رگولاتور نیز مانند رگلاتور انژکتوری می باشد و میله سوپاپ آن از فولاد بسیار عالی ساخته شده است.

رگولاتور ها از لحاظ دفعات کاهش فشار به دو نوع تقسیم می شوند:

1.      رگولاتور یک مرحله ای که فشار کپسول را در دو مرحله به فشار مطلوب تبدیل می نماید.

2.      رگولاتور دو مرحله ای که فشار کپسول در دو مرحله به فشار مطلوب تبدیل می گردد.

مرحله اول معمولاً مرحله ثابت است یعنی فشار گاز در محفظه رگولاتور به وسیله دیافراگم غیر قابل تنظیم به مقدار ثابت و معین کاهش می یابد. این فشار ثابت برای اکسیژن 5 اتمسفر و برای استیلن 3 اتمسفر است. با استفاده از رگولاتور دو مرحله ای نوسان فشار گاز به کلی از بین می رود . هر رگولاتوری با وسیله اطمینانی مجهز شده است که دیافراگم و سایر اجزاء آن را در مقابل آسیبهای وارده و خرابی محافظت می نماید.  وسیله اطمینان معمولاً پولکی است که به محافظ فشار ضعیف رگولاتور متصل است و در فشار بین 6 و 15 آتمسفر که کمتر از فشار ترکیدن دیافراگم است ترکیده و گاز را به هوای آزاد هدایت می نماید.

در مجموع هدف از به کار گیری رگولاتور، کاهش فشار گاز داخل سیلندر و رساندن آن به فشار مناسب برای کار است.

رگولاتور دو فشارسنج دارد :

1 - فشارسنج فشار بالا که فشار گاز کپسول را نشان می دهد.

2 - فشارسنج فشار پایین که فشار گاز خروجی را نشان می دهد .

فشار سنج ها:

یکی از حساس ترین قسمتهای جوشکاری دستگاههای فشار سنج برای اکسیژن و هیدروژن می باشد. در انواع مختلف فشار سنجها برای اکسیژن- استیلن و سایر گازها پیش بینی شده اند که در روی کپسولها نصب میگردند.

فشار گاز استیلن در مخازن حداکثر تا 30Kp/cm2 مربع و فشار مصرف تا 5Kp/cm2 حداکثر می باشد ولی معمولاً با فشار خیلی کمتر مخزن و حدود 5/1 تا 3 کیلو پوند بر سانتی متر مربع استیلن کار می شود.

 

 

مشعل: 

وظیفه مشعل تنظیم اختلاط گاز سوخت و اکسیژن به اندازه معین می باشد که آن را با سرعت کمی بیشتر از سرعت احتراق از دهانه خود خارج نماید . به عبارت دیگر کار مشعل آوردن حجم مناسبی از گاز سوختنی و اکسیژن سپس مخلوط کردن آنها و هدایتشان به سوی نازل است تا شعله مورد نظر را ایجاد کند.


مشعل ها بر دو نوع می باشند:

1.      مشعل فشار مساوی

2.      مشعل انژکتوری یا فشار ضعیف

در مشعل انژکتوری اکسیژن با فشار 3 آتمسفر از سوراخهای ریز انژکتور مانند و دایره ای خارج شده و گاز سوخت را که در روزنه وجود دارد با خود به درون محفظه اختلاط می کند و پس از مخلوط شدن به نسبت مساوی از سر مشعل خارج می شود که به مشعل فشار ضعیف یا انژکتوری معروف می باشد. در نوع دیگر مشعل فشار مساوی اکسیژن و گاز سوخت با فشار مساوی وارد محفظ اختلاط گردیده و با هم مختلط می شود و هر دستگاه چند لوله اختلاط کننده با سر مشعل مربوطه دارد که از استیلن موجود در لوله های فشار قوی استفاده میگردد و با تعویض سر مشعل شعله های مختلف ایجاد می نمایند در روی لوله های اختلاط قطر ورقهای فولادی از 3/0 تا 30 میلیمتر و فشار گاز نوشته شده است و برای جوش دادن ورق فولادی به ضخامت 1 میلیمتردر هر ساعت حدود 100 لیتر اکسیژن و    100لیتر نیز استیلن مصرف می گردد که در شرایط مساوی با هم مخلوط شده اند.

درموقع کار با مشعل جوشکاری باید به نکات مخصوص دقت شود:


برای پاک کردن سر مشعل از سوهان استفاده نکنید و اکثراً این کار را در کارگاهها انجام می دهند . این عمل سبب خواهد شد که سوارخ آن گشاد شود و بهتر است با تکه ای چرم پاک کنید و برای بازکردن قطعات مشعل از آچار مخصوص استفاده نمائید و انبردست به کار نبرید و سعی شود که سرمشعل سرد به مشعل گرم نپیچانید و لوله های اختلاط را عوض نکنید هر گاه اختلاط در کار مشعل روی داد فوراً شعله را خاموش نموده و علت آن را پیدا کنید.

سوراخهای مشعل را باید با سوزن مخصوص همان شماره پاک کنید و از وسائل دیگر استفاده نکنید. بازکردن و بستن شیر مشعل باید کاملاً آهسته انجام گیرد و موقع روشن و خاموش کردن اول شیر استیلن و سپس شیر اکسیژن را باز کنید و مشعل روشن را هرگز روی زمین قرار ندهید. از زدن روغن به مشعل کاملاً جلوگیری کنید و هرگز روغن نزنید و برای بازکردن یاچرب کاری از کف صابون یا گلیسیرین استفاده نمائید.
چنانچه سرعت خروج مخلوط استیلن و اکسیژن از سر مشعل کمتر از سرعت احتراق آن باشد شعله بداخل مشعل پس می زند و در این حال بایستی مقدار هر دو گاز را زیاد کنید .

اجزا ی مشعل:

الف- شیرهای تنظیم گاز سوختنی و اکسیژن

ب- دسته مشعل

ج- لوله اختلاط

د- نازل                                                                                                                      

قابل ذکر اینکه طرحهای مختلفی درقسمت ورودی گاز به لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزیمم حرکت اغتشاشی به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسیر در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ای آرام بوجود آید.

نوع شعله:

موفقیت در عملیات جوشکاری به استفاده از شعله ی مناسب بستگی دارد . سه نوع شعله ی اصلی مورد استفاده عبارتند از :

1 - شعله ی خنثی که در آن مقدار استیلن و اکسیژن مصرفی برابر است . از این شعله برای جوشکاری فولاد ، فولاد زنگ نزن ، چدن ، مس ، آلومینیوم و... استفاده می شود .

2 - شعله ی اکساینده که در آن اکسیژن اضافی مصرف می شود . از این شعله برای جوشکاری برنج استفاده می شود .

3 - شعله ی کربن ده یا احیا کننده که در آن استیلن اضافی مصرف می شود . از این شعله برای عملیات سخت کردن سطحی استفاده می شود .

 

دمای تقریبی شعله ی اکسی استیلن 3200 درجه ی سانتیگراد است .

▪ مزایا: سادگی فرایند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسایل
▪ محدوده کاربرد: ورقهای نازک ۸/۰تا ۵/۱میلیمتر
▪ محدودیتها: باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسریع خوردگی - سرعت کم - منطقه H.A.Z وسیع است .

قطعات بالاتر از ۵/۲میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت با این روش جوش نمیدهند.
حرارت لازم در این روش از واکنش شیمیایی گاز با اکسیژن بوجود می آید.

 

پیچیدگی(Distortion):
پیچیدگی و تغییر ابعاد یکی ازمشکلاتی است که در اثر اشتباه طراحی و تکنیک عملیات جوشکاری ناشی میشود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوریک تنها به این مورد اشاره میکنیم که حین عملیات جوشکاری به دلیل عدم فرصت کافی برای توزیع یکنواخت بار حرارتی داده شده به موضع جوش و سرد شدن سریع محل جوش انقباضی که میبایست در تمام قطعه پخش میشد به ناچار در همان محدوده خلاصه میشود و این انقباض اگر در محلی باشد که از نظر هندسی قطعه زاویه دار باشد منجر به اعوجاج زاویه ای(Angular distortion) میشود. در نظر بگیرید تغییر زاویه ای هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طویل چه ایراد اساسی در قطعه نهایی ایجاد می کند.
حال اگر خط جوش در راستی طولی و یا عرضی قطعه باشد اعوجاج طولی و عرضی(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمایان میشود. اعوجاج طولی و عرضی همان کاهش طول قطعه نهایی میباشد. این موارد هم بسیار حساس و مهم هستند.
نوع دیگری از اعوجاج تاول زدن یا طبله کردن و یا قپه(  Bowing) میباشد.

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :
۱) حرارت داده شده موضعی , طبیعت و شدت منبع حرارتی و روشی که این حرارت به کار رفته و همچنین نحوه سرد شدن
۲) درجه آزادی یا ممانعت بکار رفته برای جلوگیری از تغییرات انبساطی و انقباضی. این ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و یا از طریق مکانیکی (گیره یا بست یا نگهدارنده و خالجوش) اعمال شود.

۳) تنش های پسماند قبلی در قطعات و اجزا مورد جوش گاهی اوقات موجب تشدید تنش های ناشی از جوشکاری شده و در مواردی مقداری از این تنش ها را خنثی میکند.

۴) خواص فلز قطعه کار واضح است که در شرایط مساوی طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاری مواردی مانند میزان حرارت جذب شده در منطقه جوش و چگونگی نرخ انتقال حرارت و ضرایب انبساط حرارتی و قابلیت تغییر فرم پذیری و استحکام و بعضی خواص دیگر فلز مورد جوش تاثیر قابل توجهی در میزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنیتی زنگ نزن مشکل پیچیدگی به مراتب بیشتر از فولاد کم کربن معمولی میباشد.

بعضی راهکارهای مقابله با اعوجاج:
۱) اندازه ابعاد را کمی بزرگتر انتخاب کرده ، بگذاریم هر چقدر که میخواهد در ضمن عملیات تغییر ابعاد و پیچیدگی در آن ایجاد شود. پس از خاتمه جوشکاری عملیات خاص نظیر ماشین کاری حرارت دادن موضعی و یا پرسکاری برای برطرف کردن تاب برداشتن و تصحیح ابعاد انجام میگیرد.
۲) حین طراحی و ساخت قطعه با تدابیر خاصی اعوجاج را خنثی کنیم.
۳) از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر برای بدست آوردن استحکام مورد نیاز استفاده شود.
۴) تشدید حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اینصورت نفوذ بهتری داریم و نیازی به جوش اضافه نیست.
۵) ازدیاد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت دیدن قطعه میشود.
۶) در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم اعوجاج بیشتر نمود دارد.
۷) تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثی
۸) طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحیح طراحی شده باشد میتواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثی پخش کند و تاحد زیادی از میزان اعوجاج بکاهد.
۹) بکار بردن گیره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه

 

مواد مورد نیاز آزمایش

1 - کپسول اکسیژن

2 - کپسول استیلن

3 - رگولاتور اکسیژن

4 - رگولاتور استیلن

5 - شلنگ آبی اکسیژن

6 - شلنگ قرمز استیلن

7 - مشعل جوشکاری و مجموعه نازل ها

8 - کلیدها و آچارها

9 - محافظ های شلنگ

10 -  عینک ، دستکش ، فرچه سیمی ، فندک و سایر وسایل ایمنی

 

 

 

 

مراحل انجام آزمایش

1 - پوشیدن لباس کار و استفاده از پیش بند چرمی ، دستکش چرمی و عینک جوشکاری

2 - آماده کردن قطعه کار

قطعه ای که جوشکاری می شود باید کاملا" تمیز بوده و به مواد روغنی آغشته نباشد . قبلا" باید جنس و قطر سیم جوش ( سیم مسوار ) مشخص شده باشد .

3 - روشن کردن مشعل جوشکاری

4 - جوشکاری قطعه

جنس قطعه و سیم جوش هر دو از آهن می باشد . محل جوشکاری را با فرچه سیمی تمیز کرده و سپس با مشعل جوشکاری که شعله ی آن خنثی می باشد مسیر جوشکاری را پیش گرم می کنیم . نقطه ی شروع جوشکاری را باید به اندازه ای حرارت داد تا به نقطه ی ذوب رسیده و حوضچه ی ذوب تشکیل شود . در این حالت با وارد کردن سیم جوش به حوضچه و حرکت مشعل جوشکاری به سمت جلو جوشکاری انجام می شود .

جوش باید کاملا" یکنواخت باشد ، در یک امتداد و با ارتفاع یکسان بوده و پهنای لازم را داشته باشد .

نکته : برای ادامه ی جوشکاری از انتهای جوش اولیه ، باید از بالای قوس آخر شروع به جوشکاری نمود.

5 - خاموش کردن

6 - تمیز کردن میز کار و تحویل وسایل کار به انبار

 

 

 

 

منابع

1 - کارگاه جوشکاری و ورق کاری                               مولفین : حجت اله عالی

لطف اله شکوهی زاده

عسگر آجودانی

2 - جوشکاری و برشکاری گازی                                  پ . بوربوسون

3 - جوشکاری اکسی استیلن و لحیم کاری سخت             مهندس علی رمضانخانی

 

 


 
comment نظرات ()