تحقیق مقاله جوشکاری

فصل اول

توضیح درموردجوشکاری گاز و تاریخچه آن و جوشکاری با گاز محافظ

گاز

مقدمه

ارسطو که نظر های فیلسوف های یونانی پیش از خود را خلاصه کرده بود عقیده داشت که همه موارد موجود در زمین از چهار عنصر« خاک آب آزمایش های مربوط به هوا و آتش»حاصل شده است سه عنصر از چهار عنصر ارسطو به سه حالت ماده جامد مایع گاز و عنصر چهارم به انرژی تبدیل میشود.

دانشمندان گاز را نوعی آزمایش مربوط به هوا با ناخالصی های گوناگون میدانستند.

حالت گازی

از مطالعه خواص گازها این نتیجه حاصل می شود که مولوکولهای گاز کاملا از یکدیگر جدا بوده دارای حرکت سریع می باشند آشنا ترین گاز یعنی هوا در واقع مخلوطی از چند نوع گاز است . آزمایش نشان می دهد که از دو یا چند نوع گاز می توان به هر نسبت مخلوطی کالا همگن بدست آورد ولی چنین تعمیمی در مورد مایعات صدق نمی کند چون هر گاز را به صورت مولوکولهای جدا از هم با فواصل نسبتازیاد می دانیم قرار گرفتن مولوکولهای یک گاز در میان مولوکولهای یک گاز دیگر امری معقول و بدیهی به نظر میرسد این مدل مولکولی  برای توضیح تراکم پذیری گاز ها نیز به کار می آید عمل تراکم نزدیک کردن مولوکولهای گاز به یکدیگر است.

جوشکاری

تاریخچه جوشکاری

چون احتیاجات بشر اتصال و جوش را در همه موارد خواستار بوده لذا مثلا از رومی های قدیم فردی بنام پلینی از لحیم به نام آرژانتانیم و ترناریم استفاده میکرد که دارای مقدار مساوی قلع و سرب بوده است و ترناریم دارای دو قسمت سرب ویک قسمت قلع می باشد که هنوز هم با پراکندگی مورد استفاده قرار می گیرند . دقت و ترکیبات شیمیایی و دستگاه های متداول طلا سازی از قدیم الایام در جواهرات با چسباندن ذرات ریز طلا بر روی سطح آن با استفاده از مخلوط نمک و مس  صمغ آلی که با حرارتصمغ را کربونیزه نموده و نمک مس را به مس احیاء میکنند و با آلیاژ طلا درست کردن ذرات طلا را جوش می دهند و تاریخچه ای به شرح زیر دارند :

برناندوز روسی در 1886 قوس جوشکاری را مورد استفاده قرارداد .

موسیان در 1881 قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرارداد .

اسلاو با نوف الکترود های قابل مصرف در جوش کاری را مورد استفاده قرارداد .

ژول در 1856به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.

لوشاتلیه در 1895 لوله اکسی استیلن را کشف و معرفی کرد .

الیهوتامسون آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال 7-1876 استفادهنمود.

چون مواد و فلزات تشکیل دهنده و جوش دهنده و گیرنده از لحاظ متالوژیکی بایستی دارای خصوصیات مناسب باشند بنابراین جوشکاری از لحاظ متالوژیکی بایستی مورد توجه قرار گیرد که آیا :

قابلیت متالوژیکی وفیزیکی جوشکاری دوقطعه مشخص است.

پس از قابلیت متالوژی آبا قطعا ای را که ایجاد می کنیم از لحاظ مکانیکی قابل کاربرد و سالم است .

آیا میتوانیم امکانات ووسائل برای نیاز ها و شرایط این جوش کاری را مثلا گاز و دستگاه را ایجاد نمائیم و فرضا ایجاد نیرو در درجه حرارت بالا یا ضربه زدن در درجه حرارت پائین ممکن باشد زیرا استاندارد های مکانیکی ومهندسی وصنعتی جوشکاری باید در تمام این موارد رعایت شود تا جوش بدون شکستگی و تخلخل و یا نفوذ سرباره و غیره انجام گیرد.

تکرار می شود در جوشکاری تخصصی و اصولا تمام انواع جوش قابلیت جوش خوردن فلزات را باید دقیقا دانست در مورد مواد واسطه و الکترود وپودر جوش باید دقت کافی نمود محیط لازم قبل و در حین جوشکاری و پس از جوشکاری را مثلا (در مورد چدن ) باید به وجود آورد . گازهای دستگاه های مناسب و انتخاب فلزات مناسب از لحاظ ذوب در کوره ذوب آهن و بعد در حین جوشکاری از لحاظجلوگیری از صدمه گاز آتش ومشعل و برق و هوای محیط و وضعیت جسمانی و زندگی جوشکار خود نکات اساسی دیگری هستند که مشکلات جوشکار می باشند .

مشعل های جوش کاری

وظیفه مشعل تنظیم اختلاط گاز سوخت واکسیژن به اندازه معین می باشد که آن را با سرعت کمی بیشتر از سرعت احتراق از دهانه خود خارج نماید .

مشعل ها بر دو نوع می باشد:

مشعل فشارمساوی

مشعل انژکتوری و فشار ضعیف

در مشعل انژکتوری اکسیژن با فشار3 آتمسفراز سوراخهای ریز انژکتورمانندو دایره ای خارج شده و گاز سوخت را که در روزنه وجود دارد با خود 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 معروفمی 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 مربوط دارد که از استیلن موجود در لوله های فشار قوی استفاده می گردد و با تعویض سر مشعل شعله های مختلف ایجاد می نماید . در روی لوله های اختلاط قطر ورق های فولادی از 3/0 تا 30 میلی متر و فشار گاز نوشته شده است و برای جوش دادن ورق فولادی به ضخامت 1میلی متردر هر ساعت حدود 100لیتر اکسیژن و 100لیتر نیز استیلن مصرف می گردد که در شرایط مساوی با م مخلوط شده اند .

در موقع کار با مشعل جوشکاری باید به نکات مخصوص توجه شود :

برا ی پاک کردن سر مشعل از سوهان استفاده نکنید و اکثرا این کاررا در کارگاه ها انجام می دهند این عمل سبب خواهد شد که سوراخ آن گشاد شود و بهتر است با تکه ای چرم  پاک کنیم و برای باز کردن قطعات مشعل از آچار مخصوص استفاده کنید و انبر دست به کار نبرید و سعی شود گه سر مشعل سرد به مشعل گرم نپیچانید و لوله های اختلاط را عوض نکنید . هر گاه اختلاط در کار مشعل روی داد فورا شعله را خاموش نموده و علت آن را پیدا کنید .

سوراخ های مشعل را باید با سوزن مخصوص همان شماره پاک کنید و از وسائل دیگر استفاده نکنید.باز کردن و بستن شیر مشعل باید کاملا 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 با مشعل کاملا جلو گیری کنید و هرگز روغن نزنید. و برا ی باز کردن و چرب کردن از کف صابون یا گلیسیرین استفاده نمائید. چنانچه سرعت خروج مخلوط استیلن و اکسیژن از سر مشعل کمتر از سرعت احتراق آن باشد شعله به داخل مشعل پس می زند و در این حال بایستی مقدار هر دو گاز را زیاد کنید به رعایت نکات فوق توجه فرمائید که باعث خطرات جانی نشود .

جعبه مشعل و وسائل

جعبه مشعل های جوشکاری معمولا کلیه وسائل لازم برای جوشکاری را دارا می باشند . مشعل های جوش کاری را میتوان به دسته بک سوا رنمود و پیچ کرد و نیز در مواقع ضروری مشعل برش نیز به دسته بک سوار میشود – قرقره و بازو و سوزن برای تمیز نمودن معممولا در این جعبه ها قرار دارد شماره مشعل در قسمت ر مشعل حک شده است .

رگلاتور

به طوری که قبلا ذکر شد فشار گاز در کپسول اکسیژن 150اتمسفر و در کپسول استیلن 15آتمسفر می باشد و جوشکاری با این فشار های زیاد امکان پذیر نیست بدین جهت بایستی فشار کپسول را کاهش داده و به فشار گاز تبدیل نموده فشار گاز با بزرگی و کوچکی سر مشعلی که برای جوشکاری به کار می رود تغییر میکند و مقدار آن معمولا برا یاکسیژن 5/0 الی4 اتمسفر و برای استیلن 2/0الی 1 آتمسفر می باشد فشار گاز در تمام مدت جوشکاری ثابت و یکسان می باشد عمل کاهش و تنظیم فشار گاز کپسو ل ها به وسیله رگولاتور انجام می گیرد بنابراین رگولاتور دو وظیفه دارد:

فشار گاز داخل کپسول را به فشار کار تبدیل می کند .

فشار کار را همیشه ثابت نگه می دارد .

رگولاتور از لحاظ ساختمان مکانیکی بر دونوع است:

رگولاتور انژکتوری

رگولاتور سوپاپی

رگولاتور های انژکتوری بیشتر متداول بوده که بدنه آن از برنج ساخته شده و به وسیله مهره ای به سوپاپ کپسولو دیگری برای نشان دادن فشار کار می باشد و به وسیله پیچ به بدنه وصل شده است داخل رگولاتور از چند فنر و یک دیا فراگم و انژکتور ساخته 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 همچنین فشار کپسول هر مقدار باشد رگولاتور وظیفه خود را به نحو احسن انجام می دهد .

فنر های رگولاتور از بهترین فولاد و دیا فراگم آن از برنز فسفر دار و یا از ورقه های نازک فولادی ویا از لاستیک و انژکتور آن از برنز و نشیمن انژکتور از کائوچو یا از فیبر ساخته می شود رگلاتور سوپاپی نیز اصول کار آن مانند رگلاتور پستانکی می باشد با این تفاوت که به جای پستانک (انژکتور) سوپاپ به کار رفته است اجزا مختلف این رگلاتور نیز مانند رگلاتور انژکتوری می باشد و میله سوپاپ آن از فولاد بسیار عالی ساخته شده است .

رگلاتور ها از نظر دفعات کاهش فشار به دو نوع تقسیم می شوند :

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

رگلاتور دو مرحله ای که فشار کپسول را در دو مرحله به فشار مطلوب تبدیل می نماید.

فشار سنج ها

یکی از حساس ترین قسمت های جوش کاری دستگاه های فشار سنج برای اکسیژن و هیدروژن میباشد در انواع مختلف فشار سنج ها برای اکسیژن استیلن و سایر گاز ها پیش بینی شده اند که در روی کپسولها نصب می گردند .

فشار گاز استیلن در مخازن حد اکثرcm / kp 30 مربع و فشار مصرف تا cm / kp 5 حد اکثر می باشد ولی معمولا با فشار خیلی کمتر مخزن و حدود 5/1 تا 3 کیلو پوند بر سانتی متر مربع استیلن کار می شود .

جوشکاری با گاز یا شعله

جوشکاری با گاز شعله یکی از اولین روشهای جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی بوده و هنوز هم در کارگاههای کوچک در صنایع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکار میرود. در این روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار برای برطرف کردن لایه اکسیدی بکار میرود.

مزایا: سادگی فرآیند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسایل

محدوده کاربرد: ورقهای نازک 8/0 تا 5/1 میلیمتر

محدودیتها: باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسریع خوردگی – سرعت کم- منطقه H.A.Z وسیع است.

قطعات بالاتر از 5/2 میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت با این روش جوش نمیدهند.

حال می پردازیم به چگونگی تامین حرارت در این فرآیند

حرارت لازم در این روش از واکنش شیمیایی گاز با اکسیژن بوجود می‌آید.

حرارت توسط جابجایی و تشعشع به کار منتقل میشود. قدرت جابجایی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغییر اندکی در درحه 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 را جذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود. بنابراین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه ایجاد شعله با درجه حرارت بالاست. گازهای سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است که مقدار 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 شامل سیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولد گاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار برای گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده گاز به مشعل و مشعل جوشکاری است.

استیلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپایدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نیاز به رعایت و مراقبت بالا دارد. فشار گاز در سیلندر حدود 2200 PSI است و رگولاتورها این فشار را تا زیر 15 PSi 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 5 متر مکعب در ساعت از استیلن استفاده شود از سیلندر استن بیرون خواند زد که خطرناک است.