M@hdi42
17th January 2014, 02:57 PM
جوشکاری زیراب
جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.
بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌دانند.
ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.
انواع جوشکاری زیر آب
جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود:
1. جوشکاری خشک
2. جوشکاری مرطوب.
آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.
جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده‌است.
[ویرایش] الکترودهای جوشکاری زیر آب
الكترودهاي مورد مصرف در جوشكاري قوسي زير آبي از انواع اصلاح شده الكترودهاي دستي معمولي هستند. سيستم كدگذاري خاصي براي اين الكترودها وجود ندارد و اغلب آنها بر اساس نام تجاري شناخته شده و بر اساس قابليت و سهولت استفاده براي جوشكاران كاربرد يافته اند. پرمصرف ترين اين الكترودها، الكترودهاي مورد مصرف براي فولادهاي كربني/منگنزي هستند. خواص مكانيكي جوش زيرآبي به شدت به عمق جوشكاري وابسته بوده و با افزايش عمق محل جوشكاري، اين خواص كاهش مي يابند. با افزايش عمق، فشار افزايش مي يابد. اين امر باعث ورود اكسيژن ناشي از تجزيه آب و افزايش مقدار آن و درنتيجه كاهش منگنز و سيليكون و افزايش كربن در حوضچه جوش و ايجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن ميگردد. همچنين ممكن است مقدار هيدروژن افزايش يابد كه نتيجه آن ازدياد تخلخل و كاهش پايداري قوس است چرا كه در عمق هاي زياد بدليل پتانسيل يونيزاسيون بالاي هيدروژن، پايداري قوس كاهش ميابد. يكي ديگر از مشكلات قابل توجه در جوشكاري زيرآبي احتمال ايجاد تركهاي هيدروژني در اثر حضور آب و رطوبت ميباشد كه ريسك اين پديده نيز با افزايش عمق، افزايش مي يابد. اين موضوع در حالتي كه از الكترودهاي با روكش اسيدي استفاده ميشود از حساسيت بيشتري برخوردار است چراكه قابليت جذب رطوبت در اين نوع پوشش بيشتر بوده و هيدروژن تجزيه شده از اين رطوبت براحتي جذب فلز جوش مذاب ميگردد. به همين دليل در جوشكاري زيرآبي استفاده از الكترودهاي نوع روتيلي ترجيح داده ميشود. روكش اين الكترودها حاوي مواد مختلفي براي بهبود شرايط جوشكاري و خواص جوش ميباشد. بعنوان مثال فرومنگنز به منظور جذب اكسيژن و كاهش تخلخل و تيتانيوم و بور بدليل تشكيل ساختار فريت سوزني و بهبود خواص مكانيكي، به مواد پوشش الكترود افزوده ميگردد. همچنين گاهي نيكل به منظور بهبود چقرمگي به مواد پوشش افزوده ميشود. جوشكاري زيرآبي فولادهايي با استحكام بالاتر معمولا با استفاده از الكترودهاي زنگ نزن آستنيتي انجام ميگيرد تا احتمال ايجاد ترك هيدروژني كاهش يابد. اما در اين حالت بايد احتياطهاي لازم صورت گيرد تا از ايجاد ترك در ناحيه متاثر از حرارت (HAZ) پيشگيري شود. در الكترودهاي دستي معمولا بدليل كمتر بودن سرعت سوخت پوشش الكترود نسبت به ذوب مغزي آن، يك چاله در سر الكترود تشكيل ميگردد كه قوس، درون آن گودي كه از اطراف توسط فلاكس پوشش احاطه شده، ايجاد ميشود. اين پديده به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الكترود و همچنين كنترل انتقال آنها كمك ميكند. چاله سر الكترود در بحث جوشكاري زيرآبي بسيار حائز اهميت است.ار آنجايي كه اين پديده باعث پايداري قوس و كنترل طول آن ميگردد، بدون حضور آن دستيابي به يك جوش زيرآبي قابل قبول و مناسب بسيار مشكل خواهد بود. بنابراين با استفاده از اين تكنيك جوشكاران ميتوانند حتي درصورت عدم وجود ديد كافي با وارد آوردن كمي فشار به الكترود، بدون نياز به كنترل طول قوس، با يك نرخ تغذيه ثابت جوشكاري را انجام دهند. يكي از وظايف پوشش الكترود توليد اتمسفر محافظ در اطراف حوضچه جوش است. در جوشكاري زيرآبي نيز اين پديده وجود دارد و بدليل وجود آب، از اهميت بسيار بالاتري برخوردار است. يكي از تفاوتهاي قوس زير آب با قوس در هوا ايجاد حبابهاي گاز در ناحيه قوس است. رفتار اين حبابها در جوشكاري زيرآبي از اهميت بالايي برخوردار است. اين حبابها علاوه بر ناپايدار كردن قوس ميتوانند باعث تلاطم حوضچه جوش نيز شوند.
شكل 1- محافظت حوضچه جوش در جوشكاري زيرآبي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/a/ad/UWWEP1.jpg
با توجه به موارد مطرح شده، بايد تدابير ويژه اي در انتخاب مواد فلاكس پوشش الكترود توسط سازندگان اتخاذ گردد تا جوش حاصل از آنها كيفيت و خواص مورد نظر را تعبيه كند. بسته به خواص مورد نياز و نيز عمق آب، ممكن است الكترود خاصي بهترين نتيجه را ايجاد نمايد. براي تاييد كيفيت دستورالعمل و همچنين تاييد الكترودهاي مورد استفاده بايد آزمونهاي خاصي انجام شود. اين آزمونها در كد AWS D3.6 تشريح شده اند. مهمترين تفاوت ظاهري الكترودهاي دستي معمولي با الكترودهاي جوشكاري زيرآبي، پوشش ضد آب الكترودهاي زيرآبي است. الكترودهاي مورد مصرف در جوشكاري قوسي زيرآبي توسط يك موم يا پلاستيك ضد آب پوشش داده ميشوند تا فلاكس روكش الكترود را تا زمان مصرف از تماس با آب محافظت كرده و يا حداقل نفوذ رطوبت را محدود سازد. كيفيت اين پوشش بسيار مهم است. درصورتيكه پوشش ضد آب بطور يكپارچه سطح الكترود را نپوشانده باشد، آب از طريق درزهاي موجود درآن نفوذ كرده و باعث مرطوب شدن فلاكس الكترود و در نتيجه كاهش كيفيت جوش ميگردد. همچنين در جوشكاري در اعماق زياد بدليل بالا بودن فشار هيدروستاتيك، آب ميتواند از پوششهاي نامناسب عبور كرده و فلاكس الكترود را مرطوب نمايد. پوششهاي ضدآب علاوه بر موارد مطرح شده بايد بدون جاگذاشتن مواد مضر بسوزند و همچنين خللي در شرايط قوس و انتقال قطرات مذاب ايجاد ننمايند. نگهداري و محافظت از پوشش ضدآب اين الكترودها بايد به دقت صورت گيرد تا از آسيب رسيدن به آنها جلوگيري گردد. همچنين بدليل اهميت اين موضوع بايد روشهاي جابجايي و نگهداري الكترودها در زير آب در دستورالعمل جوش (WPS) قيد شده باشد. اين پوششها سرتاسر الكترود را فرا گرفته اند و امكان ايجاد اتصال الكتريكي نيز در اين حالت وجود ندارد. لذا براي برقرار گردن جريان و شروع جوشكاري، جوشكار بايد با فشردن دندانه هاي انبر جوشكاري بر روي انتهاي الكترود، خراشي در پوشش ايجاد نمايد. براي ايجاد قوس نيز بايد نوك الكترود را با فشار بر روي سطح بكشد تا پوشش آن ناحيه نيز برداشته شده و قوس برقرار گردد. سازندگان الكترود پيشرفت قابل ملاحظه اي در توسعه سيستمهاي ضد آب براي الكترودهاي جوشكاري زيرآبي داشته اند. جزئيات و اطلاعات اين سيستمها مختص سازندگان آنهاست، اما درهرحال نتيجه حاصل از مجموع تلاشهاي اين سازندگان، توليد نسل جديد از الكترودهاي جوشكاري زيرآبي با قابليت ايجاد جوش با كيفيت بالاتر بود. تعدادي از معروفترين اين الكترودها در جدول شماره 1 آورده شده كه براي جوشكاري در تمام وضعيتها كاربرد دارند. در صورت مناسب بودن دستورالعمل و تجهيزات، جوش حاصل از اين الكترودها داراي ظاهري خوب و خواص مكانيكي مناسب خواهد بود.
جدول شماره 1- ليست تعدادي از معرفترين الكترودهاي جوشكاري زيرآبي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/8/8a/UWWET1.JPG
در جوشكاري زيرآبي معمولا از جريان DCEN استفاده ميگردد كه باعث افزايش طول عمر انبر الكترود ميشود. البته اين انتخاب جنبه اقتصادي دارد و ممكن است در مواردي استفاده از جريان DCEP جوش با كيفيت بالاتري را ايجاد نمايد. درهر صورت بهترين حالت تنظيم جريان و ولتاژ استفاده از مقادير پيشنهادي سازنده ميباشد. جدول 2 جريان و ولتاژ پيشنهادي براي استفاده از الكترودهاي معرفي شده در جدول يك را تا عمق 50 پايي زير آب نشان ميدهد.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/5/56/UWWET2.JPG
جدول 2- جريان و ولتاژ پيشنهادي براي جوشكاري تا عمق 50 پايي
جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.
بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌دانند.
ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.
انواع جوشکاری زیر آب
جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود:
1. جوشکاری خشک
2. جوشکاری مرطوب.
آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.
جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده‌است.
[ویرایش] الکترودهای جوشکاری زیر آب
الكترودهاي مورد مصرف در جوشكاري قوسي زير آبي از انواع اصلاح شده الكترودهاي دستي معمولي هستند. سيستم كدگذاري خاصي براي اين الكترودها وجود ندارد و اغلب آنها بر اساس نام تجاري شناخته شده و بر اساس قابليت و سهولت استفاده براي جوشكاران كاربرد يافته اند. پرمصرف ترين اين الكترودها، الكترودهاي مورد مصرف براي فولادهاي كربني/منگنزي هستند. خواص مكانيكي جوش زيرآبي به شدت به عمق جوشكاري وابسته بوده و با افزايش عمق محل جوشكاري، اين خواص كاهش مي يابند. با افزايش عمق، فشار افزايش مي يابد. اين امر باعث ورود اكسيژن ناشي از تجزيه آب و افزايش مقدار آن و درنتيجه كاهش منگنز و سيليكون و افزايش كربن در حوضچه جوش و ايجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن ميگردد. همچنين ممكن است مقدار هيدروژن افزايش يابد كه نتيجه آن ازدياد تخلخل و كاهش پايداري قوس است چرا كه در عمق هاي زياد بدليل پتانسيل يونيزاسيون بالاي هيدروژن، پايداري قوس كاهش ميابد. يكي ديگر از مشكلات قابل توجه در جوشكاري زيرآبي احتمال ايجاد تركهاي هيدروژني در اثر حضور آب و رطوبت ميباشد كه ريسك اين پديده نيز با افزايش عمق، افزايش مي يابد. اين موضوع در حالتي كه از الكترودهاي با روكش اسيدي استفاده ميشود از حساسيت بيشتري برخوردار است چراكه قابليت جذب رطوبت در اين نوع پوشش بيشتر بوده و هيدروژن تجزيه شده از اين رطوبت براحتي جذب فلز جوش مذاب ميگردد. به همين دليل در جوشكاري زيرآبي استفاده از الكترودهاي نوع روتيلي ترجيح داده ميشود. روكش اين الكترودها حاوي مواد مختلفي براي بهبود شرايط جوشكاري و خواص جوش ميباشد. بعنوان مثال فرومنگنز به منظور جذب اكسيژن و كاهش تخلخل و تيتانيوم و بور بدليل تشكيل ساختار فريت سوزني و بهبود خواص مكانيكي، به مواد پوشش الكترود افزوده ميگردد. همچنين گاهي نيكل به منظور بهبود چقرمگي به مواد پوشش افزوده ميشود. جوشكاري زيرآبي فولادهايي با استحكام بالاتر معمولا با استفاده از الكترودهاي زنگ نزن آستنيتي انجام ميگيرد تا احتمال ايجاد ترك هيدروژني كاهش يابد. اما در اين حالت بايد احتياطهاي لازم صورت گيرد تا از ايجاد ترك در ناحيه متاثر از حرارت (HAZ) پيشگيري شود. در الكترودهاي دستي معمولا بدليل كمتر بودن سرعت سوخت پوشش الكترود نسبت به ذوب مغزي آن، يك چاله در سر الكترود تشكيل ميگردد كه قوس، درون آن گودي كه از اطراف توسط فلاكس پوشش احاطه شده، ايجاد ميشود. اين پديده به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الكترود و همچنين كنترل انتقال آنها كمك ميكند. چاله سر الكترود در بحث جوشكاري زيرآبي بسيار حائز اهميت است.ار آنجايي كه اين پديده باعث پايداري قوس و كنترل طول آن ميگردد، بدون حضور آن دستيابي به يك جوش زيرآبي قابل قبول و مناسب بسيار مشكل خواهد بود. بنابراين با استفاده از اين تكنيك جوشكاران ميتوانند حتي درصورت عدم وجود ديد كافي با وارد آوردن كمي فشار به الكترود، بدون نياز به كنترل طول قوس، با يك نرخ تغذيه ثابت جوشكاري را انجام دهند. يكي از وظايف پوشش الكترود توليد اتمسفر محافظ در اطراف حوضچه جوش است. در جوشكاري زيرآبي نيز اين پديده وجود دارد و بدليل وجود آب، از اهميت بسيار بالاتري برخوردار است. يكي از تفاوتهاي قوس زير آب با قوس در هوا ايجاد حبابهاي گاز در ناحيه قوس است. رفتار اين حبابها در جوشكاري زيرآبي از اهميت بالايي برخوردار است. اين حبابها علاوه بر ناپايدار كردن قوس ميتوانند باعث تلاطم حوضچه جوش نيز شوند.
شكل 1- محافظت حوضچه جوش در جوشكاري زيرآبي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/a/ad/UWWEP1.jpg
با توجه به موارد مطرح شده، بايد تدابير ويژه اي در انتخاب مواد فلاكس پوشش الكترود توسط سازندگان اتخاذ گردد تا جوش حاصل از آنها كيفيت و خواص مورد نظر را تعبيه كند. بسته به خواص مورد نياز و نيز عمق آب، ممكن است الكترود خاصي بهترين نتيجه را ايجاد نمايد. براي تاييد كيفيت دستورالعمل و همچنين تاييد الكترودهاي مورد استفاده بايد آزمونهاي خاصي انجام شود. اين آزمونها در كد AWS D3.6 تشريح شده اند. مهمترين تفاوت ظاهري الكترودهاي دستي معمولي با الكترودهاي جوشكاري زيرآبي، پوشش ضد آب الكترودهاي زيرآبي است. الكترودهاي مورد مصرف در جوشكاري قوسي زيرآبي توسط يك موم يا پلاستيك ضد آب پوشش داده ميشوند تا فلاكس روكش الكترود را تا زمان مصرف از تماس با آب محافظت كرده و يا حداقل نفوذ رطوبت را محدود سازد. كيفيت اين پوشش بسيار مهم است. درصورتيكه پوشش ضد آب بطور يكپارچه سطح الكترود را نپوشانده باشد، آب از طريق درزهاي موجود درآن نفوذ كرده و باعث مرطوب شدن فلاكس الكترود و در نتيجه كاهش كيفيت جوش ميگردد. همچنين در جوشكاري در اعماق زياد بدليل بالا بودن فشار هيدروستاتيك، آب ميتواند از پوششهاي نامناسب عبور كرده و فلاكس الكترود را مرطوب نمايد. پوششهاي ضدآب علاوه بر موارد مطرح شده بايد بدون جاگذاشتن مواد مضر بسوزند و همچنين خللي در شرايط قوس و انتقال قطرات مذاب ايجاد ننمايند. نگهداري و محافظت از پوشش ضدآب اين الكترودها بايد به دقت صورت گيرد تا از آسيب رسيدن به آنها جلوگيري گردد. همچنين بدليل اهميت اين موضوع بايد روشهاي جابجايي و نگهداري الكترودها در زير آب در دستورالعمل جوش (WPS) قيد شده باشد. اين پوششها سرتاسر الكترود را فرا گرفته اند و امكان ايجاد اتصال الكتريكي نيز در اين حالت وجود ندارد. لذا براي برقرار گردن جريان و شروع جوشكاري، جوشكار بايد با فشردن دندانه هاي انبر جوشكاري بر روي انتهاي الكترود، خراشي در پوشش ايجاد نمايد. براي ايجاد قوس نيز بايد نوك الكترود را با فشار بر روي سطح بكشد تا پوشش آن ناحيه نيز برداشته شده و قوس برقرار گردد. سازندگان الكترود پيشرفت قابل ملاحظه اي در توسعه سيستمهاي ضد آب براي الكترودهاي جوشكاري زيرآبي داشته اند. جزئيات و اطلاعات اين سيستمها مختص سازندگان آنهاست، اما درهرحال نتيجه حاصل از مجموع تلاشهاي اين سازندگان، توليد نسل جديد از الكترودهاي جوشكاري زيرآبي با قابليت ايجاد جوش با كيفيت بالاتر بود. تعدادي از معروفترين اين الكترودها در جدول شماره 1 آورده شده كه براي جوشكاري در تمام وضعيتها كاربرد دارند. در صورت مناسب بودن دستورالعمل و تجهيزات، جوش حاصل از اين الكترودها داراي ظاهري خوب و خواص مكانيكي مناسب خواهد بود.
جدول شماره 1- ليست تعدادي از معرفترين الكترودهاي جوشكاري زيرآبي
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/8/8a/UWWET1.JPG
در جوشكاري زيرآبي معمولا از جريان DCEN استفاده ميگردد كه باعث افزايش طول عمر انبر الكترود ميشود. البته اين انتخاب جنبه اقتصادي دارد و ممكن است در مواردي استفاده از جريان DCEP جوش با كيفيت بالاتري را ايجاد نمايد. درهر صورت بهترين حالت تنظيم جريان و ولتاژ استفاده از مقادير پيشنهادي سازنده ميباشد. جدول 2 جريان و ولتاژ پيشنهادي براي استفاده از الكترودهاي معرفي شده در جدول يك را تا عمق 50 پايي زير آب نشان ميدهد.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fa/5/56/UWWET2.JPG
جدول 2- جريان و ولتاژ پيشنهادي براي جوشكاري تا عمق 50 پايي