آموزش گام به گام دستورالعمل جوشکاری (WPS) و تایید آن (PQR) – قسمت 16

تهیه دستورالعمل جوشکاری (WPS) و تایید آن (PQR) و تایید صلاحیت جوشکاران (WPQ) از مهم ترین فعالیت های یک پروژه جوشکاری است که بر اساس کدها و استانداردهایی چون ASME SEC IX (9) ،AWS D1.1 و API 1104 انجام می گیرد. اگر زمان زیادی از آخرین WPS ای که نوشته اید گذشته است و نیاز به مرور نحوه ی تدوین WPS دارید، یا اگر می خواهید راهنمای کاملی برای تهیه WPS و PQR در اختیار داشته باشید، همچنین اگر مبتدی هستید و می خواهید بدون پرداخت هزینه های زیاد، روش تهیه WPS و PQR، آزمون های ارزیابی و تایید جوش، تایید صلاحیت جوشکار را یاد بگیرید و در کنار آن، ده ها نکته و مطلب کاربردی در زمینه فرایندها، تکنیک و روش کار جوشکاری را بلد شوید، با وب سایت عصر مواد در آموزش گام به گام و نکته به نکته تهیه دستورالعمل جوشکاری (WPS) و تایید آن (PQR) همراه ما باشید. این آموزش به صورت پرسش و پاسخ تدوین شده است و در خلال مطالب نوشتاری، از عکس، اینفوگرافیک، فایل صوتی و ویدئو برای آموزش بهتر هم کمک گرفته می شود. با توجه به اینکه متن این آموزش به فاصله کوتاهی پس از تولید محتوا، عرضه می شود، برنامه ریزی ما بر این است که مثل سریال های نمایش خانگی، هر هفته یک قسمت از این مجموعه ی چند قسمتی در وب سایت عصر مواد منتشر و تقدیم صنعت گران، دانشجویان و کارشناسان رشته های فنی شود. شما می توانید عصر مواد و محتوای آن را از نسخه اندرویدی و شبکه های اجتماعی آن هم دنبال کنید. پرسش های خود را هم می توانید از پایین همین صفحه در قسمت ثبت دیدگاه ارسال کنید، در اسرع وقت پاسخ داده خواهد شد. برای اطلاع از سایر آموزش های گام به گام در وب سایت عصر مواد اینجا کلیک کنید.

پس از اینکه جنس قطعات پایه در دستورالعمل جوشکاری مشخص شد، نوبت به مشخص کردن مشخصات ابعادی آن ها می رسد. اطلاعات ضروری در این بخش، محدوده ضخامت (Thickness Range) مقطع جوشکاری و در صورتی که قطعه مورد جوشکاری لوله باشد محدوده قطر لوله (Pipe Diameter Range) است.

پرسش ۶۷ – در یک پروژه، از سه گروه ورق فولادی با ضخامت های ۷، ۱۰ و ۱۵ میلی متر استفاده می شود. آیا برای هر گروه از این ورق ها نیاز به WPS جداگانه است؟ یعنی باید یک WPS برای ورق های ۷ میلی متری، یک WPS برای ورق های ۱۰ میلی متری و یک WPS دیگر برای ورق های ۱۵ میلی متری تهیه شود؟ آیا می توان جوشکاری آن ها را با یک WPS انجام داد؟

برای کاهش تعداد WPS های پروژه، در صورت ثابت بودن متغیرهای ضروری مثل فرایند جوشکاری و جنس مواد پایه، می توان به جای یک ضخامت معین، محدوده ای از ضخامت ها را با یک WPS جوشکاری نمود. البته این موضوع قابل تعمیم به هر محدوده ضخامتی نیست و از یک قاعده ای پیروی می کند. از آن جایی که هر WPS باید توسط یک PQR تایید و پشتیبانی شود، ضخامت مشخص شده در WPS در محدوده ای انتخاب می شود که ضخامت نمونه آزمون PQR، محدوده ضخامت فلز پایه را بتواند پشتیبانی نماید، یعنی با یک PQR بتوانیم آن WPS را تایید کنیم. برای این منظور، می توان از جداول QW-451.1 تا QW-451.3 استاندارد ASME SEC IX و جداول ۴٫۱ تا ۴٫۴ استاندارد AWS D1.1 کمک گرفت.

به عنوان مثال، جدول QW-451.1 استاندارد ASME SEC IX توضیح داده می شود:

در این جدول، رابطه ی بین ضخامت نمونه آزمون PQR و ضخامت فلز پایه ای که با این نمونه آزمون تایید می شود، ذکر شده است. بر اساس این جدول می توانیم محدوده ضخامت مقطع جوشکاری را در WPS طوری تعریف کنیم که هم بتوان با یک WPS محدوده ضخامت بیشتری را جوشکاری کرد و هم نیاز به PQR کمتری باشد. برای مثال طبق این جدول، اگر ضخامت (T) نمونه آزمون PQR مساوی یا بیشتر از ۱٫۵ و کمتر از ۱۰ میلی متر باشد، می توان فلز پایه با ضخامت ۱٫۵ میلی متر تا ۲T را با استناد به آن PQR به تایید رساند. این بدین معنا است که اگر ضخامت فلزات پایه در محدوده ۱٫۵ تا ۲۰ میلی متر باشد، WPS هر فلز پایه در این محدوده ضخامت را، با فرض ثابت بودن سایر پارمترهای ضروری، می توان تنها با یک PQR با ضخامت نمونه آزمون ۹٫۹۹ میلی متر به تایید رساند. اگر بخواهیم از نمونه آزمونی با ضخامت کمتر مثلاً ۵ میلی متر استفاده کنیم، WPS برای ضخامت فلز پایه در محدوده ی ۱٫۵ تا ۱۰ میلی متر تهیه می شود. با توضیحات گفته شده، در فرض سوال برای جوشکاری ورق های ۷، ۱۰ و ۱۵ میلی متری، به دلیل اینکه تایید WPS آن ها با یک PQR با ضخامت نمونه آزمون ۷٫۵ میلی متر ممکن است، می توان از یک WPS استفاده کرد.

پرسش ۶۸ – می خواهیم دو لوله فولادی با DN 25 را به هم جوش بدهیم. ضخامت مقطع جوشکاری را از کجا به دست آوریم؟

در جوش شیاری نفوذ کامل دو لوله به هم، ضخامت مقطع جوشکاری برابر با ضخامت جداره یا گوشتی لوله است. بهترین و مطمئن ترین راه برای اطلاع از ضخامت دقیق جداره، اندازه گیری ضخامت لوله ها است. اگر تهیه کننده ی WPS به هر دلیلی دسترسی به لوله برای اندازه گیری ضخامت ندارد، به کاتالوگ و دیتاشیت سازنده مراجعه نماید. سازنده های معتبر اطلاعات لازم در این خصوص را در کاتالوگ های خود ذکر می کنند. اگر کاتالوگ های کاغذی را در اختیار ندارید، می توانید به وب سایت سازنده مراجعه کرده و اطلاعات لازم را از آن جا پیدا کنید یا اینکه در صورت امکان با سازنده تماس بگیرید. اگر هر دوی این راه ها میسر نشد، ضخامت جداره لوله بر اساس DN یا NPS لوله و عدد اسکجول (Schedule Number) آن در برخی استانداردها مشخص شده است. البته ممکن است این مقدار در داخل یک تلرانس معین با اندازه واقعی ضخامت لوله مغایرت داشته باشد.

پرسش ۶۸ – در چه استانداردهایی به ابعاد لوله ها اشاره شده است؟

ابعاد مهم لوله های فولادی جوشی (درزدار) و بدون درز در استاندارد ASME B36.10M و لوله های فولاد زنگ نزن در استاندارد ASME B36.19M آمده است. در برخی استانداردهای ASTM مربوط به لوله های فولادی از جمله ASTM A53 (مشخصات فنی لوله های فولاد سیاه و گالوانیزه جوشکاری شده یا بدون درز)، ASTM A312 (مشخصات فنی لوله های فولاد زنگ نزن آستنیتی جوشکاری شده یا بدون درز) نیز به ابعاد مهم لوله ها اشاره شده است.

در این استانداردها مطابق شکل زیر از جدول ۱ استاندارد ASME B36.10M می توانیم ضخامت جداره (wall thickness) و قطر خارجی لوله (outside diameter) را بر حسب NPS یا DN و عدد اسکجول (Schedule Number) آن مشخص کنیم.

خاطر نشان می شود که در لوله ها چند بعد و اصطلاح مهم هستند:

قطر خارجی (Outside Diameter) که به اختصار OD گفته می شود،
قطر داخلی (Inside Diameter) که به اختصار ID گفته می شود،
ضخامت جداره (Wall Thickness)،
NPS یا DN لوله
و اسکجول یا اسکجوئل یا شجول (Schedule Number) لوله.

پرسش ۶۹ – DN یا NPS لوله چیست؟

از DN یا NPS برای بیان سایز لوله استفاده می شود. DN مخفف Diameter Nominal به معنی قطر اسمی، پارامتر سایز اسمی لوله است. DN مشخصه ای بدون بعد از اندازه لوله است که در سیستم واحد متریک و به وسیله سازمان جهانی استاندارد (ISO) توسعه یافته است. این پارامتر بیش از اینکه مشخص کننده اندازه واقعی لوله باشد به عنوان روشی برای متمایز ساختن لوله ها از یکدیگر و نام گذاری آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. در مقابل DN در سیستم متریک، سیستم اینچی از NPS به همان منظور استفاده می کند که مخفف عبارت Nominal Pipe Size است.

قطر خارجی لوله (OD) در یک DN یا NPS مشخص ثابت است و با تغییر ضخامت جداره، تنها قطر داخلی لوله (ID) کاهش می یابد.

در لوله هایی با NPS برابر ۱۲ و کمتر، عدد NPS کوچک تر از قطر خارجی واقعی لوله است. برای مثال در لوله هایی با سایز اسمی ۸ و ۱۲، قطر خارجی آن به ترتیب ۸٫۶۲۵ و ۱۲٫۷۵۰ اینچ است. در لوله های با NPS بزرگ تر از ۱۲، قطر خارجی واقعی لوله برابر عدد NPS است. برای مثال در لوله هایی با سایز اسمی ۱۴ و ۸۰، قطر خارجی آن به ترتیب ۱۴ و ۸۰ اینچ است.

برای مطالعه بیشتر، بر روی نوشته زیر از عصر مواد کلیک کنید:

DN یا NPS لوله چیست؟

پرسش ۷۰ – عدد اسکجول (Schedule Number) لوله چیست؟

سازمان استاندارد آمریکا (ANSI) برای مشخص کردن ضخامت جداره ی لوله ها یا رده بندی لوله ها بر اساس ضخامت یا مقاومت آن در برابر فشار سیال، از یک پارامتری به نام (Schedule Number (Sch. No استفاده می کند که در ایران با اصطلاح هایی چون عدد اسکجول یا اسکجوئل یا شجول شناخته می شود. این عدد گاه به عنوان رده لوله یا معرفی از استحکام آن استفاده می شود. عدد اسکجول در سال ۱۹۳۹ توسط ANSI جایگزین روش وزنی گروه بندی لوله ها شده است. در روش وزنی، برای هر لوله با قطر اسمی معین، وزن مشخصی را استاندارد کرده اند که به این لوله ها استاندارد یا STD می گویند (STD: Standard weight)، به لوله هایی که نسبت به لوله های STD یک برابر قوی شده اند، لوله های سنگین یا XS می گویند (XS: Extra-Strong) و به لوله هایی که نسبت به لوله های STD دو برابر قوی شده اند، لوله های فوق سنگین یا XXS می گویند(XXS: Double Extra-Strong). در قطر اسمی معین، تفاوت این سه گروه در ضخامت دیواره و وزن لوله ها است.

در جدول ۱ استاندارد ASME B36.10M عدد اسکجول و مشخصه ی وزنی لوله های فولادی مشخص شده است. بخشی از این جدول را در پاسخ پرسش ۶۸ دیدید. مشخصه ی وزنی STD معادل عدد اسکجول ۴۰ و مشخصه ی وزنی XS معادل عدد اسکجول ۸۰ است. مشخصه وزنی XXS منطبق بر یک عدد اسکجول نیست یا در واقع اسکجول های بالای ۱۶۰ را شامل می شود.

در جدول ۱ استاندارد ASME B36.10M، با در اختیار داشتن DN یا NPS و Sch. No لوله می توانیم ضخامت آن را مشخص کنیم. هیچ فرمولی بین عدد اسکجول و ضخامت لوله وجود ندارد، بلکه باید ضخامت لوله را بر حسب عدد اسکجول و سایز اسمی لوله از استانداردها مثل جدول ۱ استاندارد ASME B36.10M یا دیتاشیت سازنده ها پیدا کرد. قطر خارجی لوله (OD) در یک عدد اسکجول مشخص ثابت است و با تغییر عدد اسکجول، ضخامت جداره کم یا زیاد شده و تنها قطر داخلی لوله (ID) افزایش یا کاهش می یابد.

برای مطالعه بیشتر، بر روی نوشته زیر از عصر مواد کلیک کنید:

عدد اسکجول (Schedule) لوله چیست؟

پرسش ۷۱ – در یک پروژه، از سه گروه لوله فولادی با NPS های ۱/۲، ۱ و ۲ اینچ استفاده می شود. آیا برای هر گروه از این لوله ها نیاز به WPS جداگانه است؟ یعنی باید یک WPS برای لوله ۱/۲ اینچ، یک WPS برای لوله ۱ اینچ و یک WPS دیگر برای لوله های ۲ اینچ تهیه شود؟ آیا می توان جوشکاری آن ها را با یک WPS انجام داد؟

برای کاهش تعداد WPS های پروژه، در صورت ثابت بودن متغیرهای ضروری مثل فرایند جوشکاری و جنس مواد پایه، می توان به جای یک قطر معین، محدوده ای از قطرها را با یک WPS جوشکاری نمود. البته این موضوع قابل تعمیم به هر محدوده قطری نیست و از یک قاعده ای پیروی می کند. از آن جایی که هر WPS باید توسط یک PQR تایید و پشتیبانی شود، قطر مشخص شده در WPS باید در محدوده ای باشد که قطر نمونه آزمون PQR، محدوده قطر فلز پایه را بتواند پشتیبانی نماید. برای این منظور، می توانیم از جداول QW-452.3 و QW-452.4 استاندارد ASME SEC IX استفاده کنیم.

در این جدول رابطه ی بین قطر خارجی (OD) نمونه آزمون PQR و قطر خارجی لوله هایی که با این نمونه آزمون تایید می شود، ذکر شده است. بر اساس این جدول می توانیم محدوده قطر لوله مورد جوشکاری را در WPS طوری تعریف کنیم که هم بتوان با یک WPS محدوده قطر بیشتری را جوشکاری کرد و هم نیاز به PQR کمتری باشد. برای مثال طبق این جدول، اگر قطر خارجی (OD) نمونه آزمون PQR کمتر از ۲۵ میلی متر باشد (OD<25)، می توان لوله هایی با حداقل OD برابر با OD نمونه آزمون تا هر OD بزرگتری را با استناد به آن PQR به تایید رساند. این بدین معنا است که اگر چند لوله با OD های مختلف داشته باشیم، با فرض ثابت بودن سایر پارمترها، می توان از یک WPS برای جوشکاری آن ها استفاده کرد، به شرطی که برای تهیه نمونه PQR از لوله هایی با OD برابر با OD کوچک ترین لوله استفاده کنیم. در فرض سوال، می توانیم لوله های ۱/۲، ۱ و ۲ اینچ (به ترتیب با OD برابر با ۲۱٫۳، ۳۳٫۴ و ۶۰٫۳ میلی متر) را با یک WPS جوشکاری کنیم، به شرطی که اولاً OD نمونه PQR برابر با ۲۱٫۳ انتخاب شود و ثانیاً ضخامت نمونه PQR هم به نحوی انتخاب شود که بتواند مطابق با توضیحات پاسخ پرسش ۶۷ ضخامت لوله های ۱/۲، ۱ و ۲ اینچ را پوشش دهد.

در مورد مثال فوق، اگر از یک نمونه PQR با قطر خارجی ۳۳٫۴ میلی متر (لوله ۱ اینچ) استفاده شود، با توجه به جدول QW-452.3، از آنجایی که حداقل قطر نمونه ای که با این PQR می تواند تایید شود، ۲۵ میلی متر است، جوشکاری لوله ۱/۲ اینچ (با قطر خارجی ۲۱٫۳ میلی متر) با این PQR تایید نمی شود.