مقدمه ای بر جوشکاری ( جوشكاري )
اغلب سازه ها در صنعت از قطعات مختلف ( ریختگی ،آهنگری شده ، نوردی ، و ....)
تشکیل شده اند که با روش های گوناگون به یکدیگر متصل می شوند.
روشهای متفاوت اتصال قطعات به یکدیگر را بر حسب نوع فرآیند و یا بنیان علمی آنها
به دسته های مختلفی به شرح زیر طبقه بندی نموده اند :
الف : روش های مکانیکی ( پیچ ، پرچ ،پین ،کشو ، خار و ...)
ب: روش های مکانیکی متالوژیکی (جوشکاری ،لحیم کاری و ....)
ج : روش های شیمیایی ( چسب های معدنی وآلی )
د : و یا رده بندی بر اساس نو ع اتصال
روش های اتصال موقت (پیچ و مهره ،پین ، خار و ....)
روش های اتصال نیمه موقت (پرچ ، احتمالا لحیم کاری نرم و بعضی چسب ها
رو شهای اتصال دائم ( فر آیندهای جوشکاری و لحیم کاری سخت و اغلب چسب ها )
جوشکاری عبارت است از اتصال دو قطعه فلزی یا غیر فلزی به یکدیگر در اثر عوامل خارجی مثل حرارت و فشار که امروزه به صورت یک علم پیشرفته و موثر در خدمت صنایع در آمده در روزگار پیشین یک هنر به حساب می آمد تاریخ نویسان نخستین روش های اتصال را در شرق به چینی ها و در غرب به رومی ها باستان نسبت می دهند . چینی ها در سه هزار سال پیش از میلاد دانش اتصال برخی فلزات وغیر فلزات را آموخته بودند و رومی ها از لحیم های بهره می بردند که امروزه با اندک تغییری در صنایع جدید به کار می رود .
مصریان ، فنیقی ها ، ایرانیان و پیشیان قوم آزنتک در مرکز به اصول و موازین اتصالات و به خصوص جوشکاری پی برده اندبا این حال شروع جوشکاری به صورت یک فن آوری از سال 1800 میلادی رقم خود و سال 1885 دو نفر انگلیسی به نامهای بناردز (benarodos) و اولزوسکی (olszewski) جوشکاری قوس الکتریکی را اختراع کردند .
در سال 1890 میلادی برای اولین بار از میله فولادی به عنوان پر کننده استفاده شد و در سال 1900 میلادی جوشکاری بااکسیزن و استیلین به وسیله مشعل انجام گرفت . در همین سال بود که جوشکاری فشاری برای اولین بار به صورت اصطکاکی انجام شده در سال1940 میلادی یک سو ئدی بنام اسکار شلبرگ (Oscar kjellberg) الکترود روکش دار را اختراع کرد که چون پایه گذار شرکت ESAB سوئد بود الکترودهای روکش دار اولیه را به این کمپانی نسبت داده اند.
ا مروزه نیز آن را با علامت اختصاری ok که مخفف نام مخترع آن است می شناسند .
با شروع فعالیت ها برای آغاز جنگ جها نی دوم ( 30-1920 ) وبا آغاز تلاشهایی برای ساخت ،تعمیر و تکمیل ، تانکها ، کشتی ها ، هواپیما ها،آتشبارها ،جوشکاری نیز _ اهمیت خود را بازیافت و در این راستا کشورهای پیشرو که خود را در شعله های فروزان جنگ در گیر می د یدند با افزایش تو لیدات نظامی خود توجه خویش را به طراحی و ابداع روشهای ارزان سریع و مطمئن جوشکاری معطوف داشتند و در طی همین سالها بود که بسیاری از روشهای ما شینی و جدید جوشکاری طراحی و آ زمایش شد در سال 1930 روش استفاده از گازهای محافظ در اروپا و امریکا رایج ودر اواسط همین سال برای اولین بار تکنیک جوشکاری زیر پودری اختراع شد . در همان سالها استفاده از گازهای خنثی ما نند هلیو م و آرگون در امریکا و گاز فعالco2 در اروپا مرسوم گردید . و به این ترتیب در دهه 30 روشهای MIG/MAGدر اروپا و امریکا شیو ع پیدا کرد .
با فروکش کردن آتش جنگ ، فعالیت کارخا نجات و سرعت چرخش چرخ صنایع در شرق و غرب زیاد شد و با آغاز دوران سازندگی مطا لعه و تحقیق و علمی کردن جوشکاری در کشور های مختلف دنیا آغاز شد .
در اروپا و آلمان ،جوشکاری استا ندارد سازی شده و در صنایعی چون فولاد خودرو و ماشین آلات ارزش های خود را به نمایش گذارد .
در ا نگلستان صنایع نفت و کشتی سازی جوشکاری به شکل علمی و مدرن به کار گرفته شد ودر ا ندک زما نی رشد به سزایی نمود
در سال 1960 میلا دی امریکا و شوروی نیز در مجموعه صنایع و به خصوص در صنایع خاص فضایی ، هواپیمایی و غیره اطلاعات علمی و فنی جامعی در – باره جوشکاری بدست آوردند و کاربرد جوشکاری در کلیه صنایع غیر قابل انکار شد ودر همین سالها بود که استفاده از تشعشع الکترونی و لیزری مرسوم گردید .
امروزه بیشترین کشورهای دنیا مطالعات وسیعی درباره جوشکاری انجام مید هند و آن را به عنوان یکی از علوم ما در و پایه در دروس مدارس و موسسات و دانشگا ههای خود به شکل یک رشته تحصیلی مستقل در آورده اند .
در کشور ما نیز چند سالی است که امکان تحصیل و تحقیق در رشته جوشکاری در چند دانشگاه ودر مفاطع عالی فراهم شده که به همت اساتید پیشکسوتان و علاقه مندان به این رشته انجمن ها و مراکز آموزشی و یزه ای نیز ایجاد گردید ه است
حال با نگاهی دلسوزانه و دقیق به امکانات و سطح دانش جوشکاری موجود در کشور ((در مقایسه با کشور های در حال توسعه صنعتی )) و با توجه پتانسیل فراوان کار و نیاز پروزه ها ی عظیم سازندگی و با سازی در صنایع نفت ، پالایش و پتروشیمی نیروگاهی خودرو ، هواپیما ، تسحیلات و غیره نیاز مبرم به آ فزایش فضا و امکانات فنی و ارتقا ء سطح کیفی و دانش جوشکاری به گونه ای اجتناب ناپذیر مشخص میگردد .
تقسیم بندی فرآیندهای جوشکاری :
با در نظر گرفتن تولید و نحوه حرارت و نحوه محافظت محل جوش اتمسفر و سایر مواد می توان هفت گروه زیر را در فر آیند های جوشکاری مجزا نمود .
1- فرآیند های جوشکاری حالت جامد نظیرفرآیند جوشکاری اصطکاکی
Friction welding
فرآیند جوشکاری آهنگری forge welding
فرآیند جوشکاری فشاری Pressure welding
2- فرآیند جوشکاری شیمیایی – حرارتی : نظیر فر آیند جوشکاری با شعله یا گاز
gas welding و فر آیند جوشکاری ترمیت Thermit welding
3- فر آیند های جوشکاری مقاومتی نظیر فر آیند جوشکاری نقطه ای
Spot Distance welding فرآیند جوشکاری نواری Seam resistanceو
فرآیند جوشکاری جر قه ای flush welding
4- فرآیند های جوشکاری قوس الکتریکی نپوشیده نظیر فر آیند جوشکاری قوس الکترود دستی Manual metal – arc welding و فرآیند جوشکاری الکترود مداوم Automatic metal – arc welding
5- فر آیند جوشکاری قوس الکتریکی پوششی زیر لایه سرباره نظیر جوشکاری زیر پودری Submerged – arc welding
6- فر آیند های جوشکاری قوس الکتریکی پوشیده شده با گاز نظیر فر آیند جوشکاری قوس الکترود تنگستن TIG (Tungsten –inert gas arc welding ) فر آیند جوشکاری قوس
الکترود فلزی محفوظ در گاز Metal inert gas – arc welding (MIG) و فر آند جوشکاری Co2
7- فر آیند های جوشکاری با انرزی تشعشعی نظیر فر آیند جوشکاری با اشعه لیزر (LBW) Laser Beam Welding و فر آیند جوشکاری با اشعه الکترونی (EBW) Electron Beam Welding
انواع قوس الکتریکی در جوشکاری :
از نظر جوشکاری در نوع قوس الکتریکی بر حسب ذوب الکترود و یا عدم ذوب آن وجود دارد . گر الکترود از جنس کربن یا تنگستن باشد هنگام ایجاد قوس الکتریکی الکترود ذوب نشده و قوس یا الکترود را غیر مصرفی Non consumable می نامند . اما اگر الکترود از جنس فلز با نقطه ذوب پائین تر باشد همزمان با ایجاد قوس الکتریکی انتهای الکترود ذوب شده و قطرات فلز مذاب می تواند از الکترود جدا شده و در فاصله قوس الکتریکی به طرف حوضچه جوش با سرعت زیاد پلاسماجت منتقل شود در این حالت آنرا مصرفی consumable یا قوس الکتریکی فلزی Metal – arc می نامند . چون در روش قوس یا الکترود مصرفی قسمتی از جوش نتیجه ذوب الکترود است . معمولا ترکیب شیمیایی الکترود باید شبیه فلز مورد جوش باشد . در الکترود مصرفی مقداری حرارت مقاومتی در اثر عبور جریان برق در الکترود تولید می شود که در این حرارت باعث بالا رفتن نرخ ذوب الکترود شده و به حوضچه جوش بر می گردد . به همین دلیل مقدار بیشتری از حرارت تولید شده در قوس یا الکترود مصرفی به حوضچه جوش منتقل می شود و راندمان حرارتی در الکترود های غیر مصرفی (60-50 در صد ) کمتر از الکترود های مصرفی (90-75 در صد) است . بالال بودن راندمان حرارتی موجب باریک تر شدن منطقه متاثر از جوش شده واز نظر سرعت جوشکاری و اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشد.
شروع یا روشن کردن قوس الکتریکی ARC initiation
فقط با بکار بردن پتا نسیل لازم در الکترود سرد قوس الکتریکی بوجود نمی آید . قوس هنگامی می تواند ایجاد شود که یک کانال یونیزه شده یا هادی الکترود موجود باشد . این کانال می تواند به دو طریق عمده زیر آماده شود .
الف) بکار بردن ولتاز خیلی بالا بین الکترودها که سبب دشارز یا خالی شدن بار الکتریکی شود .
ب) بوسیله لمس کردن و عقب بردن الکترود بر روی کار
ولتاژ در حدود 10 به توان 4 ولت نیاز است تا در فاصله بین الکترودها و کار جرقه ایجاد شود . به محض ایجاد قوس ولتاژ کاهش یافته و جریان افزایش می یابد . این عمل در حدود چند ثانیه انجام می گیرد . البته برای نگهداشتن قوس نیاز به ولتاژ لازم می باشد . حالت پایداری که بین شدت جریان و ولتاژ پس از چند ثانیه بوجود می آید به علت گرم شدن الکترود و یا ایجاد حوضچه و یک تعادل حرارتی می باشد . در عمل استفاده ولتاژ بسیار بالا خطر ناک بوده و معمولا از دشارژ با فرکانس بالا استفاده به عمل می آید . همانطور که اشاره شد روش دیگر که بیشتر متداول است لمس کردن یا مالیدن الکترود به قطعه کار و عقب بردن آن است با این عمل نوک الکترود گرم و سپس ذوب موضعی میشود با عقب کشیدن الکترود قطره مذاب در نوک آن بین الکترود و قطعه کار پلی درست می کند که همزمان با باریک شدن آن این پل شکسته شده و بدین ترتیب بخار فلز می تواند کانالی برای ایجاد قوس موقت بوجود آورد . اگر نیروی مدار متناسب باشد این قوس پایدار خواهد ماند . روش های دیگری نضیر قرار دادن گلوله ای از پشم فولادی یا اتصال یک سیم نازک با طول و قطر مشخص به نوک الکترود را نیز می توان برای شروع قوس الکتریکی استفاده کرد .
نگهداشتن قوس الکتریکی ARC Maintenance
پس از آغاز قوس اولیه و بر قراری تعادل حرارتی چناچنه در ضمن کار قوس به طور موقتی خاموش شود آنرا به مراتب آسانتر از ابنتدا می توان روشن کرد . اگر برای شروع قوس اولیه پتانسیلی در حدود چند هزار ولت نیاز باشد برای شروع مجدد قوس در حین کار پتانسیل در حدود چند درصد یا چند ده ولت نیاز است . وجود بعضی مواد در پوشش الکترود می تواند کمک کننده شروع مجدد قوس باشد .
منبع یا مولد قدر ت Electric Power Source
منبع قدرت می تواند جریان الکتریکی لازم برای قوس را فراهم کند . این جریان ممکن است متناوب و یا یکنواخت (دائم ) باشد . در ابتدا فقط از جریان یکنواخت DC استفاده می شد . چون با جریان متناوب مشکل عدم پایداری قوس وجود داشت که بعداا این شکل به کمک افزودن ترکیبات مناسب در پوشش الکترود بر طرف گردید . بدین ترتیب هر دو نوع منبع قدرت قابل استفاده اند. هر چند بر حسب امکانات استفاده یکی از این دو نوع جریان الکتریکی بر دیگری می تواند متداول تر باشد .
انواع منبع یا مولد قدرت : Electric Power
منبع قدرت می تواند جریان الکتریکی لازم برای قوس فراهم کند این جریان ممکن است متناوب و یا یکنواخت (دائم ) باشد .در ابتدا فقط از جریان یکنواخت یا D.C استفاده می شود . چون با جریان متناوب مشکل عدم پایداری قوس وجود داشت که بعدا با استفاده از افزودن ترکیبات مناسب در پوشش الکترود بر طرف گردید .
انواع مولد هایی که در جوشکاری از انها بهره می گیریم عبارتند از :
1- ترانسفورماتور : ترانسفور ماتور دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه و یه هسته است . ما در جوشکاری به ولتاز پائین حدود 10تا 50 ولت و شدت جریان بالا حدود 50تا 400 آمپر نیاز داریم این کار توسط ترانسفور ماتور که با جریان AC کار می کند انجام می گیرد .
2- رکتی فایر : مولدی است که در آن با استفاده از یک سوسازسلینیوم- سیلسیم ، جهت جریان یک سویه یا یک طرفه می شود . زیرا همانطور که می دانیم جهت جریان در جریان متناوب یا AC در کشور ما دارای فر کانس 50 هرتس می باشد .
3- ژنراتور : تولید کننده جریان D.C می باشد .
4- دینام : ژنراتوراست که محور آن توسط یک موتور الکتریکی می گردد و جریان DC می دهد .
5- موتور جوش : ژنراتوری است که محور آن توسط یک موتور الکتریکی می گردد و جریان D.C یا A.C می دهد .
قطب الکترود : Electrode Polarity در جوشکاری با قوس الکتریکی ممکن است از جریان متناوب یا جریان مستقیم با الکترود مثبت یا منفی استفاده شود . انتخاب جریان به روش جوشکاری و نوع الکترود ،اتمسفر و نوع فلزی که جوش داده خواهد شد بستگی دارد . با اکثر فلزات معمولی انتقال فلز از الکترود مصرفی به حوضچه جوش با جریان یکنواخت و الکترود مثبت یکنواخت تر و بهتر انجام می گیرد . هنگامیکه جریان از A.Cبه D.C تغییر می کند پلاریته بسیار مهم است . هنگامیکه دستگره الکترود (انبر ) در قطب منفی ژنراتور و قطعه مثبت بسته شده باشد پلاریته منفی یا مستقیم است . اگر انبر الکترود به قطب مثبت زنراتور و کابل هادی متصل به قطعه به قطب منفی وصل شده باشد پلاریته عکس نامیده می شود .
الکترود :
جنس هسته الکترود :
بطور کلی متریال مورد استفاده در ساخت هسته الکترود را بدو گروه عمده تقسیم می کنند :
الف:گروه آهنی : نظیر فولاد
ب:گروه غیر آهنی : نظیر مس ، آلومینیوم
لازم به توضیح است که در گروه آهنی هم از فولاد های ساده کم کربن بهره می گیرند و هم از فولادهای آلیاژی .
مثلا برای جوشکاری فولاد های ضد زنگ از الکترودهایی استفاده می کنند . که جنس هسته آن از فولاد پر آلیاژ باشد . این الکترودها در بازار به الکترودهای استیل معروفند .
مواد سازنده پوشش الکترود :
الف:سلولز : ترکیب شیمیایی غیر کامل از خمیر چوب که تولید کننده گاز COو H2 می باشد .
ب: اکسید تیتانیوم که نام دیگر آن روتایل است . (Tio2)
ج: اکسید آلومینیوم که نام دیگر آن آلومنیی است . (Al2o3)
د: اکسید آهن .
ه: کربنات آهن – کربنات کلسیم – کربنات منیزیم .
و: فلدسپات (که ترکیبی از آلومنینیم سیلسکات است ) .
ز: بعضی از سیلسکات ها که سرباره ساز هستند .
ح: بعضی از سیلسکات ها که نقش چسب را دارند مثل سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم .
ط: فرو آلیاژ ها مثل فرومنگنز و فروسیلیس .
ی: پود آهن از 5 تا 50 درصد .
وظایف پوشش الکترود :
الف : فضای گازی و سرباره محافظ را بوجود می آورد و حوضچه مذاب را از تماس با اتمسفر محافظت می کند .
ب: پایدار کننده قوس می باشد .
ج: وظیفه افزون برخی عناصر آلیازی را به حوضچه جوش بر عهده دارد .
د : به کمک ویسکوزیته ای که دارد شکل گردۀ جوش را منظم و قانونمند می کند .
ه: پوشش از سریع سرد شدن جوش جلوگیری کرده و رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب را ممکن می سازد .
و : کاهش دهنده پاشش فلز جوش به اطراف بوده و عمل رسوب فلز را به حوضچه تسهیل می بخشد .
ز: تشکیل سرباره داده و لزا واکنش های سرباره و فلز مذاب را خواهیم داشت که این امر در تصفیه نا خالصی ها از حوضچه مذاب کمک خواهد کرد .
ح: بر روی میزان نفوذ قوس تاثیر خواهد داشت .
همانطور که می توان انتظار داشت الکترودی ساخته نشده است که کلیه خواسته ها را در تمام شرایط پاسخگو باشد بنابر این انواع گوناگون الکترود تولید می شود که هر نوع آن مناسب برای درخواست های خاصی است .عناصر مختلفی در پوشش الکترود بکار گرفته می شود که در هنگام ساخت الکترود پس از انتخاب مواد پوشش آنها را مخلوط کرده و با اضافه کردن مواد چسبنده (چسب شیشه) بصورت خمیر در می آورند . سپس این خمیر را از طریق اکسترود (Extrude) بر روی میله فولادی بصورت یکنواخت پوشش می دهند و پس از خشک کردن در کوره پخته می شوند .
طبقه بندی پوشش های الکترود ها :
این طبقه بندی بر اساس استاندارد جهانی ISO ارائه شده است . بر اساس پوشش ها را به شش کلاس تقسیم می کنند .
کلاس اول یا سلولزی : پوشش این نوع الکترودها از مقدار زیادی سلولز تشکیل شده است که در اثر سوختن آن مقداری زیاد هیدروزن و اکسید کربن به وجود می آید که قوس و حوضچه جوش را از اتمسفر محافظت می نماید . حضور این گازها در قوس الکتریکی با قدرت (یونیزه شدن) بالا ایجاد ولتاژ بالای قوس کرده و در نتیجه انرزی تولید شده بالا بوده و موجب نرخ بالای سوختن Burn – off rate و عمق نفوذ جوش خوب می شود . قسمتی از ترکیبات سلولز در اثر حرارت مقاومتی تولید شده در هسته الکترود حین جوشکاری تمایل به تجزیه دارد . گرم شدن الکترود هم چنین موجب یک(افت)کوچک ولتاژ قوس شده که احیانا می تواند ترکیب شیمیایی جوش راتغییر دهد . همانطور که می توان انتظار داشت چون بیشتر مواد کربنی و سوختنی در پوشش این نوع الکترودها است . در پایان سرباره کمی بر روی جوش باقی می ماند ولی قوس حاصل شده به علت جت پلاسمای قوس این مکان را به الکترود می دهد تا در وضعیت های مختلف استفاده می شود . نبودن عناصر پایدار کننده قوس در پوشش موجب آن می شود تا این الکترود را با جریان الکتریکی یکنواخت و قطب مثبت بکار برند .
کلاس دوم و سوم یا رتیلی: اکسید تیتانیوم به صورت طبیعی آن (رتیل) پوشش اصلی این دو نوع الکترودها است . وجود مقدار زیادی مواد یونیزه کننده استفادده از الکترود را آسان می سازد . در نوع دوم به علت وجود ترکیبات بازی اضافه شده روان تر بوده و برای وضعیت های دیگر هم مناسب می باشد . یک نفوذ متوسط همراه با قوس ملایم و آرامیکی از مشخصات این نوع الکترود می باشد . به علت وجود رتیل و عناصر یونیزه کننده در پوشش الکترود می توان این گروه الکترودها را با جریان متناوب هم بکار برد .
کلاس چهارم یا اسیدی : پوشش این نوع الکترودها شامل اکسید ها و کربناتهای منگنز و آهن و مقداری سیلسیم می باشد . این پوشش تولید یک سرباره حجیم و روان کرده که نتیجه آن جوش با ظاهر بسیار صاف و تمیز می باشد .سر باره براحتی از روی جوش جدا می شود . هم چنین از وقوع ذرات سرباره محبوسشده در جوش چند (پاسه)می کاهد . با این الکترود می توان از جریان یکنواخت و متناوب استفاده کرد .
کلاس پنجم یا اکسیدی : اکسید آهن به مقدار زیاد در پوشش آن است و به علت سرباره سنگین مقدار نفوذ جوش کم بوده اما جوش حاصل پخ و صاف می باشد ولی دارای استحکام کمتری نسبت به جوش حاصل از الکترودهای دیگر است .
کلاس ششم یا بازی : احتمالا مهمترین نوع الکترود از نظر متالوژیکی است . پوشش الکترود شامل مقدار قابل ملاحضه ای کربنات کلسیم و فلوریدآهک وفلوراسپا می باشد. به علت میزان رطوبت کم در پوشش الکترود جوش حاصل دارای می نیمم مقدار هیدروژن شده است .
همه الکترودهای هیدروژن پائین لزوماازاین نوع نیست. به علت تولید فلز جوش با هیدروژن کم ، این نوع الکترود برای جوشکاری فولادی کم آلیاژی که در مقابل (ترک برداشتن) منطقه مجاور جوش حساس هستند بسیار مناسب می باشد همچنین جوش حاصل مقاومت خوبی در برار (ترک گرم) دارد و برای فولادهای ضخیم و کربن بالا نیز مناسب است . فلز جوش دارای خواص مکانیکی خوب بویژه مقاومت ضزبه ای است . الکترودهای بازی ممکن است براحتی الکترودهای دیگر قابل بکار بردن نباشد . اما از آنها می توان در تمام وضعیت ها و جریان دائم متناوب استفاده کرد . چون این نوع الکترود برای جوش با کیفیت بالا استقاده می شود . برای پائین نگهداشتن رطوبت حتی الامکان باید آنها را در جای خشک نگهداری کرد و حتی بهتر است قبل ازاستفاده چند ساعتی آنهارادراجاق پخت (بویژه درموردجوشکاری فولادهای آلیاژی )
شرط لازم برای حصول یک جوش عالی ،داشتن الکترود سالم است .
انتخاب نوع الکترود :
عوامل موثر در انتخاب الکترود عبارتند از :
الف:ترکیب شیمیایی فلز مورد جوشکاری:به عنوان مثال درفولادهای کربنی(بالاتراز3.5%) واستحکام کششی بیشتر از PSI 60000 یا به عبارتی (2 MM/Kg 42) الکترود باید از نوع کم هیدروژن ویاالکترود با پوشش پودرآهن وهیدروژن پایین انتخاب شود.
ب :کیفیت محل جوش:چنا نچه فا صله ریشه درز اتصال باز باشد باید از الکترود های مشخص و معینی که سرباره حجیم ایجاد می کنند استفاده کرد .
ج : وضعیت جوشکاری:در جوشکاری حالت قائم verticalوبالای سر یا سقفی overhead تعداد معدودی از الکترودها قابل استفاده هستند .
د :شرایط کاربری : بعنوان مثال در مواردیکه جوش باید دارای استحکام زیاد ویا استحکام ضربه ای بالا در درجات زیر صفر باشد . نوع الکترود مصرفی با مواردی که فقط ظاهر تمیز و صاف مورد انتظار است متفاوت خواهد بود .
ه : میزان نفوذ جوش یا عمق نفوذ
و : هزینه جوش : هزینه عمل جوش در انواع الکترود ها بر دو مبنا بر آورد و مقایسه می شود . یکی از نظر میزان بازدهی و نرخ رسوب و دیگری از دیدگاه قیمت الکترود . الکترودهای پودر آهن دار دارای نرخ رسوب بالا و بطور کلی هزینه عمل کمتری نسبت به الکترود های دیگر هستند هر چند که ممکن است کمی گرانتر باشند .
ز : مهارت جوشکاری : کار کردن با بعضی الکترودها راحت تر و نیاز به مهارت کمتری دارد و حتی سرعت عملیات جوشکاری بیشتر است . علاوه بر انتخاب نوع الکترود . اندازه الکترود از نظر اقتصادی وعملیات جوشکاری نیز حائز اهمیت و قابل توجه است که بر حسب طراحی اتصال ضخامت لایه جوش وضعیت جوشکاری حرارت داده شده مجاز (شدت جریان ) و مهارت جوشکار تعیین میشود .
قاعده کلی آن است که هرگز نباید از الکترودی که اندازه آن از ضخامت کاربیشتر است استفاده کرد .
جوشکار الکترود بزرگتر رابه علت اینکه می تواند جوش را با سرعت بیشتری با تعداد تعویض کمتری انجام دهد ترجیح می دهد و سعی می کند حتی الامکان بزگترین اندازه الکترود مجاز را استفاده کرند که این امر مستلزم مهارت جوشکار در تشخیص صحیح اندازه می باشد .
الکترود کلفت برای جوشکاری در وضعیت عمودی یا قائم و بالاسریا سقفی مناسب نیست چون کنترل حوضچه جوش حجیم درآن شرایط مشکل است.الکترود (5/4 میلیمتر) تقریبا بزرگترین الکترود قابل استفاده در این وضعیت ها است . در مورد جوشکاری ورق های ضخیم با لبه های آماده سازی شده v یا جناقی و k باید اولین " پاس " جوش از الکترود نازک و برای ردیف های بعدی به ترتیب از الکترود های کلفت تر استفاده کرد .
عوامل فساد الکترود :
الف : عدم هم محوری پوشش و هسته یکی از عوامل فساد است .
ب :رطوبت بصورت مستقیم و یا غیر مستقیم ، در حین حمل و نقل یا ا نبارداری رطوبت جذب پوشش می شود در هر حالت چنین الکترودی فاسد تلقی می شود . چرا که وقتی الکترود با پوشش مرطوب را استفاده می کنیم رطوبت بخار شده این بخار باعث افزایش تر شح یا پاشیدگی شده و ضمنا رطوبت ایجاد شده باعث متخلخل شدن جوش (( porosity )) گشته و از اینها بدتر تجزیه بخار آب است که تردی هیدروزن ودر نتیجه ترکید گی سر و قطعه را در پی خواهد داشت .
میزان رطوبت و قدرت جذب رطوبت در الکترود ها متفاوت است . الکترودها ی سلولزی یا روتیلی فدرت جذب کمی دارند و اکثرا در فرایند ساخت اندکی رطوبت می گیرند . الکترودهایی داریم که قدرت جذب رطوبت بالایی دارند مثل الکترودهای قلیایی :بسته بندی این الکترودها کاملا آب بندی شده و ایزوله است بعضی از الکترودها را بعد از باز شدن جعبه بایستی در گرم کن یا oven قرار داده و آنها را همواره خشک نگه داشت . بطور کلی الکترودهایی که دو رقم اول بعد ازE آن بزرگتر باشد از نظر جذب رطوبت بسیار حساس هستند . اگر الکترود مرطوب تا حد معین و مشخصی رطوب زیاد طولانی باشد ممکن است هسته زنگ زده باشد و یا در پوشش هایی که پودر آهن دارند . پودر آهن موجود اکسد شده و در حین جوشکاری تنظیم آ نالیز شیمیایی را به هم می زند گاهی اوقات در حین پروسه خشک کردن ، ترکیب پوشش تغییرات بنیادی میکند .
((مثلا اگر الکترود سلولزی تا 400 درجه گرم شود ممکن است سلولز بسوزد واز بین برود ))
الکترود مرطوب را چگونه تشخیص میدهند :
1 : به روش سنتی : a - از روی صدای برخورد الکترود با قطعه فلزی سالم ( صدای خفه میدهد )
b - با گرفتن الکترود به سنگ و از روی گرد و خاک حاصله نم دار بودن الکترود بررسی میشود.
2 :به روش آ زمایشی : اندازه گیری میزان رطوبت با روشهای شیمیایی
3 : تغییر رنگ : تغییر رنگ پوشش الکترود یا طبله زدن پوشش ( در صورت بالا بودن رطوبت )
ج : عامل دیگر چربی و روغن است که الکترودها را فاسد می کند
چری در حین جوشکاری می سوزد و بخش عمده آن خارج می شود ولی بخش جزئی آن می ماند خصوصا در مورد فولادهای ضد زنگ چربی می تواند کربن را تغییر دهد . لذا خیلی مهم است چون ممکن است کل کربن فولاد 3% باشد ولی با وجود چربی این مقدار به 4 یا 5 صدم درصد برسد که مضر است در مورد الکترودهای چرب گرفتاری های مرطوب را نیز داریم مثل پا شش (SPLASH) و تخلخل ( POROSITY)
د: شکسته شدن پوشش الکترود : این پدیده گاهی اوقات در پروسه ساخت صورت می گیرد اما در مواردی در ضمن حمل و نقل و استفاده و نگهداری این حالت روی میدهد . الکترودی که پوشش آن شکسته شده ولی نریخته باشد در حین جوشکاری پوشش کنده شده و روی حوضچه می افتد و آن قسمتی که پوشش ندارد پر از حفرات و آخال اکسید ی خواهد شد .
و: نیم سوز بودن پوشش الکترود : اگر الکترود به کار به چسبد و جدا نشود گداخته شده و حرکت های چپ و راست جوشکار برای کندن الکترود پوشش را خراب نموده و گداخته شدن پوشش باعث نیم سوز شدن آن می شود .
شناسايی الکترود بر اساس کد بندی :
انجمن جوشکاری امریکا ((AWS)) برای الکترودهای نورد شده پوشش دار مورد مصرف در جوشکاری قوس الکتریکی دستی کد بندی به صورت ذیل ارائه کرده است : XXXX(X)E
دو رقم اول با سه رقم اول بعد از علامت E ((اکر چهار عدد بود دو رقم اول و اگر پنج عدد بود سه رقم اول ) استحکام کشتی فلز جوش بر اساس و واحد PSI که بر هزار تقسیم شده را نشان میدهد .
مثال: E60XX یعنی نمونه ای که از محل جوشکاری خارج شده و به ماشین وصل شده است حداقل 60000 پوند بر اینچ مربع استحکام کششی دارد
معمولا اعداد ذیل را دارند : 45-60-70-80-90-100-120
اگر پنج حرفی بود X چهارم و اگر چهار حرفی بود X سوم نشان دهند موقعییت جوشکاری است
1- همه موقعیت ها (وضعیتها )
2- فقط FLAT (تخت ) یا افقی (( HORIZONTAL ))
3- فقط FLAT (تخت )
آخرین X نشان دهند پوشش و نوع جریان برق است و می تواند اعداد از صفر تا هشت را به خود اختصاص دهد .
رقم چهارم
روپوش
نوع جريان برق (الف)
0
پر سلولز ،سديم(ب)
پر اكسيد آهن (ج)
جريان مستقيم معكوس (ج)(د) متناوب يا مستقيم(ج)(د)
1
پر سلولز ،پتاسيم
متناوب يا مستقيم قطب معكوس
2
پرتيتان ، سديم
متناوب يا مستقيم قطب معكوس
3
پرتيتان ، پتاسيم
متناوب يا مستقيم (ه)
4
پودر آهن ،تيتاني
متناوب يا مستقيم (ه)
5
كم هيدروژن ، سديم
مستقيم قطب معكوس
6
كم هيدروژن ،پتاسيم
متناوب يا مستقيم قطب معكوس
7
پودر آهن ،اكسيد آهن
متناوب يا مستقيم (د)
8
پودر آهن ،كم هيدروژن
متناوب يا مستقيم قطب معكوس
الف:A/C جریان متناوب D/C جریان مستقیم یا دائمDCRP= جریان مستقیم قطب معکوس DCRP = جریان مستقیم قطب مستقیم
ب: وقتی که رقم سوم 1 است .
ج: وقتی که رقم سوم 2 است .
د: هرنوع قطب برای جوشهای تخت،جریان مستقیم قطب مستقیم برای جوشهای افقی گوشه ای
ه: هر نوع قطب
بعد از این چهار یا پنج رقم ممکن است یک خط تیره ثبت شده و بعد از آن حرف انگلیسی با یک اندیس نوشته شود مثل A1یا B1 و B2 و L وB2 و....که ترکیب شیمیایی الکترود های کم آلیاز را نشان می دهند و برای دستیابی به اطلاعات مربوط به آنها بایستی به جداول مربوطه مراجعه نمود . مثال
A1: کربن – مولیبدن %Mo=0.4-0.65
B1: کروم – مولیبدن %Mo=0.4-0-65 %Cr=0.4-0.65
B2: کروم – مولیبدن %Mo=0.4-0.65 %Cr=1-1.5
مثال E60/3 این کد نشان می دهد که
الف: حداقل استحکام کششی جوش حاصله 60000 پوند براینج مربع است .
ب: از این الکترود ها برای جوشکاری در همه موقعیت ها یعنی تخت و افقی و عمودی و بالای سری می توان استفاده کرد .
ج: پوشش این الکترود پر تیتانیوم و پتاسیم است .
ه : در صورت استفاده از جریان مستقیم یا یکنواخت ،هر قطب مستقیم و معکوس یعنی Dcsp و Dcrp را می توان بکار برد.
مثال : E7018 این کد نشان میدهد که :
الف: حداقل استحکام کششی جوش حاصله 70000 پوندبراینج مربع است .
ب: از این الکترود ها برای جوشکاری در همه موقعیت ها یعنی – تخت – افقی – عمودی – سر بالائی می توان استفاده کرد .
ج: پوشش این الکترود حاوی پودر آهن بوده و کم هیدروزن است .
د: هم با جریان متناوب قابل استفاده است و هم با جریان مستقیم .
انتقال فلز مذاب از الکترود به طرف حوضچه :
انتقال فلز مذاب از الکترود مصرفی به طرف حوضچه جوش اثر مهمی بر روی استفاده فرآیند جوشکاری و قابلیت آنها برای اتصال در وضعیت های مختلف دارد . نحوه انتقال قطرات مذاب ممکن است بر روی میزان عمق نفوذ پایداری حوضچه جوش و مقدار ترشح و جرقه نیز تاثیر داشته باشد .انواع مکانیزههای انتقال فلز از الکترود به حوضچه جوشی در شکل زیر نشان داده می شود .
انتقال ثقلی يا کروی : Globular Transfer – Gravitation Transfer
در این مکانیزم قطر قطرات ذوب شده از الکترود مساوی یا بزرگتر از قطر الکترود است .
جوشکاری با الکترود از نوع کم هیدروژن جوشکاری قوس با گاز Co2 با جریان بالا و جوشکاری MIG با جریان پایین این نوع انتقال فلز را دارا می باشد . در این مکانیزه جرقه یا ترشح براحتی بوقوع می پیوندد.
انتقال مدار بسته يا پلی : Short Circuit Transfer در این مکانیزم قطرات ذوب شده در انتهای الکترود با حوضچه جوش به صورت پلی قرار می گیرند . جوشکاری قوس با گاز محافظ با جریان پایین این نوع مکانیزم انتقال را دارا می باشد .این نوع جوشکاری برای جوشکاری ورقهای نازک با عمق نفوذ کم و در جاهایی که جوشکاری یکطرفه بوده و بستر جوش با کیفیت مناسب در جهت دیگر مد نظر می باشد مناسب است .
انتقال اسپري يا انتقال ريزش شديد :Spray transfer
در اين مكانيزم قطرات با قطر كوچكتر از قطر الكترود از ميان ستون قوس به سمت حوضچه پرتاب مي شوند . جوشكاري MIG با جريان نسبتا بالا و جوشكاري با الكترود ا زنوع اكسيد تيتانيم بالا اين نوع انتقال را دارا مي باشد . قوس در اين حالت معمولا پايدار بوده و جرقه كمي توليد مي كند .
نيروهايي كه در انتقال فلز از الكترود به حوضچه جوش نقش دارند عبارتند از :
الف : كشش سطحي
ب : شتاب ثقل (وزن )
ج : نيروي الكترومغناطيس
د : هيدرو ديناميك در اثر جريان و جنبش گازها
معمولا نوع انتقال به تركيب الكترود و فلاكس ، قطر الكترود ،قطب الكتريكي ،گاز محافظ و عوامل ديگر بستگي دارد. براي ثبت و مشاهده و نحوه انتقال فلز از الكترود به حوضچه جوش از دوربين هاي فيلمبرداري با سرعت بالا (10000 فيلم در ثانيه ) استفاده مي شود .
بازرسی جوش :
مقدمه: در بسیاری از برنامه های تدوین شده توسط سازنده جهت کنترل کیفیت محصولات،از آزمون چشمی به عنوان اولین تست و یا دربعضی مواردبه عنوان تنها متد ارزیابی بازرسی استفاده می شود.اگر آزمون چشمی بطور مناسب اعمال شود،ابزار ارزشمندی می تواند واقع گردد.
بعلاوه یافتن محل عیوب سطحی، بازرسی چشمی می تواند بعنوان تکنیک فوق العاده کنترل پروسه برای کمک در شناسایی مسائل و مشکلات مابعد ساخت بکار گرفته شود.
آزمون چشمی روشی برای شناسایی نواقص و معایب سطحی می باشد.نتیجتا هر برنامه کنترل کیفیت که شامل بازرسی چشمی می باشد،باید محتوی یک سری آزمایشات متوالی انجام شده در طول تمام مراحل کاری در ساخت باشد.بدین گونه بازرسی چشمی سطوح معیوب که در مراحل ساخت اتفاق می افتد،میسر میشود.
کشف و تعمیر این عیوب در زمان فوق،کاهش هزینه قابل توجهی را در بر خواهد داشت.بطوری که نشان داده شده است بسیاری از عیوبی که بعدها با روشهای تست پیشرفته تری کشف می شوند،با برنامه بازرسی چشمی قبل،حین و بعد از جوشکاری به راحتی قابل کشف می باشند.سازندگان فایده یک سیستم کیفیتی که بازرسی چشمی منظمی داشته است را بخوبی درک کرده اند.
میزان تاثیر بازرسی چشمی هنگامی بهتر می شود که یک سیستمی که تمام مراحل پروسه جوشکاری(قبل،حین و بعد از جوشکاری) را بپوشاند،نهادینه شود.
قبل از جوشکاری: قبل از جوشکاری ،یک سری موارد نیاز به توجه بازرس چشمی دارد که شامل زیر است:
1. مرور طراحی ها و مشخصات wps
2. چک کردن تاییدیه پروسیجرها و پرسنل مورد استفاده PQR
3. بنانهادن نقاط تست
4. نصب نقشه ای برای ثبت نتایج
5. مرور مواد مورد استفاده
6. چک کردن ناپیوستگی های فلز پایه
7. چک کردن فیت آپ و تراز بندی اتصالات جوش
8. چک کردن پیش گرمایی در صورت نیاز
اگر بازرس توجه بسیار دقیقی به این آیتم های مقدماتی بکند،می تواند از بسیاری مسائل که بعدها ممکن است اتفاق بیافتد،جلوگیری نماید.مساله بسیار مهم این است که بازرس باید بداند چه چیزهایی کاملا مورد نیاز می باشد.این اطلاعات را می توان از مرور مستندات مربوطه بدست آورد.با مرور این اطلاعات،سیستمی باید بنا نهاده شود که تضمین کند رکوردهای کامل و دقیقی را می توان بطور عملی ایجاد کرد.
نقاط نگهداری:
باید بنا نهادن نقاط تست یا نقاط نگهداری جایی که آزمون باید قبل از تکمیل هر گونه مراحل بعدی ساخت انجام شود، در نظر گرفته شود. این موضوع در پروژه های بزرگ ساخت یا تولیدات جوشکاری انبوه،بیشترین اهمیت را دارد.
روشهای جوشکاری: مرحله دیگر مقدماتی این است که اطمینان حاصل کنیم آیا روشهای قابل اعمال جوشکاری ،ملزومات کار را برآورده می سازند یا نه؟مستندات مربوط به تایید یا صلاحیت های جوشکاران هر کدام بطور جداگانه باید مرور شود.طراحی ها و مشخصات معین می کند که چه فلزهای پایه ای باید به یکدیگر متصل شوند و چه فلز پرکننده باید مورد استفاده قرار گیرد.برای جوشکاری سازه و دیگر کاربردهای بحرانی،جوشکاری بطور معمول بر طبق روشهای تایید شده ای که متغیرهای اساسی پروسه را ثبت می کنند و بوسیله جوشکارانی که برای پروسه ،ماده و موقعیتی که قرار است جوشکاری شود،تایید شده اند،انجام می گیرد.در بعضی موارد مراحل اضافی برای آماده سازی مواد مورد نیاز می باشد.بطور مثال در جاهایی که الکترودهای از نوع کم-هیدروژن مورد نیاز باشد،وسایل ذخیره آن باید بوسیله سازنده در نظر گرفته شود.
موادپایه: قبل از جوشکاری ، شناسایی نوع ماده و یک تست کامل از فلزات پایه ای مربوطه باید انجام گیرد.اگر یک ناپیوستگی همچون جدالایگی صفحه ای وجود داشته باشد و کشف نشده باقی بماند روی صحت ساختاری کل جوش احتمال تاثیر دارد.در بسیاری از اوقات جدالایگی در طول لبه ورقه قابل رویت می باشد بخصوص در لبه هایی که با گاز اکسیژن برش داده شده است.
مونتاژ اتصالات: برای یک جوش،بحرانی ترین قسمت ماده پایه،ناحیه ای است که برای پذیرش فلز جوشکاری به شکل اتصال،آماده سازی می شود.اهمیت مونتاژ اتصالات قبل از جوشکاری را نمی توان به اندازه کافی تاکید کرد.بنابراین آزمون چشمی مونتاژ اتصالات از تقدم بالایی برخوردار است. مواردی که قبل از جوشکاری باید در نظر گرفته شود شامل زیر است:
1. زاویه شیار (Groove angle)
2. دهانه ریشه (Root opening) 3. ترازبندی اتصال (Joint alignment)
4. پشت بند (Backing)
5. الکترودهای مصرفی (Consumable insert)
6. تمیز بودن اتصال (Joint cleanliness)
7. خال جوش ها (Tack welds)
8. پیش گرم کردن (Preheat)
هر کدام از این فاکتورها رفتار مستقیم روی کیفیت جوش بوجود آمده،دارند.اگر مونتاژ ضعیف باشد،کیفیت جوش احتمالا زیر حد استاندارد خواهد بود.دقت زیاد در طول اسمبل کردن یا سوار کردن اتصال می تواند تاثیر زیادی در بهبود جوشکاری داشته باشد.اغلب آزمایش اتصال قبل از جوشکاری عیوبی را که در استاندارد محدود شده اند را آشکار می سازد،البته این اشکالات محلهایی می باشند که در طول مراحل بعدی بدقت می توان آنها را بررسی کرد.برای مثال،اگر اتصالی از نوع T (T-joint) برای جوشهای گوشه ای(Fillet welds)، شکاف وسیعی از ریشه نشان دهد،اندازه جوش گوشه ای مورد نیاز باید به نسبت مقدار شکاف ریشه افزوده شود. بنابراین اگر بازرس بداند چنین وضعیتی وجود دارد،مطابق به آن ،نقشه یا اتصال جوش باید علامت گذاری شود، و آخرین تعیین اندازه جوش به درستی شرح داده شود.
حین جوشکاری:در حین جوشکاری،چندین آیتم وجود دارد که نیاز به کنترل دارد تا نتیجتا جوش رضایتبخشی حاصل شود.آزمون چشمی اولین متد برای کنترل این جنبه از ساخت می باشد.این می تواند ابزار ارزشمندی در کنترل پروسه باشد.بعضی از این جنبه های ساخت که باید کنترل شوند شامل موارد زیر می باشد:
(1) کیفیت پاس ریشه جوش weld root bead
(2) آماده سازی ریشه اتصال قبل از جوشکاری طرف دوم
(3) پیش گرمی و دماهای میان پاسی
(4) توالی پاسهای جوش
(5) لایه های بعدی جهت کیفیت جوش معلوم
(6) تمیز نمودن بین پاسها
(7) پیروی از پروسیجر کاری همچون ولتاژ،آمپر،ورود حرارت،سرعت.
هر کدام از این فاکتورها اگر نادیده گرفته شود سبب بوجود آمدن ناپیوستگی هایی می شود که می تواند کاهش جدی کیفیت را در بر داشته باشد.
پاس ریشه جوش: شاید بتوان گفت بحرانی ترین قسمت هر جوشی پاس ریشه جوش می باشد.مشکلاتی که در این نقطه وجود دارد...
در نتیجه بسیاری از عیوب که بعدها در یک جوش کشف می شوند مربوط به پاس ریشه جوش می باشند.بازرسی چشمی خوب روی پاس ریشه جوش می تواند بسیار موثر باشد.وضعیت بحرانی دیگر ریشه اتصال در درزهای جوش دو طرفه هنگام اعمال جوش طرف دوم بوجود می آید. این مساله معمولا شامل جداسازی سرباره(slag) و دیگر بی نظمی ها توسط تراشه برداری(chipping)،رویه برداری حرارتی(thermal gouging) یا سنگ زنی(grinding) می باشد.وقتی که عملیات جداسازی کاملا انجام گرفت آزمایش منطقه گودبرداری شده قبل از جوشکاری طرف دوم لازم است.این کار به خاطر این است که از جداشدن تمام ناپیوستگی ها اطمینان حاصل شود.اندازه یا شکل شیار برای دسترسی راحت تر به تمام سطوح امکان تغییر دارد.
پیش گرمی و دماهای بین پاس: پیش گرمی و دماهای بین پاس می توانند بحرانی باشند و اگر تخصیص یابند قابل اندازه گیری می باشند.محدودیت ها اغلب بعنوان می نیمم،ماکزیمم و یا هر دو بیان می شوند.همچنین برای مساعدت در کنترل مقدار گرما در منطقه جوش،توالی و جای تک تک پاسها اهمیت دارد .بازرس باید ازاندازه و محل هر تغییر شکل یا چروکیدگی(shrinkage) سبب شده بوسیله حرارت جوشکاری آگاه باشد. بسیاری از اوقات همزمان با پیشرفت گرمای جوشکاری اندازه گیری های تصحیحی گرفته می شود تا مسائل کمتری بوجود آید.
آزمایش بین لایه ای : برای ارزیابی کیفیت جوش هنگام پیشروی عملیات جوشکاری،بهتر است که هر لایه بصورت چشمی آزمایش شود تا از صحت آن اطمینان حاصل شود.همچنین با این کار می توان دریافت که آیا بین پاسها بخوبی تمیز شده اند یا نه؟ با این عمل می توان امکان روی دادن ناخالصی سرباره در جوش پایانی را کاهش داد.بسیاری از این گونه موارد احتمالا در دستورالعمل جوشکاری اعمالی،آورده شده اند.
در این گونه موارد،بازرسی چشمی که در طول جوشکاری انجام می گیرد اساسا برای کنترل این است که ملزومات روش جوشکاری رعایت شده باشد.
بعدازجوشکاری: بسیاری از افراد فکر می کنند که بازرسی چشمی درست بعد از تکمیل جوشکاری شروع می شود.به هر حال اگر همه مراحلی که قبلا شرح داده شد،قبل و حین جوشکاری رعایت شده باشد،آخرین مرحله بازرسی چشمی به راحتی تکمیل خواهد شد.از طریق این مرحله از بازرسی نسبت به مراحلی که قبلا طی شده و نتیجتا جوش رضایت بخشی را بوجود آورده اطمینان حاصل خواهد شد. بعضی از مواردی که نیاز به توجه خاصی بعد از تکمیل جوشکاری دارند عبارتند از:
(1) ظاهر جوش بوجود آمده
(2) اندازه جوش بوجود آمده
(3) طول جوش
(4) صحت ابعادی
(5) میزان تغییر شکل
(6) عملیات حرارتی بعد از جوشکاری
هدف اساسی از بازرسی جوش بوجود آمده در آخرین مرحله این است که از کیفیت جوش اطمینان حاصل شود. بنابراین آزمون چشمی چندین چیز مورد نیاز می باشد.بسیاری از کدها و استانداردها میزان ناپیوستگی هایی که قابل قبول هستند را شرح می دهد و بسیاری از این ناپیوستگی ها ممکن است در سطح جوش تکمیل شده بوجود آیند.
ناپیوستگی ها : بعضی از انواع ناپیوستگی هایی که در جوشها یافت می شوند عبارتند از:
(1) تخلخل
(2) ذوب ناقص
(3) نفوذ ناقص در درز
(4) بریدگی(سوختگی) کناره جوش
(5) رویهم افتادگی
(6) ترکها
(7) ناخالصی های سرباره
(8) گرده جوش اضافی(بیش از حد)
در حالی که ملزومات کد امکان دارد مقادیر محدودی از بعضی از این ناپیوستگی ها را تایید نماید ولی عیوب ترک و ذوب ناقص هرگز پذیرفته نمی شود.
برای سازه هایی که تحت بار خستگی و یا سیکلی (Cyclic) می باشند، خطر این ناپیوستگی های سطحی افزایش می یابد. در اینگونه شرایط،بازرسی چشمی سطوح ،پر اهمیت ترین بازرسی است که می توان انجام داد.
وجود سوختگی کناره (Undercut)،رویهم افتادگی(Overlap) و کنتور نامناسب سبب افزایش تنش می شود؛ بار خستگی می تواند سبب شکستهای ناگهانی شود که از این تغییر حالتهایی که بطور طبیعی روی می دهد، زیاد می شود.به همین خاطر است که بسیاری اوقات کنتور مناسب یک جوش می تواند بسیار با اهمیت تر از اندازه واقعی جوش باشد،زیرا جوشی که مقداری از اندازه واقعی کمتر باشد،بدون ناخالصی ها و نامنظمی های درشت،می تواند بسیار رضایت بخش تر از جوشی باشد که اندازه کافی ولی کنتور ضعیفی داشته باشد.
برای تعیین اینکه مطابق استاندارد بوده است ،بازرس باید کنترل کند که آیا همه جوشها طبق ملزومات طراحی از لحاظ اندازه و محل(موقعیت) صحیح می باشند یا نه؟اندازه جوش گوشه ای(Fillet) بوسیله یکی از چندین نوع سنجه های جوش برای تعیین بسیار دقیق و صحیح اندازه تعیین می شود.
در مورد جوشهای شیاری(Groove) باید از لحاظ گرده جوش مناسب دو طرف درز را اندازه گیری کرد.بعضی از شرایط ممکن است نیاز به ساخت سنجه های جوش خاص داشته باشند.
عملیات حرارتی بعد از جوشکاری: به لحاظ اندازه،شکل، یا نوع فلز پایه ممکن است عملیات حرارتی بعد از جوش در روش جوشکاری اعمال شود.این کار فقط از طریق اعمال حرارت(گرما) در محدوده دمایی بین پاس یا نزدیک به دمای آن ،صورت می گیرد تا از لحاظ متالورژیکی خواص جوش بوجود آمده را کنترل نمود. حرارت دادن در درجه حرارت دمای بین پاس،ساختار بلوری را به استثناء موارد خاص تحت تاثیر قرار نمی دهد.بعضی از حالات ممکن است نیاز به عملیات تنش زدایی حرارتی داشته باشند.بطوری که قطعات جوش خورده بتدریج در یک سرعت مشخص تا محدوده تنش زدایی تقریبا °F1100 تا F °1200 (590 تا 650 درجه سانتی گراد) برای اکثر فولادهای کربنی گرما داده می شود.
بعد از نگهداری در این دما به مدت یک ساعت برای هر اینچ از ضخامت فلز پایه،قطعات جوش خورده تا دمای حدود °F600 (315 درجه سانتی گراد) در یک سرعت کنترل شده سرد می شود. بازرس در تمام این مدت مسئولیت نظارت بر انجام کار را دارد تا از صحت کار انجام شده و تطابق با ملزومات روش کار اطمینان حاصل نماید.
آزمایش ابعاد پایانی : اندازه گیری دیگری که کیفیت یک قطعه جوشکاری شده را تحت تاثیر قرار می دهد صحت ابعادی آن می باشد. اگر یک قسمت جوشکاری شده بخوبی جفت و جور نشود،ممکن است غیر قابل استفاده شود اگرچه جوش دارای کیفیت کافی باشد.
حرارت جوشکاری،فلزپایه راتغییر شکل داده و می تواند ابعاد کلی اجزاء را تغییر دهد.بنابراین، آزمایش ابعادی بعد از جوشکاری ممکن است برای تعیین متناسب بودن قطعات جوشکاری شده برای استفاده موردنظر مورد نیاز واقع شود.
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com
کلیات جوشکاری ( جوشكاري )
اطلاعات عمومي .در بسياري از برنامه هاي تدوين شده توسط سازنده جهت كنترل كيفيت محصولات،از آزمون چشمي به عنوان اولين تست و يا در بعضي موارد به عنوان تنها متد ارزيابي بازرسي ،استفاده مي شود.اگر آزمون چشمي بطور مناسب اعمال شود،ابزار ارزشمندي مي تواند واقع گردد.
بعلاوه يافتن محل عيوب سطحي، بازرسي چشمي مي تواند بعنوان تكنيك فوق العاده كنترل پروسه براي كمك در شناسايي مسائل و مشكلات مابعد ساخت بكار گرفته شود.
آزمون چشمي روشي براي شناسايي نواقص و معايب سطحي مي باشد.نتيجتا هر برنامه كنترل كيفيت كه شامل بازرسي چشمي مي باشد،بايد محتوي يك سري آزمايشات متوالي انجام شده در طول تمام مراحل كاري در ساخت باشد.بدين گونه بازرسي چشمي سطوح معيوب كه در مراحل ساخت اتفاق مي افتد،ميسر ميشود.
كشف و تعمير اين عيوب در زمان فوق،كاهش هزينه قابل توجهي را در بر خواهد داشت.بطوري كه نشان داده شده است بسياري از عيوبي كه بعدها با روشهاي تست پيشرفته تري كشف مي شوند،با برنامه بازرسي چشمي قبل،حين و بعد از جوشكاري به راحتي قابل كشف مي باشند.سازندگان فايده يك سيستم كيفيتي كه بازرسي چشمي منظمي داشته است را بخوبي درك كرده اند.
ميزان تاثير بازرسي چشمي هنگامي بهتر مي شود كه يك سيستمي كه تمام مراحل پروسه جوشكاري(قبل،حين و بعد از جوشكاري) را بپوشاند،نهادينه شود.
قبل از جوشكاري. قبل از جوشكاري ،يك سري موارد نياز به توجه بازرس چشمي دارد كه شامل زير است:
مرور طراحي ها و مشخصات
چك كردن تاييديه پروسيجرها و پرسنل مورد استفاده
بنانهادن نقاط تست
نصب نقشه اي براي ثبت نتايج
مرور مواد مورد استفاده
چك كردن ناپيوستگي هاي فلز پايه
چك كردن فيت آپ و تراز بندي اتصالات جوش
چك كردن پيش گرمايي در صورت نياز
اگر بازرس توجه بسيار دقيقي به اين آيتم هاي مقدماتي بكند،مي تواند از بسياري مسائل كه بعدها ممكن است اتفاق بيافتد،جلوگيري نمايد.مساله بسيار مهم اين است كه بازرس بايد بداند چه چيزهايي كاملا مورد نياز مي باشد.اين اطلاعات را مي توان از مرور مستندات مربوطه بدست آورد.با مرور اين اطلاعات،سيستمي بايد بنا نهاده شود كه تضمين كند ركوردهاي كامل و دقيقي را مي توان بطور عملي ايجاد كرد.
نقاط نگهداري.
بايد بنا نهادن نقاط تست يا نقاط نگهداري جايي كه آزمون بايد قبل از تكميل هر گونه مراحل بعدي ساخت انجام شود، در نظر گرفته شود. اين موضوع در پروژه هاي بزرگ ساخت يا توليدات جوشكاري انبوه،بيشترين اهميت را دارد.
روشهاي جوشكاري. مرحله ديگر مقدماتي اين است كه اطمينان حاصل كنيم آيا روشهاي قابل اعمال جوشكاري ،ملزومات كار را برآورده مي سازند يا نه؟مستندات مربوط به تاييد يا صلاحيت هاي جوشكاران هر كدام بطور جداگانه بايد مرور شود.طراحي ها و مشخصات معين مي كند كه چه فلزهاي پايه اي بايد به يكديگر متصل شوند و چه فلز پركننده بايد مورد استفاده قرار گيرد.براي جوشكاري سازه و ديگر كاربردهاي بحراني،جوشكاري بطور معمول بر طبق روشهاي تاييد شده اي كه متغيرهاي اساسي پروسه را ثبت مي كنند و بوسيله جوشكاراني كه براي پروسه ،ماده و موقعيتي كه قرار است جوشكاري شود،تاييد شده اند،انجام مي گيرد.در بعضي موارد مراحل اضافي براي آماده سازي مواد مورد نياز مي باشد.بطور مثال در جاهايي كه الكترودهاي از نوع كم-هيدروژن مورد نياز باشد،وسايل ذخيره آن بايد بوسيله سازنده در نظر گرفته شود.
موادپايه. قبل از جوشكاري ، شناسايي نوع ماده و يك تست كامل از فلزات پايه اي مربوطه بايد انجام گيرد.اگر يك ناپيوستگي همچون جدالايگي صفحه ای وجود داشته باشد و كشف نشده باقي بماند روي صحت ساختاري كل جوش احتمال تاثير دارد.در بسياري از اوقات جدالايگي در طول لبه ورقه قابل رويت مي باشد بخصوص در لبه هايي كه با گاز اكسيژن برش داده شده است.
مونتاژ اتصالات. براي يك جوش،بحراني ترين قسمت ماده پايه،ناحيه اي است كه براي پذيرش فلز جوشكاري به شكل اتصال،آماده سازي مي شود.اهميت مونتاژ اتصالات قبل از جوشكاري را نمي توان به اندازه كافي تاكيد كرد.بنابراين آزمون چشمي مونتاژ اتصالات از تقدم بالايي برخوردار است. مواردي كه قبل از جوشكاري بايد در نظر گرفته شود شامل زير است:
زاوية شيار (Groove angle)
دهانه ريشه (Root opening)
ترازبندي اتصال (Joint alignment)
پشت بند (Backing)
الكترودهاي مصرفي (Consumable insert)
تميز بودن اتصال (Joint cleanliness)
خال جوش ها (Tack welds)
پيش گرم كردن (Preheat)
هر كدام از اين فاكتورها رفتار مستقيم روي كيفيت جوش بوجود آمده،دارند.اگر مونتاژ ضعيف باشد،كيفيت جوش احتمالا زير حد استاندارد خواهد بود.دقت زياد در طول اسمبل كردن يا سوار كردن اتصال مي تواند تاثير زيادي در بهبود جوشكاري داشته باشد.اغلب آزمايش اتصال قبل از جوشكاري عیوبی را که در استاندارد محدود شده اند را آشكار مي سازد،البته اين اشکالات ،محلهايي مي باشند كه در طول مراحل بعدي بدقت مي توان آنها را بررسي كرد.براي مثال،اگر اتصالي از نوع T (T-joint) براي جوشهاي گوشه اي(Fillet welds)، شكاف وسيعي از ريشه نشان دهد،اندازه جوش گوشه اي مورد نياز بايد به نسبت مقدار شكاف ريشه افزوده شود. بنابراين اگر بازرس بداند چنين وضعيتي وجود دارد،مطابق به آن ،نقشه يا اتصال جوش بايد علامت گذاري شود، و آخرين تعيين اندازه جوش به درستي شرح داده شود.
حين جوشكاري. در حين جوشكاري،چندين آيتم وجود دارد كه نياز به كنترل دارد تا نتيجتا جوش رضايتبخشي حاصل شود.آزمون چشمي اولين متد براي كنترل اين جنبه از ساخت مي باشد.اين مي تواند ابزار ارزشمندي در كنترل پروسه باشد.بعضي از اين جنبه هاي ساخت كه بايد كنترل شوند شامل موارد زير مي باشد:
(1) كيفيت پاس ريشه جوش()weld root bead
(2) آماده سازي ريشه اتصال قبل از جوشكاري طرف دوم
(3) پيش گرمي و دماهاي ميان پاسي
(4) توالي پاسهاي جوش
(5) لايه هاي بعدي جهت كيفيت جوش معلوم
(6) تميز نمودن بين پاسها
(7) پيروي از پروسيجر كاري همچون ولتاژ،آمپر،ورود حرارت،سرعت.
هر كدام از اين فاكتورها اگر ناديده گرفته شود سبب بوجود آمدن ناپيوستگي هايي مي شود كه مي تواند كاهش جدي كيفيت را در بر داشته باشد.
پاس ريشه جوش. شايد بتوان گفت بحراني ترين قسمت هر جوشي پاس ريشه جوش مي باشد.مشكلاتي كه در اين نقطه وجود دارد...
در نتيجه بسياري از عيوب كه بعدها در يك جوش كشف مي شوند مربوط به پاس ريشه جوش مي باشند.بازرسي چشمي خوب روي پاس ريشه جوش مي تواند بسيار موثر باشد.وضعيت بحراني ديگر ريشه اتصال در درزهاي جوش دو طرفه هنگام اعمال جوش طرف دوم بوجود مي آيد. اين مساله معمولا شامل جداسازي سرباره(slag) و ديگر بي نظمي ها توسط تراشه برداري(chipping)،رويه برداري حرارتي(thermal gouging) يا سنگ زني(grinding) مي باشد.وقتي كه عمليات جداسازي كاملا انجام گرفت آزمايش منطقه گودبرداري شده قبل از جوشكاري طرف دوم لازم است.اين كار به خاطر اين است كه از جداشدن تمام ناپيوستگي ها اطمينان حاصل شود.اندازه يا شكل شيار براي دسترسي راحت تر به تمام سطوح امكان تغيير دارد.
پيش گرمي و دماهاي بين پاس. پيش گرمي و دماهاي بين پاس مي توانند بحراني باشند و اگر تخصيص يابند قابل اندازه گيري مي باشند.محدوديت ها اغلب بعنوان مي نيمم،ماكزيمم و يا هر دو بيان مي شوند.همچنين براي مساعدت در كنترل مقدار گرما در منطقه جوش،توالي و جاي تك تك پاسها اهميت دارد .بازرس بايد ازاندازه و محل هر تغيير شكل يا چروكيدگي(shrinkage) سبب شده بوسيله حرارت جوشكاري آگاه باشد. بسياري از اوقات همزمان با پيشرفت گرماي جوشكاري اندازه گيري هاي تصحيحي گرفته مي شود تا مسائل كمتري بوجود آيد.
آزمايش بين لايه اي . براي ارزيابي كيفيت جوش هنگام پيشروي عمليات جوشكاري،بهتر است كه هر لايه بصورت چشمي آزمايش شود تا از صحت آن اطمينان حاصل شود.همچنين با اين كار مي توان دريافت كه آيا بين پاسها بخوبي تميز شده اند يا نه؟ با اين عمل مي توان امكان روي دادن ناخالصي سرباره در جوش پاياني را كاهش داد.بسياري از اين گونه موارد احتمالا در دستورالعمل جوشكاري اعمالي،آورده شده اند.
در اين گونه موارد،بازرسي چشمي كه در طول جوشكاري انجام مي گيرد اساسا براي كنترل اين است كه ملزومات روش جوشكاري رعايت شده باشد.
بعد از جوشكاري. بسياري از افراد فكر مي كنند كه بازرسي چشمي درست بعد از تكميل جوشكاري شروع مي شود.به هر حال اگر همه مراحلي كه قبلا شرح داده شد،قبل و حين جوشكاري رعايت شده باشد،آخرين مرحله بازرسي چشمي به راحتي تكميل خواهد شد.از طريق اين مرحله از بازرسي نسبت به مراحلي كه قبلا طي شده و نتيجتا جوش رضايت بخشي را بوجود آورده اطمينان حاصل خواهد شد. بعضي از مواردي كه نياز به توجه خاصي بعد از تكميل جوشكاري دارند عبارتند از:
(1) ظاهر جوش بوجود آمده
(2) اندازه جوش بوجود آمده
(3) طول جوش
(4) صحت ابعادي
(5) ميزان تغيير شكل
(6) عمليات حرارتي بعد از جوشكاري
هدف اساسي از بازرسي جوش بوجود آمده در آخرين مرحله اين است كه از كيفيت جوش اطمينان حاصل شود. بنابراين آزمون چشمي چندين چيز مورد نياز مي باشد.بسياري از كدها و استانداردها ميزان ناپيوستگي هايي كه قابل قبول هستند را شرح مي دهد و بسياري از اين ناپيوستگي ها ممكن است در سطح جوش تكميل شده بوجود آيند.
ناپيوستگي ها . بعضي از انواع ناپيوستگي هايي كه در جوشها يافت مي شوند عبارتند از:
(1) تخلخل
(2) ذوب ناقص
(3) نفوذ ناقص در درز
(4) بريدگي(سوختگي) كناره جوش
(5) رويهم افتادگي
(6) تركها
(7) ناخالصي هاي سرباره
(8) گرده جوش اضافي(بيش از حد)
در حالي كه ملزومات كد امكان دارد مقادير محدودي از بعضي از اين ناپيوستگي ها را تاييد نمايد ولي عيوب ترك و ذوب ناقص هرگز پذيرفته نمي شود.
براي سازه هايي كه تحت بار خستگي و يا سيكلي (Cyclic) مي باشند، خطر اين ناپيوستگي هاي سطحي افزايش مي يابد. در اينگونه شرايط،بازرسي چشمي سطوح ،پر اهميت ترين بازرسي است كه مي توان انجام داد.
وجود سوختگي كناره (Undercut)،رويهم افتادگي(Overlap) و كنتور نامناسب سبب افزايش تنش مي شود؛ بار خستگي مي تواند سبب شكستهاي ناگهاني شود كه از اين تغيير حالتهايي كه بطور طبيعي روي مي دهد، زياد مي شود.به همين خاطر است كه بسياري اوقات كنتور مناسب يك جوش مي تواند بسيار با اهميت تر از اندازه واقعي جوش باشد،زيرا جوشي كه مقداري از اندازه واقعي كمتر باشد،بدون ناخالصي ها و نامنظمي هاي درشت،مي تواند بسيار رضايت بخش تر از جوشي باشد كه اندازه كافي ولي كنتور ضعيفي داشته باشد.
براي تعيين اينكه مطابق استاندارد بوده است ،بازرس بايد كنترل كند كه آيا همه جوشها طبق ملزومات طراحي از لحاظ اندازه و محل(موقعيت) صحيح مي باشند يا نه؟اندازه جوش گوشه اي(Fillet) بوسيله يكي از چندين نوع سنجه هاي جوش براي تعيين بسيار دقيق و صحيح اندازه تعيين مي شود.
در مورد جوشهاي شياري(Groove) بايد از لحاظ گرده جوش مناسب دو طرف درز را اندازه گيري كرد.بعضي از شرايط ممكن است نياز به ساخت سنجه هاي جوش خاص داشته باشند.
عمليات حرارتي بعد از جوشكاري. به لحاظ اندازه،شكل، يا نوع فلز پايه ممكن است عمليات حرارتي بعد از جوش در روش جوشكاري اعمال شود.اين كار فقط از طريق اعمال حرارت(گرما) در محدوده دمايي بين پاس يا نزديك به دماي آن ،صورت مي گيرد تا از لحاظ متالورژيكي خواص جوش بوجود آمده را كنترل نمود. حرارت دادن در درجه حرارت دماي بين پاس،ساختار بلوري را به استثناء موارد خاص تحت تاثير قرار نمي دهد.بعضي از حالات ممكن است نياز به عمليات تنش زدايي حرارتي داشته باشند.بطوري كه قطعات جوش خورده بتدريج در يك سرعت مشخص تا محدوده تنش زدايي تقريبا °F1100 تا F °1200 (590 تا 650 درجه سانتي گراد) براي اكثر فولادهاي كربني گرما داده مي شود.
بعد از نگهداري در اين دما به مدت يك ساعت براي هر اينچ از ضخامت فلز پايه،قطعات جوش خورده تا دماي حدود °F600 (315 درجه سانتي گراد) در يك سرعت كنترل شده سرد مي شود. بازرس در تمام اين مدت مسئوليت نظارت بر انجام كار را دارد تا از صحت كار انجام شده و تطابق با ملزومات روش كار اطمينان حاصل نمايد.
آزمايش ابعاد پاياني. اندازه گيري ديگري كه كيفيت يك قطعه جوشكاري شده را تحت تاثير قرار مي دهد صحت ابعادي آن مي باشد. اگر يك قسمت جوشكاري شده بخوبي جفت و جور نشود،ممكن است غير قابل استفاده شود اگرچه جوش داراي كيفيت كافي باشد.
حرارت جوشكاري ، فلز پايه را تغيير شكل داده و مي تواند ابعاد كلي اجزاء را تغيير دهد.بنابراين، آزمايش ابعادي بعد از جوشكاري ممكن است براي تعيين متناسب بودن قطعات جوشكاري شده براي استفاده موردنظر مورد نياز واقع شود.
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com