اثر طراحی و اتصالات جوشی بر آسيب پذيری لرزه ای سازه های فولادی

اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسيب پذيری لرزه ای سازه های فولادی

چکيده
باگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشی در صنعت ساختمان در ايران هنوز نقايص زيادی در اجرای ساختمانهای فولادی جديد مشاهده می شود. در يک بررسی اوليه عوامل زير را می توان به عنوان دلائل اصلی نقايص ذکر کرد:
عدم طرح دقيق اتصالات جوشی با توجه به عملکرد مورد نظر آنها
عدم انطباق اجرای معمول ساختمان با آئين نامه ها و دستورالعملها
کيفيت پائين جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسيک کافی در اين زمينه برای مهندسان و جوشکاران
نبود نظارت اصولی و دقيق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور.

در اين مقاله بعد از مرور خرابيهای سازه های فولادی در زلزله های گذشته ايران و جهان سعی گرديده تا طراحی و اجرای معمول و سنتی سازه های فولادی جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقايسه گردد. برای اين منظور از آئين نامه های معمول طراحی سازه های فولادی ايران و آئين نامه های طراحی کشورهای صنعتی زلزله خيز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردی از اجرا يا آئين نامه ها و دستورالعملهای اجرائی همخوانی ندارد. علاوه بر آن مطالعه ای بر روی نقاط ضعفی که ناشی از اجرای جوش می باشد انجام گرفته و در پايان پيشنهاداتی برای بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشی از زلزله ها در اين نوع سازه ها ارايه گرديده است.

مقدمه

سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نيمرخهای فولادی يا ورق می باشد که به کمک اتصالات به يکديگر متصل می گردند.با توجه به روشهای تکامل يافته ای که برای توليد نيمرخ های فولادی به کار گرفته می شود اين مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از خود نشان می دهند. مساله بسيار مهم رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضای مرکب از نيمرخ و ورق برای يکپارچه نمودن اعضا(شامل تير و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار می گيرد.وسايلی که برای ساخت اعضا و اتصال آنها به يکديگر به کار می رود شامل پيچ و پرچ و جوش است.در اين ميان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ايران بسيار رايج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ريچ(1994)تصور بر این بود که در صورت رعايت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی اين سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان می دهند.اما وقوع اين زلزله اين فرض رازير سوال برد.در اين زلزله مشاهده شد که در بسياری از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر(Base metal) دچار ترک يا بعضا شکست شده است.اين مساله باعث شد تا تحقيقات گسترده ای در مورد علت اين پديده صورت گيرد که اين تحقيقات تا به امروز ادامه دارد.از طرف ديگر مشاهده و تحقيق درباره وضعيت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ايران از کيفيت مناسبی برخوردار نيستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقايص زيادی در اين زمينه مشاهده می شود.

عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی
براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هايی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پايداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمايند.با توجه به منحنی نيرو-تغيير مکان سازه ها و توجه به اين مطلب که سطح بين منحنی نيرو-تغييرمکان و محور تغييرمکان نشان دهنده ميزان انرژی جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذيرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد.فولاد نرمه به علت طبيعت شکل پذير از اين نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند ميزان زيادی انرژی جذب کند.اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و يا انهدام خواهد شد.در زلزله منجيل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخريب کامل شدند. رفتار اين سازه ها در اين زلزله ثابت کرد که در بسياری از موارد سازه های موجود دارای سيستم مقاوم زلزله مناسبی نيستند.استفاده از تيرهای خورجينی(تيرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سيستم حاصل و مدل صحيح برای اين اتصالات باعث شده اين سيستم از نظر مهندسی زلزله بسيار آسيب پذير تلقی گردد.درس حاصل از اين زلزله کيفيت پايين ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخير تلاشهايی برای اصلاح آن به عمل آمده است.در زلزله نورث ريچ آمريکا مشاهده شد که در بسياری ازساختمانهای فولادی اتصال تيرها و ستونها دچار ترک و يا بعضا شکست شد.بيشتر اين ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.

صنعت جوشکاری ساختمان در ايران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخير(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهايي که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنايی به شمار می آيد.در نيمه دوم اين دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ايرن به ناگهان سر از زمين برآورد.گسيل سرمايه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبديل ساخت سرپناه به ماشين سرمايه گذاری جهت سودهای کلان باعث گرديد تا رعايت اصول فنی و ايمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگيرد.از طرف حجم عظيم ساخت و ساز نيروز انسانی زيادی اعم از مهندس و تکنسين و جوشکار احتياج داشت که باعث ورود افراد غيرمتخصص به اين جرگه گرديد.تمامی اين مسايل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که بايد از کيفيت مطلوبی برخوردار نباشد.تخريب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجيل مويد پايين بودن کيفيت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از ميان تمامی عوامل دخيل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصالهای جوشی از نارساييهای بيشتری برخوردارند. علل اصلی پايين بودن کيفيت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان به صورت زير بيان نمود :
عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آيين نامه ها و دستورالعملها
كيفيت پايين جوش به علت عدم آموزش کلاسيک کافی در اين زمينه برای جوشکاران و مهندسان
نبود نظارت اصولی و دقيق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
عدم طرح دقيق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آيين نامه ها و دستورالعملها

در بسياری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزييات ارايه شده در آيين نامه تطابق ندارد.اين موارد ناشی از موارد متعددی است که از ميان آنها به موارد زير می توان اشاره کرد:
الف) آشنا نبودن مهندسين سازه به مسايل اجرايي و در نتيجه ارايه نقشه ها و جزئيات غيرقابل اجرا
ب) گران تر بودن هزينه اجرای جزييات آئين نامه نسبت به روش سنتی اجرا
پ)آگاه نبودن کارفرما و يا مهندس مجری طرح به جزييات آئين نامه و عدم

توانايي در تميز دادن حالات مختلف از يکديگر
بعد از اجباری شدن آيين نامه2800(1368) اهميت وجود سيستم مقاوم در برابر زلزله از يک طرف و محدوديتهای معماری برای استفاده از سيستم مهاربندی از طرف ديگر باعث استفاده روزافزون از سيستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در اين سيستم اتصال تير به ستون از نوع گيردار بوده يعنی بايد توانايي انتقال برش و لنگراز تير به ستون وجود داشته باشد.در اين نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زيرسری که در محل اتصال به ستون برای ايجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاييكه متاسفانه عمليات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گيرد کنترل كيفيت جوش بخصوص در هنگام مونتاژ درارتفاع زياد از سطح زمين حتی به صورت عينی(Visual) امکان پذير نمی باشد. همچنين معمولا در محل اتصال ورق به ستون به جای جوش نفوذی از جوش گوشه استفاده می شود در نتيجه هنگام زلزله اين نقاط علاوه بر تحمل نيروی کمتر در حالت تردشکن گسيخته خواهد شد. زمانی که در يك عضو فشاری ازدومقطع در کنار يكديگر استفاده می شود بايد هم پايداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تاهیچکدام تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.برای اين منظور اين مقاطع بايد در فواصل مشخص به يكديگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش يابد. بسياری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به يكديگر وصل نمی شوند و در نتيجه دومقطع بايكديگر عمل نمي كنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بين جوش دومقطع در ستونهای تركيبي را مقرر نموده است.اما در موارد زيادی مشاهده می شود که فاصله بين جوش ستونها بيشتراز اين مقدار است.

كيفيت پايين جوش به علت عدم آموزش کلاسيك کافی در اين زمينه برای جوشکاران و مهندسان
يكی از مهمترين اشکالات موجوددر اجرای ساختمانهای فولادی در کشور كيفيت پايين جوشکاری ساختمان می باشد.عوامل مختلفی در اين امر تاثير می گذارند.استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نيروی انسانی غيرمجرب از عوامل اصلی پايين آمدن كيفيت جوشکاری ساختمان می باشد.در نتيجه عوامل برشمرده شده مشکلات عديده ای گريبانگير اتصالات جوشی می باشد.
در بسياری از موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن يا مواد نامناسب ديگر است و يا اينکه روی فلززنگ زده يا رنگ خورده جوش داده می شود.گاه در فاصله بين پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نيز خودداری می شود و يابدون برداشتن گل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهايي که در کارهای ساختمانی بسيار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد اين نوع جوش از كيفيت پاييني برخوردار است. در بسياری از موارد در اثر استفاده از تکنيكهای نامناسب جوشکاری نقايصی چون تابيدگی و پيچش در قطعات اتفاق می افتد.
عيوبی نظير نفوذ ناقص بريدگی کناره جوش اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک درفلز مادر باعث کاهش ظرفيت باربری قطعات می شود. يكی از متداولترين اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تيرهای لانه زنبوری می باشد.بسياری از مجريان طرح اين تيرها را در وضعيت نامطلوبی در کارگاه ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسياری از موارد جوش ميانی تير از كيفيتت پايينی برخورداراست و با توجه به اهميت عملکرد مناسب اين قسمت و تقويتهای لازم درمجل تكيه گاه تير و وسط آن صورت نمی پذيرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نيز از كيفيت پاييني برخوردار است و با توجه به اهميت عملکرد مناسب اين قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمی شود .

نبود نظارت اصولی و دقيق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
با توجه به اهميتی که شهرداری برای مسايلی از قبيل پاركينگ و نورگيرها و مسايلی از اين دست قايل است مشاهده می شود که بيشتر توجه مهندسان نيز به اين امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسايل سازه ای نمی شود.البته بايد به اين نکته نيز اشاره شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجويان عمران مهندسينی که از دانشگاه فارغ التحصيل می شوند در اين زمينه دارای اطلاعات کافی نيستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسووليت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته بايد به اين موارد مساله سختی کار را نيز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسين از انجام بازديد از اين جوشها طفره می روند. در نهايت امر اينکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداريها نيز در اين زمينه کوچکترين نقشی ايفا نمی کنند و هيچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.

عدم طرح دقيق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسياری از کارفرمايان عمل طراحی سازه و ايجاد تمهيدات مقابله با زلزله را يك امر زايد می دانند و تلاش می کنند تا کمترين هزينه ممکن را صرف اين کار نمايند.از طرف ديگر شهرداريها کمترين نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسايل معماری دقت می کنند. اين عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسين سازه اهميت داشته باشد و طرح از حداقل اهميت برخوردار باشد به خاطر همين موضوع مهندسين سازه اغلب کمترين وقت را صرف اين عمل می نمايند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی مبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای يك ساختمان در نقشه های ديگر ساختمانها استفاده می شود. در بسياری از موارد جزييات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.

نتيجه گيری و پيشنهادات
از بررسی های انجام شده بر روی ساخت وساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زيادی در طرح و اجرای اين سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقايص مربوط به اتصالات جوشی است.اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و … مشکلاتی است که اين صنعت را رنج ميدهد.و برای رفع اين موارد بهترين راه در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی
بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمانها
آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهينامه به جوشکاران ماهر ساختمانی
آموزش جوشکاری به عنوان واحد درسی به مهندسين عمران و يا ايجاد شاخه جديدی
تحت عنوان بازرسی جوش اسکات برای مهندسين ناظر
تقو يت سيستم نظارتی موجود و ايجاد سيستم های نظارتی ناظربر کار مهندسين عمران

جوشکاری با گاز يا شعله
جوشکاری با گاز شعله يكی ازاولين روشهای جوشکاری معمول در قطعات آلومينيومی بوده و هنوز هم در کارگاههای کوچک در صنايع ظروف آشپزخانه و دکوراسيون و تعميرات بکارميرود.در اين روش فلاکس يا روانساز يا تنه کار برای برطرف کردن لايه اكسيدی بکار ميرود.
مزايا:سادگی فرايند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسايل
محدوده کاربرد:ورقهای نازک 8/0تا 5/1ميليمتر
محدوديتها:باقی ماندن روانساز لابلای درزها و تسريع خوردگی – سرعت کم – منطقه H.A.Zوسيع است .
قطعات بالاتر از 5/2ميليمتر را به دليل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بااين روش جوش نميدهند.

حال می پردازيم به چگونگی تامين حرارت در اين فرايند
حرارت لازم در اين روش از واکنش شيميايي گاز با اکسيژن بوجود می آيد.
حرارت توسط جابجايي و تشعشع به كار منتقل مي شود.قدرت جابجايي به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغيير اندکی در درجه حرارت شعله می تواند ميزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زيادی تغيير دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسيژن لازم برای احتراق و گرمای ويژه و حجم محصول احتراق(گازهای توليد شده) بستگی دارد. اگر از هوا برای احتراق استفاده شود مقدار ازتی کهوارد واکنش سوختن نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابراين تنظيم کامل گاز سوختنی و اکسيژن لازمه ايجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهای سوختنی نظير استيلن يا پروپان يا هيدروژن و گاز طبيعی نيز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و در نتيجه درجه حرارت شعله نيز متفاوت خواهد بود. در عين حال معمولترين گاز سوختنی گاز استيلن است.
تجهيزات و وسايل اوليه اين روش شامل سيلندر گاز اکسيژن و سيلندر گاز استيلن يا مولدگاز استيلن و رگولاتور تنظيم فشار برای گاز و لوله لاستيكی انتقال دهنده گاز به مشعل و مسعل جوشکاری است.
استيلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپايدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نيازبه رعايت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سيلندر حدودpsi 2200 است و رگولاتورها اين فشار را تا زير psi 15 پايين می آورند.و به سمت مشعل هدايت می شود.(در فشارهای بالا ايمنی کافی وجود ندارد).توجه به اين نکته نيز ضروری است که اگر بيش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستيلن استفاده شود از سيلندر استن بيرون خواهد زد که خطرناک است.
بعضی اوقات از مولدهای استيلن برای توليد گاز استفاده می شود. بر اساس تركيب سنگ کاربيد با آب گاز استيلن توليد مي شود.
CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2

روش توليد گاز با سنگ کاربيدد به دو نوع کلی تقسيم مي شود.
1-روشی که آب بر روی کاربيد ريخته مي شود.
2-روشی که کاربيد با سطح آب تماس حاصل مي کند و باکم و زياد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغييرمی کند.
رگولاتورها ( تنظيم کننده های فشار) هم دارای انواع گوناگونی هستند و برای فشارهای مختلف ورودی و خروجی مختلف طراحی شده اند.رگولاتورها دارای دو فشارسنج هستند که يکی فشار داخل مخزن و ديگری فشار گاز خروجی را نشان مي دهند. رگولاتورها در دو نوع کلی يك مرحله ای و دومرحله ای تقسيم مي شوند که اين تقسيم بندی همان مکانيزم تقليل فشار است. ذکر جزييات دقيق رگولاتورها در اينجا ميسر نيست اما اطلاع از فرايند تنظيم فشار برای هر مهندسی لازم است(حتما پيگيرر باشيد).
کار مشعل آوردن حجم مناسبی از گاز سوختنی و اکسيژن سپس مخلوط کردن آنها و هدايتشان به سوی نازل است تا شعله مورد نظر را ايجاد کند.
اجزا مشعل: الف-شيرهای تنظيم گاز سوختنی و اکسيژن ب-دسته مشعل ج-لوله اختلاط د-نازل
قابل ذکر اینکه طرحهای مختلفی درقسمت ورودی گاز به لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزيمم حرکت اغتشاشی به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسير در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ای آرام بوجود آيد.

در انتها يادآور می شود مطالب بسيار زيادی در اين خصوص وجود داشت که بدليل عدم امکان نمايش تصاوير که عمدتا اسکن هم نشده اند بيش از اين به شرح و توضيح آنها نپرداختم.از جمله اين مطالب شناسايي نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود.يا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نمای شماتيک و … .اما هيچکدام از اين مطالب و عکسها جايگزين چند ساعت تمرين عملی در کارگاه نيست.

پيچيدگی((Distortion
پيچيدگی وتغييرابعاد يكی ازمشکلاتی است که در اثراشتباه طراحی و تکنيك عمليات جوشکاری ناشی مي شود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوريك تنها به اين مورد اشاره مي كنيم که حين عمليات جوشکاری به دليل عدم فرصت کافی برای توزيع يکنواخت بار حرارتی داده شده به موضع جوش و سرد شدن سريع محل جوش انقباضی که ميبايست در تمام قطعه پخش مي شد به ناچار در همان محدوده خلاصه مي شود و اين انقباض اگر در محلی باشد که از نظر هندسی قطعه زاويه دار باشد منجر به اعوجاج زاويه ای(Angular distortion) مي شود.در نظر بگيريد تغيير زاويه ای هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طويل چه ايراد اساسی در قطعه نهايي ايجاد می کند.
حال اگر خط جوش در راستای طولی و يا عرضی قطعه باشد اعوجاج طولی و عرضی(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمايان ميشود.اعوجاج طولی و عرضی همان کاهش طول قطعه نهايي قطعه مي باشد. اين موارد هم بسيار حساس و مهم هستند.
نوع ديگری از اعوجاج تاول زدن يا طبله کردن و يا قپه Bowing)) مي باشد.
ذکر يكی از تجربيات در اين زمينه شايد مفيد باشد. قطعه ای به طول 20 متر آماده ارسال برای نصب بود که بنا به خواسته ناظر ميبايست چند پاس ديگر در تمام طول قطعه جوش داده مي شد.تا ساق جوش 2-3ميليمتر بيشتر شود.بعد از انجام اينکارکاهش 27ميليمتری در قطعه بوجود آمد. واين يعنی فاجعه .چون اصلاح کاهش طول معمولا امکان پذير نيست و اگر هم با روشهای کارگاهی کلکی سوار کنيم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده ايم و چه بسا حين استفاده از قطعه آن وصله کاری توان تحمل بارهای وارده را نداشته باشد وايرادات بعدی نمايان شود.
بهترين راه برای رفع اين ايراد جلوگيری ازبروز Distortion است. و(طراح يا سرپرست جوشکاری خوب) کسی که بتواند پيچيدگی قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگيری از آن راهم پيشنهاد بدهد.

بعضی راهکارهای مقابله با اعوجاج:
اندازه ابعاد را کمی بزرگتر انتخاب کرده …بگذاريم هر چقدر که ميخواهد در ضمن عمليات تغيير ابعاد و پيچيدگی در آن ايجاد شود.پس از خاتمه جوشکاری عمليات خاص نظير ماشين کاری…حرارت دادن موضعی و يا پرسکاری برای برطرف کردن تاب برداشتن و تصحيح ابعادانجام ميگيرد.
حين طراحی و ساخت قطعه با تدابير خاصی اعوجاج را خنثی کنيم.
از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر برای بدست آوردن استحکام مورد نياز استفاده شود.
تشديد حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اينصورت نفوذ بهتری داريم و نيازی به جوش اضافه نيست.
ازدياد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت ديدن قطعه مي شود.
در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم اعوجاج بيشتر نمود دارد.
تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثی
طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحيح طراحی شده باشد ميتواند فرضا مصالح جوش را در اطاف محور خنثی پخش کند و تاحد زيادی از ميزان اعوجاج بکاهد.
بکار بردن گيره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :
حرارت داده شده موضعی , طبيعت و شدت منبع حرارتی و روشی که اين حرارت به کار رفته و همچنين نحوه سرد شدن
درجه آزادی يا ممانعت بکار رفته برای جلوگيری از تغييرات انبساطی و انقباظی. اين ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و يا از طريق مکانيكي (گيره يا بست يا نگهدارنده و خالجوش)اعمال شود.
تنش های پسماند قبلی در قطعات و اجزا مورد جوش گاهی اوقات موجب تشديد تنش های ناشی از جوشکاری شده و در مواردی مقداری از اين تنش ها را خنثی مي کند.
خواص فلز قطعه کار واضح است که در شرايط مساوی طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاری مواردی مانندميزان حرارت جذب شده در منطقه جوش و چگونگی نرخ انتقال حرارت و ضريب انبساط حرارتی و قابليت تغيير فرم پذيری و استحکام و بعضی خواص ديگر فلز مورد جوش تاثير قابل توجهی در ميزان تاب برداشتن دارد.مثلا در قطعات فولاد آستنيتي زنگ نزن مشکل پيچيدگی به مراتب بيشتر از فولاد کم کربن معمولی مي باشد.
يک نمونه کامل برای PQR که در صفحه يک به شرح اتصال پرداخته شده و در صفحات بعد ۲ و ۳ نتايج ازمايشات ارايه شده.
نکته ای جالب تعدد آزمايشات است و تصور ميکنم به خاطر استفاده از استانداردBSاست که سختگيرانه است.در استانداردAWSتعداد آزمايشات از ۶فراتر نميرود.
دوستان و همکاران گرامی در صورتيکه نکات قابل ذکر و کاربردی در اين زمينه دارند برای اطلاع ديگران و اعتلای سطح علمی ديگر همکاران ميتوانند در اين صفحه در اختيار ديگران بگذارند.با کمال ميل منتظر نظرات شما هستم.

توضيحاتی پيرامون WPS & PQR
در نظر بگيريد در کارخانه ای بزرگ که تعداد زيادی پروژه در دست انجام است مسوول کنترل كيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاری برخورد مي كنيم ….انواع الکترودها,ورقها با ضخامتهاي متفاوت, ماشينهای مختلف که تحت شرايط خاصی تنظيم شده است ,جوشكاران كه اغلب به روش سنتي(بدون رعايت اصول علمي)جوشكاري ميكنند را در نظر بگيريد. بهترين کار چک کردن کار با کتابچه ای است که به عنوان WPS((Welding Procedure spcificationمعروف است. هر چند کاربرد اصلی اين دفترچه برای پرسنل توليد است اما در واقع زبان مشترک توليد کننده و بازرس و ناظر مي باشد که در بعضی مواقع کارفرماهای بزرگ خودشان WPSمورد قبول خود را به سازنده ارايه مي کنند و بنای بازرسی ها را بر اساس آن قرار مي دهند. فکر مي کنم تا حدودی مفهوم را ساده کرده باشم.
استاندارد مرجعAWSََ حدود 170 نوع اتصال را با پوزيشنهای متفاوت معرفی کرده و انواع پارامترهای جوشکاری را برای تمامی انواع فرايندها(SMAW-MIG/MAG-TIG-SAW-…)معرفي کرده اين متغيرها شامل محدوده ضخامت مجاز برای نوع اتصال –دامنه تغييرات مجاز برای آمپر- ولتاژ-قطر الکترود-نوع پودر-زاويه کونيك کردن-روش پيش گرم و پسگرم-و … مي باشد. که بخشی از وظيفه QC_MAN کنترل ميزان تطابق روش جاری جوشکاری با روش مشخص شده در WPS است. در بعضی از موارد خاص که استاندارد روش خاصی ارايه نداده اغلب يك طراح جوش بنا به تجربيات خود پروسيجری ارايه مي دهد. در بعضی شرکتهای بزرگ برای هر پروژه ای يك دفترچه WPS موجود است اما از آنجا که روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر ميرسد که نيازی به -WPS هاي متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که برای کارهای مشخص و ثابت بهتر است يك WPS تهيه شود و از تعدد ايجاد مدارک و مستندات دست وپاگير جلوگيری شود. يك WPS معمولي ميتوانيد در حدود 200-250 صفحه باشد.يعني به همين تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاری مربوطه را توضيح داده است.

PQR
(Procedure Qualification Record)
)ابتدا توضيح کوتاهی در مورد خود PQR لازم است که بايد گفت PQR نتايج آزمايشات مخرب و غير مخرب در مورد يك نوع مسخص جوش است.که از طرف آزمايشگاههای معتبر بايد ارايه شود)
حال به اين سوال ميرسيم که از کجا اعتبار يك WPS را بفهميم؟ ومديران خط توليد يا تضمين كيفيت و يا ناظران و کنترل كيفيت چطور از اعتبار WPS اطمينان حاصل مي کنند؟
قطعا آن قسمت از WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نياز به اين کار ندارد چراکه تمامی موارد پيشنهادی استاندارد هم حاصل تجربيات گروه زيادی از متخصصان بوده است وفلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسير تجربه است تا زودتر به نتيجه دلخواه برسيم.ولی جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در استاندارد AWSمشخصا به اين موضوع اشاره شده که برای موارد پيشنهادی استاندارد نيازی به PQR نيست.
اما برای آن مواردی که از استاندارد استخراج نشده و پيشنهاد واحد طراحی و يا مشاور طرح بوده بايد حتما PQR تهيه شود.

روش تهيه PQR:
فرض كنيم نياز داريم برای 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهيه كنيم.آيا بايد70نمونه تهيه كنيم؟ و آيا اين کار عاقلانه است؟ مسلما خير.
بنابر جداول مربوط به تهيه نمونه برای PQR مي توان تعداد ار 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 كنيد دفترچه WPS را براي تهيه PQR در اختيارداريد.مراحل زير برای تهيه PQRپيشنهادد مي شود.
1-اتصالاتی که در استاندارد وجود دارد راتنها با متن استاندارد مطابقت دهيد تا چيزی از قلم نيفتاده باشد و تلرانسها دقيقا استخراج شده باشد و نظاير اين…
2-در مورد اتصالات شبيه به هم با مراجع به استاندارد يكي از پرکاربردترين ضخامتها را انتخاب كنيد.برای کارهای سازه ای و اتصال نوع Grooveفرض كنيد که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفی شده .بهترين کار اين است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترين نمونه برای تهيه PQR انتخاب كنيم كه اين بهترين انتخاب اغلب پرکاربردترين يا حساسترين 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 ديگر نيازی به تهيه PQR نداريم و اين از مزايای استفاده از استاندارد است.
3-حال که نمونه مورد نظر راانتخاب کرديم بايد در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد آمده است آنرا تهيه كنيم و توسط يك جوشکار که دارای کارت صلاحيت جوشکاری در حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غیره) است جوشکاری انجام شود.
4-قطعه مور نظر را به آزمايشگاه های معتبر ارسال مي كنيم تا تحت تستهای مختلف قرار گيرد. اين تستها اغلب خمش کناره-راديوگرافی-ماکرواچ-شکست و … است.
5-پس از اعلام نتيجه مثبت آزمايشگاه مي توان جوشکاری را آغاز نمود.

در پايان اين مطلب ذکر اين نکته لازم است که شايد توضيحات  کمی ناقص باشد اما اگر کسی در حيطه اي اين کار باشد کاملا متوجه توضيحات مي شود.اما دوستان ديگر هم اگر سوالی در اين مورد داشتند مطرح کنند…در حد توان در خدمت هستم.

نکاتی در مورد جوشکاری فولادهای ضدزنگ و ضدخوردگی
خصلت اصلی فولادهای استنلس مقاومت در برابر زنگ خوردگی است (داشتن کرم بيش از 12% مويد همين مطلب است). نيكل موجود در اين فولادها حتی به مقدار زياد هم نمي تواند به تنهايي مقاومت در برابر خوردگی را زياد کند.ولی با حضور کرم مي تواند تا حد زيادی این وظيفه را بخوبی انجام دهد.مزيت اصلی نيكل تسهيل ايجاد فاز آستينيت و بهبود خاصيت مقاوم به ضربه فولادهای کرم نيكل دار است. موليبدن شرائط خنثی سازی اين فولاد را تثبيت می کند و عموما عامل افزايش مقاومت به خوردگی موضعی(Pitting) است.
به منظور اطمينان از تشكيل کاربيدهای پايدار که باعث افزايش مقاومت به خوردگی بين دانه ای مي شود افزودن Ti و Nb به انواع معيني از فولادهای کرم-نيكل دار ضروری است.
کرم و کربن عناصر اصلی اينگونه از فولادها را تشكيل مي دهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از 04/0درصد است تاثير کرم بر استحکام کششی حتی در مقادير 13 و 17و 20درصد بسيار ناچيز است. در حاليكه در مقادير زيادتر کربن با عمليات حرارتی مناسب امکان دست يابی به استحکام کششی مناسب و عملياتت مکانيكي مورد نظر فراهم مي شود.
با توجه به زيرساختار فولادهای کرم دار را به شرح زير مي توان دسته بندی کرد:
الف-فولادهای کرم دار-فريتي(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)
ب- فولادهای کرم دار-نيمه فريتي(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)
ج-فولادهای کرم دار-مارتنزيتي(12 تا 18 درصد کرم و بيش از 3/0 درصد کربن)
د- فولادهای کرم دار-قابل عمليات حرارتی(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

اين دسته بندی را در مورد جوش پذيری نيز مي توان تکرار کرد.
تحت شرايط حرارتی نامناسب فولادهای فريتي(گروه الف) تمايل به تشكيل دانه های درشت نشان مي دهند. انرژی حرارتی ناشی از جوشکاری منجر به رشد دانه بندی مي شود که نمي توان آنرا با پس گرمايش برطرف نمود.در نتيجه کاربيد رسوب مي کند و در مرز دانه های فريت باعث شکنندگی و کاهش شىيى مقاومت به ضربه فلؤ جوش ميشود.برای غلبه بر اين حالت بايد از الکترود آستنيتي تثبيت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نيكل استفاده نمود.فلز جوشی که بدين ترتيب حاصل مي شود دارای خاصيت آستينيتي و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشی که بدين طريق حاصل مي شود از نظر مقاومت به خوردگی مطابق فولادهای ضدزنگ فريتي مي باشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتي که اجبار در يكرنگی باشد بايد از فيلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمی Ti)استفاده شود.Tiدر مقادير جزيي نقش موثر در ريز دانه کردن فلز جوش دارد.
بعلت رابطه گريز ناپذير بين رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه ای چاره ای جز کاستن از تنش های حرارتی ناشی از عمليات جوشکاری وجود ندارد و برای نيل به اين منظور تمهيداتی نظير الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاری بیشتر و پيش گرمايش 200تا 300 درجه سانتي گراد بايد به کار رود.
پس گرمايش در حدود 700 تا 800 درجه سانتي گراد خاصيت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود مي دهد.
همچنين آنيلينگ(Annealing)به مدت کم نيز باعث تجمع کاربيد شده و تا حدی شکنندگی فلز جوش را جبران مي کند و همينطور به تنش گيری نيز کمک مي کند. ولی هرگز باعث رفع کامل درشت دانگی HAZ نمي شود.
اقدامات مشابهی حين جوشکاری فولادهای نيمه فريتي و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نيز ضروری است. مي دانيم که سرد کردن سريع باعث تشكيل فاز شکننده مارتنزيتي مي شود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حين انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پيش گرم مي شود.درجه حرارت بين پاسی(Inter pass) 300 درجه مناسب است و از اين کمتر نبايد شود.ضمنا قطعه کار بايد بلافاصله در دمای 700 تا 760 درجه پس گرم شود.اين سيكل حرارتی در مجموع باعث ايجاد فلز جوشی با ساختار يكنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش مي شود و خطر شکنندگی و رشد دانه ها را تا حدود زيادی مرتفع مي کند.
فولادهای کرم دار مارتنزيتي (دسته ج)معمولا قابل جوش نيستند و صرفا به منظور تعمير و اصلاح عيوب جوشکاری بر روی آنها انجام مي پذيرد. برای جوشکاری فولادهای کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فيلر متال نبايد از 25/0درصد تجاوز کند.اين نوع فولاد در هوا سخت مي شود.از اين رو هيچ اقدام پيشگيرانه موثری به منظور غلبه بر سخت شده HAZوجود ندارد.اما با اعمال پيش گرم زياد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد مي توان تاحدودی مشکل را برطرف کرد و سختی نامطلوب را در حد پاييني نگاه داشت.دمای پس گرم 750 تا 800 توصيه مي شود و کمتر از اين دما ممکن است باعث تاثسر منفی در مقاومت به خوردگی شود.
آنيلينگ در حرارتی بين650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربيد و بروز خوردگی بين دانه ای شود.

2-فولادهای مقاوم به خوردگی
فولادهای آستينيتي مقاوم به خوردگی کرم-نيكل دار عموما دارای خواش جوشکاری مطلوبی هستند(جوش پذيرند). اما خصوصياتی چند از اين فلزات بايد مدنظر قرار گیرد.
الف-ضريب هدايت حرارتی کم.
ب- ضريب انبساط حرارتی زياد.
ج-سرشت انجماد اوليه اين نوع فولادها که تاثير مهم و تعيين کننده ای بر مکانيزم وقوع ترگ گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصی از فريت در فلز جوش بيانگر مقاومت ـن به ترک گرم است.
به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعيين زير ساختار بر اساس تركيبات فلز جوش ممکن است.
نمودار شفلر-دولانگ کمکی عملی در تعيين مقدار تقريبي فريت(فريت دلتا)و سرشت ريز ساختار تشكيل شده حين جوشکاری فولادهای آلياژی غير همجنس اراوه مي دهد.علاوه بر اين برآوردی کلی از تاثيرات مقادير کم فريت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستينيتي را مقدور مي سازد.تجربه ثابت کرده که روشهای متفاوت تعيين درصد فريت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهانی به جای درصد فريت تعداد فريت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار مي دهند .
دوستاني که احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقيقي نداشتند کاملا حق دارند و پيشنهاد مي کنم به کتب و منابع معتبر برای فهم بهتر مطلب مراجعه کنند. و فرصت بهتر پرداختن به اين مطالب مهم فعلا در توان بنده نيست.

3-فولادهای مقاوم به حرارت
الف-فولادهای فريتي يا فولادهای فريتي-پرليتي از نوع (Cr یا Cr-Si و Cr-Si-Al) و فولدهای فريتي-آستنيتي
ب-فولادهای مقاوم به حرارت از نوع آستنيتي از نوع Cr-Ni-Si
در حاليكه در جوشکاری قطعات فولادی از نوع آستنيتي با الکترودها ی همجنس آن پيش گرم قطعه ضرورتی ندارد فولادهای مقاوم به حرارت از نوع فريتي کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پيش گرم و در 750 درجه هم پس گرم و آنيل مي کنند.علت اين کار هم غلبه بر درشت دانگی و تمايل به ترد شدن HAZ است.
قطعات ريختگي از جنش فريت_آستنيت را بايد در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدريج سرد گردد.
جوشکاری فولادهای فريتي و فريتي-پرليتي با الکترودهای هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه ضربه ای فلز جوش را نشان مي دهد لذا پيشنهاد مي شود اين نوع فولادها را باالکترودهای آستنيتي مقاوم به حرارت جوش داد.در اين حالت نيز بايد توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش آستنيتي در محيط احتراق با گازهای اكسيد کننده با هوا تقويت مي شود و طبيعتا اين مقاومت به حرارت در محيط گازهای احيا کننده به مقدار زيادی کاهش مي يابد برای غلبه بر محيط احتراق با مقدار زياد گاز گوگرد استفاده از الکترودهايي با کرم زياد توصيه  مي گردد.

مختصری از بازرسی جوش
دوستی درخواست اطلاعات مختصری در مورد بازرسی جوش کردن بودند که با توجه به گستردگی مطلب فعلا چند جمله ای در مورد اهميت بازرسی بازرسی جوش می نويسم تا در فرصت مناسبی بتوانم مطلب را باز کنم.
سازه های جوش داده شده نظير ساير قطعات مهندسی به بازرسی در مراحل مختلف حين ساخت و همچنين در خاتمه ساخت نياز دارند. برای حصول از مرغوبيت جوش و مطابقت آن با نيازمنديهای طرح بايد كليه عوامل موثر در جوشکاری در مراحل مختلف اجرا مورد بازرسی قرار گيرد.

” را بشناسيم.
بعد از اين مرحله به شرح موارد مهم پرداخته مي شود. که احتمالا مطالبی در حول و حوش اين مسايل مي باشد.
وظايف بازرس جوش
دسته بندی بازرسان جوش
تواناييهای بازرس جوش
الف-آشنایی با نقشه ها و مشخصات فنی
ب-آشنايي با زبان جوشکاری
ج-اشنايي با فرآيندهای جوشکاری
د-شناخت روشهای آزمايش
-توانايي گزارش نويسي و حفظ سوابق
و-داشتن وضعيت خوب جسمانی
ز-داشتن ديد خوب
ح-حفظ متانت حرفه ای
ط-تحصيل و آموزش آکادميك
ی-تجربه بازرسی
ک-تجربه جوش

اميدوارم فرصت مناسبی داشته باشم تا در مورد تک تک اينها تجربيات و اطلاعاتم را در اختيار دوستان قرار دهم.

معرفی جوش آرگون در چند جمله
در جوش آرگون يا تيگ (TIG) برای ايجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که اين الکترود برخلاف ديگر فرايندهای جوشکاری حين عملياتت جوشکاری مصرف نمی شود.
حين جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحيه جوشکاری بيرون رانده و از اكسيده شدن الکترود جلوگيریمی کند. در جوشکاری تيگ الکترود فقط برای ايجاد قوس بکار برده می شود و خود الکترود در جوش مصرف نمی شود در حاليكه در جوش قوس فلزی الکترود در جوش مصرف می شود. در اين نوع جوشکاری از سيم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده می شود.و سيم جوش شبيه جوشکاری با اشعه اکسی استيلن(MIG/MAG)در جوش تغذيه می شود. در بين صنعتکاران ايرانی اين جوش با نام جوش آلومينيوم شناخته می شود. نامهای تجارتی هلی آرک يا هلی ولد نيز به دليل معروفيت نام اين سازندگان در خصوص ماشينهای جوش تيگ باعث شده بعضا اين نوع جوشکاری با نام سازندگان هم شناخته شود. نام جديد اين فرايند G.T.A.W و نام آلمانی آن WIGمی باشد.
همانطور که از نام اين فرايند پيداست گاز محافظ آرگون مي باشد که تركيب اين گاز با هليم بيشتر کاربرد دارد.
علت استفاده از هليم اين است که هليم باعث افزايش توان قوس می شود و به همين دليل سرعت جوشکاری را مي توان بالا برد و همينطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش مي شود.

کاربرد اين جوش عموما در جوشکاری موارد زير است
فلزات رنگين از قبيل آلومينيوم…نيكل…مس و برنج(مس و روی) است.
جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن
ورقهای نازک(زیر1mm)

مزايای TIG
بعلت اينكه تزريق فلز پرکننده از خارج قوس صورت مي گيرد.اغتشاش در جريان قوس پديد نمی آيد.در نتيجه كيفيت فلز جوش بالاتر است.
بدليل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ,منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رويت است.
امکان جوشکاری فلزات رنگين و ورقهای نازک با دقت بسيار زياد.

انواع الکترودها در TIG
الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)برای جوش آلومينيوم استفاده می شود و حين جوشکاری پت پت می کند.
الکترود تنگستن توريم دار که دو نوع دارد الف-1% توريوم دار که قرمز رنگ است ب-2% توريم دار که زرد رنگ می باشد.
الکترود تنگستن زيرکونيم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفيد است.
الکترود تنگست

دانلود مقاله