جوشکاری توسط تکنولوژی جدید CMT

                                              

با ورود جوشکاری به عنوان روشی جدید در اتصال مواد، امکان پیوستگی بین بخش‌های یک سازه تا حدی برقرار شد که قسمت‌های مختلف آن یکپارچه شدند و انسجام ساختاری بر کل ساختمان سازه حاکم گشت. اما فرایندهای رایج جوشکاری محدودیت‌هایی نیز به همراه دارند، به طور مثال امکان اتصال دو قطعه با اختلاف دمای ذوب بسیار زیاد توسط فرایندهای ذوبی رایج وجود ندارد و یا دو ورق با اختلاف ضخامت زیاد را نمی‌توان توسط این فرایندها به یکدیگر جوشکاری نمود. با پیشرفت علم جوشکاری، جهت پر نمودن این خلا از فرایندهای جوشکاری غیرذوبی کمک گرفته شد، البته چنین فرایندهایی نیز سرعت جوشکاری کم و هزینه تمام شده بسیار زیادی داشتند. برای جوشکاری این قطعات باید حرارت ورودی کمی‌در واحد طول وارد قطعه شود. سال ۲۰۰۵ شرکت فرونیوس[۱] روش جدیدی را برای جوشکاری در چنین شرایطی به بازار معرفی نمود که قابلیت صنعتی شدن داشت.

تکنولوژی انتقال فلز سرد[۲] روش صنعتی جدیدی است که در واقع فرایند تکمیل شده جوشکاری قوس فلزی با گاز[۳] می‌باشد  که ویژگی اصلی آن تغییر از حالت گرم به سرد و از حالت سرد به گرم با سرعت بسیار زیاد است. در واقع انتقال قطره بر پایه حالت جوشکاری قوس فلزی گازی مدار کوتاه[۴]  در جوشکاری قوس الکترود گاز صورت می‌گیرد. البته باید توجه داشت که استفاده از کلمه سرد در نام این فرایند جدید با توجه به دمای دیگر فرایندهای جوشکاری است. با کمک این فرایند که توانایی اصلی آن در کنترل حرکت فلز پرکننده است، جوشکاری و لحیم کاری سخت توسط روبات فرایند جوشکاری قوس فلزی با گاز، بدون پاشش و برای ضخامت‌های بیشتر از ۳/۰ میلیمتر انجام می‌شود. انتقال فلز سرد، فرایند جدیدی است که تولید انبوه آن پس از پنج سال تحقیق انجام شد و هنوزهم بیشتر تولیدات آن در حال پیشرفت هستند. شکل ۱ تصویر کلی دستگاه جوشکاری انتقال فلز سرد اتوماتیک را نشان می‌دهد.  

جوشکاری فلزات غیرآهنی

فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند: مس، برنج، برنز، آلومینیوم، منگنز، روی و سرب. تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.

◄  جوشکاری مس با گاز :

بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد. 

ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتر از آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر، برنز، سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود. 

  

الکترودها در جوشکاری مقاومتی نقطه ای

الکترود در فرآیندهای مختلف مقاومتی می تواند به اشکال گوناگونی باشد که دارای چندین نقش است از جمله هدایت جریان الکتریکی به موضع اتصال، نگهداری ورق ها بر روی هم و ایجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمرکز سریع حرارت در موضع اتصال. الکترود باید دارای قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی بالا و مقاومت اتصالی یا تماسی (contact resistance) کم و استحکام و سختی خوب باشد، علاوه بر آن این خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن کار نیز حفظ کند. از این جهت الکترودها را از مواد و آلیاژهای مخصوص تهیه می کنند که تحت مشخصه یا کد RWMA به دو گروه A آلیاژهای مس و B فلزات دیرگداز تقسیم بندی می شوند. مهمترین آلیاژهای الکترود مس ـ کروم، مس ـ کادمیم و یا برلیم ـ کبالت ـ مس می باشد. این آلیاژها دارای سختی بالا و نقطه آنیل شدن بالایی هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتی نرم نشوند، چون تغیر فرم آنها سبب تغییر سطح مشترک الکترود با کار می شود که ایجاد اشکالاتی می کند. قسمت هایی که قرار است به یکدیگر متصل شوند باید کاملاً بر روی یکدیگر قرار داشته و در تماس با الکترود باشند تا مقاومت الکتریکی تماسی R2, R1 کاهش یابد. مقاومت الکتریکی بالا بین نوک الکترود و سطح کار سبب بالا رفتن درجه حرارت در محل تماس می شود که اولاً مرغوبیت جوش را کاهش می دهد ثانیاً مقداری از انرژی تلف می شود.

 روش های مختلفی برای اعمال فشار پیش بینی شده است که دو سیستم آن معمول تر است:

الف) سیستم مکانیکی همراه با پدال، فنر و چند اهرم

ب) سیستم هوای فشرده با درجه های اتوماتیک مخصوص که در زمان های معین هوای فشرده وارد سیستم می شود. این فشار و زمان قابل تنظیم و کنترل است.

جوشکاری زیرپودری (SAW : Submerged Arc Welding)

اصول عملیات: درجوش زیر پودری جریان الکتریکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکیبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا, هادی خوب جریان الکتریسته است، در حالی که فلاکس سرد, هادی نیست. پودر جوش می تواند اکسیدزداها و ناخالصی زداهایی که با فلز جوش واکنش شیمیایی می دهند را نیز تامین کند علاوه براینکه یک لایه محافظ ایجاد می کند. فلاکس های جوش زیر پودری فولادهای آلیاژی همچنین می توانند حاوی عناصر آلیاژی برای بهبود ترکیب شیمیایی فلز جوش باشند. جریان الکتریکی از یک ژنراتور (ترانسفورماتور یا رکتی فایر) تامین شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بین الکترود و فلز پایه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکیل دهند. درکلیه انواع تجهیزات, غلطک های هدایـت با نیروی مکانیکی بطور پیوسته سیم الکترود مصرفی فلزی را از میان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که باید جوش شود می راند. سیم الکترود عموما" یک فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی دقیق که در یک قرقره یا بشکه پیچیده شده می باشد. سیم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازیابی فلاکس مجموعه ای از تجهیزات و یک لوله بازیابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است می باشد. جوش زیر پودری به هر دو روش نیمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزایا بیشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نیمه خودکار جوشکار بصورت دستی یک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذیه می کند را هدایـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل می کند. در روش جوش کاملا"خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسیر جوش تغذیه و هدایـت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند.در کاربردهای خاصی جوش خودکار زیر پودری دو یا چند الکترود بصورت متوالی در یک اتصال تغذیه می شوند. الکترودها ممکن است کنار یکدیگر بوده و به یک حوضچه تغذیه شوند یا اینکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد یکی حوضچه دیگری تشکیل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جدیدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دریک شیار اتصال برای افزایش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامین می کند.

مزایا و محدودیت ها ::روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش های جوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند:**اتصالات را مـــی توان با شیار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود. (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامت کمتر از "4/1 نیست).

پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصیه می شود.

جوشکاری لوله ها و اتصالات

1ـ کلیات 

مشخصات جوشکاری منعکس در زیر شامل روش های جوشکاری ، عملیات جوشکاری لوله ها و اتصالات ، ابزار و دستگاهها ، اجناس جوشکاری نیروی انسانی متخصص می باشد . 

1ـ1 کلیه جوشکاری لوله ها و اتصالات ، شیرها ، اتصالات نهایی طبق روش های مخصوص که بر اساس استاندارد API-1104 توسط پیمانکار ارائه و به تائید مهندس یا نماینده رسیده انجام خواهد شد . 

برای تغییرات بعدی در نوع الکترود یا روش جوشکاری تصویب مجدد مهندس یا نماینده او الزامی است . 

2ـ1 بازرسان شرکت ملی گاز ایران مجاز خواهند بود در تمام اوقات از کارگاه بازدید نموده و به تمام اطلاعات مربوط به جوشکاری ، رادیو گرافی ، روش جوشکاری مشروحه در این مشخصات دسترسی داشته باشند . 

3ـ1 جوشکاری با دست و با استفاده از روش ( ELECTRIC ARC WELDING ) و الکترودهای پوشش دار (SHIELDED ELECTRODES ) انجام خواهد گرفت . 

4ـ1 در صورتی که از طریق مهندس یا نماینده از امور بازرسی و کنترل فنی و ایمنی تایید نماید می توان برای اتصالات دوبل یا چند گانه از دستگاههای جوش اتوماتیک استفاده نمود . 

5ـ1 دستگاههای جوشکاری ، لوازم آزمایش ، گیره های میزان کننده سر لوله  گیره های داخلی و خارجی 

) LINE- UP CLAMPS ) دستگاه های برش و پخ زدن لوله ( BEVELLING) و دیگر دستگاهها باید از نوع مورد تایید مهندس یا نماینده او بوده و در وضعیت خوب نگهداری شوند . 

گیره های میزان کننده سر لوله باید به طوری باشند که پارگی ، خراش یا فرورفتگی در سطح داخلی یا خارجی لوله ایجاد نکرده و یا این که موجب تراشیدن فلز نگردد . 

6ـ1 لوله ها با قطر 2 اینچ و کمتر را می توان با روش سرازیر یا سر بالا به صورت (BUTT WELD ) جوش نمود. برای قطرهای 5 / 1 اینچ و کمتر توصیه می گردد که اتصالات ، زانو، سه راه ، تبدیل و غیره از نوع SOCKET بوده و با روش FILET WELD جوش شوند . 

 

7ـ1 در هوای زیر 5 درجه سانتی گراد ، در هوای بارانی ، برفی و در هنگام وزش باد شدید جوشکاری مجاز نمی باشد مگر با ایجاد شرایط مناسب که با تائید مهندس یا نماینده او رسیده باشد . 

8ـ1 رئیس امور بازرسی ، کنترل فنی و ایمنی شرکت ملی گاز ایران یا نماینده منتخب او به عنوان بازرس شرکت تلقی می شوند .  

 

جوشکاری MAG

دی اکسید کربن از گازهای دیگری که در روش قوس الکتریکی استفاده می شوند، ارزانتر است. اولین گازی که دردستگاه های تمام اتوماتیک بکار رفت دی اکسید کربن بود، اکنون هم از این گاز در دستگاه های تمام اتوماتیک و نیمه اتوماتیک استفاده می شود. دی اکسید کربن خاصیت حفاظتی بسیار خوبی دارد و به طول قوس بسیار حساس است، در موقع استفاده از این گاز باید طول قوس را ثابت نگه داشت، بنابراین در دستگاه‌های تمام اتوماتیک و نیمه اتوماتیک که طول قوس باید ثابت نگه داشته شود استفاده از این گاز ایده آل است. در موقع استفاده از این گاز برای ثبات قوس و پیشگیری از ناجور شدن آن، از الکترودهای روپوش شده یا تنه کار استفاده می کنند. بیشترین گازی که در جوشکاری فولاد معمولی بکار می رود CO2 است. بزرگترین مزیت این گاز همانطور که گفته شد ارزان قیمت بودن آن است(0.1 بهای آرگون) بر خلاف گازهای اتمی، دی اکسید کربن در محل قوس الکتریکی به اکسیژن و مونو اکسید کربن تجزیه می شود، هر چند گازهای مزبور بعد از خنک شدن به CO2 تبدیل می شوند. در این حالت گازها و سایر مواد موجود قبل از جامد شدن جوش از آن خارج می شوند. جریان بیشتری که در موقع استفاده از CO2 مصرف می شود (در حدود %25) باعث تلاطم بیشتر حوضچه مذاب شده و در نتیجه حباب های گازهای موجود در داخل جوش به سطح فلز صعود کرده و قبل از انجماد از آن خارج می شوند، در نتیجه تخلخل جسم کمتر خواهد بود. چون درموقع جوشکاری مقداری مونو اکسید کربن و حتی گازهای ازن تولید می شوند، کارگاه حتماً باید بخوبی تهویه شود، به هر حال باید از جمع شدن گازهای سمی در اطراف جوش جلوگیری کرد. 

تاریخچه جوشکاری

جوشکاری را می توان اتصال دائم متالورژیکی دانست که می تواند در حالت مذاب یا جامد، با استفاده از واسطه (مواد پرکننده) یا بدون واسطه و با ایجاد فشار یا بدون استفاده از فشار صورت گیرد. در واقع جوشکاری به اتصالی گفته می شود که نتوان محل اتصال را از قسمت های دیگر قطعات مجزا نمود و به عبارتی دیگر خواص جوش ایجاد شده با قطعات مورد اتصال یکسان یا نزدیک به هم باشد. جوشکاری یکی از روش‌های تولید می‌باشد زیرا هدف از آن اتصال دائمی مواد مهندسی از جمله فلز، پلیمر، کامپوزیت و سرامیک به‌یک‌دیگر است؛ به‌گونه‌ای که خواص اتصال، برابر خواص مادهٔ پایه باشد. شاید بتوان زمان استفاده از اولین فرآیند جوشکاری را زمانی دانست که بشر برای ساخت یک سلاح ابتدای از یک نوع اولیه این فرآیند (جوشکاری آهنگری) استفاده می کرد. جوشکاری آهنگری قدیمی ترین فرآیند جوشکاری می باشد، که انسان قطعات فلز را به صورت سرد یا گداخته بر روی یکدیگر قرار می داد و در اثر کوبیدن موجب اتصال آنها می شد. 

در سال 1856 دانشمندی به نام ژول به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد، و بعد از او الیهو تامسون آمریکائی در بین سال های 1876 تا 1877 به طرحهای او جامه عمل پوشاند و از جوشکاری مقاومتی استفاده کرد. امروزه یکی از روش های جوشکاری مقاومتی به نام REW به طور گسترده­ای برای تولید لوله های درز دار استفاده میشود.

آشنایی با گازهای محافظ در جوشکاری تیگ TIG

گازهای محافظی که در کپسولها ذخیره میشوند میتوانند گاز خالص ( تک گاز)، مخلوطی از دوگاز ( مخلوطهای دوتایی معروف)، یا مخلوطی از سه گاز ( مخلوطهای سه تایی معروف) باشند. 

برای جوشکاری تیگ معمولا گازهای خنثی مانند آرگون یا هلیوم یا مخلوط آن دو برای حفاظت بکار میروند، که اغلب در فرآیند تیگ از گازهای مخلوط خنثی استفاده میشود، در بعضی موارد هم از مخلوطی که کمی گاز فعال دارد استفاده میشود (مانند مخلوط آرگون اکسیژن و… ). 

هنگام جوشکاری با پروسه میگ mig گازهای خنثی خالص در جوشکاری فولاد، قوس با مشخصات خوب فراهم نمیکنند، در حالیکه گاز دی اکسید کربنco2 خالص که گازی فعال است، قوسی با مشخصات خوب فراهم میکند. همچنین در فرآیند میگ mig آرگون با مقدار کمی اکسیژن خصوصیات نفوذ را بهبود بخشیده و مهره جوش را کنترل میکند ( ظاهر جوش خوبی میدهد). و همچنین سوختگی کناره جوش، ناشی از عمل خیس شدگی را رفع میکند.

مخلوط گازهای آرگون و دی اکسید کربن (co2) مخلوط خوبی برای جوشکاری فولاد است. مخلوط سه تایی گازهای آرگون، دی اکسید کربن و اکسیژن یا مخلوطهای سه تایی آرگون، دی اکسید کربن وهلیوم ترکیبات ویژه أی هستند که در فرآیندهای تیگ و میگ برای جوشکاریهای خاص فلزاتی با فلزپایه پیچیده بکار میروند. 

   

اصطلاحات عملیات حرارتی

Age Hardening 

پیرسختی فرآیندی است که فولاد به مروز زمان و یا با افزایش دما سختی و مقاومتش را افزایش می یابد و بطور معمول نرمی فولاد را کاهش می دهد. پیرسختی معمولاً به دنبال خنک سازی سریع یا سردکاری اتفاق می افتد و بر روی تمام ورقهای نوردسرد انباری تأثیر می گذارد. برای فولادهایی کشش ضمانت استاندارد 6 ماه می باشد. 

Aging 

پیری تغییرات در خواص فیزیکی و مکانیکی است و موقعی اتفاق می افتد که فولاد کم کربن برای مدت زمانی انبار شود. و C و N بتوانند خود را به نابجایی ها برسانند و از لغزش صفحات کریستالی جلوگیری کنند. پیری همچنین با در معرض قرار گرفتن فولاد در درجه حرارت بالا شدت می یابد. 

Annealing 

این یک روش عملیات حرارت دهی است که بوسیله آن کلاف فولادی نوردسرد برای شکل پذیری و خم کاری آماده و مناسب تر می شود . ورق فولادی در یک درجه حرارت مشخص در مدت زمان کافی گرم می شود و سپس خنک می شود . دلیل انجام این عملیات حرارت دهی این است که ساختار و دانه ها در هنگام نوردسرد ، به هم فشرده می شوند و بدین ترتیب فولاد ترد و شکننده می شود . عمل بازپخت در واقع ساختار ذرات کریستالی فولاد را با ایجاد دانه های جدید در درجه حرارت بالا دوباره بوجود می آورد . روش بازپخت به دو طریق می تواند انجام پذیرد: یک پخت (Batch) و مداوم (Continuos) در روش اول 3 تا 4 کلاف نوردسرد روی هم قرار می گیرند و محفظه ای از بالا روی آنها را می پوشاند . تا مدت 35-24 ساعت ، فولاد در یک فضای بدون اکسیژن (بنابراین زنگ نمی زند) حرارت می بیند و به تدریج خنک می شود . روش دوم که همان روش مداوم است معمولاً بخشی از یک خط اندودکاری ، کلاف فولادی باز می شود و از میان یک سری حلقه های عمودی در یک محفظه گرمکن عبور می کند و میزان حرارت و خنک سازی برای دستیابی به خواص مکانیکی فولاد کنترل می شود.   

  

(PQR (Procedure Qualification Record ثبت کیفیت فرآیند جوشکاری

ساخت و نصب سازه های جوشکاری مستلزم این است که نشان دهیم کیفیت مواد اولیه، روش جوشکاری و فلز حاصل از جوش، مطابق با خواسته های استاندارد می باشد.

این کار به کمک یکسری آزمایشات مخرب و غیرمخرب تحت عنوان گزارش کیفیت روش جوشکاری PQR انجام می شود. (Procedure Qualification Report)

هدف از انجام آزمایشات تعیین کیفیت روش جوشکاری آن است که نشان دهیم، روش جوشکاری تدوین شده (WPS) با اتصالــی سالـم و بـا خواص مکانیکی مطلوب و قابل پذیرش در محدوده استاندارد مربوطه، بوجود می آورد. نتیجــه آزمــایشات در فرم خاصی ثبت شده که به آن گــزارش کیفیت روش جــوشکاری (Procedure Qualification Record (PQR می گویند.

مراحل تهیه PQR

برای تهیه یک PQR چهار مرحله زیر طی می شود:

مرحله اول - آماده سازی و جوشکاری نمونه های مناسب

مرحله دوم - آزمایش نمونه های تهیه شده

مرحله سوم - ارزیابی نتایج و نتیجه گیری راجع به آماده سازی، جوشکاری و آزمایشات

مرحله چهارم - ثبت و تأئید نتایج (در صورت قابل قبول بودن آنها)