جوش و اتصال اجسام و قطعات به یکدیگر همواره یکی از احتیاجات بشر بوده است. برای اولین بار در رم فردی به نام “پلینی” از نوعی لحیم استفاده کرد که دارای مقدار مساوی قلع و سرب بود . در صنعت طلاسازی نیز از قدیم الایام با استفاده از مخلوط نمک و مس و صمغ آلی آلیاژ طلا درست می کردند و ذرات طلا را به هم جوش می دادند. در جنگ جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد و به تدریج احتیاجات بشر به اتصالات محکم و مقاوم افزایش یافت تا به امروز که به صورت “علم جوشکاری” شناحته می شود.

جوشکاری (Welding) فرآیندی است که هدف آن اتصال دائمی موادی چون فلزات، سرامیک، پلیمر و کامپوزیت به یکدیگر است.

جوشکاری یکی از شاخه های پرهزینه در صنعت است که علاوه بر احتیاج به ماشین آلات جوشکاری نیاز به متخصص با مهارت بالا دارد و همچنین رعایت نکات ایمنی در این حوزه  نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

جوشکاری گازی

جوشکاری با گاز (gas welding) یکی از روش های قدیمی جوشکاری است که در آن بر اثر احتراق یک سوخت گازی  و اکسیژن ، شعله ای در مشعل جوشکاری ایجاد می شود که حرارت لازم را برای ذوب فلز پایه و فلز پرکننده فراهم می کند. لبه های ذوب شده ی قطعات پس از انجماد،  اتصال جوش ایجاد می کنند. برای افزایش دمای شعله به جای هوا از اکسیژن خالص استفاده می شود، زیرا نیتروژن موجود در هوا حرارت را جذب کرده و منجر به کاهش گرمای ایجاد شده می گردد.

گازهایی که در فرآیند جوشکاری گازی مورد استفاده قرار می گیرند باید دارای ویژگی هایی باشند :

بالا بودن دمای شعله

بالا بودن انرژی حرارتی تولید شده

بالا بودن سرعت احتراق

کم ترین اثر مخرب روی جوش

تهیه آسان و سریع

استیلن، در بین گازهای موجود همه ی این ویژگی ها را دارا می باشد. بیشترین دمای تولیدی از احتراق استیلن با اکسیژن در حدود ۳۰۸۷ درجه سانتیگراد است که از آن می توان برای جوشکاری اکثر فلزات استفاده کرد.چنانچه از گاز استیلن به عنوان سوخت استفاده شود فرآیند جوشکاری اکسی استیلن نامیده می شود(Oxy Acetylene Welding : OAW)  استیلن مورد استفاده در جوشکاری را می توان از افزودن آب به کاربید کلسیم به دست آورد.

Cac2 + ۲H2o   →   C2H2 + Ca (oH)2

‌سنگ کاربید + آب  ←   استیلن  +   آب آهکی + حرارت

گازهایی مانند پروپان، متیل استیلن، گاز طبیعی و پروپادین دمای بالایی ایجاد می کنند ولی سرعت احتراق آن ها پایین است، به همین دلیل از این گازها بیشتر برای برش کاری و لحیم کاری استفاده می شود.

انواع شعله در جوشکاری گازی

دمای شعله بستگی به نوع گاز سوختنی و مقدار اکسیژن موجود در احتراق بستگی دارد. اگر نسبت گازهای موجود در احتراق بر اساس نسبت استوکیومتری آن ها باشد از نظر شیمیایی، شعله خنثی (natural) نامیده می شود. اگر مقدار اکسیژن بیشتر باشد، شعله اکسیدکننده (oxidizing) و اگر مقدار سوخت بیشتر باشد، شعله (carburizing) نامیده می شود.

از شعله خنثی می توان برای جوشکاری اکثر فلزات استفاده کرد و همچنین برای برشکاری نیز استفاده می شود. دو بخش داخلی این شعله شامل مخروط داخلی آبی روشن و مخروط خارجی آبی تیره تر تا بی رنگ می باشد.

شعله احیاکننده، کربونیزه کننده یا کاهنده با سه محدوده مشخص می شود : مخروط داغ درونی، لایه استیلنی سفید، مخروط آبی رنگ بیرونی. در این شعله مقداری کربن و هیدروژن نسوخته وجود دارد که کربن نسوخته شعله را ایزوله می کند و دما را به حدود ۲۸۰۰ درجه کاهش می دهد، که این شعله معمولا برای سخت کاری سطحی (hardfacing) و جوشکاری لوله استفاده می شود.

شعله اکسیدکننده (oxidizing flame) زمانی ایجاد می شود که مقدار اکسیژن بیش از حد لازم باشد. در ساختار آن یک مخروط داخلی با رنگ ملایم مایل به ارغوانی وجود دارد. این شعله داغ تر از دو شعله دیگر است و همچنین اکسیدهای نامطلوبی بر روی فلزات ایجاد می کند. از شعله اکسیدکننده قوی برای جوشکاری برنج و آلیاژهای روی و از شعله ضعیف تر برای جوشکاری فلزاتی با روکش روی استفاده می شود.

مشعل های جوشکاری

اختلاط و هدایت مخلوط سوخت و اکسیژن توسط مشعل انجام می شود. بر روی مشعل ها دو عدد شیر مستقل از یکدیگر برای تنظیم جریان گازها وجود دارد.

مزایای جوشکاری گازی :

تجهیزات ساده، قابل حمل و ارزان

نیاز به تامین برق ندارد

برای جوشکاری ورقه ها و لوله های جدار نازک مناسب است.

معایب جوشکاری گازی :

سرعت جوشکاری پایین است.

حرارت ورودی به قطعه بالاست.

دمای شعله کمتر از جوشکاری قوسی است.

برخی از فلزات (فلزات فعال و نسوز) ذوب نمی شوند.

گران بودن جوشکاری ورقه های ضخیم

امکان انفجار

نیاز به نیروی انسانی با مهارت بالا