جوشکاری با گاز یا شعله
جوشکاری با گاز شعله یکی ازاولین روشهای جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی بوده و هنوز هم در کارگاههای کوچک در صنایع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکارمیرود.در این روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار برای برطرف کردن لایه اکسیدی بکار میرود.
مزایا:سادگی فرایند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسایل
محدوده کاربرد:ورقهای نازک 8/0تا 5/1میلیمتر
محدودیتها:باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسریع خوردگی - سرعت کم –
منطقه H.A.Zوسیع است .
قطعات بالاتر از 5/2میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بااین روش جوش نمیدهند.
حال می پردازیم به چگونگی تامین حرارت در این فرایند
حرارت لازم در این روش از واکنش شیمیایی گاز با اکسیژن بوجود می آید.
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 تغببر 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 کهوارد واکنش سوختن نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابراین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه ایجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهای سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است کخمقدار حرارت احتراق و در نتیجه درجه حرارت شعله نیز متفاوت خواهد بود. در عین حال معمولترین گاز سوختنی گاز استیلن است.
تجهیزات و وسایل اولیه این روش شاملسیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولدگاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار برای گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده گاز به مشعل و مسعل جوشکاری است.
استیلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپایدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نیازبه رعایت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سیلندر حدودpsi 2200است و رگولاتورها این فشار را تا زیر psi 15 پایین می آورند.و به سمت مشعل هدایت می شود.(در فشارهای بالا ایمنی کافی وجود ندارد).توجه به این نکته نیز ضروری است که اگر بیش از 5مترمکعب در ساعت ازاستیلن استفاده شود از سیلندر استن بیرون خواند زد که خطرناک است.
بعضی اوقات از مولدهای استیلن برای تولید گاز استفاده می شود. بر اساس ترکیب سنگ کاربید با آب گاز استیلن تولید میشود.
CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2
روش تولید گاز با سنگ کاربید به دو نوع کلی تفسیم میشود.
1-روشی که آب بر روی کاربید ریخته میشود.
2-روشی که کاربید با یطح آب تماس حاصل میکند و باکم و زیاد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغییرمی کند.
رگولاتورها(تنظیم کننده های فشار) هم دارای انواع گوناگونی هستند و برای فشارهای مختلف ورودی و خروجی مختلف طراحی شده اند.رگولاتورها دارای دو فشارسنج هستند که یکی فشار داخل مخزن و دیگری فشار گاز خروجی را نشان میدهند. رگولاتورها در دو نوع کلی یک مرحله ای و دومرحله ای تقسیم میشوند که این تقسیم بندی همان مکانیزم تقلیل فشار است. ذکر جزییات دقیق رگولاتورها در اینجا میسر نیست اما اطلاع از فرایند تنظیم فشار برای هر مهندسی لازم است(حتما پیگیر باشید).
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.
اجزا 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.
در انتها یادآور می شود مطالب بسیار زیادی در این خصوص وجود داشت که بدلیل عدم امکان نمایش تصاویر که عمدتا اسکن هم نشده اند بیش از این به شرح و توضیح آنها نپرداختم.از جمله این مطالب شناسایی نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود.یا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نمای شماتیک و ... .
پیچیدگی((Distortion
پیچیدگی وتغییرابعاد یکی ازمشکلاتی است که در اثراشتباه 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 راستای 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 قطعه میباشد. این موارد هم بسیار حساس و مهم هستند.
نوع دیگری از اعوجاج تاول زدن یا طبله کردن و یا قپه Bowing)) میباشد.
ذکر یکی از تجربیات در این زمینه شاید مفید باشد. قطعه ای به طول 20 متر آماده ارسال برای نصب بود که بنا به خواسته ناظرمیبایست چند پاس دیگر در تمام طول قطعه جوش داده میشد.تا ساق جوش 2-3میلیمتر بیشتر شود.بعد از انجام اینکارکاهش 27میلیمتری در قطعه بوجود آمد. واین یعنی فاجعه .چون اصلاح کاهش طول معمولا امکان پذیر نیست و اگر هم با روشهای کارگاهی کلکی سوار کنیم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده ایم و چه بسا حین استفاده از قطعه آن وصله کاری توان تحمل بارهای وارده را نداشته باشد وایرادات بعدی نمایان شود.
بهترین راه برای رفع این ایراد جلوگیری ازبروز Distortion است. و(طراح یا سرپرست جوشکاری خوب) کسی که بتواند پیچیدگی قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگیری از آن راهم پیشنهاد بدهد.
بعضی راهکارهای مقابله با اعوجاج:
1- 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 ابعادانجام میگیرد.
2- حین طراحی و ساخت قطعه با تدابیر خاصی اعوجاج را خنثی کنیم.
3- از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر برای بدست آوردن استحکام مورد نیاز استفاده شود.
4- تشدید حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اینصورت نفوذ بهتری داریم و نیازی به جوش اضافه نیست.
5- ازدیاد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت دیدن قطعه میشود.
6- در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم اعوجاج بیشتر نمود دارد.
7- تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثی
8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحیح طراحی شده باشد میتواند فرضا مصالح جوش را در اطاف محور خنثی پخش کند و تاحد زیادی از میزان اعوجاج بکاهد.
9- بکار بردن گیره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه
عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :
1- حرارت داده شده موضعی , طبیعت و شدت منبع حرارتی و روشی که این حرارت به کار رفته و همچنین نحوه سرد شدن
2- درجه آزادی یا ممانعت بکار رفته برای جلوگیری از تغییرات انبساطی و انقباظی. این ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و یا از طریق مکانیکی (گیره یا بست یا نگهدارنده و خالجوش)اعمال شود.
3- 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.