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

بيش از يک صد سال است که قوس الکتريکي در جهان شناخته شده و بکار گرفته مي شود. اما اولين جوشکاري زير آب توسط نيروي دريايي بريتانيا انجام شد- در آن زمان يک کارخانه کشتي سازي براي آب بند کردن نشت هاي موجود در پرچ هاي زير کشتي که در آب واقع شده بود از جوشکاري زير آبي بهره گرفت. در کارهاي توليدي که در زير آب انجام مي پذيرد، جوشکاري زير آبي يک ابزار مهم و کليدي به شمار مي آيد. در سال ۱۹۴۶ الکترود هاي ضد آب ويژه اي توسط وان در ويليجن۱ در هلند توسعه يافت. سازه هاي فرا ساحلي از قبيل دکل هاي حفاري چاه هاي نفت، خطوط لوله و سکوهاي ويژه اي که 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 تشکيل دهنده اش و يا حوادث غير مترقبه از قبيل طوفان تجربه خواهند کرد. در اين ميان هرگونه روش بازسازي و مرمت در اين گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشکاري زير آبي 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. آزادي عملي که جوشکار در حين جوش کاري از اين روش دارد، جوشکاري مرطوب را موثر تر و به روشي کارا و از نقطه نظر اقتصادي مقرون به صرفه کرده است. تامين کننده نيروی جوشکاري روي سطح مستقر شده است و توسط کابل ها و شيلنگ ها به غواص يا جوشکار متصل مي 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

مزاياي جوشکاري مرطوب

جوشکاري مرطوب که 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 جوشکاري مرطوب مي توان به موارد زير اشاره کرد:

۱) چند کاره بودن و داشتن هزينه کمتر در جوشکاري مرطوب باعث شده که ميل و اشتياق بيشتري به اين روش وجود داشته باشد.

۲) برخورداري از سرعت مناسب در هنگام اجراي طرح از ديگر مزاياي اين روش است.

۳) در مقايسه با جوشکاري خشک هزينه کمتري دارد.

۴) در اين روش جوشکار مي تواند به قسمت هايي از سازه هاي فرا ساحلي دسترسي داشته باشد که با استفاده از روش هاي ديگر قابل جوشکاري نيست.

۵) 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 يک کار جوشکاري مورد نياز نيست.

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

 جوشكاری بیش فشار(جوشكاری خشك)

جوشكاری بیش فشار در اتاقك های پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای كه می خواهد جوشكاری شود، استفاده می شود. این اتاقك در یك فشار معمولی پر از گاز می شود (كه معمولاً از هلیوم حاوی نیم بار۵ اكسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو و اكسیژن كه قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری كه جوشكاری آنجا صورت می پذیرد و یا فشاری بیشتر از آن اجرا می شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با كیفیتی ایجاد می شود به طوری كه با اشعه ایكس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می شود. فرایند جوشكاری قوس گاز تنگستن در این قسمت بكار گرفته خواهد شد. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراین جوشكاری در محل خشكی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیكی آب دریا كه 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 .

مزاياي جوشکاري خشک

۱) ايمني غواص – جوشکاري در يک اتاقک صورت گرفته که موجب مصون ماندن جوشکار از جريانات اقيانوسي و يا احتمالاً موجودات دريايي مي شود. اين جايگاه خشک و گرم از روشنايي مطلوبي برخوردار بوده و از سيستم کنترل محيط خاصي نيز بهره مي گيرد(ESC)۶ .

۲) کيفيت خوب جوش – اين روش توانايي ايجاد جوش هايي را دارد که حتي مي توان آن را با جوش هاي موجد در فضاي باز و در مجاورت هوا مقايسه کرد. دليل اين امر اينست که ديگرآبي وجود ندارد که بخواهد جوش را خاموش و يا قطع کند. و نيز اينکه ميزان هيدروژن (H۲) توليدي آن خيلي کمتر از جوشکاري هاي مرطوب است.

۳) کنترل سطح– آماده سازي اتصال، هم ترازي لوله، بررسي آزمايش ضد مخرب (NDT)(۷) و غيره به صورت عيني کنترل و تنظيم مي شوند.

۴) آزمون غير مخرب ( NDT) – آزمون غير مخرب براي محيط خشک جايگاه تسهيل شده است.

اينکه عيب و کاستيِ ناشناخته اي پديدار شود، وجود دارد.

● معايب جوشکاري خشک:

۱) اتاقک يا جايگاه جوشکاري تجهيزات پيچيده و خدمات پشتيباني زيادي را مستلزم مي داند و خود اتاقک به طرز غير متعارفي پيچيده است.

۲) هزينه و ارزش مالي اين اتاقک به صورت قابل ملاحظه اي بالا بوده و بسته به عمق محل کار هزينه آن افزايش مي يابد. عمق محل جوشکاري در کار تاثير مي گذارد، طوري که در اعماق بيشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژ هاي بالتر و متناسب با آن لازم و ضروري مي باشد. انجام يک کار جوشکاري بدين شکل هزينه اي بالغ بر ۸۰۰۰۰۰ دلار دارد. و نيز گاهي اوقات نمي توان از يک اتاقک براي چند کار مختلف استفاده کرد، که البته اين مشکل بستگي به نوع کارها و ميزان تفاوت آنها دارد.

واکنش شما چیست؟
I like it
50%
interested
50%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
محمد دمرلو