جوشکاری گازی یکی از قدیمی‌ترین روش‌های جوشکاری مبتنی بر حرارت است که از اکسیژن و گاز سوختنی برای اتصال فلزات استفاده می‌کند. در گذشته، جوشکاری گازی عملاً تنها فرایندی بود که قادر به تولید جوش‌های باکیفیت در اکثر فلزات تجاری بود. از آن زمان، روش‌های جدید جوشکاری جایگزین آن شده‌اند، زیرا کارآمدترند، کیفیت بالاتری ارائه می‌دهند و در چندین حوزه کلیدی بهتر عمل می‌کنند.
بااین‌وجود، فرایند جوشکاری گازی به دلیل سادگی و دامنه گسترده کاربردها، همچنان جایگاه خود را در میان علاقه‌مندان و کارگاه‌های کوچک فلزی حفظ کرده است. بااین‌حال، استفاده از آن اکنون بیشتر محدود به ورق‌های نازک و عملیات تعمیر است.
جوشکاری گازی چیست؟
جوشکاری گازی یا جوشکاری اکسی‌سوختی، فرایندی است که در آن با استفاده از حرارت تولید شده از احتراق ترکیبی از گازهای مختلف، فلزات ذوب و به یکدیگر متصل می‌شوند. اگرچه امکان اتصال قطعات فلزی بدون استفاده از ماده پرکننده وجود دارد، اما استفاده از سیم‌های پرکننده برای تضمین استحکام و دوام جوش توصیه می‌شود.
بر خلاف اکثر فرایندهایی که از الکتریسیته برای تولید حرارت استفاده می‌کنند (مانند جوشکاری قوس الکتریکی MIG، TIG و SMAW)، شعله در جوشکاری گازی صرفاً با احتراق مخلوطی از گازها ایجاد می‌شود. اکسیژن و استیلن به‌عنوان ترکیب اصلی گاز شناخته می‌شوند، زیرا در تولید حرارت برای جوشکاری فولاد بسیار مؤثر هستند و به همین دلیل این فرایند جوشکاری اکسی‌سوختی یا اکسی استیلنی نامیده می‌شود.
گازهای سوخت دیگری مانند پروپان، هیدروژن و گاز کوره نیز در این فرایند استفاده می‌شوند. این ترکیب‌ها برای جوشکاری فلزات غیرآهنی و کاربردهای خاصی مانند لحیم‌کاری قوی و لحیم‌کاری نقره قابل‌استفاده هستند.
از تجهیزات یکسان جوشکاری اکسیژن برای برش اکسی استیلنی نیز با تنظیم مشخصات شعله و افزودن یک قطعه برش نسبتاً ارزان‌قیمت استفاده می‌شود. مشعل برش دارای یک ماشه انفجار اکسیژن است که به سوختن و خارج‌کردن فلزمذاب از برش کمک می‌کند.
جوشکاری اکسیژن – سوختی
جوشکاری اکسی استیلن بر اساس تولید گرما از احتراق اکسیژن و گاز سوخت عمل می‌کند. گازها که در سیلندرهای تحت‌فشار ذخیره شده‌اند، از طریق شیلنگ‌های انعطاف‌پذیر (یک شیلنگ اکسیژن و یک شیلنگ گاز سوخت) با تنظیم رگلاتورهای گاز جریان می‌یابند. گازها در محفظه اختلاط مشعل دستی اکسیژن – سوختی ترکیب شده و از طریق روزنه نوک مشعل خارج می‌شوند. اندازه روزنه نوک جوشکاری یک عامل مهم است و بنابراین باید متناسب با کاربرد انتخاب شود.
با اعمال حرارت به فلز پایه، به نقطه ذوب (حدود 3200 درجه سانتی‌گراد) می‌رسد که در آن جوشکاری ذوبی رخ می‌دهد. سایر تکنیک‌های جوشکاری که از برق استفاده می‌کنند می‌توانند به دمای بالاتر (بالای 5000 درجه سانتی‌گراد) دست یابند، که جوشکاری اکسی استیلن را برای فلزات نازک مناسب‌تر می‌سازد. استفاده از سیم‌های پرکننده اختیاری است و به دامنه پروژه بستگی دارد.
ازآنجایی‌که جوشکاری گازی با مواد قابل‌احتراق کار می‌کند، رعایت اقدامات ایمنی مناسب حیاتی است.
انواع شعله در جوشکاری
نوع شعله جوشکاری نقش مهمی در تعیین کیفیت و خواص اتصال جوش دارد. شکل شعله با تنظیم نسبت گاز سوختنی به اکسیژن تغییر می‌کند.
افزایش اکسیژن منجر به شعله‌ای داغ‌تر می‌شود که ممکن است باعث اعوجاج فلز شود. شعله سردتر زمانی رخ می‌دهد که مقدار گاز سوختنی بیشتر از اکسیژن باشد که می‌تواند منجر به کیفیت پایین جوش شود.
شعله خنثی
در شعله خنثی، حجم گازهای جوشکاری با هم برابر است. احتراق کامل گاز سوختنی و اکسیژن فشرده به این معنی است که خواص فلز جوش تحت‌تأثیر قرار نمی‌گیرند و درعین‌حال دود کمی تولید می‌شود.
این شعله جوشکاری دارای دو ناحیه است: یک ناحیه داخلی سفید با دمای حدود 3100 درجه سانتی‌گراد و یک ناحیه بیرونی آبی با دمای حدود 1275 درجه سانتی‌گراد. شعله خنثی برای جوشکاری فلزاتی مانند چدن، فولاد نرم و فولاد ضد زنگ ترجیح داده می‌شود.
شعله کربنیزاسیون
شعله کربنیزاسیون یا کاهنده با تأمین مقدار بیشتری گاز سوختنی نسبت به اکسیژن خالص ایجاد می‌شود. شعله تولید شده دودزا بوده و با ایجاد کاربید فلزی، شعله‌ای آرام دارد.
در این شعله سه ناحیه ایجاد می‌شود: یک ناحیه داخلی سفید (2900 درجه سانتی‌گراد)، یک ناحیه میانی قرمز (2500 درجه سانتی‌گراد) و یک ناحیه بیرونی آبی (1275 درجه سانتی‌گراد). شعله کربنیزاسیون برای جوشکاری نیکل، آلیاژهای فولاد و فلزات غیر آهنی ترجیح داده می‌شود.
شعله اکسیدکننده
شعله‌های اکسیدکننده زمانی تولید می‌شوند که گاز تأمین شده از سیلندر اکسیژن بیشتر از گاز سوختنی باشد. اکسیژن اضافی منجر به دمای بالاتر شعله خروجی از مشعل نسبت به شعله خنثی می‌شود.
این نوع شعله دو ناحیه تولید می‌کند، یک ناحیه داخلی سفید در حدود 3500 درجه سانتی‌گراد و یک ناحیه بیرونی آبی در 1275 درجه سانتی‌گراد. شعله اکسیدکننده برای جوشکاری فلزاتی مانند برنج، مس، برنز و روی استفاده می‌شود.
انواع تکنیک‌های جوشکاری
از انواع تکنیک‌های جوشکاری می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
جوشکاری چپ‌رو
در این روش، مشعل از سمت راست به سمت چپ اتصال حرکت می‌کند و نوک مشعل زاویه‌ای بین 60 تا 70 درجه با قطعه کار می‌سازد. ماده پرکننده نیز با زاویه 30 تا 40 درجه نسبت به صفحه قرار می‌گیرد. سه حرکت دایره‌ای، چرخشی یا طرف به طرف، ذوب یکنواختی را در شعله ایجاد می‌کنند.
جوشکاری چپ‌رو عمدتاً برای جوشکاری صفحات بدون شیار تا ضخامت 5 میلی‌متر، چدن و فلزات غیرآهنی استفاده می‌شود.
جوشکاری راست‌رو
بر خلاف جوشکاری چپ‌رو، تکنیک راست‌رو از سمت چپ اتصال آغاز شده و به سمت راست پیش می‌رود. زاویه بین نوک مشعل و قطعه کار 40 تا 50 درجه و زاویه بین سیم پرکننده و ماده پایه 30 تا 40 درجه است.
جوشکاری راست‌رو معمولاً سریع‌تر از جوشکاری چپ‌رو بوده و اعوجاج و مصرف سیم پرکننده کمتری دارد. این روش جوش‌های متراکم‌تر و قوی‌تری ایجاد می‌کند که برای محافظت در برابر آلودگی مناسب هستند.
جوشکاری راست‌گرد تمام وضعیت
این تکنیک اصلاحی از جوشکاری راست‌گرد است که عمدتاً برای جوشکاری ورق‌های فولادی و همچنین برخی لوله‌ها و جوش‌های لب‌به‌لب به ضخامت ۵ تا ۸ میلی‌متر مورداستفاده قرار می‌گیرد که در آن نیاز به دید و حرکت کامل وجود دارد.
جوشکاری عمودی
در این روش، درز جوش با حرکت نوسانی الکترود و مشعل از پایین به سمت بالا ایجاد می‌شود. الکترود زاویه ۳۰ درجه و مشعل بسته به ضخامت قطعه کار زاویه ۲۵ تا ۹۰ درجه با قطعه کار می‌سازد.
برای ورق‌های فولادی تا ضخامت ۵ میلی‌متر یک اپراتور می‌تواند از این تکنیک استفاده کند، درحالی‌که برای فلزات ضخیم‌تر به دو اپراتور هماهنگ نیاز است.
مواد قابل‌استفاده:
- آلومینیوم
- برنج
- برنز
- فولادهای کربنی
- چدن
- مس
- منیزیم
- فولاد نرم
- نیکل
- فولاد ضدزنگ
- آلیاژهای فولاد
- روی
مزایای جوشکاری گازی
- این فرایند برای طیف وسیعی از فلزات آهنی و غیر آهنی مناسب است.
- جوشکاری گازی نیازی به برق ندارد.
- این یک تکنیک جوشکاری ساده و مستقیم است.
- تجهیزات جوشکاری گازی در مقایسه با سایر فرآیندهای جوشکاری ارزان و قابل حمل هستند.
معایب جوشکاری گازی
- جوشکاری گازی در مقایسه با تکنیک‌های جوشکاری قوسی مانند TIG و MIG، نفوذ و حرارت کمتری ارائه می‌دهد.
- این فرایند نیاز به پرداخت پس از جوشکاری برای بهبود ظاهر زیبایی‌شناختی دارد.
- جوشکاری اکسی استیلن مستعد عیوب جوش است؛ زیرا محافظت از حوضچه جوش ندارد.
- جوشکاری گازی دارای سرعت گرمایش و سرمایش کندتری نسبت به روش‌های مدرن است.
- برای جوشکاری فولادهای با استحکام بالا مناسب نیست زیرا می‌تواند خواص مکانیکی آن را تغییر دهد.
جمع‌بندی
جوشکاری اکسی – سوختی یکی از پیش‌گامان انقلاب صنعتی است که در طیف گسترده‌ای از کاربردها دارای تنوع است. امروزه به‌اندازه گذشته در صنایع مورداستفاده قرار نمی‌گیرد، زیرا تکنیک‌های جوشکاری جدیدتر و نوآورانه‌تر جایگزین آن شده‌اند. بااین‌حال، جوشکاری گازی همچنان برای برخی کاربردها انتخابی قابل‌اعتماد است و توسط برخی از علاقه‌مندان و متخصصان ترجیح داده می‌شود.
