تحقیق مقاله تکنیک جوشکاری

فصل اول

عملیات آماده سازی درز جوش در لوله  ها

عملیات آماده سازی درز لوله یکی از مراحل اساسی جوشکاری لوله بوده چرا که کیفیت جوش در ارتباط نزدیکی با نحوه آماده سازی لوله می باشد. در بعضی موارد، آماده سازی اشتباه اتصال میتواند منجر به بروز معایب و شکست در قطعه گردد. جوشکار لوله می بایستی اطلاعات مهارت کافی جهت آماده سازی لوله داشته باشد که این خود اولین گام در جهت حصول به جوش با کیفیت قابل قبول می باشد.

عملیات ذکر شده از 4 مرحله تشکیل شده است :

1- آماده سازی لبه ها

2- تمیز نمودن سطوح اتصال درز جوش

3- جفت کردن لوله ها

4- خال جوش زدن لوله ها

هر کدام از این مراحل به طور جداگانه مورد بحث قرار خواهند گرفت ولی ابتدا خلاصه ای در مورد نحوه جوشکاری لوله آورده خواهد شد. تکه هایی از لوله با طول کوتاه  یا به عنوان دیگر نیپل جهت صرفه جویی در لوله برای تمرین مورد استفاده قرار می گیرد. البته باید توجه نمود که طول لوله اگر خیلی کوتاه باشد سرعت سرد شدن جوش به حدی تحت تأثیر قرار گرفته که جوش شرایط کافی را جهت جوش  طول های بلند از لوله مهیا نمی نماید. بنابراین معمولاً در طول 7  اینچ برای هر کدام از دو لوله ای که مورد جوشکاری قرار می گیرند توصیه میگردد. تجربه نشان داده است که طول ذکر شده در سرعت سرد شدن جوش  تأثیری باقی نمی گذارد. همانطور که قبلاً نیز ذکر شد دو روش مختلف  برای جوشکاری لوله مورد استفاده قرار می گیرند. برای لوله هایی با ضخامت کم، روش سرازیر و برای لوله های با ضخامت بالا ، روش سربالا استفاده می شود. به جز چند مورد جزئی از قبیل اندازه اتصال و جوشکاری خال جوش ها، روش آ‌ماده سازی لوله برای هر دو روش یکسان می باشد.

1- آماده سازی لبه ها :

معمولاً از اتصال نوع جناغی یکطرفه جهت جوشکاری لوله ها استفاده می شود. به قسمت های مختلفی که مورد اتصال قرار می گیرند نام های مختلفی داده شده است که در شکل 1 ذکر شده است .این  اسامی بیشتر در جوشکاری لوله ها مورد استفاده قرار می گیرند.         

شکل شماره2 مشخصات استاندارد معین شده برای جوشکاری لوله های با ضخامت بالا که توسط  روش جوشکاری قوس با الکترود روپوش دار انجام می گیرد را مشخص می  کند. زاویه شیار این نوع اتصال75 درجه می باشد. جهت حصول به این زاویه، زمانی که لوله ها جهت شروع به جوشکاری جفت می شوند زاویه پخ در  انتهای هر کدام از لوله می بایستی برابر با نصف زاویه شیار یعنی 5/37 درجه باشد.                

شکل 2 مشخصات استاندار محل اتصال در جوشکاری لوله های با ضخامت بالاهنگام پخ زدن می بایستی دقت کافی نمود تا پهنای پیشانی پخ اندازه مناسب خود را پیدا کند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است این مقدار برای لوله با ضخامت بالا برابر با 32/3 تا 8/1 اینچ می باشد.               

معمولاً عملیات پخ زنی لوله ها توسط ماشین انجام میگیرد و در این حالت به غیر از عملیات تمیزکاری، احتیاجی به اعمال عملیات دیگری نمی باشد و میتوان لوله ها را مستقیماً جفت نمود اما بعضی اوقات عملیات پخ زنی انجان نگرفته و می بایستی قبل از شروع به کار ا نجام پذیرد. در این حالت لوله به وسیله برش اکسی استیلن بریده شده و توسط دستگاههای سنگ زنی عملیات پخ زدن انجام می گیرد.          

گاهی اوقات نیز  لوله ها توسط  دستگاه برش اکسی استیلن بریده می شود که این امر احتیاج به مهارت و تجربه کافی دارد. در صورت موجود بودن از دستگاه پخ زنی که در شکل 2 به نمایش درآمده است استفاده می شود. این دستگاه به انتهای لوله بسته شده و برای برش تنظیم می گردد. سپس مشعل برش اکسی استیلن جهت برش محیط لوله تغذیه می گردد. با توجه به طراحی دستگاه تغذیه می تواند توسط چرخ دستی و یا توسط خود دستگاه انجام پذیرد.            

سطح قطعه ای که توسط برش اکسی استیلن بریده می شود از لایه ای از اکسید پوشیده می شود که این لایه اکسید در صورتی که برطرف نگردد درکیفیت جوش حاصله تأثیرات مخرب  و مضری خواهد داشت . بنابراین پس از برش و قبل از جوشکاری سطوح پخ از کلیه آلودگی ها از جمله لایه اکسیدی می بایستی پاک گردند. این عمل توسط عملیات سنگ زدن که در مرحله بعد انجام می گیرد سبب به وجود آمدن پخی عاری از هر گونه اکسید و دارای سطحی صاف و آماده برای جوشکاری میگردد.              

در مورد لوله های  با ضخامت م ( 8/1 ) کل سطح پخ توسط دستگاه سنگ دستی، سنگ زده می شود.

عملیات تمیز نمودن سطوح اتصال :

آلودگی هایی همچون گریس، روغن، زنگ و پوسته تأثیرات مضری در کیفیت جوش دارند. همانطور که قبلاً هم گفته شد می بایستی هیچگونه آثاری از لایه اکسیدی حاصل از برشکاری اکسی استیلن بر روی سطوح اتصال دیده نشود. جوشکار همچنین بایستی در مورد عدم حضور سایر آلودگی ها نیز اطمینان حاصل نماید که این کار را می توان با استفاده از برسهای دستی انجام داد.

جفت نمودن لوله ها :

دو لوله ای که قرار است مورد جوشکاری قرار گیرند می بایستی دقیقاً در یک امتداد قرار گیرند. سطوح داخلی و همچنین سطوح خارجی لوله باید کاملاً در امتداد هم باشند. جفت نمودن لوله نیز خود احتیاج به مهارت کافی دارد.              

تکه های  کوتاه لوله ( nipples )تنها برای تمرین جوشکاری مورد استفاده قرار نگرفته بلکه جهت استفاده در کارگاهها و مناطق عملیاتی نیز می باشد طول لوله بکار رفته همانطور که قبلاً نیز گفته شد می بایستی 7  اینچ باشد. لوله از نوع فولاد کم کربن و با قطر هشت اینچ می باشد البته قطر واقعی خارجی لوله برابر با25/8  اینچ بوده و ضخامت دیواره نیز 406/0 اینچ می باشد.             

برای جفت نمودن لوله ها، ابتدا فاصله درز اتصال را در نظر داشته، سیمی را که تقریباً دارای قطری برابر با این فاصله بوده پیدا نموده خم کرده و به شکل 7 در آورید ( شکل 4 )، سپس یکی از لوله ها را روی میز قرار داده و لوله دیگر را بر روی آن قرار دهید به طوری که سیم مورد ذکر بین دو لوله به صورت یک فاصله دهنده عمل نماید. در این حالت لوله ها را به یک پایه مستقیم تکیه دهید ( c ) . حداکثر تا ردیفی مجاز ( عدم انطباق و بالا و پایین بودن دو لبه در جوشکاری لب به لب یا ورق ) طبق استاندارد (ASME) از 16/1 نمی بایستی بیشتر باشد در این حالت لوله ها برای زدن خال جوش آماده می باشند.

انجام دادن خال جوش ها :

پس از آنکه لوله ها به طور کامل و ردیف روی هم قرار گرفتند، 4 خال جوش و با فاصله مساوی در اطراف لوله انجام میگیرد. این عمل توسط الکترود 8/1 ( E 6010 ) انجام می پذیرد. طول هر خال جوش می بایستی تقریباً 4/3 باشد. از آنجایی که خال جوشها به عنوان قسمتی از پاس ریشه باقی می مانند بنابراین می بایستی بدون عیب انجام پذیرد. خال جوشها می بایستی استحکام لازم را داشته و نفوذ کافی را در ریشه داشته باشند.                  

در حالیکه لوله ها بر روی هم قرار گرفته اند اولین خال جوش را در یک نقطه     می زنیم ( شکلA-5 ) سپس سیمی که بین دو لوله قرار دارد را حرکت داده به طوری که فقط قسمت خم شده آن بین لوله ها قرار گرفته باشد ( شکل B-5 ) سپس خال جوش دوم را در محلی مخالف و روبروی خال جوش اول انجام می دهیم. در مرحله بعد سیم را به طور کامل از بین لوله ها خارج کرده و فاصله درز جوش را مورد بررسی قرار میدهیم. اگر درز یکطرف لوله نسبت به طرف دیگر آن فاصله بیشتری داشته باشد ( بازتر باشد ) خال جوش بعدی را در این منطقه انجام می دهیم. اگر این درز بسیار گشاد بود به طوری که قابل جوشکاری نبود در آنصورت لوله را به طوری که در شکل(C-5 ) نشان داده شده است چند دفعه بر روی میز می کوبیم تا آنکه این اشکال رفع گردد. سپس خال جوش سوم و چهارم را به اندازه 90 درجه فاصله نسبت به خال جوش اول و دوم انجام می دهیم .          

در بیشتر حالات، انتهای خال جوشها می بایستی سنگ زده شود تا اتصال بین خال جوش و پاس ریشه ای که بعداً انجام خواهد پذیرفت به خوبی انجام پذیرد. البته این مسئله در همه موقعیت ها انجام نمی گیرد. گاهی اوقات دستگاه سنگ موجود نبوده بنابراین جوشکار می بایستی این اتصال را به خوبی برقرار سازد. اگر جوشکار قادر به انجام کار باشد در آنصورت در مورد خال جوش هایی که سنگ خورده اند و اتصال آنها به بقیه پاس ریشه هیچگونه مشکلی نخواهد داشت بنابراین در حین آموزش جوشکاری، توصیه می گردد که انتهای خال جوشها سنگ نخورند.              روش صحیح برای جوشکاری  خال جوشها در پاراگراف بعدی توضیح داده خواهند شد. البته تمام این توضیحات با فرض اینکه مناسب انتخاب گردیده و دستگاه جوش سالم و بدون نقص می باشد در نظر گرفته شده است.               

این نکته قابل ذکر می باشد که شروع به جوشکاری می بایستی به طور صحیح انجام پذیرد چه در مورد انجام دادن خال جوش بوده و یا یک  پاس کامل. پس از برقرار شدن قوس، طول قوس بلافاصله نمی بایستی کوتاه گردد. می بایست زمان کافی برای پایدار شدن به قوس داده شده و همچنین زمان کافی برای برقرار شدن اتمسفرگاز محافظ نیز در نظر گرفته شود.            

اگر قوس ناپایدار در مجاورت ریشه جوش قرار گیرد ممکن است که الکترود چسبیده و یا قطرات کوچکی از الکترود ذوب شده به گوشه های شیار پخ زده شده بچسبند که این امر خود منجر به محدودیت در حرکت قوس می گردد. اتمسفر گاز محافظ فلز مذاب را از اکسیده شدن محافظت می نماید. در صورت عدم حضور  این گازها، فلز مذاب موجود در حوضچه مذاب با اکسیژن هوا ترکیب شده تشکیل اکسید داده و بدین ترتیب فلز مذاب براحتی نمی تواند  در درز جوش جریان پیدا کند. در این حالت فلز رسوب داده شده به طور کامل ذوب نشده و همچنین نفوذ  پاس ریشه نیز به اندازه کافی نمی باشد. نتیجه عمل جوش معیوبی بوده که می بایستی برطرف گردد.          

برای انجام دادن خال جوشها روش صحیح  این بوده که قوس در قسمت جلوی جوش و یا قسمتی از شیار که خط جوش در آنجا انجام می پذیرد برقرار گردد. ( شکل 6 ) قوسی با طول بلند را برقرار کرده و سپس الکترود را در درون شیار به محلی که جوش از آنجا شروع خواهد شد انتقال دهید. این عمل علاوه بر آنکه سطح شیار را پیش گرمایی نموده، زمان کافی برای استقرار و پایدار شدن قوس را نیز می دهد.           

در طی این زمان ممکن است قطرات فلز انتقال یافته از الکترود به صورت جرقه درخارج از محل جوش پخش شوند.          

الکترود می بایستی در زاویه مناسب نسبت به لوله قرار گیرد ( شکل 7A و B ) الکترود در بالای قسمتی که محل شروع جوشکاری است قرار می گیرد تا گوشه های شیار ذوب گردند سپس فاصله قوس کم شده تا اینکه طول قوس مناسب برای جوشکاری برقرار گردد. پس از تشکیل شدن سوراخ کلید ( شکل B-6 ) و تشکیل شدن خط جوش، می بایستی به الکترود کمی حرکت سرد و گرم ( whipping ) داد.

سوراخ کلید ( The keyhole )

سوراخ کلید یکی از بخش های اساسی در جوشکاری  پاس ریشه می باشد. سوراخ کلید می بایستی 1 برابر قطر روپوش الکترود باشد. این عامل ( key hole ) با تشکیل دادن تاج کوچکی در قسمت عقب خط جوش، در واقع نفوذ کافی ریشه جوش را مشخص می نماید .           

تاج مورد بحث ( شکل 8 ) می بایستی دارای ارتفاعی به اندازه 16/1 بالاتر از سطح داخلی لوله باشد. در حین جوشکاری، جوشکار می بایستی به طور مداوم سوراخ کلید را زیر نظر داشته باشد. زمانی که این سوراخ گشاد گردید منجر به نفوذ زیادی خواهد شد. در آنصورت این امر را می توان با کاهش آمپر و یا با افزایش سرعت جوشکاری بهبود بخشید. اگر سورخ کلید خیلی کوچک باشد در آنصورت برعکس  مورد قبل، نفوذ ناکافی بوده که در این حالت نیز می بایستی آمپر را افزایش داده و یا سرعت جوشکاری را کاهش داد.

دادن حرکت سرد و گرم به الکترود ( Whipping Technique )

زمانی که لوله ها در حالتG 2 خال جوش خوردند در این حالت جوش در حالت افقی بوده و لازم است که جهت کنترل فلز در حوضچه مذاب کمی به الکترود حرکت سرد و گرم داد. حرکت سرد و گرم ( شکل 9 ) در واقع حرکتی است که با دور نمودن قوس از حوضچه مذاب در جهت جوش و سپس مجدداً برگرداندن آن به حوضچه مذاب می باشد. قوس می بایستی از شیار جوش خارج نشود. طول این حرکت می بایستی کوتاه و به اندازه   1 قطر الکترود بوده تا اینکه محافظت گاز اطراف فلز کاملاً در همه حال به خوبی انجام پذیرد.پس از هر حرکت سرد و گرم الکترود می بایستی در گوشه بالای سوراخ کلید مکث کوتاهی نموده تا اینکه فلز مذاب رسوب داده شده و جریان حوضچه مذاب حفظ گردد. حرکت ذکر شده نمی بایستی با حرکت کامل دست بلکه با حرکت مچ دست انجام پذیرد. منظور از این حرکت، کاهش سیالیت فلز مذاب می باشد.

متوقف نمودن جوشکاری

مراحل ذکر شده تا زمانی که خط جوش به طول تقریباً 4/3 اینچ برسد ادامه یافته سپس متوقف میشود. این عمل با فشار دادن سریع الکترود در سوراخ کلید انجام می شود( شکل 10 ) بعد از خاموش شدن قوس، سریعاً الکترود به خارج کشیده می شود. این نوع خاموش  کردن قوس در نفوذ کامل ریشه هنگام شروع کردن مجدد قوس در این نقطه و اتصال آن با خط جوش قبلی بسیار مؤثر می باشد. خال جوشها قبل از شروع مجدد بقیه پاس، می بایستی به طور کامل تمیز شده و مورد بازرسی قرار گیرند. کلیه گل جوشها می بایستی توسط چکش جوشکاری برطرف شده و سپس توسط برس سیمی تمیز گردند. هر گونه عیبی می بایستی توسط سنگ و یا چکش برطرف شده و آن منطقه مجدداً جوشکاری گردد. گرچه این عمل معمولاً پس از کامل کردن گل پاس ریشه انجام میپذیرد، خال جوش کامل و بدون عیب در شکل 11 به نمایش درآمده است.

فصل دوم

جوشکاری به روش سربالا بر روی لوله های با ضخامت بالا ( روش G5 )

پاس ریشه

پاس ریشه در واقع پایه و اصل یک جوش موفق در جوشکاری لوله بوده و می بایستی بطور کامل و بدون نقص انجام پذیرد. یک پاس ریشه خوب و کامل در شکل 12 نشان داده شده است.         

می توان گفت که مشکل ترین روش جوشکاری لوله در واقع همان روش افقی یا G5 می باشد. پس از بدست آوردن مهارت کافی در انجام این روش، آموختن و انجام دادن روشهای دیگر ساده خواهد بود . به همین دلیل شروع جوشکاری با این روش G5  مفیدتر و کارآمدتر خواهد بود. روش مرسوم برای شروع، قراردادن لوله در گیره یا پایه لوله گیر مطابق شکل 13 می باشد.            

دو تکه لوله ای که قبلاً خال جوش خورده اند همانطورکه در شکل B-13 نشان داده شده است در جای خود قرار گرفته اند. زمانی که لوله ها در گیره قرار گرفتند می بایستی طوری قرار گیرند که خال جوشها به حالتی که در شکل C-13 نشان داده شده قرار گیرند.                

شکل14 نمائی از جزئیات قسمت های مختلفPIPE  STAND  را نمایش میدهد. باید توجه نمود که در این شکل کلیه اندازه های قسمت های مختلف به نمایش در نیامده است چرا که این عامل بستگی به اندازه و قطر لوله ای که مورد جوشکاری قرار می گیرد دارد و به طور کلی این عامل به اندازه و قطر لوله ای که مورد جوشکاری قرار می گیرد بستگی دارد و باید به طور کامل مشخص گردد. با توجه به اطلاعات داده شده می توان یک PIPE  STAND را طراحی نمود و مورد استفاده قرار داد.