اکسیژن در بسیاری از فرآیندهای فلزکاری استفاده میشود و جوشکاری یکی از شناختهشدهترین کاربردهای آن است. در جوشکاری گازی، اکسیژن به همراه یک گاز سوختی وارد مشعل میشود و حاصل این ترکیب، شعلهای با دمای بالا است که برای گرمکردن و در صورت نیاز ذوبکردن موضعی فلز مورد استفاده قرار میگیرد.
اکسیژن به تنهایی سوخت محسوب نمیشود. نقش اصلی آن فراهم کردن شرایط مناسب برای احتراق گاز سوختی است. نوع سوخت، نسبت اکسیژن به سوخت، فشار گاز و تنظیم مشعل همگی روی شکل و دمای شعله اثر میگذارند و در نهایت کیفیت عملیات جوشکاری را تعیین میکنند.
در این مقاله، به بررسی گاز اکسیژن در جوشکاری، نحوه عملکرد آن در فرآیندهای اکسیسوختی، جوشکاری با گاز اکسیژن، جوشکاری اکسیژن و استیلن، انواع شعله و نکات مهم مربوط به انتخاب و مصرف اکسیژن میپردازیم.
خرید اکسیژن مایع از صنایع گازی پرستلی
اکسیژن در جوشکاری چه نقشی دارد؟
زمانی که از نقش اکسیژن در جوشکاری صحبت میکنیم، منظور اصلی آن در فرآیندهای گاز-سوختی است. در این روشها، یک گاز سوختی مانند استیلن، پروپان یا گاز طبیعی در مشعل با اکسیژن مخلوط میشود. واکنش احتراق حاصل، حرارت لازم برای گرم کردن قطعه و تشکیل حوضچه مذاب را فراهم میکند.
مقدار اکسیژن باید متناسب با نوع سوخت و طراحی مشعل تنظیم شود. افزایش بیدلیل اکسیژن به معنی عملکرد بهتر نیست. اگر نسبت اکسیژن و سوخت از محدوده مناسب خارج شود، نوع شعله تغییر میکند و ممکن است شرایط نامطلوبی برای فلز پایه یا حوضچه جوش ایجاد شود.
به همین علت، در عملیات جوشکاری تنها خلوص اکسیژن مطرح نیست؛ پایداری فشار و دبی، تنظیم صحیح مشعل و انتخاب سوخت مناسب نیز اهمیت دارند.
جوشکاری با گاز اکسیژن چگونه انجام میشود؟
در جوشکاری گازی، اکسیژن به همراه یک گاز سوختی وارد مشعل میشود و با ایجاد شعله، حرارت مورد نیاز برای گرم کردن و ذوب موضعی فلز را فراهم میکند. بسته به نوع فرآیند و کاربرد، میتوان از سوختهایی مانند استیلن، پروپان یا سایر گازهای سوختی استفاده کرد.
اکسیژن و گاز سوختی از منابع جداگانه تأمین میشوند و پس از عبور از رگلاتورها، با فشار مشخص به مشعل میرسند. در مشعل، میزان جریان هر دو گاز تنظیم میشود تا شعله با ویژگی مورد نظر شکل بگیرد. حرارت حاصل از شعله روی محل اتصال متمرکز میشود و با رسیدن فلز به دمای مناسب، امکان ایجاد حوضچه مذاب و اتصال قطعات فراهم میشود.
در طول عملیات، کنترل فاصله مشعل از قطعه، سرعت حرکت و میزان حرارت ورودی اهمیت زیادی دارد. تنظیم نادرست این عوامل میتواند باعث گرم شدن بیش از حد قطعه، تغییر شکل فلز یا کاهش کیفیت اتصال شود.
این روش در برخی کارهای تعمیراتی، ساخت و مونتاژ قطعات، لولهکاری، گرمکاری و عملیات کارگاهی مورد استفاده قرار میگیرد و به دلیل تجهیزات نسبتاً ساده و امکان کنترل مستقیم شعله، همچنان در بخشی از کاربردهای فلزکاری مورد استفاده است.
جوشکاری اکسیژن و استیلن چیست؟
جوشکاری اکسیژن و استیلن یا Oxy-Acetylene Welding از قدیمیترین و شناختهشدهترین روشهای جوشکاری با شعله است. در این فرآیند، اکسیژن و استیلن در مشعل با نسبت مشخص ترکیب میشوند و شعله حاصل حرارت بالایی ایجاد میکند که برای جوشکاری مورد استفاده قرار میگیرد.
یکی از ویژگیهای این روش، امکان تنظیم دقیق شعله متناسب با نوع فلز است. نسبت گازها تعیین میکند که شعله خنثی، اکسیدکننده یا کاهنده باشد. انتخاب نادرست شعله میتواند باعث تغییر شرایط سطح فلز و کاهش کیفیت اتصال شود.
جوشکاری اکسیاستیلن علاوه بر اتصال قطعات، در برخی عملیات گرمکاری، لحیمکاری سخت، حرارتدهی موضعی و تعمیرات نیز کاربرد دارد.
انواع شعله در جوشکاری اکسیاستیلن
نوع شعله یکی از مواردی است که جوشکار باید قبل و حین عملیات به آن توجه داشته باشد. این موضوع مستقیماً به نسبت اکسیژن و استیلن مربوط میشود.
شعله خنثی
در شعله خنثی، نسبت اکسیژن و استیلن به شکلی تنظیم میشود که اکسیژن یا استیلن اضافی قابلتوجهی در شعله وجود نداشته باشد. این نوع شعله برای بسیاری از عملیات جوشکاری فولادهای کربنی، مس و برخی آلیاژها مناسب است.
ساختار شعله خنثی معمولاً بهوضوح قابل تشخیص است و مخروط داخلی آن نقش مهمی در تشخیص وضعیت تنظیم شعله دارد.
شعله اکسیدکننده
در این حالت، نسبت اکسیژن به استیلن بیشتر از شرایط خنثی است. شعله کوتاهتر و متمرکزتر میشود و حضور اکسیژن اضافی میتواند شدت اکسیداسیون سطح فلز را افزایش دهد.
این شعله برای همه فلزات مناسب نیست و کاربرد آن باید با توجه به جنس قطعه و دستورالعمل فرآیند تعیین شود.
شعله کاهنده یا کربورهکننده
در شعله کاهنده، میزان استیلن بیشتر از اکسیژن است. این حالت برای برخی فلزات و آلیاژهای خاص مورد استفاده قرار میگیرد و انتخاب آن نیز باید بر اساس جنس قطعه و هدف عملیات انجام شود.
بنابراین نمیتوان یک نوع شعله را برای تمام عملیات جوشکاری مناسب دانست. تنظیم شعله باید متناسب با ماده پایه و شرایط فرآیند انجام شود.
چرا در جوشکاری از اکسیژن خالص یا با خلوص بالا استفاده میشود؟
هوای معمولی حدود ۲۱ درصد اکسیژن دارد و بخش عمده باقیمانده آن را نیتروژن تشکیل میدهد. استفاده از هوای معمولی در یک سیستم اکسیسوختی باعث میشود اکسیژن مورد نیاز احتراق با حجم زیادی نیتروژن همراه باشد.
در مقابل، استفاده از اکسیژن با خلوص مناسب، شرایط احتراق مؤثرتری ایجاد میکند و امکان ایجاد شعله با مشخصات مورد نیاز را فراهم میکند. به همین دلیل در سیستمهای جوشکاری اکسیسوختی از منبع مستقل اکسیژن استفاده میشود.
البته خلوص مناسب به تنهایی کافی نیست. فشار و دبی باید پایدار باشد و مشعل نیز متناسب با نوع گاز و شرایط کاری انتخاب شود.
تاثیر اکسیژن بر کیفیت جوش
کیفیت نهایی جوش حاصل ترکیبی از چند عامل است و نمیتوان آن را فقط به کیفیت اکسیژن نسبت داد. با این حال، شرایط تامین اکسیژن روی عملکرد سیستم شعله اثر مستقیم دارد. وقتی فشار گاز افتوخیز داشته باشد، شکل شعله نیز تغییر میکند. این موضوع میتواند کنترل حوضچه مذاب را دشوارتر کند و روی میزان حرارت ورودی اثر بگذارد. از طرف دیگر، اگر نسبت اکسیژن و سوخت بهدرستی تنظیم نشود، شعله از حالت مورد نیاز خارج خواهد شد. بنابراین فشار کاری، دبی، نوع مشعل و نسبت اختلاط گازها باید متناسب با شرایط فرآیند تنظیم شوند.
کاربرد گاز اکسیژن در جوشکاری و فرآیندهای مرتبط
کاربرد اکسیژن در کارگاههای فلزکاری به خود جوشکاری محدود نیست. در بسیاری از مجموعههایی که از تجهیزات اکسیسوختی استفاده میکنند، اکسیژن برای عملیات دیگری نیز به کار میرود. یکی از مهمترین موارد، برش اکسیسوختی است. در این فرآیند، فلز ابتدا تا دمای مناسب گرم میشود و سپس جت اکسیژن باعث اکسیداسیون سریع فلز و ادامه برش میشود. اکسیژن در برخی عملیات گرمکاری، حرارتدهی موضعی و لحیمکاری سخت نیز کاربرد دارد. تفاوت اصلی هر یک از این فرآیندها در نوع سوخت، دمای مورد نیاز، طراحی مشعل و روش کنترل حرارت است.
چه تجهیزاتی برای جوشکاری با اکسیژن مورد نیاز است؟
یک سیستم معمول جوشکاری اکسیسوختی از چند بخش اصلی تشکیل میشود. منبع اکسیژن، منبع سوخت، رگلاتورها، شیلنگهای انتقال، مشعل و تجهیزات ایمنی اجزای اصلی این مجموعه هستند. رگلاتور وظیفه کاهش و تنظیم فشار گاز خروجی از منبع را بر عهده دارد. شیلنگها باید متناسب با نوع گاز انتخاب شوند و از نظر سلامت، نشتی و اتصالات مورد بررسی قرار گیرند. در بخش مشعل، اکسیژن و سوخت با نسبت مشخص ترکیب میشوند. استفاده از تجهیزات جلوگیری از برگشت شعله و سامانههای کنترل جریان نیز در طراحی صحیح سیستم اهمیت دارد. قبل از شروع کار، وضعیت اتصالات، شیلنگها، شیرها و رگلاتورها باید بررسی شود. خرابی یا نشتی هر یک از این اجزا میتواند عملکرد دستگاه و ایمنی اپراتور را تحت تاثیر قرار دهد.
خرید نیتروژن مایع از صنایع گازی پرستلی
نکات ایمنی استفاده از اکسیژن در جوشکاری
اکسیژن قابل اشتعال نیست، اما یک اکسیدکننده قوی است. این تفاوت از نظر ایمنی اهمیت زیادی دارد. حضور اکسیژن با خلوص بالا میتواند باعث شود مواد قابلاحتراق بسیار سریعتر و شدیدتر بسوزند. مهمترین نکته در کار با تجهیزات اکسیژن، دور نگه داشتن آنها از روغن، گریس و مواد آلی است. استفاده از تجهیزات آلوده به چربی در سرویس اکسیژن میتواند خطر آتشسوزی جدی ایجاد کند.
سیلندرها نیز باید در محل مناسب، دور از حرارت مستقیم و در وضعیت ایمن نگهداری شوند. شیر سیلندر نباید در معرض ضربه قرار گیرد و باز و بسته کردن آن باید طبق دستورالعمل انجام شود. همچنین نباید از اکسیژن برای تمیز کردن لباس، تجهیزات یا افزایش تهویه استفاده کرد. بالا رفتن غلظت اکسیژن در محیط، خطر اشتعال مواد را افزایش میدهد. در سیستم اکسیسوختی، بررسی دورهای شیلنگها، اتصالات، رگلاتورها و مشعل اهمیت زیادی دارد. هر قطعهای که دچار آسیب، نشتی یا فرسودگی شده باشد باید پیش از استفاده تعویض یا تعمیر شود.
آیا اکسیژن مایع در جوشکاری استفاده میشود؟
اکسیژن مورد استفاده در مشعل باید به شکل گاز وارد سیستم شود، اما این موضوع به این معنی نیست که ذخیرهسازی اکسیژن حتما باید به صورت گازی باشد. در کارگاهها یا واحدهایی با مصرف بالا، امکان ذخیرهسازی اکسیژن به صورت مایع وجود دارد. در این حالت، اکسیژن مایع (LOX) در مخزن کرایوژنیک نگهداری میشود و قبل از ورود به شبکه مصرف، توسط تبخیرکننده به اکسیژن گازی تبدیل میشود. بنابراین، تفاوت LOX با اکسیژن مورد استفاده در جوشکاری در مرحله ذخیره و تأمین است. در نقطه مصرف، مشعل همچنان از اکسیژن گازی با فشار و دبی مشخص استفاده میکند.
اکسیژن سیلندری یا اکسیژن مایع؛ کدام برای جوشکاری مناسبتر است؟
انتخاب منبع تامین اکسیژن به میزان مصرف بستگی دارد. در کارگاههایی که مصرف محدود است، استفاده از سیلندرهای گاز فشرده معمولا سادهتر است و به زیرساخت پیچیدهای نیاز ندارد. در مقابل، برای مجموعههایی که مصرف اکسیژن به صورت پیوسته و در حجم بالا انجام میشود، ذخیرهسازی LOX میتواند مزایای عملیاتی بیشتری داشته باشد. در این روش، اکسیژن در یک مخزن متمرکز ذخیره و متناسب با میزان مصرف به گاز تبدیل میشود. هزینه حمل، تعداد دفعات تأمین، فضای موجود، ظرفیت مصرف و امکانات محل نصب از عواملی هستند که باید در انتخاب روش تأمین در نظر گرفته شوند.
خرید آرگون مایع از صنایع گازی پرستلی
چگونه اکسیژن مناسب برای جوشکاری انتخاب کنیم؟
برای انتخاب منبع اکسیژن، تنها توجه به قیمت کافی نیست. مشخصات مصرفکننده باید از ابتدا مشخص باشد؛ برای مثال میزان مصرف، فشار مورد نیاز، نوع مشعل، ساعات کاری و پیوسته یا ناپیوسته بودن فرآیند از جمله مواردی است که به آن باید دقت داشت. در مصارف محدود، سیلندر میتواند نیاز مجموعه را برطرف کند. اما اگر مصرف مستمر باشد، بررسی مخزن و سیستم تأمین اکسیژن مایع منطقیتر خواهد بود. خلوص محصول نیز باید متناسب با کاربرد انتخاب شود و مهمتر از آن، منبع تأمین باید توانایی ارائه اکسیژن با فشار و دبی پایدار را داشته باشد.
جمعبندی
گاز اکسیژن در جوشکاری عمدتاً در فرآیندهای اکسیسوختی به عنوان عامل اکسیدکننده استفاده میشود. این گاز در کنار سوختی مانند استیلن، پروپان یا گاز طبیعی، شعلهای با دمای بالا ایجاد میکند که برای گرم کردن و اتصال قطعات فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. در جوشکاری اکسیژن و استیلن، تنظیم نسبت دو گاز اهمیت زیادی دارد و نوع شعله بر اساس جنس فلز و شرایط کار انتخاب میشود. شعله خنثی، اکسیدکننده و کاهنده هر کدام رفتار متفاوتی دارند و نمیتوان از یک تنظیم ثابت برای همه کاربردها استفاده کرد. از طرف دیگر، کیفیت عملکرد فقط به خلوص اکسیژن محدود نمیشود. فشار پایدار، دبی مناسب، سلامت تجهیزات و رعایت نکات ایمنی نیز در نتیجه نهایی موثر هستند. در مجموعههایی با مصرف پایین، اکسیژن سیلندری معمولاً راهکار سادهتری است؛ اما برای مصرفکنندگان صنعتی با نیاز پیوسته، ذخیره و تأمین اکسیژن به صورت مایع میتواند گزینه عملیتری باشد.
سوالات متداول
آیا میتوان فقط با اکسیژن جوشکاری کرد؟
خیر. در جوشکاری اکسیسوختی، اکسیژن باید در کنار یک گاز سوختی مانند استیلن مورد استفاده قرار گیرد.
جوشکاری اکسیژن و استیلن برای چه موادی مناسب است؟
این فرآیند برای برخی فولادها و فلزات و همچنین تعدادی از عملیات تعمیراتی و کارگاهی کاربرد دارد. انتخاب روش باید بر اساس جنس، ضخامت و شرایط قطعه انجام شود.
فرق جوشکاری با گاز اکسیژن و جوشکاری برقی چیست؟
در جوشکاری اکسیسوختی، حرارت از شعله حاصل از احتراق گاز سوختی و اکسیژن تأمین میشود؛ در روشهای قوس الکتریکی، منبع حرارت قوس ایجادشده میان الکترود و قطعه یا دو الکترود است.
آیا اکسیژن مایع برای جوشکاری مناسب است؟
اکسیژن مایع برای ذخیره و انتقال حجمهای بالای اکسیژن استفاده میشود. پیش از ورود به مشعل، باید توسط تبخیرکننده به اکسیژن گازی تبدیل شود.
مهمترین نکته ایمنی در استفاده از اکسیژن چیست؟
اکسیژن باید از روغن، گریس و مواد قابلاشتعال دور نگه داشته شود؛ زیرا حضور اکسیژن با خلوص بالا میتواند شدت احتراق را افزایش دهد.
بدون دیدگاه