جوشکاری یکی از فرآیندهای فلز کاری است که به وسیله آن فلزات را بهم جوش می‌دهند. فلزات را تا نقطه ذوب حرارت می دهند تا قسمتهای ذوب شده بهم متصل شوند.
معمول ترین انواع جوشکاری: جوشکاری با گاز، جوشکاری با برق، جوشکاری با برق و گاز و جوشکاری مقاومتی است. اقسام دیگر آن جوشکاری با هیدروژن اتمی، جوشکاری با ترمیت، جوشکاری سرد، جوشکاری با ماوراء صوت، جوشکاری با اشعه الکترون، جوشکاری با لیزر و جوشکاری با پلاسما است.
دو نوع معمول برش، برش با گاز و برش با برق است. در اینجا جوشکاری با استیلن را شرح می دهیم زیرا:
1. اصول جوشکاری با استیلن که شامل اصول مهم انواع دیگر جوشکاری نیز هست.
2. جوشکاری بااستیلن معمولترین جوشکاری دستی است، آهسته تر انجام می شود و تنظیم آن ساده تر از اقسام دیگر است.
یکی از معمولترین اقسام جوشکاری استفاده از گاز برای تولید حرارت است. در اینجا از احتراق گاز در مجاورت اکسیژن هوا استفاده می شود. در مورد استفاده از اکسیژن می توان از اکسیژن کپسول و یا از اکسیژن هوا استفاده نمود. در این روش اکسیژن به سه طریق ممکن است با گاز ترکیب شود.
1. از هوای اطراف که:
الف. در آن درجه حرارت پایین است.
ب. کار کاملاً تمیز نیست.
ج. خود مقدار حرارت هم کم است.
2. هوا از سوراخهای مشعل وارد آن شده که:
الف. در آن درجه حرارت بالاتر است.
ب. کار تمیزتر از روش اول است.
ج. خود مقدار حرارت بیشتر است.
3. اکسیژن کپسول با فشار وارد گاز قبل از احتراق می شود که:
الف. درجه حرارت بسیار بالاتر است.
ب. خیلی تمیز است.
ج. بیشترین مقدار حرارت را پس می دهد.
جوشکاری با گاز هنر اتصال فلزات مختلف بهم است و با آن سطوح مجاور را ذوب نموده و بهم می‌چسبانند.
یک شعله متمرکز خیلی شدید در نقطه ای روی فلز وارد می کنیم تا ذوب شده و حوضچه مایع درست شود. دو قسمت مایع بهم متصل شده، کنار دو قطعه بهم وصل می‌شود. این عمل باید طوری انجام شود که دو فلز صدمه نبینند.
شعله جوشکاری باید دارای خواص زیر باشد:
الف. درجه حرارت شعله باید باندازه کافی بالا باشد تا فلز ذوب شود.
ب. مقدار حرارتیکه تلف می شود توسط شعله تامین می گردد.
ج. شعله نباید فلز را بسوزاند (آنرا اکسیده کند).
د. شعله نباید ناخالصی هائی روی فلز رسوب دهد.
هـ. شعله نباید فلز را با دوده بپوشاند.
و. شعله نباید تولید گازهای مسموم نماید.
مقدار حرارت تولید شده با تنظیم حجم گاز مصرف شده، تعیین می شود. برای اینکه حرارت بیشتری تولید شود سوراخ سر مشعل را گشادتر و فشار گاز را بیشتر انتخاب می کنیم. در نتیجه گاز بیشتری از سوراخ خارج خواهد شد. هرچند اگر از سر مشعل بزرگتر یا کوچکتر استفاده کنیم، درجه حرارت تغییر نخواهد کرد.
باید خاطر نشان کرد که مقدار حرارت تولید شده و در نتیجه ضخامت فلزی که می‌خواهیم جوش دهیم به مقدار گاز سوختی در واحد زمان بستگی دارد. پس مقدار حرارت باندازه سوراخ سر مشعل بستگی خواهد داشت.
در صنعت چند نوع جوشکاری و برش کاری با گاز معمول است:
1. استیلن- اکسیژن 2. هیدروژن- اکسیژن 3. گاز طبیعی یا صنعتی- اکسیژن 4. گاز مایع- اکسیژن.
شعله ممکن است دارای اکسیژن زیاد یا کم باشد که خوب نیست و در آن صورت نسبتهای مخلوط دو گاز اکسیژن و استیلن نامناسب است. اگر اکسیژن خیلی زیاد باشد، شعله اکسید کننده و اگر استیلن زیاد مصرف شود، شعله احیا کننده خواهد شد.
شعله‌ی صحیحی را که به فلز حرارت می دهد و آنرا اکسیده یا احیاء نکند شعله خنثی می نمامند. شعله خنثی وقتی حاصل می شود که نسبت گاز استیلن و اکسیژن متناسب باشد. در شعله خنثی دو گاز با هم ترکیب شده، اکسیژن با کربن و هیدروژن گاز استیلن ممزوج و حرارت لازم تولید می شود. لازم به یادآوری است که گازهای حاصل بی ضرر هستند.
می توان به زبان شیمی چنین نوشت: استیلن+ اکسیژن= گاز کربنیک+ آب+ حرارت
دو گاز تولید شده یعنی گاز کربنیک و بخار آب سمی نیستند.
اکسیژن موجود در هوای اطراف شعله برای تکمیل احتراق مصرف می شود و این بدان معنی است که وقتی در شکاف یا گوشه ها بخواهیم جوشکاری کنیم، بطوریکه هوا نتواند به شعله برسد، اکسیژن بیشتری از کپسول را باید بشعله برسانیم. اگر نسبت مخلوط دو گاز مناسب نباشد فرم ظاهری شعله این اشکال را روشن خواهد کرد. آخر سر نیز، شعله خنثی را از وضع فلز ذوب شده می توان امتحان کرد.
مواد زائد از دو راه وارد شعله جوشکاری می شوند:
الف. ممکن است گازها مواد اضافی داشته باشند.
ب. دستگاه تمیز نباشد.
گاز باید همیشه از کیفیت خوبی برخوردار باشد. خلوص گاز را کارخانه سازنده مشخص کرده و باید در نظر داشت که گرمای شعله استیلن- اکسیژن خنثی به 5600 درجه فارنهایت می رسد. اگر اکسیژن زیادتر باشد درجه حرارت به کمی بالاتر هم ممکن است برسد.
قبل از بحث در طرز کار جوشکاری، بهتر است اطلاعاتی درباره دستگاههای جوشکاری پیدا کنیم تا امکانات و حدود کار این دستگاه‌ها مشخص شود.
در اصل، دستگاه جوشکاری اکسی استیلن شامل وسایل زیر است:
یکی منبع تامین دو گاز اکسیژن و استیلن و دستگاهی که در آن، دو گاز بدون خطر با هم مخلوط شده و به مشعل می رسند. در آنجا گازهای مزبور مشتعل شده و درجه حرارت زیادی ایجاد می شود. در اینجا دستگاهی را که بیشتر بکار می رود توضیح می‌دهیم:
الف. کپسولهای گاز: یکی کپسول اکسیژن و دیگری کپسول استیلن.
ب. تنظیم های فشار و فشارسنج ها: تنظیم فشار اکسیژن و تنظیم فشار استیلن.
ج. لوله اکسیژن و لوله استیلن.
د. مشعل جوشکاری.
معمولاً دو نوع مشعل جوشکاری استیلن و اکسیژن به کار می رود:
1. مشعل از نوع فشار مساوی 2. مشعل از نوع تزریقی در نوع اول همانطور که از اسم آن پیداست گازهای اکسیژن و استیلن هر دو فشاری مساوی یا تقریباً نزدیک بهم دارند. این نوع مشعل ها خیلی بیشتر بکار می روند. در مشعل نوع تزریقی، فشار گاز استیلن نسبتاً کم و فشار اکسیژن خیلی بالاتر است.
بطور کلی و با استفاده از خصوصیات شعله، مشعل را می‌توان با توجه به موارد زیر تنظیم نمود:
1- شعله خنثی
2- شعله احیاء کننده
3- شعله اکسید کننده
بطور کلی شعله مطلوب، شعله خنثی است. اگرچه در جوشکاری آلومینیم، لحیم سخت و برخی عملیات دیگر که امکان اکسیداسیون فلز در داخل جوش وجود دارد، بهره‌گیری از شعله‌ای که کمی حالت احیاء کنندگی داشته باشد، معمول است. با وجود آنکه در بعضی موارد شعله باید کمی احیاء کننده باشد ولی شعله خنثی در همه جا بخوبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در مدت زمان طولانی بعلت اینکه فشار گازها کمی تغییر می‌کند مشکل بتوان شعله کاملاً خنثی در دسترس داشت. امکان دارد شعله خنثی کمی اکسید کننده یا احیاء کننده شود. بنابراین برای اینکه شعله اکسید کننده نشود بهتر است کمی احیاء کننده باشد.
در حال جوشکاری ممکن است گاهگاهی مشعل، برگشت سوخت داشته باشد. این انفجار کوچک شعله ممکن است در اثر شرایط مختلفی ایجاد شود که می‌توان از آن جلوگیری کرد. علت عمده آن در اثر اشتعال پیشرس گازها است. البته علل دیگری هم ممکن است وجود داشته باشد که عبارتند از:
1- خروج گازها از سوراخ سر مشعل خیلی آهسته بوده و فشار گازها خیلی کم و متناسب با قطر سوراخ سر مشعل نیست. انتشار شعله در گازها بیشتر از سرعت خروج گاز بوده که این عیب را می‌توان با افزایش جزئی فشار گاز اکسیژن و استیلن از بین برد.
2- اثر افزایش زمان جوشکاری، یا اگر جوشکاری در گوشه انجام شود و یا مشعل خیلی نزدیک جوش باشد، سر مشعل گرم می‌شود. برای رفع این عیب سر مشعل را خنک می‌کنیم.
3- داخل سر مشعل ممکن است دوده گرفته یا ذره‌ای از فلز، داخل سوراخ سر مشعل شده باشد. این تکه‌ها گرم شده و باعث اشتعال گاز می‌شوند. برای رفع این عیب بدقت سر مشعل را پاک کنید.
علت دیگر که خیلی کم اتفاق می‌افتد، این است که مخروط داخلی در فلز مذاب قرار می‌گیرد. اشتعال عکس وقتی است که اشتعال برگشت کرده بدستگاه تنظیم برسد. در این حال لوله‌ها، مشعل و دستگاههای تنظیم خراب شده بایستی تعویض یا تعمیر شوند.
دو نوع اشتعال عکس وجود دارد:
1- اشتعال عکس در لوله استیلن، در صورتیکه اکسیژن در جهت عکس جریان استیلن وارد لوله استیلن گردد، مخلوط قابل اشتعال درست شده و انفجار مهیبی ایجاد می‌شود. اگر مسیر عبور مخلوط اکسیژن و استیلن گرفته شود و فشار گاز اکسیژن زیاد باشد، امکان چنین انفجاری فراهم می‌گردد.
2- در داخل لوله اکسیژن، اکسیدهای آلی تشکیل می‌شود. اگر درجه حرارت لوله بنقطه اشتعال برسد ممکن است انفجاری رخ دهد.
اگر جوشکار بخواهد فقط برای چند دقیقه از دستگاه استفاده نکند کافی است شیرهای مشعل را به بندد و مشعل را کنار بگذارد تا دوباره بتواند از آن استفاده کند. در صورتیکه بخواهیم از دستگاه برای مدتی نسبتاً طولانی استفاده نکنیم، توصیه می‌شود دستگاه را کلا مسدود کنیم. روش خاص خاموش کردن دستگاه بترتیب زیر است:
1- شیرهای دستی روی مشعل برا به بندید. بهتر است اول شیر استیلن را به بندید (با این عمل از ایجاد دوده در اثر شعله استیلن جلوگیری می‌شود).
2- شیرهای کپسول را محکم به بندید.
3- شیرهای دستی روی مشعل را باز کنید تا گازها خارج شوند.
4- صبر کنید تا فشار سنج‌های فشار زیاد و کم روی دستگاه تنظیم اکسیژن و استیلن هر دو صفر را نشان دهند.
5- پیچهای تنظیم روی دستگاه تنظیم اکسیژن و استیلن هر دو را کاملاً به بندید.
6- هر دو شیر دستی روی مشعل را به‌بندید (نه محکم) و مشعل را در محل مناسبی آویزان کنید.
مراحل فوق را بریا کلیه دستگاههای جوشکاری (هر نوع مشعل از نوع فشار مساوی و نوع تزریقی) یکسان عمل کنید.