دانلود تحقیق جوشکاری با گاز

بشر از ابتدای تمدن سعی می‌کرد که با اتصال اجسام برخی از نیازهای خود را برطرف کند .

این اتصالات از به هم بستن شاخه‌های درختان و دوختن تکه‌های پوست حیوانات شروع شد و با گذشت زمان فن اتصال اجسام مختلف پیشرفته‌تر شد .

کشف فلزات و وابسته‌های آنها یعنی آلیاژها ، با خواص متنوع نیاز بشر را در متصل کردن قطعات فلزی بیشتر کرد و روشهای تازه ابداع شد .

از جمله اتصالاتی که بیش از دو قرن پیش مورد استفاده بوده می‌توان پرچ ، پیچ و جوشکاری کوره‌ای را نام برد.

استفاده از حرارت ناشی از سوختن گاز و ذوب موضعی محل اتصال (درز) قطعات فلزی باعث تحول بزرگ در این فن شد و بر این اساس روشهای جوشکاری زیادی به وجود آمد .

جوشکاری را می‌توان جز صنایع مادر به حساب آورد، زیرا کمتر کارخانه یا مؤسسه تولیدی و صنعتی را می‌توان یافت که در آن حداقل یک کارگاه جوشکاری فعال وجود نداشته باشد .

سرعت عمل ، ارزانی ، کیفیت خوب اتصال در مقایسه با پرچ و پیچ ، سبکی اتصال تمام شده و سادگی اجرای اتصال باعث پیشرفت و گسترش روزافزون صنعت جوشکاری شد .

دست‌اندرکاران این صنعت از شخصیت شغلی بالایی برخوردارند ، زیرا به طور مداوم با پیشرفت و تکامل همگام هستند .

مؤسسات و انجمنهای جوشکاری در تمام نقاط جهان در این زمینه به کار تحقیق و بررسی می‌پردازند و نتایج یافته‌های علمی و عملی خود را به صورت نشریات مختلف در دسترس علاقه‌مندان قرار می‌دهند .

جوشکاری گاز
1- تعریف جوشکاری گاز :
حرارت لازم برای ذوب لبه قطعات مورد جوشکاری را می‌توان از سوختن گاز تأمین کرد که به این روش اصطلاحاً جوشکاری گاز می‌گویند .

در این نوع جوشکاری به گازهای روبه‌رو نیاز داریم :
الف) گاز قابل احتراق
ب) اکسیژن عامل احتراق
- گازهای قابل احتراق :
گازهای مختلفی در جوشکاری به عنوان گاز مشتعل شونده مورد استفاده قرار می‌گیرند که مهمترین آنها عبارتند از :
1- ئیدروژن H2
2- پروپان C3H8

استیلن C2H2

4- گاز مَپ Maap

5- گاز طبیعی – شهری ، و گاز زغال

گازهای فوق می‌توانند به عنوان گاز سوختن در جوشکاری مورد استفاده قرار گیرند .

هرکدام از آنها ویژگی دارند و حرارت حاصل از احتراق آنها با هم فرق دارد.

در این میان استیلن بهترین گاز از نظر حرارتی است و جوشکاری اکسی استیلن متداولترین و عمومی‌ترین روش جوشکاری گاز در ایران است .

2- استیلن C2H2
گاز استیلن هیدروکربوری است که 3/92 درصد کربن و 7/7 درصد ئیدروژن دارد .

بهترین حلال آن مایع استون است که می‌تواند در حرارت 15 درجه سانتیگراد و فشار معمولی ، 25 حجم استیلن را در خود حل کند.

هر لیتر این گاز 16/1 گرم وزن دارد .

مخلوط استیلن با هوا یا اکسیژن در بعضی موارد حتی بدون شعله قابلیت انفجار دارد .

در صنعت برای رهایی از خطر انفجار استیلن را در مایع استون حل و به صورت مایع در کپسولها نگهداری می‌کنند .

هنگام سوختن استیلن با اکسیژن خالص حرارتی معادل 3200 – 3100 درجه سانتیگراد تولید می‌شود و با این درجه حرارتی اکثر فلزات و آلیاژهای صنعتی را می‌توان ذوب کرد .
طرز تهیه استیلن
در صنعت از ترکیب سنگ کاربید با آب گاز استیلن تولید می‌شود ، این فعل و انفعالات تند و گرمازا است .

ترکیب کاربید یا کربور کلسیم ( CaC2 ) با آب در دستگاهی به نام مولد استیلن صورت می‌گیرد .

این دستگاه انواع مختلفی دارد.

در بازار به مولدهای استیلن دیگ استیلن هم گویند .

3- ژنراتور یا مولد استیلن :
برای ترکیب سنگ کاربید با آب به منظور تولید گاز استیلن و ذخیره آن جهت مصرف از دستگاهی به نام مولد استیلن استفاده می‌کنیم .

مولدها از نظر نحوه رسیدن آب به کاربید به سه دسته تقسیم می‌شود :
الف) سقوطی

ب) ریزشی

پ) تماسی

علاوه بر آن از لحاظ تولید فشار گاز در داخل مولد نیز به سه دسته تقسیم می‌شوند :
الف) فشار ضعیف تا 1/0 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع .

ب) فشار متوسط تا 5/0 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع .

پ) فشار قوی از 5/1 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع به بالا .

الف ) مولدهای سقوطی :
در این نوع مولدها کاربید در آب سقوط می‌کند و با آب ترکیب می‌شود .

گاز استیلن در بالای آب جمع می‌شود و ئیدرات کلسیم حاصل از فعل و انفعالات در ته ظرف رسوب می‌کند .

این رسوبات از مجرای مخصوص خارج و به چاه یا حوضچه‌هایی هدایت می‌شود .

در این این مولدها چون کاربید همیشه با مقدار زیادی آب برای ترکیب روبه‌رو می‌شود حرارت حاصل از ترکیب آب با کاربید به آب داخل مولد انتقال می‌یابد و از بروز خطر جلوگیری می‌شود .

این مولد در دو نوع دستی و اتوماتیک وجود دارد که در دستگاه خودکار از کاربید دانه‌بندی شده استفاده می‌شود .

ب) مولد ریزشی : در این نوع مولد آب روی کاربید می‌ریزند و با آن ترکیب می‌شود و یکی از ساده‌ترین و متداول‌ترین مولدها در الران است که در اغلب کارگاهها مورد استفاده قرار می‌گیرد .

با بازکردن شیر آب به طور اتوماتیک و مداوم هر بار مقدار آب له درون مخزن کشو مانند محتوی سنگ کاربید می‌ریزد و گاز استیلن تولید شده از طریق لوله به قسمت بالای مخزن اصلی آب می‌رسد و در آنجا ذخیره می‌شود .

فشار گاز ذخیره شده به وسیله فشارسنج دستگاه مشخص می‌شود این فشار نباید هیچگاه از 5/1 اتمسفر تجاوز کند .

مصرف آب در این مولدها کم است ولی حرارت حاصل از فعل و انفعال در منطقه کاربید ظرف ( ظرف کشو مانند ) متمرکز است ، لذا دستگاه طوری طراحی می‌شود که محفظه طوری طراحی می‌شود که محفظه کاربید به وسیله آب احاطه شده و همواره خنک شود و خطر انفجار به حداقل ممکن برسد .

پ) مولدهای تماسی : در این مولدها کاربید در سبدی توری بالای مخزن آب قرار دارد که به وسیله دست یا به طور اتوماتیک با آب تماس پیدا می‌کند و دوباره این تماس قطع می‌‌شود و زمانی که فشار گاز داخل مولد کم شد مجدداً با پایین آمدن سطح آب در جداره و بالا رفتن سطح آب در قسمت وسط سطح آب به کاربید موجود در سبد رسیده و مقداری گاز تولید می‌شود .

گاز تولید شده به سطح آب فشار می‌آورد و آب را به جداره می‌فرستد و مجدداً تمام تماس آب با کاربید قطع می‌شود .

4- کپسول حفاظتی : خروج گاز از مولد یا از خط لوله و قبل از ورود به شیلنگهای لاستیکی اجباراً مسیر استوانه حفاظتی ( کپسول حفاظتی ) را طی می‌کند .

این امر موجب می‌شود که از برگشت اکسیژن ( در اثر نقص فنی یا بد کار کردن مشعل ) به داخل مولدها و یا مسیر لوله استیلن ممانعت شود .

در اصطلاح برگشت اکسیژن را پس زدن شعله می‌گویند .

از طرف دیگر چنانچه شیلنگ‌ها آتش بگیرند از رسیدن شعله و آتش به مولد ویا خط لوله استیلن جلوگیری می‌شود.

معمولاً گاز موقع خروج از مولد از یک سوپاپ یک طرفه عبور می‌کند، از آب می‌گذرد و وارد کپسول حفاظتی می‌شود و تا حدودی تصفیه شده به طرف مشعل جوشکاری هدایت می‌شود .

5- کپسول استیلن : چنانکه قبلاً اشاره شد استن بهترین حلال استیلن است و جسم متخلخل موجب می‌شود استن در سطح بزرگی پخش و گاز استیلن با بیشتری در استن حل شده و در موقع مصرف راحت‌تر از آن جدا شود .

علاوه بر آن وضعیت داخل کپسول موجب می‌شود استیلن به واحدهای کوچک تبدیل شود و خطر انفجار خود به خود و یا تجزیه استیلن منتفی گردد .

کپسول معمولی استیلن محتوی 4 متر مکعب استیلن است که با فشار 15 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در استن حل شده در این فشار هر لیتر استن قادر است 375 لیتر گاز استیلن را در خود حل کند .

با یک حساب ساده معلوم می‌شود که کپسول استیلن با این ظرفیت دارای تقریباً 10 لیتر استن است .

چون استیلن به آرامی از استن جدا می‌شود نباید از کپسول استیلن در هر ساعت بیشتر از یک چهارم 1|4 ظرفیت کل کپسول گاز به مصرف رساند ، در غیر این صورت استن همراه با گاز استیلن خارج می‌شود و در کار مشکلاتی ایجاد می‌شود .

در کارگاههایی که مصرف استیلن آنها زیاد است غالباً چند کپسول استیلن را به نام پست مرکزی مجتمع می‌کنند و به وسیله لوله‌های فولادی آنها را به هم وصل می‌نمایند و به وسیله لوله‌های فولادی آنها را به هم وصل می‌نمایند و به هم وصل می‌نمایند و به شبکه لوله‌کشی استیلن مرتبط می‌شوند .

6- کپسول اکسیژن : اکسیژن در استوانه‌های فولادی مخصوص بسیار مقاوم که مقاومت آن 80 کیلوگرم بر میلیمتر مربع با فشار 150 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع معادل 150 بار یا حدود 220 پوند بر اینچ مربع در حرارت 21 درجه سانتی‌گراد معادل 70 درجه فارنهاید متراکم و به بازار عرضه می‌کنند که به کپسول اکسیژن موسومند .

کپسولها بدون درز ساخته می‌شوند .

قطر داخلی آنها 204 میلیمتر و ضخامت جداره آن 75/8 میلیمتر است .

کپسولها اکسیژن در سه اندازه مختلف ساخته می‌شود : الف) اندازه بزرگ با ظرفیت 6800-6300 لیتر ب) اندازه متوسط با ظرفیت 3400-3100 لیتر پ) اندازه کوچک با ظرفیت 2200-1600 لیتر معمولاً کپسولها حجمی معادل 40 لیتر دارند و ظرفیت آنها 6 متر مکعب گاز است .

غالباً چندین کپسول اکسیژن را در یک محل به نام پست مرکزی اکسیژن را در یک محل به نام پست مرکزی اکسیژن مجتمع نموده و به وسیله لوله‌های فولادی به هم وصل می‌کنند اینها از دو سری کپسول تشکیل می‌شوند که در هر نوبت یک سری از کپسولها مورد استفاده قرار می‌گیرند و سری دیگر به عنوان ذخیره آماده مصرف هستند .

لوله‌هایی که گاز اکسیژن را هدایت می‌کنند طبق استاندارد به رنگ سفید رنگ‌آمیزی می‌شوند و باید کاملاً آب بندی بوده و نشتی نداشته باشد .

7- دستگاه تقلیل فشار چون اکثر گازها در کپسول با فشار زیادی ذخیره می‌شوند و مصرف گاز در جوشکاری با این فشار عملی نیست لازم است با استفاده از دستگاهی بنام رگولاتور فشار گاز را تقلیل دهیم و تنظیم کنیم تا جریان گاز به طور یکنواخت به سمت مشعل جوشکاری هدایت شود شود و علاوه بر آن با توجه به نوع کار فشار گاز را به دلخواه تنظیم نماییم .

این دستگاهها معمولاً به طور مستقیم به کپسولها متصل می‌شوند و همچنین به خطوط انتقال گاز قبل از شیلنگ‌های لاستیکی نصب می‌شوند تا فشار گاز را تنظیم و آماده مصرف کنند .

دستگاههای تقلیل دهنده لازم است که فشار را کاهش دهند و تنظیم نمایند و در اثنای مصرف این فشار را ثابت نگه دارند .

این عمل ممکن است در فشار سنج‌های یک مرحله‌ای صورت پذیرد و یا در دو مرحله فشار گاز کاهش یابد و تنظیم شود .

در مرحله اول فشار تقلیل پیدا می‌کند (مثلاً از 150 اتمسفر به 15 اتمسفر) و در مرحله دوم با پیچ تنظیم فشار گاز مورد نیاز برای کار تأمین می‌شود .

گروهی از دستگاهها دارای دو فشارسنج است که یکی فشار گاز داخل کپسول و دیگری فشار تنظیم شده ( فشار گاز مصرفی ) را نشان می‌دهد همچنین دارای یک سوپاپ اطمینان و یک شیر خروجی است .

اساس کار دستگاههای تنظیم فشار گاز اکسیژن و استیلن یکی بوده و از روی درجه‌بندی روی فشارسنج می‌توان آنها را تشخیص داد .

فشار سنج اکسیژن مربوط را تا 300 بار درجه بندی کرده‌اند در صورتیکه فشارسنج کپسول استیلن که فشار کپسول را - نشان می‌دهد تا 30 یا 40 بار درجه بندی شده‌اند .

8- مشعل‌های جوشکاری : مشعل جوشکاری وسیله‌ای برای مخلوط کردن گاز قابل احتراق با اکسیژن به میزان دقیق و معین است که با سرعت از دهانه مشعل خارج می‌شود .

مشعل جوشکاری از قسمتهای زیر تشکیل می‌شود : 1- دسته مشعل 2- شیر تنظیم 3- لوله اختلاط 4- پستانک مشعل‌های جوشکاری اقسام مختلفی دارند .

معروفترین آنها عبارتند از : الف ) فشار قوی : که در این مشعل‌ها گاز سوختنی و اکسیژن با فشار مساوی وارد محفظه اختلاط شده و با هم مخلوط می‌شود .

از این مشعل‌ها در کارگاههایی که استیلن در مولدهای فشار قوی تولید می‌شود یا از کپسول گرفته می‌شوند می‌توان استفاده کرد.

ب ) مشعل فشار ضعیف ( انژکتوری ) : که در این مشعل‌ها اختلاط گاز سوختنی و اکسیژن به وسیله انژکتور انجام می‌گیرد .

انژکتوری سوراخ ریزی دارد که اطراف آن روزنه‌ای به شکل تاج دایره تعبیه شده است که اکسیژن با فشار 1تا 2 اتمسفر از سوراخ انژکتور خارج می‌شود و گاز سوختنی را از روزنه اطراف آن با خود به درون محفظه اختلاط می‌کند.دراین محل گازسوختنی و اکسیژن به نسبت معینی مخلوط شده از پستانک‌مشعل خارج می‌شود.برای ایجاد شعله‌های با ظرفیت‌های حرارتی مختلف سر مشعل (لوله اختلاط + پستانک )را عوض می‌کنند.

9- سرمشعلهای جوشکاری : برای جوشکاری فلزات با ضخامت‌های گوناگون به وسیله شعله گاز سرمشعل‌های مختلفی که قطر سوراخ‌های آنها متفاوت است ساخته شده‌اند .

این اندازه سر خود مشعل نوشته شده است .

بعضی کارخانه‌های سازنده سرمشعل اعدادی را که نماینده مصرف گاز استیلن بر حسب لیتر در ساعت است روی سر مشعل حک می‌کنند ( مثلاً 100 یعنی در هر ساعت 100 لیتر گاز مصرف می‌شود ) و برخی دیگر ضخامتهای فلز مورد جوشکاری را روی آن حک می‌کنند ( 2-1 میلیمتر یا 4-2 میلیمتر و غیره ) ولی معمولی‌ترین سیستم شماره گذاری از صفر تا 15 و این اعداد متناسب با قطر دهانه خروجی سر مشعل می‌باشد .

امروزه جعبه مشعل تعدادی محدودی سر مشعل دارند و اغلب سه‌تایی هستند(کوچک ،بزرگ ،متوسط) 10- مشعل برشکاری : مشعل برشکاری دارای ساختمانی مشابه مشعل جوشکاری است و فقط یک شیر اکسیژن اضافی دارد که معمولاً با اهرم باز و بسته می‌شود و از مسیر جداگانه به مرکز سر مشعل رسیده و به کار دمیده می‌شود .

11- شیلنگ‌های حامل گاز : برای انتقال گازهای سوختنی و اکسیژن از کپسول یا مولدها به مشعل از شلنگ‌های مخصوصی استفاده می‌شود .

این شلنگ‌ها دارای دو دو قطر استاندارد شده هستند که یکی پنج یازدهم 5|11 و دیگری نه شانزدهم 9|16 است ( یعنی با قطر داخلی 5 میلیمتر و قطر خارجی 11 میلیمتر و یا قطر داخلی 9 و قطر خارجی 16 میلیمتر ).

شیلنگهای گاز در ایران با رنگ آبی یا سبز و شیلنگهای حامل استیلن با رنگ قرمز یا قهوه‌ای مشخص شده‌اند .

12- تجهیزات فردی تجهیزات فردی شامل : لباس کار ، شلوار کار ، پیش‌بند چرمی ، دستکش چرمی ، کفش چرمی ، پابند و عینک جوشکاری و کلاه ایمنی است .

13- سوزن یا سوهان سر مشعل : در موقع تنظیم گاهی شعله دو شاخه مشاهده می‌شود یا طول شعله کوتاه است و شعله خوب تنظیم نمی‌شود .

علت آن وجود دوده و یا اکسیدهای درون سوراخ سر شعله است که موقع کار به آن چسبیده است .

در این حالت لازم است سوراخ پستانک با سوزن مناسب تمیز شود .

14- انواع جوشکاری اکسی استیلن جوشکاری با استیلن به روش‌های زیر انجام می‌شود : الف) جوشکاری اکسی استیلن بدون مفتول ب) جوشکاری اکسی استیلن با مفتول مسوار پ) جوش برنج یا زردجوش می‌خواهیم در این مبحث تنها به توضیحی کوتاه در مورد جوش برنج (زردجوش) بپردازیم .

جوش برنج یا زردجوش زردجوش برای اتصال فلزات مشابه و یا غیر همجنس به کار می‌رود و روشی است بین جوشکاری و لحیم‌کاری سخت.

مقاومت این جوش از لحیم سخت بیشتر است و با شعله گاز و در حرارتی حدود 880 الی950 درجه سانتیگراد اجرا می‌شود.

بدین طریق که سطح لبه‌های مورد اتصال حرارت داده شده (تا درجه حرارت ذوب مفتول و پایین‌تر از نقطه ذوب قطعه کار) سپس با حضور فلاکس، مفتول که غالبا آلیاژهای مس (برنج و برنز) هستند، ذوب و در محل درز رسوب داده می‌شود.

تفاوت این روش با جوشکاری در این است که فلز قطعه کار ذوب نمی‌شود و با مفتول پر کننده مخلوط نمی‌گردد بلکه نوعی خیس شدن و نفوذ اتمی بین فلز پرکننده و فلز قطعه کار باعث استحکام می‌شود.

مفتولهای جوش برنج چندین نوع مفتول جوش برنج موجود است که مشهورترین آنها برنج است متشکل از 60درصد مس و 40درصد روی.

عناصری نظیر سیلیسیم، قلع، منگنز، آهن و نیکل برای بالا بردن بعضی خواص آن افزوده می‌شود.

فلاکسها و روانسازهای زردجوش اغلب فلزات در درجات حرارت نزدیک ذوب آمادگی ذوب شدن را دارند.

برای جلوگیری از اکسید شدن و همچنین برای تمیز کردن شیمیایی سطح فلز و روان کردن مذاب(تسهیل در جاری شدن مذاب بر روی قطعه کار) موقع جوش برنج از فلاکس استفاده می‌شود که روانساز یا تنه‌کار هم گفته می‌شود.

روانسازها به اشکال مختلف(پودر خمیر یا گاز) ساخته می‌شوند که معمولترین‌ها به صورت پودر است.

ماده اصلی آن براکس یا پربرمات‌سدیم است و برای جوشکاری فلزات مختلف تا 30%بعضی نمکهای فلزات قلیایی به آن اضافه می‌کنند.

برای رساندن فلاکس به موضع اتصال راههای مختلف وجود دارد : الف) گرم کردن مفتول جوش و فرو بردن آن به داخل فلاکس.

در این حالت مقداری روانساز به مفتول می‌چسبد و به موضع اتصال داده می‌شود .

ب) استفاده از مفتولهای جوش برنجی پوششدار شبیه الکترود روپوش‌دار برق .

ج) اضافه کردن پودر یا مایع بر روی مسیر اتصال.

د) اتصال تنه‌کار به موضع جوش همراه با گازهای مصرفی .

جوش برنج روی ورقهای فولاد معمولی ورقهای فولادی کم کربن قابلیت خوبی برای برنج جوش دارند.

قطعات کار مانند جوشکاری معمولی اکسی‌استیلن آماده می‌شوند ولی قدرت حرارتی شعله باید کمتر باشد.

لذا برای جوش لب‌به‌لب و یا جوش لب‌رو‌لب به ازای هر میلیمتر ضخامت قطعه 50 تا 60 لیتر در ساعت و برای جوش زاویه داخلی 75 الی80 لیتر استیلن در ساعت باید به مصرف برسد.

از پودر فلاکس برنج جش فولاد استفاده می‌شود و قطر مفتول برنجی ضخامت کار در نظر گرفته می‌شود.

برنج جوش به علت پایین بودن درجه حرارت جوشکاری ورقها و لوله‌های گالوانیزه به کار رفته در این درجه حرارت کمتر اکسید می‌شود و مقاومت در مقابل خورندگی آن حفظ می‌گردد.

برنج جوش در جوشکاری چدن و قطعات مسی و لوله‌های مسی به راحتی مورد استفاده است .