مهندسی مواد(جوشکاری در متالورژی)

[ghasem motamedi]

متالورژیجوشکاری

جوشكارى در زير آب

بيش از يك صد سال است كه قوس الكتريكي در جهان شناخته شده و بكار گرفته مي شود. اما اولين جوشكاري زير آب توسط نيروي دريايي بريتانيا انجام شد- در آن زمان يك كارخانه كشتي سازي براي آب بند كردن نشت هاي موجود در پرچ هاي زير كشتي كه در آب واقع شده بود از جوشكاري زير آبي بهره گرفت. در كارهاي توليدي كه در زير آب انجام مي پذيرد، جوشكاري زير آبي يك ابزار مهم و كليدي به شمار مي آيد. در سال 1946 الكترود هاي ضد آب ويژه اي توسط وان در ويليجن در هلند توسعه يافت. سازه هاي فرا ساحلي از قبيل دكل هاي حفاري چاه هاي نفت، خطوط لوله و سكوهاي ويژه اي كه در آب ها احداث مي شوند، در سالهاي اخير به طرز چشمگيري در حال افزايش اند. بعضي از اين سازه ها نواقصي را در عناصر تشكيل دهنده اش و يا حوادث غير مترقبه از قبيل طوفان تجربه خواهند كرد. در اين ميان هرگونه روش بازسازي و مرمت در اين گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشكاري زير آبي است.
طبقه بندي
جوشكاري زير آبي را مي توان در دو دسته طبقه بندي كرد:
1. جوشكاري مرطوب
2. جوشكاري خشك
در روش جوشكاري مرطوب، عمليات جوشكاري در زير آب اجرا شده و مستقيماً با محيط مرطوب سرو كار دارد. در روش جوشكاري خشك، يك اتاقك خشك در نزديكي محلي كه مي بايستي جوشكاري شود ايجاد شده و جوشكار كار خود را با قرار گرفتن در داخل اتاقك انجام مي دهد.
جوشكاري مرطوب
نام جوشكاري مرطوب حاكي از آن است كه جوشكاري كه در زير آب صورت مي پذيرد، مستقيماً در معرض محيط مرطوب قرار دارد. در اين روش از جوشكاري از نوعي الكترود ويژه استفاده مي شود و جوشكاري به صورت دستي درست مانند همان جوشكاري كه در فضاي بيرون آب انجام مي شود، صورت مي گيرد. آزادي عملي كه جوشكار در حين جوش كاري از اين روش دارد، جوشكاري مرطوب را موثر تر و به روشي كارا و از نقطه نظر اقتصادي مقرون به صرفه كرده است. تامين كننده نيرويجوشكاري روي سطح مستقر شده است و توسط كابل ها و شيلنگ ها به غواص يا جوشكار متصل مي شود.
در جوشكاري مرطوب MMA (جوشكاري قوس فلزي دستي)دو مشخصه زير بكار گرفته مي شود:
تامين كننده نيرو: dc
قطبيت: قطبيت منفي
اگر از جريان DC و قطب + استفاده شود، برقكافت روي داده و سبب خراب شدگي و از بين رفتن سريع اجزاء فلزي نگهدارنده الكترود مي شود. براي جوشكاري مرطوب از جريان AC نيز به دليل عدم امنيت كافي و وجود مشكلاتي كه در حفاظت از قوس در زير آب وجود دارد، استفاده نمي شود. منبع تغذيه مي بايستي يك دستگاه جريان مستقيم كه داراي رده بندي آمپر بين 300 تا 400 است، باشد. دستگاههاي جوشكاري ژنراتور موتور اغلب براي جوشكاري مرطوب مورد استفاده قرار مي گيرد. پيكره دستگاه جوشكاري مي بايستي در پايين، زير كشتي قرار داده شده باشد. مدار جوشكاري مي بايستي شامل نوعي سوئيچ مثبت باشد كه معمولاً از يك كليد تيغه اي استفاده مي شود و از جوشكار غواص فرمان مي گيرد. كليد تيغه اي در مدار الكترود مي بايستي در تمام طول جوشكاري در برابر شكسته شدن مقاوم باشد و نيز از امنيت كافي برخوردار باشد. منبع تغذيه جوشكاري مي بايستي در حين فرايند جوشكاري تنها به نگهدارنده الكترود وصل باشد. در اين روش از جريان مستقيم همراه با الكترود منفي و نيز از نگهدارنده الكترود ويژه اي كه در برابر آب عايق هستند استفاده مي شود. نگهدارنده هاي الكترود جوشكاري كه در زير آب بكار گرفته مي شوند از يك سر خميده براي گرفتن الكترود و نگه داشتن آن در خود بهره مي برند و ظرفيت پذيرش دو نوع الكترود را دارد. نوع الكترودي كه به كار گرفته مي شود بر طبق استاندارد AWS (انجمن جوشكاري امريكا) در طبقه بندي E6013 قرار گرفته است. اين الكترود ها مي بايستي ضد آب باشند و تمامي اتصالات نيز بايد طوري عايق بندي شده باشد كه آب نتواند با قسمت هاي فلزي كوچكترين تماسي داشته باشد. اگر عايق بندي شكستگي داشته باشد و يا قسمتي از آن ترك داشته باشد، آنگاه آب مي تواند با فلز رسانا تماس پيدا كرده ، موجب ايجاد نقص و در نهايت كار نكردن قوس شود. به علاوه اينكه ممكن است خوردگي سريع مس در قسمتي كه عايق ترك خورده است، ايجاد شود.
جوشكاري بيش فشار(جوشكاري خشك)
جوشكاري بيش فشار در اتاقك هاي پلمپ شده در اطراف سازه يا قطعه اي كه مي خواهد جوشكاري شود، استفاده مي شود. اين اتاقك در يك فشار معمولي پر از گاز مي شود (كه معمولاً از هليوم حاوي نيم بار اكسيژن است). اين جايگاه روي خطوط لوله قرار گرفته و با هوايي مخلوط از هليو و اكسيژن كه قابل تنفس باشد پر شده و در فشاري كه جوشكاري آنجا صورت مي پذيرد و يا فشاري بيشتر از آن اجرا مي شود. در اين روش در اتصالات جوش بسيار با كيفيتي ايجاد مي شود به طوري كه با اشعه ايكس و ديگر تجهيزات لازم ايجاد مي شود. فرايند جوشكاري قوس گاز تنگستن در اين قسمت بكار گرفته خواهد شد. محوطه زير جايگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراين جوشكاري در محل خشكي صورت گرفته ولي در فشار هيدرو استاتيكي آب دريا كه در محيط مجاور آن قرار دارد.
خطرات
براي غواص يا جوشكار خطر شك الكتريك وجود خواهد داشت. اقدامات احتياطي كه انجام شده اند عبارتند از عيق بندي مناسب و در حد كافي تجهيزات جوشكاري، بسته شدن منبع الكتريسيته درست زماني كه قوس به پايان مي رسد و نيز محدود كردن ولتاژ جوشكاري قوس فلزي دستي در مدار باز دستگاه جوشكاري. خطر ديگر توليد شدن هيدروژن و اكسيژن در جوشكاري مرطوب توسط قوس است. اقدام هاي احتياطي مي بايستي در مورد بلند كردن كپسول هاي گاز نيز رعايت شود. به اين دليل كه آنها به صورتي بالقوه توانايي زيادي براي منفجر شدن دارا هستند. خطر بعدي اي كه سلامت يا جان جوشكار را تهديد مي كند نيتروژني است كه در فشار زياد در معرض هوا قرار گرفته و مي تواند به وي آسيب برساند. اقدامات احتياطي شامل فراهم آوري يك منبع گاز يا هواي اضطراري مي شود كه در كنار غواص قرار گرفته است و نيز اتاقك فشار زدايي براي جلوگيري از خفگي توسط نيتروژن كه بعد از اشباع شدن روي سطح پخش مي شود. در سازه هايي كه از جوشكاري مرطوبِ زير آب استفاده مي كنند، بازرسي بعد از جوشكاري ممكن است بسيار مشكل تر از جوشكاري هايي باشد كه در محيط بيرون و در معرض هوا انجام مي پذيرد. اطمينان از بي نقص بودن چنين جوشكاري هايي به مراتب اهميت بيشتري پيدا كرده و در واقع احتمال عيب و كاستيِ ناشناخته اي پديدار شود، وجود دارد.
مزاياي جوشكاري خشك
1. ايمني غواص – جوشكاري در يك اتاقك صورت گرفته كه موجب مصون ماندن جوشكار از جريانات اقيانوسي و يا احتمالاً موجودات دريايي مي شود. اين جايگاه خشك و گرم از روشنايي مطلوبي برخوردار بوده و از سيستم كنترل محيط خاصي نيز بهره مي گيرد(ESC) .
2. كيفيت خوب جوش – اين روش توانايي ايجاد جوش هايي را دارد كه حتي مي توان آن را با جوش هاي موجد در فضاي باز و در مجاورت هوا مقايسه كرد. دليل اين امر اينست كه ديگر آبي وجود ندارد كه بخواهد جوش را خاموش و يا قطع كند. و نيز اينكه ميزان هيدروژن (H2) توليدي آن خيلي كمتر از جوشكاري هاي مرطوب است.
3. كنترل سطح­ – آماده سازي اتصال، هم ترازي لوله، بررسي آزمايش ضد مخرب (NDT) و غيره به صورت عيني كنترل و تنظيم مي شوند.
4. آزمون غير مخرب (‌ NDT) – آزمون غير مخرب براي محيط خشك جايگاه تسهيل شده است برای اينكه عيب و كاستيِ ناشناخته اي پديدار شود، وجود دارد.
معايب جوشكاري خشك
1. اتاقك يا جايگاه جوشكاري تجهيزات پيچيده و خدمات پشتيباني زيادي را مستلزم مي داند و خود اتاقك به طرز غير متعارفي پيچيده است.
2. هزينه و ارزش مالي اين اتاقك به صورت قابل ملاحظه اي بالا بوده و بسته به عمق محل كار هزينه آن افزايش مي يابد. عمق محل جوشكاري در كار تاثير مي گذارد، طوري كه در اعماق بيشتر جمع كردن قوس و استفاده از ولتاژ هاي بالتر و متناسب با آن لازم و ضروري مي باشد. انجام يك كار جوشكاري بدين شكل هزينه اي بالغ بر 80000 دلار دارد. و نيز گاهي اوقات نمي توان از يك اتاقك براي چند كار مختلف استفاده كرد، كه البته اين مشكل بستگي به نوع كارها و ميزان تفاوت آنها دارد.
مزاياي جوشكاري مرطوب
جوشكاري مرطوب كه در زير آب به صورت دستي صورت مي گيرد، در مرمت و بازسازي سازه هاي فراساحلي در سالهاي اخير به سرعت در حال رشد و گسترش است.
از جمله فوايد جوشكاري مرطوب مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1. چند كاره بودن و داشتن هزينه كمتر در جوشكاري مرطوب باعث شده كه ميل و اشتياق بيشتري به اين روش وجود داشته باشد.
2. برخورداري از سرعت مناسب در هنگام اجراي طرح از ديگر مزاياي اين روش است.
3. در مقايسه با جوشكاري خشك هزينه كمتري دارد.
4. در اين روش جوشكار مي تواند به قسمت هايي از سازه هاي فرا ساحلي دسترسي داشته باشد كه با استفاده از روش هاي ديگر قابل جوشكاري نيست.
5. احتياج به هيچ نوع محصور سازي نبوده و بنابراين زماني نيز براي آن تلف نخواهد شد. تجهيزات و دستگاههاي استاندارد مرسوم به آساني قابل استفاده است . به وسايل زيادي هم براي انجام يك كار جوشكاري مورد نياز نيست.
معايب جوشكاري مرطوب
اگر چه جوشكاري مرطوب كاربرد گسترده اي پيدا كرده است ولي همچنان از وجود نواقصي رنج مي برد، از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1. آبديدگي سريع فلز جوشكاري- دليل اين آبديدگي آبي است كه در اطراف آن وجود دارد. اگرچه آبديدگي نيروي تنش پذيري را در جوشكاري افزايش مي دهد ولي ميزان كش پذيري و موثر بودن جوش را كاهش داده، سختي و روزن داري آن را بالا مي برد.
2. توليد زياد هيدروژن- حجم بسيار زيادي از هيدروژن در منطقه جوشكاري ايجاد مي شود كه بر اثر تفكيك بخار آب در منطقه قوس به وجود آمده است.H2 موجود در محيط تحت تاثير گرما (HAZ) در فلز جوشكاري حل مي شود كه باعث ايجاد ترك خوردگي و شكاف هاي ميكروسكوپيك مي شود.
3. از ديگر معايب آن ديد پذيري كم است. گاهي اوقات جوشكار نمي تواند به درستي منطقه مورد نظر را جوش دهد
نحوه عملكرد جوشكاري مرطوب
پروسه ي جوشكاري مرطوب در زير آب طي مراحل زير صورت مي پذيرد:
قطعه كاري كه قرار است جوش داده شود به يك طرف مدار الكتريكي متصل بوده و الكترود فلزي در طرف ديگر مدار. اين دو قسمت از مدار (الكترود و قطعه كار) كمي به يكديگر نزديك شده ولي بعد از مدتي از يكديگر فاصله مي گيرند. در حين نزديك شدن الكترود به قطعه كار، جريان الكتريكي وارد شكاف شده و باعث ايجاد يك جرقه الكتريكي پايستار مي شود(قوس) و باعث ذوب شدن فلز در آن ناحيه و شكل گرفتن حوضچه جوش مي شود. در اين زمان، نوك الكترود ذوب شده و ذره هاي كوچك فلز در حوضچه مذاب جمع مي شود. در طول اين عمل جريان مذابي، نوك الكترود را پوشش داده و روكش الكترود گاز محافظ را ايجاد مي كند. كه موجب استحكام بخشيدن به قوس شده و همان طور كه گفته شد از جريان فلز مذاب محافظت مي كند. قوس در يك منطقه حفره مانند ذوب مي شود و جوش را پديدار مي سازد.
پيشرفت هاي حاصل در زمينه جوشكاري در زير آب
مدت هاي مديدي جوشكاري مرطوب به عنوان يك تكنيك جوشكاري، در زير آب مورد استفاده قرار مي گرفته و هنوز هم ابن روش مرسوم است. اخيراً با پيشرفت هايي كه در زمينه ساخت سازه هاي فرا ساحلي صورت گرفته، اهميت جوشكاري زير آبي را به طرز پيش بيني شده اي بالا برده است. اين امر منجر به توسعه يافتن روش هاي جوشكاري ديگر از قبيل جوشكاري سايشي، جوشكاري انفجاري و جوشكاري عمودي شده است كه هم اكنون مطالب قابل قبول و كافي در اين زمينه براي ارائه وجود ندارد.
گستره ي پيشرفت هاي آينده
جوشكاري قوس فلزي دستي مرطوب همچنان براي نوسازي و احياء سازه هاي زير آبي مورد استفاده قرار مي گيرد اما كيفيت آن كافي نبوده و مستعد شكست هيدروژني مي باشداز اين رو جوشكاري هاي بيش فشار خشك كيفيت بهتري نسبت به جوشكاري هاي مرطوب دارند.امروزه گرايش و رويه ميل به سوي اتوماسيون دارد.THOR-1 يا ربات تحت كنترل مدارِ بيش فشار كه از گاز بي اثر تنگستن استفاده مي كند، توسعه بخشيده شد تا در جاهايي كه غواص عمليات لوله كشي و نصب خط لوله را انجام مي دهد، بقيه پروسه كار را بر عهده گيرد.□

معرفی چدن(Cast Iron)

چدن يکی از اقسام فلزی است که در صنعت کاربرد دارد و هميشه به شکل ريخته گری شده مورد استفاده قرار ميگيرد. از آنجايی که چدن شکننده است نمی توان آنرا نورد کرد يا کشيد و يا آهنگری نمود. در واقع چدن آهن آلياژ داده شده با کربن است.وجود ۵/۲ درصد کربن،۱ تا ۳ درصد سيليسيوم و مقادير قابل توجهی گوگرد و فسفر از مشخصه های کلی چدن است.برای بهبود خواص مکانيکی و مقاومت به خوردگی چدن را با عناصری نظير کرم و مس و موليبدن و نيکل آلياژ دار ميکنند.اين گونه چدن ها را چدن آلياژی می نامند. بطور کلی چهار نوع چدن وجود دارد: خاکستری،سفید، چکش خوار (Malleable) و با گرافیت کروی (Nodullar).
جوش پذیری چدن ها
در مقایسه با فولاد کربنی،چدنها دارای قابلیت کم و محدود جوش پذیری هستند. در میان چهار نوع چدن فوق الذکر، چدن با گرافیت کروی بهترین جوش پذیری را داراست و بعد از آن چدن چکش خوار قرار دارد. جوشکاری چدن خاکستری به مهارت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن سفید را به دشواری بسیار زیاد میتوان جوشکاری نمود. با این ملاحظات دامنه جوشکاری چدنها بسیار محدود میشود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و بازسازی قطعات فرسوده و شکسته شده در کار منحصر میگردد.
دلایل جوش پذیری محدود چدنها
- بعلت زیادی کربن در فلز مبنا، سیکل جوشکاری باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه بلافصل فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پر کربن در بقیه منطقه حرارت پذیرفته فلز مبنا میگردد. هر دوی این ریز ساختارها شکننده بوده و باعث ایجاد ترک در حین جوشکاری و یا بعد از آن میشود.این مطلب در مورد تمامی انواع چدنها مصداق دارد.]
- بعلت ضعف نرمی (Ductility) چدن قابلیت تغییر شکل پلاستیکی را ندارد و از این رو نمی تواند تنشهای حرارتی ایجاد شده جوشکاری را تحمل نماید. هر چه نرمی (Ductility) چدن بهبود یافته باشد احتمال ترک خوردن آن کاهش می یابد. لذا چدن چکش خوار و چدن با گرافیت کروی کمتر از چدن خاکستری ترک خواهند خورد.
با توجه به عامل اول شكنندگي منطقه HAZ به ميزان و سهولت حل شدن گرافيت در آستنيت در حين جوشكاري بستگي پيدا ميكند . در مورد چدن خاكستري كه داراي پولك هاي گرافيتي با سطح رويه نسبتا وسيعي مي باشند ، انحلال اين نوع گرافيت در آستنيت به سهولت انجام مي شود . در حاليكه در مورد چدن با گرافيت كروي ، چون نسبت حجم رويه به حجم كره گرافيت كم مي باشد بنابراين مقدار گرافيت كمتري در آستنيت حل ميگردد و در نتيجه كاربيد هاي درشت كمتري و مارتنزيت كم كربن تري در منطقه HAZ تشكيل ميشود . اين مطلب گواه ديگري بر قابليت بهتر جوش پذيري چدن با گرافيت كروي در مقايسه با ساير انواع چدن ها ست .
براي اجتناب از تمايل منطقه حرارت پذيرفته به ترك خوردن لازم است كه قطعه چدني را در موقع جوشكاري با قوس برقي با انرژي حرارتي كم جوشكاري نمود . زيرا اين روش باعث كاهش پهناي منطقه سخت و شكننده كنار فلز جوش مي شود . براي غلبه بر سختي و تردي منطقه حرارت پذيرفته اعمال تدابيري نظير پيش گرمايش و خنك كردن تدريجي قطعه جوشكاري شده ضرورت دارد .
در مورد جوشكاري چدن با قوس برقي دامنه درجه حرارت پيش گرم از درجه حرارت محيط كارگاه تا 300 درجه سانتي گراد توصيه ميشود . اين حرارت براي جوشكاري با استيلن در محدوده 450-650 درجه سانتي گراد قرار دارد . چدن خاكستري به حرارت پيش گرم بيشتري زيادتري و چدن با گرافيت كروي و چدن چكش خوار به درجه حرارت پيشگرم كمتري نياز دارند. درجه حرارت پيش گرم و محدوده آن به نوع چدن ، اندازه قطعه ، روش جوشكاري ، نوع الكترود و مقدار فلز جوشي كه بايد رسوب داده شود بستگي پيدا ميكند . در مورد قطعات حساس ريختگري چدني ، درست پس از خاتمه جوشكاري عمليات تنش زدايي از طريق حرارت دهي قطعه تا حدود 600 درجه سانتي گراد و نگهداري در اين حرارت بمدت كافي صورت مي پذيرد.
الکترودهای جوشکاری چدن ها
در روش جوشکاری با قوس الکتریکی دستی چندین نوع الکترود برای این منظور وجود دارد.این الکترودها دارای مفتولهایی از جنس فولاد نرم یا نیکل خالص یا مونل یا فرو نیکل،یا قلع برنز و یا آلومینیوم برنز با روکشهای خاص خود میباشد. الکترود با مفتول فولاد نرم دارای روکش از نوع قلیائی کم هیدروژن است.در موقع جوشکاری چدن با این نوع الکترود فلز جوش بعلت جذب کربن از فلز مبنای چدنی سخت میشود و قابلیت ماشین کاری خود را از دست می دهد و ممکن است تحت تنش تمایل به ترکیدن داشته باشد. بمنظور اجتناب از ترک خوردن لازمست که جوشکاری با انرژی حرارتی کمی صورت گیرد تا از رقیق شدن فلز جوش با فلز مبنا کاسته شود.علاوه بر این پیش گرمایش مناسب و سرد کردن بطئی و تدریجی قطعه کار باعث کاهش سختی و تردی فلز جوش میگردد. در مورد الکترودهای ویژه جوشکاری چدن که با مفتول نیکلی و یا آلیاژهای نیکلی ساخته میشود،فلز جوش حاصل از این نوع از الکترودها قابلیت جذب کربن را تا ورای حد حلالیت دارا میباشند.در حین انجماد،فلز جوش کربن اضافی را بصورت گرافیت پس می زند و بدین طریق افزایش حجمی ایجاد شده باعث کاهش تنشهای باقیمانده در فلز جوش و منطقه حرارت پذیرفته HAZ میگردد.با این مکانیزم علت مزیت جوشکاری چدن با الکترودهایی با مفتول نیکلی بوضوح بیان میشود. فلز جوش الکترود با مفتول نیکل نرمتر از فلز جوش الکترود با مفتول فرو نیکل است ولی فلز جوش اخیر مستحکم تر است و خاصیت ازدیاد طول بیشتر و تحمل بیشتری نسبت به فسفر اضافی موجود در چدن را داراست و نسبت به گرم ترکیدن مقاوم تر است. برای ایجاد جوش اتصالی مابین چدن با فولاد نرم یا با فولاد ضد زنگ یا با آلیاژهای نیکلی،الکترود با مفتول فرونیکل را باید توصیه کرد.

آزمون های جوشکاری

دربسیاری از برنامه های تدوین شده توسط سازنده جهت کنترل کیفیت محصولات،از آزمون چشمی به عنوان اولین تست و یا در بعضی موارد به 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.زاویة 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.
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 پاسریشه جوش(bead weldroot)
(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.
بعد از جوشکاری
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 ، فلز پایه را تغییر 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.
آزمونهای غیر مخرب ( Non Destvuctive Testing)
مهندسین معمولاً عادت دارند خواص یک ماده را روی نمونه‌های مخصوصی که از همین ماده تهیه شده‌اند با آزمونهای استاندارد ارزیابی کنند. اطلاعات بسیار ارزشمندی از این آزمونهای به دست می‌آید که شامل خواص کششی، فشاری، برشی و ضربه‌ای ماده مورد نظر است. اما این آزمونها ماهیت تخریبی دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌ای که با آزمونهای استاندارد تا حد تخریب تعیین می‌شود، به یقین راهنمای روشنی در مورد مشخصات کارایی قطعه‌ای نیست که بخش پیچیده‌ای از یک مجموعه مهندسی را تشکیل می‌دهد . در طی تولید و حمل و نقل امکان دارد که انواع عیوب با اندازه‌های مختلف در ماده یا قطعه به وجود آیند. ماهیت و اندازه دقیق هر عیب روی عملیات بعدی آن قطعه تاثیر خواهد داشت. عیوب دیگری نیز مانند ترکهای حاصل از خستگی یا خوردگی ممکن است در طی کار قطعه ایجاد شوند. بنابراین برای آشکار سازی وجود عیبها در مرحله تولید و نیز جهت تشخیص و تعیین سرعت رشد این نقصها در طول عمر قطعه یا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروری است. منشا بعضی عیوب که در مواد و قطعات یافت می‌شوند، عبارتند از :
- عیوبی که ممکن است طی ساخت مواد خام یا تولید قطعات ریختگی به وجود آیند (ناخالصیهای سرباره، حفره‌های گازی، حفره‌های انقباضی، ترکهای تنشی و ... )
- عیوبی که ممکن است طی تولید قطعات به وجود آیند (عیوب ماشینکاری، عیوب عملیات حرارتی، عیوب جوشکاری، ترکهای ناشی از تنشهای پسماند و ...)
- عیوبی که ممکن است طی مونتاژ قطعات به وجود آیند (کم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، ترکهای ناشی از تنش اضافی و ...)
- عیوبی که در مدت کاربری و حمل و نقل به وجود می‌آیند (خستگی، خوردگی، سایش، خزش، ناپایداری حرارتی و ...) روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در عمل می‌توانند به راههای بسیار متفاوتی در عیب یابی به کار روند.
اعتبار هر روش آزمون غیرمخرب سنجشی از کارایی آن روش در رابطه با آشکارسازی نوع و شکل و اندازه بخصوص عیبها است. بعد از آن که بازرسی تکمیل شد، احتمال معینی وجود دارد که یک قطعه عاری از یک نوع عیب با شکل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر این احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به کار رفته بیشتر خواهد بود. اما باید این واقعیت را به خاطر داشت که بازرسیهای غیرمخرب برای اغلب قطعات به وسیله انسان انجام می‌گیرد و در اصل دو نفر همیشه نمی‌توانند یک کار تکراری مشابه را بطور دقیق همانند یکدیگر انجام دهند. از این رو باید یک ضریب عدم یقین در برآورد اعتبار بازرسی به حساب آورده شود و ارزش تصمیماتی رد و یا قبول قطعه باید از رویدادهای آماری تخمین زده شود . نقش بازرسی غیرمخرب این است که با میزان اطمینان معینی ضمانت نماید که در زمان بکارگیری قطعه برای بار طراحی، ترکهایی به اندازه بحرانی شکست در قطعه وجود ندارند. همچنین ممکن است لازم باشد که با اطمینان، عدم وجود ترکهای کوچکتر از حد بحرانی را نیز ضمانت کند. اما رشد ترکهای کوچکتر از حد بحرانی. بویژه در مورد قطعاتی که در معرض بارهای خستگی قرار دارند و یا در محیطهای خورنده کار می‌کنند، اهمیت دارد، بطوریکه این گونه قطعات، قبل از این که شکست ناگهانی در آنها اتفاق بیفتد، به یک حداقل عمر کار مفید برسند. در برخی حالتها، بازرسیهای مرتب و متناوب جهت اطمینان از نرسیدن ترکها به اندازه بحرانی ممکن است ضروری باشد. بکارگیری ایده‌های مکانیک شکست در طراحی، برای توانایی روشهای مختلف آزمونهای غیرمخرب در آشکارسازی ترکهای کوچک، حد و مرز تعیین می‌کند. اختلاف بین کوچکترین ترک قابل آشکارسازی و اندازه بحرانی آن، میزان ایمنی یک قطعه است.
در هر برنامه خاص بازرسی، تعداد عیوب شناسایی شده (هر چند زیاد)، با تعداد واقعی آنها مطابقت پیدا نمی‌کند، بنابراین احتمال شناسایی یک قطعه سالم و بدون عیبهای با اندازه‌های گوناگون کاهش می‌یابد. اما هنگامی که قطعات بسیار مهم مورد نظر هستند، سعی بر این است تا حد امکان عیبهای بیشتری شناسایی شوند و تمایل به قبول تمام نشانه‌های وجود عیبها زیاد است. زیرا اگر قطعه‌ای در طی بازرسی مردود و غیرقابل مصرف معرفی شود، بهتر از آن است که هنگام استفاده منجر به شکست فاجعه آمیز شود. مسلم است مهندسی که ایده‌های مکانیک شکست را مورد استفاده قرار می‌دهد، علاقه‌مند است که بداند به چه اندازه عیبها را در هنگام بازرسی مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با این بررسی اولیه تعیین می‌شود و تمام پارامترهای دیگر در درجه دوم اهمیت قرار می‌گیرند. برای مثال بازرسی ترکهای مربوط به خستگی قطعات فولادی به روش فراصوتی که نسبتاً براحتی قابل اجرا است، در مقابل تجزیه و تحلیل به روش جریان گردابی برای آشکارسازی ترکهایی به طول 5/1 میلیمتر، کنار گذاشته می‌شود زیرا احتمال آشکارسازی این ترکها با فراصوتی 50 درصد و با جریان گردابی 80 درصد است. یکی از فایده‌های بدیهی و روشن به کار بردن صحیح آزمونهای غیرمخرب، شناسایی عیوبی است که اگر بدون تشخیص در قطعه باقی بمانند، موجب شکست فاجعه آمیز قطعه و در نتیجه بروز خسارتهای مالی و جانی فراوان خواهند شد. استفاده از این روشهای آزمون می‌تواند فواید زیادی از این بابت ، در بر داشته باشد. بکارگیری هر یک از سیستمهای بازرسی متحمل هزینه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهای بازرسی مناسب موجب صرفه‌جویی‌های مالی قابل ملاحظه‌ای خواهد شد. نه فقط نوع بازرسی، بلکه مراحل بکارگیری آن نیز مهم است. بکارگیری روشهای آزمون غیرمخرب روی قطعات ریختگی و آهنگری کوچک بعد از آنکه کلیه عملیات ماشینکاری روی آنها انجام گرفت، معمولا بیهوده خواهد بود. در اینگونه موارد باید قبل از انجام عملیات ماشینکاری پرهزینه قطعات بدقت بازرسی شوند و قطعاتی که دارای عیوب غیرقابل قبول هستند، کنار گذاشته شوند. باید توجه داشت کلیه معایبی که در این مرحله تشخیص داده می‌شوند، نمی‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسی باشند. ممکن است قطعه‌ای دارای ناپیوستگیها و ترکهای سطحی بسیار ریز باشد که در مراحل ماشینکاری از بین بروند.
آزمایش پرتو نگاری و تفسیر فیلم Radiographic Testing and FilmInterpretation
تابش الکترومغناطیسی با طول موجهای بسیار کوتاه، یعنی پرتو ایکس یا پرتو گاما از درون مواد جامد عبور می‌کند اما بخشی از آن، توسط محیط جذب می‌شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالی و ضخامت ماده و همچنین ویژگیهای تابش بستگی دارد. تابش عبوری از درون ماده می‌تواند به وسیله یک فیلم یا کاغذ حساس آشکار شده و روی صفحه فلورسنت مشاهده شود، یا این که توسط دستگاههای حساس الکترونیکی نشان داده شود. اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم، عبارت پرتو نگاری به معنی فرایندی است که در نتیجه آن ، تصویری روی فیلم ایجاد شود، بررسی این فیلم را تفسیر می‌گوییم . بعد از این که فیلم عکس گرفته شده پرتو نگاری ظاهر شد، تصویری سایه روشن با چگالی متفاوت مشاهده می‌شود. قسمتهایی از فیلم که بیشترین مقدار تابش را دریافت کرده‌اند، سیاهتر دیده می‌شوند. همچنانکه پیشتر گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعی از چگالی و ضخامت آن خواهد بود. همچنین وجود عیوب خاص، مانند حفره‌ها و تخلخل درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثیر خواهد گذاشت. بنابراین پرتو نگاری می‌تواند برای آشکار سازی انواع خاصی از عیوب در بازرسی مواد و قطعات به کار رود. استفاده از پرتو نگاری و فرآینده‌های مربوط به آن باید به شدت کنترل شود، زیرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو می‌تواند منجر به آسیب بافت بدن شود.
آزمایش فراصوتی (Ultrasonic Testing)
در این روش، امواج صوتی با بسامد 5/0 تا 20 مگاهرتز به درون قطعه فرستاده می‌شود. این موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابیده می‌شود. با توجه به زمان رفت و برگشت این موج، می‌توان ضخامت قطعه را تعیین کرد. حال اگر یک عیب در مسیر رفت و برگشت موج باشد، از این محل هم موجی بازتابیده خواهد شد که اختلاف زمانی نسبت به مرحله اول، محل عیب را مشخص می‌کند. روشهای فراصوتی به طور گسترده‌ای برای آشکارسازی عیوب داخلی مواد به کار می‌روند ولی می‌توان از آنها برای آشکارسازی ترکهای کوچک سطحی نیز استفاده کرد.
بازرسی با ذرات مغناطیسی (Magnetic ParticleTesting)
بازرسی با ذرات مغناطیسی، روش حساسی برای ردیابی عیوب سطحی و برخی نقصهای زیر سطحی قطعات فرو مغناطیسی است. پارامترهای اساسی فرآیند به مفاهیم نسبتاً ساده‌ای بستگی دارد. هنگامی که یک قطعه فرومغناطیسی، مغناطیس می‌شود، ناپیوستگی مغناطیسی که تقریباً در راستای عمود بر جهت میدان مغناطیسی واقع است، موجب ایجاد یک میدان نشتی قوی می‌شود. این میدان نشتی در رو و بالای سطح قطعه مغناطیس شده حضور داشته و می‌تواند آشکارا توسط ذرات ریز مغناطیسی دیدپذیر شود. پاشیدن ذرات خشک یا ذرات مرطوب با یک مایع محلول بر روی سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطیسی روی خط گسل خواهد شد. بنابراین پل مغناطیسی تشکیل شده، موقعیت، اندازه و شکل ناپیوستگی را نشان می‌دهد. یک قطعه را می‌توان با به کاربردن آهنرباهای دائم، آهنرباهای الکتریکی و یا عبور یک جریان قوی از درون یا برون قطعه، مغناطیس کرد. با توجه به این که با روش آخر می‌توان میدانهای مغناطیسی با شدت زیاد در داخل قطعه ایجاد کرد، این روش به صورت گسترده‌ای در کنترل کیفی محصول به کار می‌رود زیرا این روش حساسیت خوبی برای شناسایی عیوب قطعات و آشکارسازی آنها عرضه می‌دارد
آزمایش جریان گردابی (Eddy Current Testing)
اساس روشهای آزمون الکترومغناطیسی بر این است که وقتی یک سیم پیچ حامل جریان متناوب، نزدیک ماده‌ای تقریباً رسانا قرار داده شود، جریانهای گردابی یا ثانویه در آن ماده القا خواهد شد. جریانهای القایی، میدانی مغناطیسی ایجاد خواهند کرد که در جهت مخالف میدان مغناطیسی اولیه اطراف سیم پیچ است. تاثیر متقابل بین میدانها موجب ایجاد یک نیروی ضد محرکه الکتریکی در سیم پیچ شده و در نتیجه سبب تغییر مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ خواهد شد. اگر ماده از نظر ابعاد و ترکیب شیمیایی یکنواخت باشد. مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر نزدیک سطح قطعه در کلیه نقاط سطح قطعه یکسان خواهد بود، به غیر از تغییر اندکی که نزدیک لبه‌های نمونه مشاهده می‌شود. اگر ماده ناپیوستگی داشته باشد، توزیع و مقدار جریانهای گردابی مجاور آن تغییر می‌کند و در نتیجه کاهشی در میدان مغناطیسی در رابطه با جریانهای گردابی به وجود می‌آید، بنابراین مقدار مقاومت ظاهری سیم پیچ کاوشگر تغییر خواهد کرد . از روی تحلیل این آثار می‌توان در مورد کیفیت و شرایط قطعه کار نتیجه‌گیری کرد. این روشها بسیار متنوع هستند و با وسیله و روش آزمون مناسب، می‌‌توان آنها را برای آشکارسازی عیوب سطحی و زیر سطحی قطعات و تعیین ضخامت پوشش فلزات به کار برد و اطلاعاتی در زمینه مشخصات ساختاری مانند اندازه دانه بندی و شرایط عملیات حرارتی به دست آورد.همچنین می‌توان خواص فیزیکی مانند رسانایی الکتریکی تراوایی مغناطیسی و سختی فیزیکی را تعیین کرد
آزمون مایع نافذ(PT)
ترکهای سطحی و منافذی که با چشم عادی قابل رویت نمی باشند بوسیله آزمون مایع نافذ شناسایی میشوند.این روش در شناسایی منافذ جوش کاربرد فراوانی دارد .قابل ذکر است که فولادهای آستنیتیک و فلزات غیر آهنی که از روش ذرات مغناطیسی(MT) نمیتوان آنها را تست نمود از روش مایع نافذ ارزیابی میشوند. آزمون مایع نافذ را به دو طریق ، با استفاده از رنگ مرئی و فلورسنت میتوان انجام داد.بدین صورت که ابتدا سطح قطعه مورد نظر را تمیز و خشک مینماییم (سطح باید عاری از هرگونه شی خارجی مثل براده ها باشد تا مایع نافذ بخوبی داخل ترکها نفوذ نماید). سپس بوسیله مایع نافذ(penetrant) سطح موردنظر را می پوشانیم که میتوان این عمل را با اسپری نمودن نافذ و یا غوطه ور ساختن قطعه درون نافذ انجام داد.بر اثر خاصیت مویینگی نافذ به درون ترکها نفوذ میکند و برای اینکه از نفوذ آن اطمینان حاصل نماییم مدتی را صبر کرده(حدود 30 دقیقه) و سپس ماده نافذ اضافی را از روی سطح پاک میکنیم. ظاهر کننده (Developer) که پودر سفید رنگی میباشد را روی سطح فوق اسپری میکنیم . ظاهر کننده باعث میشود مایع نافذ از ترکها بیرون کشیده شود و درنتیجه رنگ بر روی سطح پس میزند. سپس بوسیله بازرسی چشمی تحت نور سفید (در صورت استفاده از رنگ مرئی) و یا نور ماورابنفش (در صورت استفاده از رنگ فلورسنتی) نشانه های رنگی ایجاد شده را مشاهده نموده و محل عیوب و ترکها مشخص میگردد. استفاده های عمومی: شناسایی و تشخیص محل عیوب سطحی در مواد بدون خلل و فرجکاربردها : شناسایی ترک و منفذ در جوششناسایی عیوب سطحی در ریخته گریشناسایی ترک ناشی از خستگی در اجسام تحت تنشمحدودیتها: جسم باید تقریبا سطح غیر متخلخل و صافی داشته باشد. زمان تخمینی جهت ارزیابی كمتر ازيك ساعت
توضیحاتی پیرامون WPS & PQR
در نظر بگیرید در کارخانه ای بزرگ که تعداد زیادی پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کیفی و یا ناظر هستیم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاری برخورد میکنیم انواع الکترودها,ورقها با ضخامتهای متفاوت, ماشینهای مختلف که تحت شرایط خاصی تنیم شده است ,جوشکاران که اغلب به روش سنتی(بدون رعایت اصول علمی)جوشکاری میکنند را در نظر بگیرید. بهترین کار چک کردن کار با کتابچه ای است که به عنوان WPS((Welding Procedure ((specification معروف است. هر چند کاربرد اصلی این دفترچه برای پرسنل تولید است اما در واقع زبان مشترک تولید کننده و بازرس و ناظر میباشد که در بعضی مواقع کارفرماهای بزرگ خودشان WPSمورى قبول خوى را به سازنده ارایه میکنند و بنای بازرسی ها را بر اساس آن قرار میدهند. فکر میکنم تا حدودی مفهوم را ساده کرده باشم.
استاندارد مرجعAWSََ حدود 170 نوع اتصال را با پوزیشنهای متفاوت معرفی کرده و انواع پارامترهای جوشکاری را برای تمامی انواع فرایندها(SMAWMIG/MAG-TIG-SAW) معرفی کرده این متغیرها شامل محدوده ضخامت مجاز برای نوع اتصال :
– دامنه تغییرات مجاز برای آمپر
- ولتاژ
- قطر الکترود
- نوع پودر
- زاویه کونیک کردن
- روش پیشگرم و پسگرم
- و ... میباشد.
که بخشی از وظیفه QC_MAN کنترل میزان تطابق روش جاری جوشکاری با روش مشخص شده در WPS است. در بعضی از موارد خاص که استاندارد روش خاصی ارایه نداده اغلب یک طراح جوش بنا به تجربیات خود پروسیجری ارایه میدهد. در بعضی شرکتهای بزرگ برای هر پروژه ای یک دفترچه WPS موجود است اما از آنجا که روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر میرسد که نیازی به -WPS های متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که برای کارهای مشخص و ثابت بهتر است یک WPS تهیه شود و از تعدد ایجاد مدارک و مستندات دست وپاگیر جلوگیری شود. یک WPS معمولی میتوانید در حدود 200-250 صفحه باشد.یعنی به همین تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاری مربوطه را توضیح داده است

PQR (Procedure Qualification Record)

ابتدا توضیح کوتاهی در مورد خود PQR لازم است که باید گفت PQR نتایج آزمایشات مخرب و غیر مخرب در مورد یک نوع مسخص جوش است.که از طرف آزمایشگاههای معتبر باید ارایه شود) حال به این سوال میرسیم که از کجا اعتبار یک WPS را بفهمیم؟ ومدیران خط تولید یا تضمین کیفیت و یا ناظران و کنترل کیفیت چطور از اعتبار WPS اطمینان حاصل میکنند؟) قطعا آن قسمت از WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نیاز به اینکار ندارد چراکه تمامی موارد پیشنهادی استاتدارد هم حاصل تجربیات گروه زیادی از متخصصان بوده است وفلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسیر تجربه است تا زودتر به نتیجه دلخواه برسیم.ولی جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در ستاندارد AWSمشخصا به این موضوع اشاره شده که برای موارد پیشنهادی استاندارد نیازی به PQR نیست. اما برای آن مواردی که از استاندارد استخراج نشده و پیشنهاد واحد طراحی و یا مشاور طرح بوده باید حتما PQR تهیه شود.
روش تهیه PQRفرض کنیم نیاز داریم برای 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهیه کنیم.آیا باید 70نمونه تهیه کنیم؟ و آیا این کار عاقلانه است؟ مسلما خیر. بنابر جداول مربوط به تهیه نمونه برای PQR میتوان تعداد بسیار کمتری برای تاییدیه روش جوشکاری ( PQR) تهیه کرد به این ترتیب که در جداول مربوطه بنا بر تغییرات ضخامت قطعات در اتصالات شبیه یه هم تعداد نمونه و نوع و تعداد آزمایشات برای آن نمونه معرفی شده. که پس از فرستادن قطعات به ازمایشگاههای ذیصلاح و گرفتن جواب مثبت میتوان به آن WPS اعتماد کرد و جوشکاری را آغاز کرد. مثال: فرض کنید دفترچه WPS را برای تهیه PQR در اختیار دارید.مراحل زیر برای تهیه PQRپیشنهاد میشود
1. اتصالاتی که در استاندارد وجود دارد راتنها با متن استاندارد مطابقت دهید تا چیزی از قلم نیفتاده باشد و تلرانسها دقیقا استخراج شده باشد و نظایر این
2. در مورد اتصالات شبیه به هم با مراجع به استاندارد یکی از پرکاربردترین ضخامتها را انتخاب کنید.برای کارهای سازه ای و اتصال نوع Grooveفرض کنید که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفی شده .
بهترین کار این است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترین نمونه برای تهیه PQR انتخاب کنیم که این بهترین انتخاب اغلب پرکاربردترین یا حساسترین اتصال است.مثلا Grooveبا ضخامت 30-30که بنابر جدول استاندارد میبینیم که این نوع اتصال محدوده ضخامتیmm 3 تاmm 60 را با اعتبار میبخشد یعنی برای ضخامت 2 تا 60 دیگر نیازی به تهیه PQR نداریم و این از مزایای استفاده از استاندارد است .
3. حال که نمونه مورد نظر راانتخاب کردیم باید در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد آمده است آنرا تهیه کنیم و توسط یک جوشکار که دارای کارت صلاحیت جوشکاری در حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غیره) است جوشکاری انجام شود .
4. قطعه مور نظر را به آزمایشگاههای معتبر ارسال میکنیم تا تحت تستهای مختلف قرار گیرد. این تستها اغلب خمش کناره، رادیوگرافی، ماکرواچ، شکست و ... است. 5 .پس از اعلام نتیجه مثبت آزمایشگاه میتوان جوشکاری را آغاز نمود .

جوشکاری فلزات غیر آهنی ( یا فلزات رنگین)

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 بیشتراز 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.
جوشکاری سرب
در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.
جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج
چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.
نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم پستانک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب شکنندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.
جوشکاری منگنز
از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود. برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد. قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.
جوشکاری برنج با گاز
برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود. فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود

فرايندهاي جوشكاري

انقلاب الكترونيكي بر زندگي , در كشور هاي صنعتي تاثير شگرفي گذاشته است و نتايج اين انقلاب به همه فعاليت هاي ما در خانه , اداره و كارگاه رسوخ كرده است . همچنين تاثير اين انقلاب در متالورژي در دو عرصه مهم ديده ميشود .
1) اسباب هاي كنترل الكترونيكي قابليت هاي منابع تغذيه جوشكاري را تغير داده اند و اينك ميتوان در بسياري از كاربرد ها از الگوي جريان بهينه استفاده كرد , همچنين روشهاي خودكار و مبتني بر استفاده از روبات نيز توسعه يافته اند .
2) ساخت وسايل الكترونيكي خود سبب پيدايش نيازهاي كاملاً جديدي در تكنولوژي اتصال شده است ؛ از سويي ميخواهيم نامحتملترين تركيب هاي سراميك ها و ساير غير فلزات را به خودشان و به قطعات فلزي ديگر متصل كنيم و از سويي ديگر , براي ساخت اتصالات الكترونيكي بسيار با سرعت بالا و قابليت اعتماد بسيار بالا , به ابداع روشهاي لحيم كاري انبوه نياز داريم .
در دهه هاي اخير , با پيشرفت فنون هاي فولاد سازي , و به ويژه با استفاده از كنوتر اكسيژني قليايي و بكارگيري روشهاي نوين گوگرد زدايي و فسفر زدايي و توليد فولاد پاكيزه در مقياس تجارتي تحقق يافته است و در پرتو چنين پيشرفت هايي ساخت سازه هاي بزرگ جوشكاري شده با قابليت اعتماد بالا عملي شده است .
تعريف انواع اتصالات
به طور كلي قطعات را ميتوان به دوروش به هم متصل كرد :
1) استفاده از فنون مكانيكي مثل پيچ و مهره يا پرچ كاري , كه در پيچ و مهره كاري استحكام اتصال از نيروهاي اصطكاكي كه مهره ها را در محل نگه ميدارد و از استحكام برشي و كشش پيچ ناشي ميشود .
2) استفاده از روشهاي متالورژيكي و شيميايي , يعني ايجاد پيوند بين سطوحي كه بايد به هم متصل شوند ؛ اين پيوندها را ميتوان با ذوب دو سطحي كه بايد به هم متصل شوند , مثل جوشكاري ذوبي و يا با جاري ساختن مذابي با نقطه ذوب پائين تر از نقطه ذوب قطعه كار در شكاف محل اتصال مثل لحيم كاري يا زرد جوش كاري برقرار كرد و همچنين , اتصال هاي چسبي بر نيروهاي نسبتاً ضعيفي از قبيل نيروهاي وان در والسي , قطبي و يا غيره متكي اند ؛ اما در پيوند دادن فلزها با غير فلزها , بايد پيوندهاي شيميايي تشكيل شود .
براي اتصال قطعات , ممكن است از روشهاي مركب نيز استفاده شود ؛مثلاً براي اتصال بتن يا مواد عايقِ دما بالا به سازه هاي فولادي , ميله هايي را به سازه متصل كرد و سپس قابي را كه بتن يا ماده عايق را روي آن ريخته اند را به ميله جوش ميدهند .
همچنين انواع اتصالات در صنعت را ميتوان بر مبناي نوع اتصال نيز دسته بندي كرد :
1) انواع اتصالات موقت مثل پيچ و مهره , پين , ميخ و ...
2) اتصالات نيمه موقت مثل پرچ كاري , لحيم كاري و ...
3) اتصالات دائم مثل لحيم كاري سخت , جوشكاري و اغلب چسبها
همچنين ميتوان روشهاي اتصال فلزات را بر حسب نوع فرايند و يا بنيان علمي آنها طبقه بندي كرد:
1) روشهاي مكانيكي مثل پيچ و پرچ و ميخ و ...
2) اتصالات متالورژيكي مثل جوشكاري و لحيم كاري و ...
3) اتصالات شيميايي مثل انواع چسبها و ...
تاريخچه جوشكاري
قدمت جوشكاري به اندازه فلزكاري است و جوشكاري حالت جامد قديميترين فرايند جوشكاري است . جوشكاري چكشي طلا كه به علت فقدان لايه اكسيد بر روي سطح ذاتاً به سهولت انجام پذير است از ديرباز متداول بوده است . اما تا اوايل عصر آهن (11 تا 9 قبل از ميلاد ) جوشكاري سهم مهمي در تكنولوژي نداشت ؛ تا اين كه در اين دوران در سوريه , از جوشكاري پتكه اي براي ساختن اشياي مفيد , از شمش هاي كوچكي از طريق احياي مستقيم سنگ آهن بدست ميامد استفاده كردند .
در يكي از اهرام مصر , صفحه اي از آهن پيدا شد كه به عنوان درپوش مجراي عبور هوا به كار ميرفته است و آن را به طريقه ناشيانه اي , با جوشكاري قطعات آهني كوچك , سر هم كرده بودند . در دوران تمدن روم , در ساختمان سازي از آهن براي اتصال آجر و سنگ استفاده ميشد . مقدار آهني كه به روش احياي مستقيم توليد ميشد , معمولاً بين ( 0.02% الي0.1% ) بود و بنابراين چنين فلزي سختي پذيري كافي براي ساخت ابزار برش و شمشير نداشت ؛ اما در سرتاسر دوران تمدن روم و قرون وسطي فولاد ماده اي گرانبها بود ؛ بنابراين براي ساخت ابزارهايي كه به لبه تيز يا سخت نياز داشت , غالباً از روش فولاد كاري استفاده ميشد .
در اين روش تسمه اي نازك از فولاد را به لبه ابزار جوش ميدادند و سپس عمليات سخت كاري و باز پخت را , تا رسيدن فولاد به سختي مطلوب انجام ميدادند . شمشيرها را نيز از طريق جوشكاري ميساختند ؛ آهنگران وايكينگ , تيغه هاي محكم و چقرمه را با كربن دهي تسمه هاي نازك آهني و سپس جوشكاري آنها در امتداد طولي , ميساختند , در نتيجه توزيع كربنِ حاصل از سمانته كاري تيغه آهني حاصل داراي خواص بهتري بود ؛ بعدها فرايند جديدي اين روش را از رونق انداخت ؛ در حالي كه اين دو فرايند از لحاظ اصولي مشابه بودند , اما در فرايند جديد , نواحي پر كربن و كم كربن بهتر با هم مي آميختند
در قرون وسطي سلاحهاي ديگري را نيز از طريق جوشكاري ميساختند , مثلا تيرهايي كه با كمان پرتاب ميشدند داراي نوك فولادي بودند و اين نوكها از طريق جوشكاري به تير متصل ميشدند و توپها را از طريق ريخته گري ميساختند يا از طريق جوشكاري تعدادي تسمه آهني به يكديگر مي ساختند ؛ همچنين در عمليات دفاعي , براي ساختن زره ( به ويژه زره هاي زنجيري) و در ساختن استحكامات آهني از جوشكاري استفاده ميشد . اهميت جوشكاري در ساخت اشياي آهني به منزله روشي براي فلز كاري در قرون وسطي از دو عامل اصلي ناشي ميشد ؛ يكي كمبود و گران قيمت بودن فولاد و ديگري اين واقعيت كه در آن زمان نميتوانستند شمش هاي بزرگ فولادي بسازند ؛ اما با بكار گيري نيروي آب در قرن دوازدهم يا سيزدهم ميلادي , توانستند شمش هاي بزرگتري بسازند (شمشهايي در حدود 50 كيلو گرم در مقايسه با شمشهايي كه در دوران تمدن روم و آنگولا ساكسون ميساختند و وزن آنها از 5كيلوگرم تجاوز نميكرد) و بنا بر اين ديگر لازم نبود كي شمشها را به هم جوش دهند تا قطعات با ابعاد بزرگتر و قابل استفاده حاصل شود .
در قرن پانزدهم , كوره بلند و فرايند فولاد سازي غير مستقيم ابداع شد كه يكي از نتايج اين تحول , دسترسي به وسايل ريختگي ارزان قيمت بود , زيرا تعدادي از اشيايي كه قبلاً از آهن كار شده ساخته ميشد از چدن ريختگي ساختند ؛ يكي از نمونه هاي مهم توپ بود كه در كارگاههاي ريخته گري آن دوران با موفقيت توليد شد , همچنين در اين دوران براي ساخت زنجير در كارگاه هاي آهنگري از جوشكاري پتكه اي استفاده ميشد . همچنين در دوران جنگ هاي جهاني , در قرن بيستم , براي ساخت مخازن تحت فشار و در ايالات متحده جهت ساخت مخازن بخار و در آلمان جهت ساخت مخازن آلومينيومي از فرايند جوشكاري پتكه اي استفاده ميشد , اما ديري نپاييد كه جوشكاري ذوبي جاي اين فرايند را گرفت . در همين راستا و پس از جنگهاي جهاني انواع فرايند هاي جوشكاري ابداع شد و كاربرد آنها در صنايع مهم وبغرنجي چون صنايع هوا- فضا , صنايع نظامي و صنايع الكترونيك انكار ناپذير شد .
تعريف جوشكاري
به طور كلي ميتوان يك جوش ايده آل را اينگونه تعريف كرد :
جوش ايده آل , به محل اتصالي اطلاق ميشود كه نتوان آن موضع را از ساير قسمت هاي ديگر قطعات جوش داده شده تشخيص داد .
با توجه به اين نكته كه تعريف بالا يك تعريف آرماني است و همچنين با وجود دست نيافتن به اين چنين مشخصاتي , ميتوان خواص محل اتصال را چنان بالا برد كه در عمل كاملاً رضايت بخش بوده و انتظارات را بر آورده كند . در اينجا نكته حائز اهميت از نظر كارشناسي تشخيص نوع فلزي است كه جوشكاري بر روي آن انجام ميگيرد , همچنين نوع اتصال و كاربرد قطعه نيز به منظور انتخاب روش جوش كاري و همچنين مواد لازم و نكات جنبي ديگر از اهميت بالايي برخوردار است , زيرا هر نوع جوش خاص , جهت شرايط خواص و نوع سرويس دهي خواص طراحي شده است و در نتيجه در همه نوع شرايط قابل سرويس دهي نيست . در نتيجه اين عوامل , انواع مختلفي از جوشكاري در انواع و اشكال مختلف ابداع شده است تا براي هر كدام از شرايط محيطي و سرويس دهي , بتوان بهترين نوع جوشكاري را انتخاب كرد و به نتيجه نهايي دست يافت .
انواع روشهاي جوشكاري را ميتوان به دو گروه كلي جوشكاري حالت جامد و جوشكاري ذوبي تقسيم كرد , كه هركدام خود به زير شاخه هايي تقسيم ميشوند
جوشكاري TIG
فرايند جوشكاري قوس الكتريكي در پناه گاز محافظ با استفاده از الكترود غير مصرفي عبارت است ازفرايندي كه در آن بجاي استفاده از الكترود مصرفي از يك الكترود با درجه ذوب بالا ،به عنوان عامل ايجاد كننده قوس الكتريكي استفاده ميكنند و چون اين الكترود بدون پوشش است ، جهت به وجود آوردن اتمسفر محافظت كننده حوضچه مذاب از يك گاز خنثي استفاده ميشود.همچنين در حين جوشكاري از يك مفتول فلزي از جنس قطعه كار به نام فيلر متال به عنوان فلز پر كننده استفاده مي شود.
استفاده از فطبيت هاي مستقيم و معكوس در بدو پيدايش اين فرايند متداول بوده است ، ولي الكترودهاي منفي به دليل ايجاد حرارت كمتر بر روي الكترود ترجيح داده ميشوند زيرا علاوه بر اين كه براي جوشكاري ورق هاي ضخيم نياز به حرارت بالا جهت ذوب كامل است ،‌در حين استفاده از شدت جريان بالا به علت تمركز حرارت در الكترود باعث ذوب الكترود تنگستني ميشود كه اين عامل باعث ايجاد ناخالصي تنگستني در فلز جوش ميشود ، حتي در حين جوشكاري با قطبيت مستقيم با شدت جريان بالاتر از100آمپر سيستم خنك كننده آبگرد جهت الكترود تنگستن لازم است .
تجهيزات اين نوع از جوشكاري عبارت است از
الف) تُورچ يا نگهدارنده الكترود كه خود شامل عبور دهنده گاز‌‍،نازل و مكانيسم گيره اي براي نگه داشتن الكترود تنگستن ميباشد.
ب) منبع تأمين كننده گاز محافظ
پ) منبع قدرت يا مولد تيرو
ت) فلومتر يا تنظيم كننده فشار گاز
ث) سيستم خنك كننده آبگرد براي كار با جريان بالاتراز 100آمپر
جوشكاري MIG
در سال 1948 براي رفع بعضي از محدوديت هاي روش TIGفرايند ديگري از قوس محفوظ در گاز اختراع شد كه در آن بجاي الكترود تنگستن از الكترود مصرفي فولادي يا آلومينيومي يا به طور كلي آلياژ هاي همجنس فلز پايه استفاده ميشود ، كه در ضمن جوشكاري به طور مداوم با ايجاد قوس ذوب شده و به محل جوش اضافه ميشود. اين سيم به طور مداوم از يك كلاف متناسب با نرخ ذوب به طرف محل جوش هدايت شده و به حوضچه جوش غذا ميدهد. بعدأ به اين نتيجه رسيدند كه ميتوان از گاز CO2 به عنوان گاز محافظ در اين فرايند استفاده كرد ، به همين علت به اين نوع جوشكاري، جوشكاري CO2 يا جوشكاري MIG گفته ميشود.
تجهيزات اين نوع جوشكاري عبارت است از
الف) منبع انرژي يا مولد قدرت
ب) واحد غذا دهنده حوضچه جوش
پ) اتصال جريان
ت) منبع گاز
ث) سيستم كنترل قطع و وصل جريان
ج) لوله هاي انتقال گاز
چ) كلاف الكترود و سيستم خنك كننده تُورچ
لازم به ذكر است كه دستگاه هايي كه براي شدت جريان بالاتر از 250 آمپر طراحي ميشوند به سيستم آب خنك براي تُورچ نياز دارند.
جوشكاري با الكترود دستي پوشش دار
در اين نوع فرايند جوشكاري حرارت مورد نياز براي جوشكارياز طريق قوسي كه بين الكترود و قطعه كار ايجاد ميشود تأمين ميشود. نوك الكترود ، حوضچه مذاب ، قوس و مناطق مجاور حوضچه به وسيله چتري از گاز از هواي اطراف محافظت ميشود.اين گاز محافظ نتيجه سوختن و تجزيه مواد تشكيل دهنده پوشش الكترود است. جوشكاري قوسي ابتدا توسط الكترود كربن در سال 1881 و سپس توسط ميله فولادي در سال 1888 شروع شد و تا مدتي ادامه يافت ، هرچند كه جوش حاصل داراي كيفيت و خواص بدي بود وهمچنين به علت نداشتن پوشش و ناپايداري قوس احتياج به مهارت زيادي داشت. در همان اوايل به اين نكته توجه شده بود كه الكترود بايد توسط موادي پوشيده شود تا قوس پايدار بماند و همچنين جوش حاصل داراي كيفيت و خواص بهتري باشد. لايه نازك آهك بر روي الكترود تا حد زيادي خواص جوش را بهبود بخشيد و باعث پايداري قوس گرديد. در سال 1956 كيلبرگ اولين الكترود پوشيده شده از فلاكس را اختراع كرد و نشان داد كه فلاكس يا پوشش علاوه بر پايدار كردن قوس اثرات مثبت ديگري نيز دارد.
وظايف پوشش
1) پايدار كننده قوس
2) ايجاد سرباره جهت محافظت حوضچه جوش از ناخالصي ها و تماس با اتمسفر
3) كنترل واكنش هاي سرباره- مذاب فلز-گاز و تصفيه فلز جوش و اضافه كردن عناصر آلياژي به فلز جوش
4) با دارا بودن ويسكوزيته و كشش سطحي باعث ايجاد شكل دايره اي گرده جوش و صافي مورد نظر ميگردد.
5) كنترل سرعت سرد شدن فلز جوش
معمولا خوبي و بدي الكترودها را از روي نرخ فلزي كه رسوب ميدهند ، خواص مهندسي فلز جوش حاصل ، هزينه واحد حجم يا وزن فلز و راحتي استفاده الكترود توسط اپراتور سنجيده ميشود.
تعريف پلاريته يا قطبيت
پلاريته يا قطبيت عبارت است از نوع و جهت جريان مصرفي در جوشكاري كه عبارت است از
الف) جريان متناوب ياAC
ب) جريان مستقيم يا DC
نكته: چون در جوشكاري با قوس مهم ترين وظيفه قوس تأمين حرارت مورد نياز جهت جوشكاري است لزا جهت و نوع جريان مصرفي بخصوص در مورد جريان مستقيم نقش بسزايي در خواص جوش حاصل و نوع و نرخ حرارت دهي دارد .
الف) جريان متناوب يا AC
جريان ACيا متناوب كه به طور معمول بيشتر جهت جوشكاري با الكترود دستي مورد استفاده قرار ميگيرد ، معمولا ً از ترانس هاي متداول و ساده جوشكاري تامين ميشود.
در جوشكاري با جريان متناوب از آنجا كه در هر سيكل قطبها متناوباً تعويض ميشوند امكان برخورداري از قطبيت وجود ندارد و بنابراين تقريباً حرارت توليدي به صورت مساوي بين الكترود و قطعه كار تقسيم ميشود ، بيشترين موارد استفاده اين نوع جريان در فرايند هايي است كه درآان الكترود مصرفي است و همچنين همراه فلاكس يا روانساز مورد استفاده قرار ميگيرد مثل فرايند هاي جوشكاري قوس با الكترود دستي پوشش دار يا فرايند هاي جوشكاري قوس با الكترود توپودري ويا فرايند هاي جوشكاري قوس مخفي يا جوشكاري زير پودري .
ب)جريان مستقيم يا DC
جريان مستقيم از مزيت دو قطبي بودن برخوردار است ، بنا بر اين ميتوان الكترود را به هر يك از قطب هاي منفي يا مستقيم و يا مثبت يا معكوس وصل كرد .
1) پلاريته مستقيم يا DCSP -
براي استفاده از اين نوع پلاريته قطب منفي را به الكترود و قطب مثبت را به قطعه كارمتصل ميكنند . در اين نوع جريان حركت الكترون ها از طرف الكترود به قطعه كار است و حركت يون هاي گاز از طرف قطعه كار به الكترود است ، بنابراين تقريباً بيش از دوسوم (2/3) از حرارت توليدي به قطعه كار منتقل ميشود و يك سوم(1/3) از حرارت توليدي به الكترود منتقل ميشود ، كه به همين علت باعث افزايش عمق نفوض مذاب به قطعه كار ميشود . بيشترين كاربرد اين قطبيت در جوشكاري آرگون ميباشد ، زيرا به علت غير مصرفي بودن الكترود با تمركز حرارت در قطعه كار احتمال ذوب الكترود و اضافه شدن ناخالصي هاي تنگستني در فلز جوش از بين ميرود .
2)پلاريته معكوس يا DCRP +
براي استفاده از اين نوع پلاريته ، قطب مثبت را به الكترود و قطب منفي را به قطعه كار متصل ميكنند . در اين نوع جريان حركت الكترون ها از طرف قطعه كار به الكترود است و حركت يون هاي گاز از طرف الكترود به قطعه كار است ، بنابراين عمده حرارت توليدي به الكترود منتقل ميشود و مابقي حرارت به قطعه كار منتقل ميشود . از اين نوع پلاريته بيشتر در مواردي استفاده ميشود كه الكترود از نوع مصرف شدني است ، زيرا در حين جوشكاري با قطبيت معكوس عمده حرارت توليدي در الكترود متمركز شده و بنابراين باعث افزايش سرعت جوشكاري و همچنين افزايش نرخ رسوب و كاهش احتمال تاب خوردن قطعه كار ميشود ، و در عين حال با تمركز حرارت در الكترود خط جوش حاصل داراي عرض كم و عمق نفوض كمي است . مهمترين استفاده اين نوع پلاريته در تكنولوژي جوشكاري MIG ميباشد و در مورد جوشكاري TIG در مواردي استفاده ميشود كه هم آمپراژ مصرفي پايين است هم ضخامت قطعه كار يا ورق كم است و ياجنس قطعه كار از آلياژ هاي حساس به حرارت مثل منيزيوم ياآلومينيوم يا فلزاتي از اين قبيل يا آلياژهاي اين فلزات باشد .
تأثير قطبيت در هنگام جوشكاري
1) در روش DCRP كار بسيار تميز خواهد بود ، ولي نفوض زياد نيست زيرا حرارت بيشتر بر بروي الكترود متمركز ميشود .
2) استفاده از جريان متناوب با بسامد بالا (ACHF) باعث ايجاد نفوض خوب و تميزي كار ميشود .
3) در جوشكاري الكترود دستي ، تمام انواع الكترودهاي جوشكاري را ميتوان با جريان DC جوشكاري كرد ، وهمچنين اين جريان براي جوشكاري انواع فلزات آهني و غير آهني مناسب است ،در حالي كه برخي الكترودهاي مخصوص آلياژهاي غير آهني و همچنين الكترودهاي فريتي كم هيدروژن قليايي در هنگام جوشكاري با جريان متناوب دچار يكنواختي قوس ميشوند ودر اين گونه موارد امكان ايجاد قوس ثابت و پايدار با جريان متناوب وجود ندارد .
4‍) جوشكاري با جريان DC ميتواند عارضه انحراف قوس (ARC BLOW) را موجب شود .
5) به علت سرشت تناوبي جريانAC و به صفر رسيدن جريان در هر سيكل بايد مواد روكش الكترود به قدر كافي مواد تثبيت كننده قوس وجود داشته باشد تا بتواند در هر سيكل مجددأ و به فوريت دوباره جرقه زده و قوس را پايدار كند .
6) در صورت استفاده از الكترود با قطر كم ، جريان DC به جريان AC به علت ايجاد قوس پايدار و شروع راحت تر آن برتري دارد .
7) به استثناي الكترود هايي كه در روكش خود پودر آهن دارند ، صرف نظر از اندازه قطر الكترود ، تأمين قوس كوتاه تر با جريان DC به مراتب آسان تر از جريان متناوب است .
8) جوشكاري قطعات ضخيم در حالت عمودي و سربالايي با جريانDC راحت تر از جريان متناوب است ، زيرا با جريان DC ميتوان قوس باثبات تري را برقرار نمود .
9) جوشكاري با جريان DC ميتواند عارضه انحراف قوس را موجب شود ، كه اين عارضه در هنگام جوشكاري در گوشه ها و يا در نزديكي انحناي اتصالات و يا در محل تلاقي چند قطعه اسكلت فلزي مشكل انحراف قوس بيشتر اتفاق ميافتد ؛ همچنين جوشكاري با آمپر زياد بر روي اسكلت هاي فلزي سنگين نيز ميتواند باعث ايجاد انحراف قوس شود ، همچنين برخي از پيش آماده سازي ها نيز ميتواند باعث ايجاد انحراف قوس شود و اين در حالي است كه در جوشكاري با جريان متناوب مشكل انحراف قوس وجود ندارد .
تأثير پلاريته بر ساختار متالورژيكي جوش
از آنجا كه در جوشكاري قوس الكتريكي حرارت مورد نياز در جوشكاري به وسيله قوس الكتريكي ايجاد ميشود و با توجه به اين نكته كه حرارت تأثير مستقيمي بر خواص متالورژيكي فلز جوش دارد ، لزا قوس و به طبع آن پلاريته تأثير بسزايي درخواص متالورژيكي جوش دارد . در اين راستا ، تحقيق در مورد اثرات حرارت بر روي خواص متالورژيكي فلز جوش ميتواند تا حد زيادي اثرات پلاريته يا قطبيت بر خواص متالورژيكي فلز جوش را روشن كند . همچنين به وسيله تقير در قطبيت ميتوان برخي خواص و مزايايي در حين جوشكاري تحصيل كرد كه در ذيل به برخي ار آن ها اشاره ميشود:
برطرف كردن پوسته ها و اكسيد ها و اثرات گازها بر سطح فلز
واكنش هاي تركيب شيميايي يا حرارت زا ، (آن هايي كه محصول واكنش داراي حلاليت خوب يا متوسط اند) معمولاًباعث توليد سرباره يا پوسته هايي بر روي سطح مذاب ميكند كه تاثيرات كم فيزيكي در اثناي جوشكاري دارد . اما آن دسته از سرباره يا پوسته هايي كه كه محصول واكنشهاي محلول اند ، به صورت پوسته هايي جامد با دماي ذوب بالا بر روي مذاب قرار ميگيرد كه ميتواند مانع از انجام عمليات جوشكاري و اتصال شود . مثال اين فرايند عبارت است از اثر اكسيژن با آلومينيوم و توليد اكسيد آلومينيوم با نقطه ذوب بالا است دراين موارد يا بايد از نفوذ گاز به مذاب جلوگيري كرد يا با حضور برخي تركيبات روان ساز اين پوسته ها را حل كرد و يا با تغيير در قطبيت يان پوسته جامد را شكست و به اطراف منحرف كرد .
تأثير شدت جريان بر واكنش سرباره با مذاب
به طور كلي در حين جوشكاري سه مرحله براي واكنش سرباره و مذاب وجود دارد كه بر روي تركيب شيميايي نهايي جوش تأثير ميگذارد :
مرحله اول : زمان توقف قطره مذاب بر روي نوك الكترود كه در تماس با گاز ها و سرباره در درجه حرارت بالاست .
مرحله دوم : پِريود عبور قطرات از ستون قوس كه زمان آن كم ولي درجه حرارت آن بالاتر از 2000 درجه سانتيگراد است .
مرحله سوم : مرحله تماس مذاب با سرباره در حوضچه جوش تا انجماد فلز جوش كه زمان آن نسبتاً طولاني و سطح تماس بيشتر است ولي درجه حرارت كمتر از دو مرحله قبلي است .
نكته حائزاهميت در اين سه مرحله اين است كه در شدت جريان بالا قطرات كوچك با فركانس و سرعت زياد از الكترود جدا شده و از قوسي كه درجه حرارت بالايي دارد عبور ميكند ، اما در شدت جريان كم قطرات درشت تر شده و در بعضي موارد حتي احتمال تماس آن ها با اتمسفر نيز وجود دارد . در اين حالت عمل محافظت سرباره به طورناقص انجام ميگيردو از طرف ديگر زمان واكنش زياد است
تغيرات ريز ساختاري در منطقه متأثر از حرارت و نقش پُلاريته در آن
به طور كلي منطقه متأثر از حرارت را ميتوان به دو بخش تقسيم كرد :
1) يك بخش با دماي بالا كه در آن تغيرات ساختاري مهم از قبيل رشد دانه رخ ميدهد
2) بخش ديگر با دماي پايين كه در آن آثار ثانويه مثل رسوب گذاري مشاهده ميشود
در ناحيه اول كه دانه ها رشد ميكنند اندازه دانه نهايي هر آلياژ به دماي اوج در اين ناحيه و سرد شدن مذاب بستگي دارد ، اما معمولاً كافي است به اين نكته توجه كنيم كه با افزايش دماي اوج و زمان نگهداري، اندازه دانه نهايي افزايش ميابد .
در حقيقت حداكثر دماي اوج نقطه ذوب فلز است و آنچه عمدتاً مد نظر ماست ، اندازه دانه در مرز ذوب است . زيرا اين پارامتري است كه اندازه دانه فلز جوش را تعيئن ميكند ، بنا بر اين تنها متغير مهم ، زمان نگهداري است كه تقريباً با آهنگ گرما دِهي متناسب است . بنابراين انتظار ميرود درآن دسته از فرايند هاي جوشكاري كه ذاتاً آهنگ گرما دهي بالايي دارند مثل جوشكاري قوس با سرباره الكتريكي و جوشكاري قوسي با شدت جريان بالا در منطقه متأثر از گرما و در فلز جوش دانه هاي درشت توليد شود و همين اتفاق هم مي افتد .
زمان نگهداري را از دو طريق ميتوان كاهش داد :
1) با استفاده از منبع حرارتي كه حوضچه جوش عميق با مساحت كم ايجاد ميكند و با سرعت بالا حركت ميكند
2) از طريق كاهش آهنگ گرما دهي
3)تأثير پُلاريته بر عمق نفوذ و سرعت جوشكاري
با مقايسه جريان هاي مورد استفاده در جوشكاري و قطبيت در جريانDC به اين نتيجه مي رسيم كه در جريان DC با پُلاريته معكوس بيشتر حرارت توليدي به وسيله قوس به الكترود منتقل ميشود ، در حالي كه در جريان متناوب حرارت تقريباً به طور مساوي بين الكترود و قطعه كار تقسيم ميشود ، همچنين در جريان DC با پُلاريته مستقيم بيشتر حرارت توليدي به وسيله قوس به قطعه كار منتقل ميشود . در نتيجه در حين استفاده از جريان DC با پُلاريته مستقيم شاهد عمق نفوذ زيادي هستيم در حالي كه درحين استفاده از جريان DC با پُلاريته معكوس به علت تمركز حرارت در الكترود شاهد عمق نفوذ كم هستيم و در جريان متناوب به علت تقسيم مساوي حرارت بين الكترود و قطعه كار شاهد عمق نفوض حد واسط جريانDCبا پُلاريته هاي مستقيم ومعكوس است . بنابراين با محاسبه حرارت انتقالي به الكترود و قطعه كار ميتوان ، هم سرعت جوشكاري را تنظيم كرد و هم براي جوشكاري قطعات با جنس هاي مختلف وقطر و اندازه هاي مختلف جريان مناسب را انتخاب كرد .
نتيجه
با توجه به نكات بالا باتغيير در پلاريته ودر نتيجه تغيير در حجم حرارت داده شده در حين جوشكاري ميتوان تا حد زيادي تغييرات متالورژيكيجوش و همچنين سرعت و كيفيت جوش حاصل را تحت كنترل درآورد .
تعريف انواع اتصالات
تاريخچه جوشكاري
تعريف جوشكاري
جوشكاري TIG
جوشكاري MIG
جوشكاري حالت جامد
جوشكاري فشاري در دماي بالا
جوشكاري مقاومتي
جوشكاري لب به لب جرقه اي
جوشكاري فشار سرد
جوشكاري اصطكاكي
جوشكاري فراصوتي
جوشكاري انفجاري
جوشكاري ذوبي
تاريخچه جوشكاري با برق
تعريف و فرايند تشكيل قوس الكتريكي در حين جوشكاري
فرايند جوشكاري قوس الكتريكي با الكترود دستي
جوشكاري قوسي زير پودري
جوشكاري قوسي با سر باره الكتريكي
جوشكاري ترميت
جوشكاري با شعله
لحيم كاري و زرد جوش كاري

عیوب جوشکاری

چون مواد و فلزات تشکیل‌ دهنده و جوش‌ دهنده و گیرنده از لحاظ متالوژیکی بایستی دارای خصوصیات مناسب باشند، بنابراین جوشکاری از لحاظ متالوژیکی بایستی مورد توجه قرار گیرد که آیا قابلیت متالوژی و فیزیکی جوشکاری دو قطعه مشخص است؟ پس از قابلیت متالوژی ، آیا قطعه‌ای را که ایجاد می‌کنیم، از لحاظ مکانیکی قابل کاربرد و سالم است؟ آیا می‌توانیم امکانات و وسائل برای نیازها و شرایط مخصوص این جوشکاری ، مثلاً گاز و دستگاه را ایجاد نمائیم و بر فرض ، ایجاد نیرو در درجه حرارت بالا یا ضربه زدن در درجه حرارت پایین ممکن باشد؟ زیرا استانداردهای مکانیکی و مهندسی و صنعتی جوشکاری باید در تمام این موارد رعایت شود تا جوش بدون شکستگی و تخلخل و یا نفوذ سرباره و غیره انجام گیرد. تکرار می‌شود در جوشکاری تخصصی و اصولاً تمام انواع جوش ، قابلیت جوش خوردن فلزات را باید دقیقاً دانست. در مورد مواد واسطه و الکترود و پودر جوش ، باید دقت کافی نمود. محیط لازم قبل و در حین جوشکاری و پس از جوشکاری را مثلاً در مورد چدن ، باید بوجود آورد. گازهای دستگاههای مناسب و انتخاب فلزات مناسب از لحاظ ذوب در کوره ذوب آهن و بعد در حین جوشکاری از لحاظ جلوگیری از صدمه گاز - آتش و مشعل و برق و هوای محیط و وضعیت جسمانی و زندگی جوشکار ، خود نکات اساسی دیگر هستند که مشکلات جوشکاری می‌باشند.
روی هم افتادگی (انباشتگی جوش در کناره‌ها) overlap or over - roll
نقصی در کنار یا ریشه جوش که به علت جاری شدن فلز بر ری سطح فلز پایه ایجاد می شود بدون اینکه ذوب و جوش خوردن با آن ایجاد شود.
علت
1. سرطان حرکت کمتر از حالت نرمال یا طبیعی
2. زاویه نادرست الکترود
3. استفاده از الکترود با قطر بالا
4. آمپراژ خیلی کم
نتیجه
عوامل فوق کاری مانند بریدگی کناره دارد و یک منطقه تمرکز تنش از فلز جوش ترکیب نشده ایجاد می‌کند.
سوختگی یا بریدگی کناره جوش Underecut
شیاری در کنار یا لبه جوش که بر سطح جوش و یا بر فلز جوشی که قبلا را سبب شده است قرار دارد.
علت
1. آمپر زیاد
2. طول قوس زیاد
3. حرکت موجی زیاد الکترود
4. سرعت بسیار زیاد حرکت جوشکاری
5. زاویه الکترود خیلی به سطح اتصال متمایل بوده است.
6. سرباره با ویسکوزیته زیاد
نتیجه
عوامل فوق موجب یک منطقه تمرکز و یک منطقه مستعد برای ایجاد ترک خستگی می‌شود.
آخالهای سرباره Slaginclusion
به هر ماده غیر فلزی که در یک اتصال جوش بوجود می‌آید آخالهای سرباره می‌گویند؛ این آخالها می‌توانند در رسوب جوش نقاط ضعیفی ایجاد کنند.
علت
1. پاک نشدن مناسب سرباره از پاسهای قبلی
2. آمپراژ ناکافی
3. زاویه یا اندازه الکترود نادرست
4. آماده سازی غلط
نتیجه
آخالهای سرباره استحکام سطح مقطع جوش را کاهش می‌دهند و یک منطقه مستعد ترک ایجاد می‌کنند.
ذوب ناقص L.O.F) Lackof fusion )
عدم اتصال بین فلز جوش و فلز پایه یا بین پاسهای جوش
علت
1. استفاده از الکترودهای کوچک برای فولاد ضخیم و سرد
2. آمپراژ ناکافی
3. زاویه الکترود نامناسب
4. رعت حرکت بسیار زیاد
5. سطح کثیف (پوسته نورد ، لکه ، روغن و ...)
نتیجه
اتصال جوش را ضعیف می‌ماند و به یک منطقه مستعد ایجاد خستگی تبدیل می‌شود.
تخلخل Porosity
تخلخل سوارخ یا حفره‌ای‌ است که به صورت داخلی یا خارجی در جوش دیده می‌شود. تخلخل می‌تواند از الکترود مرطوب ، الکترود روکش شکسته یا از ناخالصی روی فلز پایه ایجاد شود. همچنین به نامهای (مک لوله‌ای) ، (مک سطحی) و (سوراخهای کرمی) نیز شناخته می‌شود.
سایر علتها
1. سطح فلز پایه آلوده مثل آلودگیهای روغن ، غبار ، لکه یا زنگار
2. مرطوب بودن روکش الکترود
3. محافظت گازی ناکافی قوس
4. فلزات پایه با مقادیر بالای گوگرد و فسفر
نتیجه
به شدت استحکام اتصال جوش شده را کاهش می‌دهد. تخلخل سطحی به اتمسفر خورنده اجازه می‌دهد که فلز جوش را مورد حمله قرار دهد و موجب نقص در آن شود.
همراستا نبودن اتصال جوش Join misagnment
این مشکل معمولا همراستا و همسطح نبودن قطعاتی که به هم جوش می‌شوند نامیده می‌شوند. عدم همراستایی یک مشکل معمول در آماده سازی روشهای لب به لب است و هنگامی ایجاد می‌شود که صفحات ریشه و صفحات اتصال از فلز پایه در محل درست خود برای جوشکاری قرار نگرفته‌اند.
علت
1. مونتاژ نادرست قطعاتی که باید جوش شوند.
2. خال جوشهای ناکافی که می‌شکند یا بست زدن ناکافی که موجب حرکت می‌شود.
نتیجه
همراستا بودن جدی است، زیرا نقص در ذوب لبه ریشه موجب ایجاد مناطق تمرکز تنش می‌شود در سرویس دهی موجب شکست خستگی زود رس اتصال می‌شود.
نفوذ ناقص L.O.P) Lack of pentertation)
عدم نفوذ کامل فلز جوش به ریشه اتصال
علت
1. آمپر بسیار پائین
2. فاصله ریشه ناکافی
3. استفاده از الکترود با قطر بالا
4. سرعت حرکت زیاد
نتیجه
سرعت جوش را ضعیف می‌کند و به مستعد ایجاد خستگی تبدیل می‌شود
ترک جوش Weldcracking
انواع مختلفی از عدم اتصال ممکن است در جوش یا مناطقی که تحت تأثیر حرارت قرار می‌گیرند، رخ دهد. جوشها ممکن است دارای تخلخل ، آخالهای سرباره یا انواع ترکها باشند. تخلخل و آخالهای سرباره شاید در جوش تا حدی قابل قبول باشد اما ترکها در جوش هرگز قابل قبول نمی‌باشند. وجود ترک در جوش یا در مجاورت جوش نشانگر این مسئله می‌باشد که حتما مشکلی در حین کار وجود داشته است. بررسی دقیق ترکها ، تعیین علت اجاد آنها و نیز راههای جلوگیری از آنها را برای ما امکان پذیر می‌سازد. در ابتدا ما باید به این مسئله توجه داشته باشیم که بین ترک و شکست تفاوت قائل شویم. منظور ما از ترک ، پدیده‌ای است که در اثر عواملی مانند انجماد ، سرد شدن و تنشهای داخلی که به علت انقباض جوش می‌باشد ایجاد می‌گردد. ترکهای گرم ، ترکهایی می‌باشند که در دماهای بالا رخ می‌دهند و معمولا به انجماد ربط دارند. ترکهای سرد ترکهایی هستند که بعد از اینکه جوش به دمای اطاق رسید، رخ دهد و ممکن است حتی به HAZ رابط داشته باشد. بیشتر ترکها در اثر تنشهای فیزیکی انقباض که معمولا با کشیدن یا تغییر شکل جسم همراهی باشد در هنگام سرد شدن جوش رخ می‌دهد، ایجاد می‌شوند، اگر انقباض محدود شود، این تنشهای فیزیکی کرنشی ، تنش داخلی پسماند را بوجود می‌آورند که این تنهای پسماند منجر به ایجاد ترک می‌شوند. در واقع دو نیروی مخالف وجود دارد:
1. تنشی که بوسیله انقباض ایجاد می‌شود.
2. استحکام و سختی فلز پایه
تنشهای ناشی از انقباض با افزایش حجم فلزی که تحت انقباض قرار گرفته است، افزایش می‌یابد. جوشهایی در ابعاد بزرگ و فرآیندهایی با نفوذ زیاد کرنشهای انقباضی را افزایش می‌دهند. تنشهایی که در اثر کرنشهای انقباضی ایجاد می‌شود با افزایش استحکام فلز پر کننده و فلز پایه افزایش می‌یابد. همچنین وقتی که استحکام تسلیم افزایش باید تنش پسماند نیز افزایش می یابد.
1. ضرورت جوشکاری
2. پیشگرم
3. دمای بین پالسی
4. عملیات حرارتی پس از جوش
5. طراحی اتصال
6. روشهای جوشکاری
7. مواد پر کننده
ترک به صورت خط مرکزی
ترک به صورت خط مرکزی در مرکز یک پاس جوش معین قرار دارد. اگر انتهایی کپاس جوش داشته باشیم و اینپالیدرمرکز اتصال باشد آنگاه این ترکمرکزی در مرکزاتصال نیز رار خواهد داشت. در مورد پاس های چند تای که چندین پاس در هر لایه وجود دارد ترک مرکزی از نظر هندسیب ممکن است در مرکز اتصال قرار نداشته باشد. ار چه اغلب دیده می شود که در مرکزاتصال قرار دارد. علت ترک مرکزی یکی از سه پدیده زیر می باشد:
1. ترکی که ناشی از جدایش و تفکیک باشد.
2. ترکی که مربوط به شکل گرده جوش می‌باشد.
3. ترکی که مربوط به تغییرات سطحی می‌باشد.
متأسفانه تمام سه پدیده فوق خودشان را در قالب یک نوع آشکار می‌کنند و تشخیص دادن ترک مشکل می‌باشد. علاوه بر این ، تجربه‌ها نشان داده‌اند که اغلب 2 یا حتی 3 پدیده فوق با یکدیگر برهمکنش داده و در ایجاد ترک مؤثرند. در واقع درک مکانیسم اصلی هر یک از انواع ترکهای مرکزی به ما کمک می‌کنند تا به دنبال راه حلی برای از بین بردن ترک باشیم. ترک مرکزی ناشی از جدایش این ترکها وقتی رخ می‌دهد که ترکیباتی با نقطه ذوب پایین نظیر فسفر ، روی ، مس و گوگرد در نقاط خاصی در حین فرآیند سرد شدن جدایش یابند. در حین فرآیند انجماد ، ترکیباتی با نقطه ذوب پایین در فلز مذاب به نواحی مرکزی اتصال رانده می‌شود چون آنها تا آخرین ترکیباتی هستند که شروع به انجماد می‌کنند و جوش در این نواحی تمایل به تفکیک و جدایش می‌یابد. در جوشکاری می‌توان از الکترودهایی با مقادیر بالای منگنز استفاده تا بتوانیم بر تشکیل سولفید آهن با نقطه ذوب پایین غلبه کنیم. متأسفانه این مفهوم نمی‌تواند برای مواد غیر فرار دیگری بجز گوگرد بکار رود.
ترک مرکزی ناشی از شکل گرده جوش
نوع دوم ترک مرکزی ، ترک ایجاد شده در اثر شکل پالس جوش می‌باشد، این ترک در فرآیندهایی که همراه با نفوذ عمیق می‌باشند نظیر فرآیند FCAW , SAWتحت محافظ CO2 دیده می‌شود. وقتی که یک پالس جوشکاری دارای عمق بیشتری نسبت به هضم آن جوش (در نمای سطح مقطع) باشد. برای رفع این نوع ترک ، پالسهای جوش باید دارای عرضی حداقل برابر با عمق باشد. توصیه می‌شود که نسبت پهنای جوش به عمق آن برابر با 1 به 14/1 به 1 باشد تا این نوع ترک رفع شود. اگر از پالسهای چندتایی استفاده شود هر پاس دارای پهنای نبت به عمق آن باشد، یک جوش فاقد ترک خواهیم داشت. وقتی که یک ترک مرکزی بخار شکل پاس تحت بررسی است، تنها راه حل این است که نسبت پهنای جوش به عمق آنرا تغییر دهیم. این موضوع شاید در برگیرنده آن باشد که تغییری در طراحی اتصالها داشته باشیم. از آنجایی که عمق جوش تابعی از نفوذ می‌باشد شاید مفید باشد که مقدار نفوذ را کاهش دهیم بدین منظور می‌توانیم از آمپرهای پایینتر و الکترودهایی با قطرهای بالاتر استفاده کنیم. راهکارهای فوق دانسیته جریان را کاهش می‌دهد و مقدار نفوذ را محدود می‌کند.
ترک مرکزی ناشی از شرایط سطحی جوش
آخرین مکانیسمی که سبب ایجاد ترک مرکزی می‌باشد تغییر شرایط سطحی می‌باشد. وقتی جوشهایی با سطح مقعر ایجاد می‌شود تنشهای ناشی از انقباضهای داخلی موجب می‌شود که سطح جوش کشیده شود. برعکس وقتی که سطح جوش محدب باشد نیروی ناشی از انقباضهای درونی موجب می‌شود که سطح جوش فشرده می‌شود. سطح جوش مقعر ، اغلب ناشی از ولتاژهای بالای قوس می‌باشد. کمی کاهش در ولتاژ قوس موجب می‌شود که گرده جوش به حالت محدب تغییر شکل دهد و تمایل به ترک حذف گردد. سرعتهای حرکت بالا نیز ممکن است به این موضوع کمک کند و کاهش در سرعت حرکت جوشکاری ، مقدار پراکندگی توسط جوش را افزایش می‌دهد و سطح جوش به صورت محدب تغییر حالت می‌دهد. جوشکاری در حالت قائم سر پایین باعث ایجاد این نوع ترک می‌شود. جوشکاری در حالت قائم رو به بالا می‌تواند از بروز این نوع ترک جلوگیری نماید.
ترک منطقه متأثر از جوش
ترک منطقه متاثر از جوش (HAZ) بوسیله جدایشی که بلافاصله مجاور گرده جوش رخ می‌دهد مشخص می‌شود، اگر چه این نوع ترک مربوط به فرآیند جوشکاری می‌باشد با این حال ترکی است که در روی پایه رخ می‌دهد نه درخود جوش. این ترک به نام تک مجاور جوش ، ترک گوشه‌ای یا ترک تأخیری نیز نامیده می‌شود. چون این ترک بعد از اینکه فولاد در دمای f ْ400 انجماد یافته است رخ می‌دهد ترک انجمادی نیز نامیده می‌شود و چون با هیدروژن نیز همراه می‌باشد ترک همراه با هیدروژن نیز نامیده می‌شود. برای اینکه ترک HAZ رخ دهد سه شرط باید بطور همزمان برقرار باشد:
1. باید مقدار کافی هیدروژن وجود داشته باشد.
2. جوش باید به حد کافی نفوذ پذیر باشد.
3. باید به حد کافی تنشهای داخلی یا پسماند وجود داشته باشد.
حذف یکی از سه شرط فوق معمولا باعث می‌شود که این نوع ترک از بین برود. در جوشکاری ، یک راه برای حذف این نوع ترک این است که دو یا سه متغیر (مقدار جوش نفوذ پذیر جوش) را محدود کنیم. هیدروژن از منابع مختلفی می‌تواند وارد جوش شد. رطوبت و ترکیبات آلی منابع اصلی هیدروژن در جوش می‌باشند. هیدروژن می‌تواند در فولاد ، الکترود ، ترکییبات روپوش الکترود و در آتمسفر وجود داشته باشد.
ترک عرضی
ترک عرضی ترک متقاطع نیز نامیده می‌شود. ترکی است که در جهت عمود بر طول جوش ایجاد می‌شود. این نوع ترک از انواعی است که اغلب در جوشکاری با آن مواجه می‌شویم و معمولا جوشی که دارای استحکام بالاتری در مقایسه با فلز پایه می‌باشد دیده می‌شود. این نوع ترک می‌تواند همراه با هیدروژن نیز باشد و کل ترک منطقه متأثر از جوش HAZ که پیشتر شرح داده شد ناشی از مقدار بالای هیدروژن ، تنشهای پسماند و ریز ساختارهای حساس می‌باشد. فرق عمده بین این دو ترک این می‌باشد که ترک عرضی در فلز جوش نتیجه تنش پسماند طولی می‌باشد. چنانچه پاس جوشکاری بصورت طولی انقباض یابد، فلز پایه در مقابل این نیرو مقاومت می‌کند و در واقع دچار تراکم و فشردگی می‌شود. استحکام بالای فلز پایه‌ای که در مجاورت جوش می‌باشد در برابر فشردگی ناشی از انقباض جوش مقاومت می‌کند و در واقع فشرده شدن جوش را محدود می‌کند. بخاطر ممانعتی که فلز پایه به عمل می‌آورد، تنشهای طولی در جوش گسترش می‌یابد. وقتی با ترکهای عرضی مواجه می‌شویم باید سطح هیدروژن و شرایط نگهداری الکترودها را مد نظر داشته باشیم. در مورد ترک عرضی ، کاهش استحکام فلز جوش معمولا یکی از راهکارهای حذف این نوع ترک می‌باشد. تأکید زیادی بر روی فلز جوش وجود دارد چون فلز پر کننده به تنهایی ممکن است جوشی رسوب دهد که دارای استحکام پایینتری باشد و نیز تحت شرایط عادی فلزی نرم باشد. البته با تأثیر عناصر آلیاژی استحکام جوش بالا می‌رود و از نرمی آن کاسته می‌شود. استفاده از جوشهایی با استحکام پایینتر ، یک راه حل مؤثر در کاهش ترک عرضی مؤثر می‌باشد، البته به شریطی که استحکام جوش با استانداردهای تعریف شده مطابقت داشته باشد.
پیچیدگی
پیچیدگی یا اعوجاج تا حدی در تمام انواع جوشکاری وجود دارد، در بسیاری موارد آنقدر کوچک است که به سختی قابل رؤیت است، ولی در بعضی موارد باید پیش از جوشکاری به اعوجاجی که متعاقبا ایجاد می‌شود توجه کرد. مطالعه و بررسی اعوجاج بسیار پیچیده است و آنچه در ادامه آمده خلاصه است:
علل اعوجاج هنگامی که فلز تحت بار ، کرنش می‌کند یا حرکت می‌کند و تغییر شکل می‌دهد: تحت بار گذاری ضعیف فلزات بصورت الاستیک باقی می‌مانند. (به شکل اصلی خود باز می‌گردند یا پس از اینکه بار برداشته شد شکل می‌گیرند) که این تحت عنوان محدوده الاستیک شناخته می‌شود.
تحت بار خیلی زیاد ، فلزات تا حدی تحت تنش قرار می‌گیرند که دیگر به شکل اول خود باز نمی‌گردند یا شکل نمی‌گیرند و این نقطه (نقطه تسلیم) نامیده می‌شود (تنش تسلیم).
فلزات با حرارت دیدن انبساط می‌یابند و وقتی سرد می‌شوند منقبض می‌شوند، فلزات در حین جوشکاری گرم و سرد می‌شوند که موجب تنشهای بالای ناگهانی و اعوجاج می‌شوند. اگر این تنشهای زیاد از محدوده الاستیک بگذرند و از نقطه تسلیم نیز رد شوند، برخی پیچیدگیهای دائمی در فلز پدید می‌آید، تنش فلز در دمای بالا کاهش می‌یابد. اعوجاج اثر ناخواسته انبساط و انقباض فلز حرارت دیده است.
انواع پیچیدگی
سه نوع اصلی پیچیدگی وجود دارد:
1. زاویه‌ای
2. طولی
3. عرضی
کنترل پیچیدگی می‌تواند در سه مرحله انجام گیرد:
· قبل از جوشکاری
· حین جوشکاری
· بعد از جوشکاری
کنترل پیچیدگی قبل از جوشکاری توسط روشهای زیر انجام می‌شود:
1. خال جوش زدن
2. گیره ، بست و نگهدارنده
3. پیشگرم کامل و سرتاسری
4. مونتاژ اولیه مناسب
کنترل اعوجاج پس از جوشکاری:
1. سرد کردن آرام
2. صافکاری شعله‌ای (حرارت دهی معکوس)
3. آنیل کردن
4. تنش زدایی
5. نرمال کردن
6. صافکاری مکانیکی
در سازه‌های فلزی ساختمان معمولا روشهای 1و2 بیشتر اعمال می‌گردد و سایر روشها در کارهای صنعتی بیشتر کاربرد دارند.
آنیل کردن
یک پروسه عملیات حرارت است که برای نرم کردن فلزات جهت کل سرد یا ماشین کاری بکار می‌رود، قطعه یا کار نهائی معمولا در کوره تا دمای بحرانی (برای فولاد با 0.52% کربن حدود Cْ 820 - 723) حرارت داده می‌شود و سپس به آرامی سرد می‌شود.
تنش زدائی
حرارت دهی یکنواخت قطعات جوش شده تا دمایی زیر دمای بحرانی است که با سرد کردن آرام دنبال می‌شود، این پروسه نقطه تسلیم فلز را کاهش می‌دهد، لذا تنشهای باقی مانده در قطعه کاهش می‌یابد.
نرمال کردن
پروسه‌ای برای ریز کردن ساختار دانه‌ای فلز است که موجب بهبود مقاومت آن در برابر شوک و خستگی می‌شود. در نرمال کردن قطعات جوش شده تا بالای ‌دمای بحرانی (Cْ 820 برای فولاد با کربن 0.25% (تقریبا یک ساعت برای هر nm 25 ضخامت حرارت می‌بیند و سپس در هوا سرد می‌شود (مستقیم کاری