جوشکاری نقشی اساسی در صنایع مختلفی از جمله ساخت خودرو، ساخت‌وساز و طراحی محصول ایفا می‌کند. متخصصان با وجود تعدد فرایندهای جوشکاری در اختیارشان، از جمله جوشکاری MIG، جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روپوشدار و جوشکاری قوسی، باید برای دستیابی به نتایج مطلوب، تفاوت‌های بین هر تکنیک را درک کنند. در این مقاله به انواع مختلف جوشکاری با گاز، کاربردهای آنها و مزایای آنها برای کسانی که با فولاد کربنی و سایر مواد جوشکاری کار می‌کنند، خواهیم پرداخت.
جوشکاری اکسی سوخت، فرایندی است که در آن لبه‌های دو قطعه فلز با استفاده از شعله گاز ذوب می‌شوند و باعث می‌شوند فلزات مذاب در هم نفوذ کرده و پس از سردشدن، یک اتصال محکم ایجاد کنند. از زمان توسعه جوشکاری قوسی، جوشکاری اکسی سوخت به‌اندازه گذشته رایج نیست، اما کارگاه‌های جوشکاری کوچک‌تر و کارگاه‌های خانگی همچنان به آن وابسته هستند.
هنگامی که فلزات با این روش به هم متصل می‌شوند، اکسیژن و گازهای سوختنی برای ایجاد شعله‌ای با دمای بالا (حدود 3200 درجه سانتیگراد) ترکیب می‌شوند. گازهایی که با اکسیژن استفاده می‌شوند معمولا استیلن، هیدروژن، پروپیلن، بوتان و موارد دیگر هستند. انتخاب گاز سوختنی اغلب به نوع پروژه و کنترل شعله مورد نظر بستگی دارد (که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد).
انواع جوشکاری با گاز
جوشکاری با گاز یک روش چندمنظوره است که شامل تکنیک‌های مختلفی می‌شود. برخی از محبوب‌ترین روش‌های جوشکاری با گاز شامل جوشکاری اکسی استیلن، جوشکاری قوسی با گاز محافظ (MIG) و جوشکاری TIG (تنگستن با گاز بی‌اثر) می‌شود. هر نوع از این جوشکاری‌ها دارای ویژگی‌ها و مزایای متمایزی است که باعث می‌شود برای کاربردهای مختلف در طراحی محصول و مهندسی مکانیک مناسب باشند.
ازآنجایی‌که استیلن رایج‌ترین گاز سوختنی است، بسیاری از جوشکاران این فرایند را جوشکاری اکسی استیلن می‌نامند. بااین‌حال، پنج نوع جوشکاری اکسی سوخت وجود دارد و در اینجا جزئیات مربوط به هر کدام از آنها آمده است:
1. جوشکاری گاز اکسی استیلن
استیلن سوخت اصلی برای جوشکاری گازسوز است. جوشکاری اکسی استیلن با دارابودن بالاترین دمای شعله در بین گازهای سوختنی، آن را برای جوشکاری فولادهای با استحکام بالا ایده‌آل می‌کند. تجهیزات آن قابل‌حمل و نسبتاً آسان برای استفاده هستند. این تجهیزات شامل سیلندرهای فولادی جداگانه حاوی گازهای اکسیژن و استیلن تحت‌فشار است که هر کدام مجهز به رگلاتور و شیلنگ‌هایی هستند که به محفظه اختلاط منتهی می‌شوند.
جوشکاران می‌توانند شعله را با تغییر نسبت اکسیژن به استیلن تنظیم کنند و سه حالت شعله را ایجاد کنند: خنثی، اکسیدکننده و کربن ده. بیشتر جوشکاری‌ها با تنظیم شعله خنثی انجام می‌شود، به این معنی که اکسیژن و استیلن به مقدار مساوی وجود دارند. افزایش سرعت جریان اکسیژن باعث ایجاد شعله اکسیدکننده می‌شود درحالی‌که با سرعت بالاتر استیلن، حالت کربن ده به دست می‌آید.
شیرهای اطمینان (سوپاپ‌های ایمنی) که به طور ویژه بین شیلنگ‌ها و رگلاتورهای سیلندر طراحی شده‌اند، جریان گاز را در یک‌جهت نگه می‌دارند و احتمال برگشت خطرناک شعله را کاهش می‌دهند. همچنین به دلیل اینکه استیلن گازی ناپایدار است، نیاز به رسیدگی دقیق و روش‌های خاص نگهداری دارد.
اگرچه استیلن به طور معمول گران‌ترین گاز سوختنی است، جوشکاری اکسی استیلن به دلیل انعطاف‌پذیربودن و سهولت کار، انتخاب برتر بسیاری از افراد مبتدی و جوشکاران پاره‌وقت است.
2. جوشکاری با گاز مپ (MAPP)
متن در مورد جوشکاری با گاز ماپ (MAPP) است. ماپ مخفف “متیل استیلن – پروپادین – پروپان” است که با اکسیژن ترکیب شده و برای جوشکاری استفاده می‌شود. این گاز نسبت به گازهای دیگر خنثی‌تر است و همین باعث می‌شود ایمن‌تر و برای جوشکاران مبتدی و تفریحی، استفاده از آن راحت‌تر باشد. برخلاف استیلن، احتمال انفجار tabung گاز ماپ در صورت ضربه یا برخورد کمتر است. همچنین این گاز فشارهای بالاتری را تحمل می‌کند و برای کارهای زیر آب، مانند تعمیر کشتی، ایده‌آل است.
تولید گاز ماپ در آمریکای شمالی در سال ۲۰۰۸ متوقف شد. بااین‌حال، جایگزین‌هایی برای ماپ وجود دارد که عمدتاً حاوی پروپیلن، کمی پروپان و گاهی اوقات دی متیل اتر هستند. اگرچه شعله گاز ماپ به داغی استیلن نمی‌سوزد، برخی از جوشکاران معتقدند عملکرد آن در جوشکاری برابر یا حتی بهتر از استیلن است.
بااین‌حال، غلظت هیدروژن موجود در شعله وارد فولاد مذاب شده و باعث ترد و شکننده شدن جوش می‌شود. اما برای پروژه‌های جوشکاری کوچک، هیدروژن فرار می‌کند و از گاز ماپ می‌توان برای جوشکاری قطعات کوچک فولادی استفاده کرد.
3. جوشکاری با گاز اکسی هیدروژن
جوشکاری اکسی هیدروژن با ترکیب هیدروژن و اکسیژن برای تولید بخار آب، شعله‌ای با دمای تقریباً 2800 درجه سانتیگراد ایجاد می‌کند. بااین‌حال، هنگامی که مشعل به طور کامل اکسیژن احتراق را تامین می‌کند، حوضچه جوش از محافظت جو بی‌بهره است. بنابراین مشعل مقدار کمتری اکسیژن را تحویل می‌دهد و اکسیژن هوا هیدروژن باقی مانده را می‌سوزاند و شعله پیش گرمایش محافظی را برای احاطه کردن شعله اصلی فراهم می‌کند.
ازآنجایی‌که این محافظت باعث کاهش دمای شعله می‌شود، جوشکاری اکسی هیدروژن به طور معمول کندتر است. بااین‌وجود، این فرایندی ایمن و راحت است که عمدتاً برای جوشکاری ورق‌های نازک فولاد و آلیاژهایی با دمای ذوب پایین استفاده می‌شود. نیازی به سیلندر گاز نیست و خطر انفجار وجود ندارد.
جوشکاری اکسی هیدروژن سوخت را از آب و بخار آب باقی‌مانده تأمین و فرایندی سازگار با محیط‌زیست را تضمین می‌کند. علاوه بر این، کار جوشکاری سریع، دقیق و صاف و با هزینه انرژی کمتری نسبت به سایر فرایندهای جوشکاری است.
4. جوشکاری اکسی-بنزین
جوشکاری اکسی – بنزین مخلوطی از بنزین تحت‌فشار به‌عنوان سوخت جوشکاری و اکسیژن را به مشعل جوشکاری منتقل می‌کند. این مخلوط به‌عنوان روشی به‌صرفه برای برش‌کاری صفحات فولادی ضخیم عمل می‌نماید. این بنزین را می‌توان با یک پمپ دستی روی سیلندر تحت‌فشار قرارداد که مزایای بیشتری را برای این نوع جوشکاری که در مناطق دورافتاده یا هر کجا که هزینه‌های ساخت‌وساز مشکلی ایجاد می‌کند، به همراه دارد.
مزایا و معایب جوشکاری با گاز (اکسی سوخت)
جوشکاری با گاز (اکسی سوخت)، اگرچه دیگر به‌عنوان روش ترجیحی جوشکاری شناخته نمی‌شود، اما هنوز هم کاربردهای زیادی در ساخت‌وساز، تعمیرات خودرو و عملیات مختلف برش و اتصال دارد. در ادامه به برخی از مزایا و معایب این روش جوشکاری که به‌خوبی شناخته شده است، می‌پردازیم:
مزایای جوشکاری با گاز (اکسی‌سوخت)
- یادگیری و عملکرد نسبتاً آسان: این روش نیازمند دانش فنی پیچیده نیست و به‌سهولت قابل‌یادگیری و اجرا است.
- عدم نیاز به استخدام تکنسین‌های بسیار ماهر: جوشکاری با گاز به مهارت‌های بسیار تخصصی در حد تکنسین‌های جوشکاری با روش‌های دیگر نیاز ندارد.
- مناسب برای ساخت‌وساز (حمل‌ونقل آسان تجهیزات): برخلاف برخی روش‌های جوشکاری که نیازمند تجهیزات حجیم و پیچیده هستند، تجهیزات جوشکاری با گاز به‌راحتی قابل‌حمل بوده و برای کار در محیط‌های ساخت‌وساز ایده‌آل می‌باشند.
- مناسب برای جوشکاری و برش‌کاری قطعات: از این روش می‌توان هم برای اتصال قطعات فلزی و هم برای برش آنها استفاده نمود.
- هزینه پایین‌تر: در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری، راه‌اندازی و اجرای جوشکاری با گاز از لحاظ اقتصادی به‌صرفه‌تر است.
- قابلیت جوشکاری فلزات آهنی و غیرآهنی: این روش برای اتصال انواع فلزات از جمله آهن و آلیاژهای آن (فلزات آهنی) و همچنین فلزات غیرآهنی نظیر آلومینیوم کاربرد دارد.
- قابل‌تنظیم بودن شدت شعله: با تنظیم نسبت گاز سوختنی و اکسیژن می‌توان شدت شعله را متناسب با نیاز کار تنظیم نمود.
معایب جوشکاری با گاز (اکسی‌سوخت)
- دمای پایین‌تر شعله نسبت به جوشکاری قوس الکتریکی: در مقایسه با روش‌هایی مانند جوشکاری قوس الکتریکی، دمای شعله‌ی حاصل از سوختن گاز در جوشکاری با گاز پایین‌تر است.
- عدم محافظت کافی از حوضچه جوش: در این روش به اندازه‌ی کافی از حوضچه مذاب (محل ذوب‌شدن فلز) در برابر آلودگی‌های جوی محافظت نمی‌شود.
- مناسب نبودن برای فلزات ضخیم: جوشکاری با گاز برای اتصال قطعات فلزی با ضخامت بالا کارایی لازم را ندارد.
جوشکاری قوسی با گاز محافظ (MIG)
جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW (Gas Metal Arc Welding) یک تکنیک جوشکاری polyvalent (چندمنظوره) و پرکاربرد است. این روش از یک الکترود سیم مصرفی و یک گاز محافظ، معمولاً آرگون یا مخلوطی از آرگون و دی‌اکسیدکربن، برای محافظت حوضچه مذاب از آلودگی استفاده می‌کند. جوشکاری با گاز محافظ برای جوشکاری مواد مختلف از جمله فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ و آلومینیوم مناسب است. این روش اغلب همراه با سایر تکنیک‌های جوشکاری مانند جوشکاری قوس الکتریکی با روکش، جوشکاری قوس مغناطیسی با مغز پرکننده و جوشکاری قوس تنگستن گازی به کار گرفته می‌شود.
جوشکاری با قوس الکتریکی (Stick Welding)
جوشکاری با الکترود (استیک) یا همان جوشکاری با قوس الکتریکی محافظت شده، یکی از روش‌های جوشکاری با قوس الکتریکی است که از یک الکترود مصرفی با روکش فلاکس (ماده پوششی) استفاده می‌کند. همچنین این روکش فلاکس هنگام سوختن، گاز محافظ و سرباره (slag) تولید می‌نماید که از آلودگی جوشکاری توسط هوا جلوگیری می‌کند. جوشکاری با الکترود روشی رایج برای انواع مختلف پروژه‌های جوشکاری، از جمله فولاد کربنی و سایر فلزات پایه به کار می‌رود.
جوشکاری با قوس تنگستن گازی (TIG Welding)
جوشکاری تیگ (TIG) یا جوشکاری با قوس تنگستن گازی، تکنیکی با دقت بالا برای جوشکاری است که از یک الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز محافظ (اغلب آرگون) برای محافظت از ناحیه جوش در برابر آلودگی استفاده می‌کند. جوشکاری تیگ برای کاربردهای مختلفی از جمله جوشکاری فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و سایر آلیاژها محبوب است. این روش کنترل عالی بر فرایند جوشکاری را ارائه می‌دهد و جوش‌های با کیفیت بالا و تمیز ایجاد می‌کند.
فناوری‌های نوظهور در جوشکاری
جوشکاری لیزری، جوشکاری با پرتو الکترونی و جوشکاری قوس پلاسما، فناوری‌های نوظهوری هستند که مزایای منحصربه‌فردی را نسبت به روش‌های سنتی جوشکاری ارائه می‌دهند. جوشکاری لیزری و جوشکاری با پرتو الکترونی از منابع انرژی بسیار متمرکز برای ایجاد جوش‌های محکم و دقیق بدون نیاز به مواد پرکننده یا گاز محافظ استفاده می‌کنند. جوشکاری قوس پلاسما از یک قوس انقباضی برای ایجاد جریانی با سرعت بالای گاز یونیزه شده استفاده می‌کند و امکان نفوذ عمیق و جوش‌های باکیفیت را فراهم می‌آورد.
کدام نوع جوشکاری گازی پرکاربردترین است؟
بدون شک، پرکاربردترین گاز سوختنی، استیلن (acetylene) است که هنگام ترکیب با اکسیژن برای جوشکاری اکسی استیلن، شعله قابل تنظیمی با دمای ۳۲۰۰ درجه سانتیگراد ایجاد می‌کند. برای تنظیم شعله، جوشکار نسبت حجم اکسیژن به استیلن را تغییر می‌دهد.
دودهای ناشی از جوشکاری اکسی استیلن از فلز پایه، فلز پرکننده و فلاکس (flux) ایجاد می‌شوند، اما میزان دود در این روش کم بوده و دمای تولیدی آن به طور قابل‌توجهی پایین‌تر از جوشکاری قوسی است.
