مقالات
در حال خواندن
جوشکاری زیر آب
0

جوشکاری زیر آب

توسط محمد دمرلو۲۶ فروردین, ۱۳۹۶

جوشکاری عبارت است از فرایند اتصال دو قطعه فلزی که در نتیجه نفوذ اتم های قطعه جوشکاری شده به درون منطقه اتصال یا منطقه جوش به وجود آمده است.

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.

بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌دانند.

ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.

تاریخچه جوشکاری در زیر آب

بیش از یک صد سال است که قوس الکتریکی در جهان شناخته شده و بکار گرفته می شود. اما اولین جوشکاری زیر آب توسط نیروی دریایی بریتانیا انجام شد- در آن زمان یک کارخانه کشتی سازی برای آب بند کردن نشت های موجود در پرچ های زیر کشتی که در آب واقع شده بود از جوشکاری زیر آبی بهره گرفت. در کارهای تولیدی که در زیر آب انجام می پذیرد، جوشکاری زیر آبی یک ابزار مهم و کلیدی به شمار می آید. در سال ۱۹۴۶ الکترود های ضد آب ویژه ای توسط وان در ویلیجن۱ در هلند توسعه یافت. سازه های فرا ساحلی از قبیل دکل های حفاری چاه های نفت، خطوط لوله و سکوهای ویژه ای که در آب ها احداث می شوند، در سالهای اخیر به طرز چشمگیری در حال افزایش اند. بعضی از این سازه ها نواقصی را در عناصر تشکیل دهنده اش و یا حوادث غیر مترقبه از قبیل طوفان تجربه خواهند کرد. در این میان هرگونه روش بازسازی و مرمت در این گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشکاری زیر آبی است.

دو روش متدوال برای جوشکاری زیر آّب عبارتند از :                                                                                                                      

۱.جوشکاری مرطوب

۲.جوشکاری خشک

جوشکاری مرطوب:

در این روش هیچگونه حفاظی در اطراف جوشکاری و حوضچه مذاب وجود ندارد و جوشکاری کاملا در محیط آب صورت می گیرد.

در گذشته جوشکاری مرطوب اکثرا برای تعمیر قسمتهای زیر آب بدنه کشتی و وصله زدن روی قسمتهای آسیب دیده یا جوشکاری اجزاء غیر باربر سازه ها ی در یایی بکار می رفت.

سختی و شکنندگی جوش حاصل در این روش بواسته سرعت زیاد سرد شدن (quench hardening) و همچنین در ساختار جوش مهمترین عامل بازدارنده برای بکارگیری این روش جهت جوشکاری اجزاء باربر سازه های دریائی بود و امروزه نیز با وجود پیشرفتهای قابل توجهی که در کیفیت جوش مرطوب ایجاد شده هنوز هم در بین برخی از شرکت های دریائی نوعی بدبینی نسبت به این روش جوشکاری و بویژه بکارگیری آن برای جوشکاری سازه های باربر وجود دارد. آزادی عملی که جوشکار در حین جوش کاری از این روش دارد، جوشکاری مرطوب را موثر تر و به روشی کارا و از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه کرده است. تامین کننده نیروی جوشکاری روی سطح مستقر شده است و توسط کابل ها و شیلنگ ها به غواص یا جوشکار متصل می شود.

مهمترین فرآیندهای جوشکاری که در حالت مرطوب مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

  •  جوشکاری قوسی با الکترود دستی
  •  جوشکاری قوسی با گاز محافظ
  • جوشکاری زائده ای
  •  جوشکاری انفجاری
  •  جوشکاری قوس با الکترود توپودری (FCAW)
  •  جوشکاری ترمیت

مزایای جوشکاری مرطوب

جوشکاری مرطوب که در زیر آب به صورت دستی صورت می گیرد، در مرمت و بازسازی سازه های فراساحلی در سالهای اخیر به سرعت در حال رشد و گسترش است.

▪ از جمله فواید جوشکاری مرطوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) چند کاره بودن و داشتن هزینه کمتر در جوشکاری مرطوب باعث شده که میل و اشتیاق بیشتری به این روش وجود داشته باشد.

۲) برخورداری از سرعت مناسب در هنگام اجرای طرح از دیگر مزایای این روش است.

۳) در مقایسه با جوشکاری خشک هزینه کمتری دارد.

۴) در این روش جوشکار می تواند به قسمت هایی از سازه های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روش های دیگر قابل جوشکاری نیست.

۵) احتیاج به هیچ نوع محصور سازی نبوده و بنابراین زمانی نیز برای آن تلف نخواهد شد. تجهیزات و دستگاههای استاندارد مرسوم به آسانی قابل استفاده است . به وسایل زیادی هم برای انجام یک کار جوشکاری مورد نیاز نیست.

بررسی معایب و مشکلات جوشکاری به روش مرطوب:
برای مثال جوشکاری به روش مرطوب در زیر آب تعداد محدودی از الکترودها را می توان بکار گرفت.این الکترودها از نظر ترکیب و فرمول شیمیایی همان اکترودهایی هستند که در محیط بیرون از آب بکار گرفته می شوند که فقط برای استفاده در داخل آب به یک لایه محافظ ضد آب روی روپوش خود مجهز شده اند.

از آنجا که در این روش و در اغلب موارد اطراف محل جوشکاری با آب دریا احاطه شده، باید تاثیرات این مسله بر روی فرایند جوشکاری را مورد توجه قرار داد که برخی از مهمترین این تاثیرات عبارتند از:

  •  پس از برقراری جرقه قوس الکتریکی که در اثر کشیدن الکترود روی قطعه کار ایجاد می شود، به دلیل گرمای ناشی از قوس الکتریکی حباب های ناشی از تبخیر آب در نواحی اطراف نقطه جوشکاری بوجود آمده و به سمت بالا به حرکت در می آیند.

دو عامل دیگر نیز در جوشکاری به روش مرطوب باعث ایجاد حباب های صعود کننده خواهند شد عبارتند از گاز های محافظ ناشی از سوختن روکش اکترود و همچنین حباب های هیدوژن که ناشی از الکترولیز و تجزیه شیمیایی آب به واسطه حرارت و عبور جریان الکتریکی است. حرکت دائمی حباب های گاز و بخار آب به بالا (حدود ۱۵ حباب در ثانبه) ضمن به هم زدن قوس الکتریکی جلوی دید قواص جوشکار را میگیرد و به همین علت استفاده از روش های MAG/MIG نسبت به SMAW بسیار بهتر خواهد بود.

  •  با توجه به اینکه توانایی هدایت گرما در آب ۲۵ برابر هوا می باشد ناحیه جوش و منطقه تحت تاثیر گرمای جوش (HAZ) به سرعت در آب سرد می شوند. بنابراین به دلیل سرعت زیاد سرد شدن مذاب که حدود ۱۵ برابر این سرعت در هوا می باشد. جنس فلز تحت جوشکاری بایستی دارای حساسیت کمی نسبت به سخت شدن در اثر سرمایش سریع (quench hardening) باشد.
  •  از آنجا که آب اثر سردکنندگی شدیدی روی قوس اکتریکی دارد در این روش ولتاژ کار در مقایسه با جوشکاری در مجاورت هوا باید حدود ۲۵% بالاتر در نظر گرفته شود. ضمنا باید تا آنجا که ممکن است شدت جریان را بالا برد بدین منظور در روش جوشکاری مرطوب عمدتا از الکترود با قطر مغزی ۴ تا ۶ میلیمتر می شود و جریان ۲۰ در صد در نظر گرفته می شود. تا از افت حرارت قوس به واسطه تماس مستقیم با آب جلوگیری شده و همچنین جریانی که در آب به هدر می رود جبران شود.

برای مثال الکترود با مغزی ۴ میلیمتر را در نظر بگیرید. همانطور که می دانید به ازای هر میلیمتر از قطر مغذی الکترود در جوشکاری دستی معمولی با برق (smaw) می توان از ۳۰ تا ۴۰ آمپر جریان استفاده نمود.بنابراین حداکثر مجاز جریان برای جوشکاری با الکترود ۴ میلیمتری در مجاورت هوا ۱۶۰ آمپر خواهد بود اما در صورت استفاده از الکترود با قطر مغزی ۴ میلیمتر در جوشکاری مرطوب زیر آب باید جریان را بیست در صد بالاتر از این حداکثر مجاز یعنی حدود ۱۹۰ تا ۲۰۰ آمپر در نظر گرفت.

سرعت سرد شدن مذاب جوش در آب ۱۵ برابر بیشتر از سرعت سرد شدن آن در هوا (جوشکاری خارج از آب) است.

  •  یکی از معمولی ترین عیوب در جوشی که به روش مرطوب در زیر آب ایجاد می شود حبس (آخال سرباره) در داخل فلز جوش است. چرا که سرعت زیاد سرد شدن مذاب این امکان را به سرباره نمی دهد تا خود را به بالای سطح مذاب برساند. هم اکنون چندین مرکز بزرگ تحقیقاتی بر روی این مسئله تحقیق می کنند و سعی دارند تا الکترودهائی را تولید کنند تا تاثیرات منفی آب بر روی کیفیت جوش را به حداقل برسانند. برخی از این موسسات از قبیل موسسه تحقیقات دریائی اوهایو بسیار موفق بوده اند و توانسته اند الکترودهائی را ارائه دهند که مشکلات جوشکاری در مجاورت آب بویژه وقوع عیب حبس سرباره در جوش را به حداقل برساند.

از آنجا که سرباره جوش به واسطه سرد شدن سریع مذاب در جوشکاری زیر آب به روش مرطوب فرصت چندانی برای شناور شدن در مذاب و آمدن به سطح مذاب را ندارد. یکی از معمولیترین عیوب جوش در این روش جوشکاری حبس سرباره (slag inclusion) خواهد بود.

 بخار آب تولید شده در اثر تجزیه حرارتی آب، به هیدروژن اتمی تجزیه می شود که این هیدروژن اتمی در مذاب نفوذ می کند و این مسئله منجر به تردی، شکنندگی و ترک در جوش می شود. درصد گاز هیدورژن در مخلوط حباب های گاز – بخار آب که از سوختن الکترود بوجود می آید حدود ۷۰% در صد می باشد. برای مقابله با این مسئله شرکت های تولید کننده الکترود های زیر آب افزودنیهائی را به ترکیب شیمیایی روکش الکترودها می افزاید تا نفوذ هیدروژن را به حداقل برساند.
طی آزمایشی در مخزنی که قابلیت ایجاد شرایط ۱۰۰ متری زیر آب را دارا بود ثابت گردید که با افزایش عمق، خطر ترک خوردگی جوش در این روش بیشتر خواهد شد. بالاترین عمق گزارش شده برای جوشکاری به روش مرطوب مربوط به یک مورد جوشکاری در عمق ۱۸۰ متری در خلیج مکزیک می باشد.

جوشکاری خشک

فرآیند های جوشکاری خشک نیز به دو گروه عمده تقسیم می گردند:

  • جوشکاری تحت فشاری معادل فشار هیدرواستاتیک آب
  •  جوشکاری تحت فشار اتمسفری

 جوشکاری بیش فشار(جوشکاری خشک)

جوشکاری بیش فشار در اتاقک های پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای که می خواهد جوشکاری شود، استفاده می شود. این اتاقک در یک فشار معمولی پر از گاز می شود (که معمولاً از هلیوم حاوی نیم بار۵ اکسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو و اکسیژن که قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری که جوشکاری آنجا صورت می پذیرد و یا فشاری بیشتر از آن اجرا می شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با کیفیتی ایجاد می شود به طوری که با اشعه ایکس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می شود. فرایند جوشکاری قوس گاز تنگستن در این قسمت بکار گرفته خواهد شد. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراین جوشکاری در محل خشکی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیکی آب دریا که در محیط مجاور آن قرار دارد.

خطرات این نوع جوشکاری

برای غواص یا جوشکار خطر شوک الکتریکی وجود خواهد داشت . اقدامات احتیاطی که انجام شده اند عبارتند از عایق بندی مناسب و در حد کافی تجهیزات جوشکاری ، بسته شدن منبع الکتریسیته درست زمانی که قوس به پایان می رسد و نیز محدود کردن ولتاژ جوشکاری قوس فلزی دستی در مدار باز دستگاه جوشکاری ، خطر دیگر تولید شدن هیدروژن و اکسیژن در جوشکاری مرطوب توسط قوس است .
اقدام های احتیاطی می بایستی در مورد بلند کردن کپسول های گاز نیز رعایت شود . به این دلیل که آنها به صورتی بالقوه توانایی زیادی برای منفجر شدن دارند. خطر بعدی ای که سلامت یا جان جوشکار را تهدید می کند نیتروژنی ایست که در فشار زیاد در معرض هوا قرار گرفته و می تواند به وی آسیب برساند . اقدامات احتیاطی شامل فراهم آوری یک منبع گاز یا هوای اضطراری می شود که در کنار غواص قرار گرفته است و نیز اتاقک فشار زدایی برای جلوگیری از خفگی توسط نیتروژن که بعد از اشباع شدن روی سطح پخش می شود .

مزایای جوشکاری خشک

۱) ایمنی غواص – جوشکاری در یک اتاقک صورت گرفته که موجب مصون ماندن جوشکار از جریانات اقیانوسی و یا احتمالاً موجودات دریایی می شود. این جایگاه خشک و گرم از روشنایی مطلوبی برخوردار بوده و از سیستم کنترل محیط خاصی نیز بهره می گیرد(ESC)۶ .

۲) کیفیت خوب جوش – این روش توانایی ایجاد جوش هایی را دارد که حتی می توان آن را با جوش های موجد در فضای باز و در مجاورت هوا مقایسه کرد. دلیل این امر اینست که دیگرآبی وجود ندارد که بخواهد جوش را خاموش و یا قطع کند. و نیز اینکه میزان هیدروژن (H۲) تولیدی آن خیلی کمتر از جوشکاری های مرطوب است.

۳) کنترل سطح– آماده سازی اتصال، هم ترازی لوله، بررسی آزمایش ضد مخرب (NDT)(۷) و غیره به صورت عینی کنترل و تنظیم می شوند.

۴) آزمون غیر مخرب ( NDT) – آزمون غیر مخرب برای محیط خشک جایگاه تسهیل شده است.

اینکه عیب و کاستیِ ناشناخته ای پدیدار شود، وجود دارد.

● معایب جوشکاری خشک:

۱) اتاقک یا جایگاه جوشکاری تجهیزات پیچیده و خدمات پشتیبانی زیادی را مستلزم می داند و خود اتاقک به طرز غیر متعارفی پیچیده است.

۲) هزینه و ارزش مالی این اتاقک به صورت قابل ملاحظه ای بالا بوده و بسته به عمق محل کار هزینه آن افزایش می یابد. عمق محل جوشکاری در کار تاثیر می گذارد، طوری که در اعماق بیشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژ های بالتر و متناسب با آن لازم و ضروری می باشد. انجام یک کار جوشکاری بدین شکل هزینه ای بالغ بر ۸۰۰۰۰۰ دلار دارد. و نیز گاهی اوقات نمی توان از یک اتاقک برای چند کار مختلف استفاده کرد، که البته این مشکل بستگی به نوع کارها و میزان تفاوت آنها دارد.

واکنش شما چیست؟
I like it
33%
interested
33%
Hate it
0%
What
33%
درباره نویسنده
محمد دمرلو