0
04136674922

جوشکاری زیر آب چیست و چگونه انجام می شود؟ + ویدیو

جوشکاری زیر آب در باور عموم

 

جوشکاری در زیر آب، شاید برای عموم مردم، موضوعی بسیار عجیب و غیر قابل تصور باشد. این افراد جوشکاری را بیشتر در کارهای ساختمانی، درب و پنجره سازی، ساخت سازه های فولادی در پارک و خیابان، جوشکاری لوله های گاز خانگی و مواردی از این قبیل دیده اند و انجام آن را با برق و جریان الکتریکی ممکن می دانند. از نظر این افراد، فرایندی که با جرقه، نور، حرارت و دمای بالا همراه است، چگونه می تواند در داخل آب انجام بگیرد؟! مگر آب نمی تواند این نور و حرارت را خاموش کند؟! آن ها از خطر برق گرفتگی در آب مطلع هستند و با خود می اندیشند برقراری جریان الکتریکی در داخل آب چگونه ممکن است؟! جوشکار چگونه از این خطر جان سالم به در می برد؟! با این ابهامات، طبیعی است که تصور عمومی از جوشکاری چیزی نباشد که بتوان آن را به آسانی در زیر آب انجام داد.

 

 

اصلاح باور عمومی در خصوص جوشکاری زیر آب:

 

علیرغم این تصور و باور عمومی، جوشکاری در زیر آب، فرایندی است که امروزه به وفور و به آسانی انجام می گیرد. قبل از ارائه ی توضیحات بیشتر، بهتر است باورهای عمومی و غیر تخصصی را با نکات زیر اصلاح کنیم:

 

  • حرارت لازم برای ایجاد مذاب فلز و انجام عمل جوش دادن قطعات فلزی به هم، از طریق ایجاد قوس الکتریکی تامین می شود و این روش متفاوت با تامین حرارت از طریق سوختن مواد سوختنی است. در فرایندهای معمول و روتین جوشکاری مثل جوش برق که مردم، جوشکاری را بیشتر با آن می شناسند، حرارت لازم برای ذوب فلز پر کننده و لبه های قطعه کار، از قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود و قطعه کار تامین می شود. قوس الکتریکی از تخلیه ی بار الکتریکی در فاصله ی هوایی بین دو قطب جریان (الکترود و قطعه کار) به وجود می آید و با نور و حرارت همراه است. در واقع وقتی الکترود و قطعه کار را به هم تماس دهند و سپس در فاصله ی کمی از یکدیگر قرار دهند، به خاطر فشار الکتریکی، الکترون ها از قطب منفی به قطب مثبت پرش می کنند و جرقه های اولیه ایجاد می شود. این جرقه ها موجب یونیزه شدن هوا یا گاز بین دو قطب می شود. الکترون های جریان برق از فاصله ی هوایی بین آن دو قطب عبور می کنند. این عمل موجب گرم شدن نوک الکترود می شود و الکترون های آزاد درون الکترود میل به خروج پیدا می کنند. همچنین یون ها و الکترون ها سریعاً به طرف قطب های مخالف خود در قوس حرکت می کنند و با برخورد الکترون ها به اتم های گاز موجود بین دو قطب جریان، موجب افزایش یونیزاسیون و پایداری قوس می شوند. این اتفاق هم در خشکی و هم در آب به راحتی اتفاق می افتد. با این تفاوت که در آب، به جای هوا یا گاز، مخلوط گازی (بخار آب و گازهای هیدروژن و اکسیژن ناشی از تجزیه آب) اطراف قوس در بین دو قطب یونیزه می شود و ایجاد و پایداری قوس الکتریکی به عنوان منبع تامین حرارت برای ذوب و جوش دادن قطعات به هم اتفاق می افتد.

 

 

  • در جوشکاری زیر آب از الکترودهای مخصوص با پوشش های ضد آب استفاده می شود. ترکیب این پوشش محافظ به گونه ای است که در مدت کار با الکترود در زیر آب، خواص الکترود را حفظ می کند و مانع از آن می شود که عملیات جوشکاری تحت تاثیرات منفی آب قرار بگیرد. این الکترودها علاوه بر ضد آب بودن، گاز بیشتری هم تولید می کنند که به عنوان محافظ و پایدار کننده ی قوس عمل می کند. هسته ی این الکترودها معمولاً از جنس فولاد پر استحکام و پوشش آن ها از نوع بازی است.

 

  • در جوشکاری زیر آب، تشکیل لایه ی ضخیمی از حباب های گاز و بخار آب در اطراف قوس، هم قوس و ناحیه ی جوش را از تاثیر آب و هم جوشکار را از تماس مستقیم با برق محافظت می کند. ضمن آن که، برای محافظت جوشکار از خطرات برق گرفتگی، شوک الکتریکی و صدمه دیدن در حین فرایند، از جریان مستقیم با قطب منفی، عایق بندی مناسب تجهیزات جوشکاری، اتصالات و کابل ها، قطع کننده های اضطراری برق (کلید چاقویی) و اقدامات احتیاطی دیگر استفاده می شود.

 

 

 

معرفی فرایند جوشکاری زیر آب و انواع آن:

 

با این توضیحات، اگر جوشکاری زیر آب دیگر فرایند عجیب و غیر قابل تصوری نیست، به معرفی آن می پردازیم:

 

جوشکاری زیر آب (Underwater Welding) از زمان جنگ جهانی اول برای تعمیر سریع کشتی های آسیب دیده مورد استفاده قرار گرفت و در حال حاضر، استفاده ی وسیعی در اجرا و تعمیر سکوها، اسکله ها و سازه های دریایی، دکل های حفاری چاه های نفت و گاز، خطوط لوله انتقال نفت و گاز از دریا، کشتی ها و غیره دارد. جوشکاری زیر آب از نظر محیط اطراف جوش به دو دسته ی جوشکاری مرطوب یا حالت تر (Wet Welding) و جوشکاری خشک (Dry Welding) تقسیم می شود. در جوشکاری مرطوب، جوشکار، قطعه کار و قسمتی از تجهیزات در داخل آب قرار می گیرد و جوشکاری در همان وضعیت بدون این که آب از اطراف قطعه به کناری زده شود انجام می گیرد. در مقابل، در جوشکاری خشک، ناحیه ی جوش از تماس با آب دور نگه داشته می شود. برای این منظور، اتاقک یا محفظه ای در اطراف سازه یا قطعه ی مورد جوشکاری تعبیه می شود. با تخلیه ی آب از داخل این اتاقک توسط پمپ تخلیه و گاز جایگزین آن می شود. سپس جوشکار وارد اتاقک می شود و عملیات جوشکاری در داخل آن انجام می گیرد. در جوشکاری خشک، می توان از روشی استفاده کرد که تنها ناحیه ی جوش در داخل یک جعبه یا محفظه ی خالی از آب قرار بگیرد و جوشکار در آب مانده و تنها دستش را داخل آن محفظه برده و جوشکاری نماید. به این روش، جوشکاری خشک – مرطوب یا جوشکاری با منطقه ی جزئی خشک شده (Dry Spot Welding) هم می گویند.

 

 

جوشکاری خشک خود به دو روش قابل انجام است:

 

  • جوشکاری خشک تحت فشاری معادل فشار هیدرواستاتیک آب یا جوشکاری هایپرباریک (Hyperbaric Welding):

در این روش، جوشکاری در محفظه ی انجام می گیرد که از گازهای فشرده پر شده، به نحوی که فشار داخل و خارج محفظه، تقریباً برابر است. گاز مورد استفاده می تواند ترکیبات مختلفی داشته باشد که انتخاب نوع مناسب آن بستگی به عوامل زیادی در پروژه دارد. از جمله از هوا، هوا با اکسیژن کمتر، آرگون و هلیوم با مقداری اکسیژن استفاده می شود. هوای تنفسی جوشکار نیز از طریق ماسک مخصوص تامین می شود. هوای قابل تنفس در داخل اتاقک کمتر در دسترس است.

 

  • جوشکاری خشک تحت فشار یک اتمسفر (Atmospheric Welding):

در این روش، فشار داخل محفظه پس از تخلیه ی آب تا یک اتمسفر کاهش می یابد و سپس جوشکار وارد محفظه می شود. در این روش، شرایط جوشکاری تقریباً مشابه جوشکاری در هوا است. کیفیت جوش در این روش بهتر از روش های جوشکاری مرطوب و هایپرباریک است، چون خواص جوش مستقل از عمق و خواص آب است و بستگی به فشار ندارد. مقاومت به ضربه ی جوش های ایجاد شده با این روش در اعماق زیاد نیز بسیار بالاتر از روش هایپرباریک است. علیرغم مزایای این روش، به دلایلی چون هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه، عدم امکان جابجایی و قابل استفاده بودن آن در یک محل، مشکل بودن تعبیه محفظه در سازه و پوشاندن کامل موضع اتصال، آسان نبودن تهویه ی محفظه در حین جوشکاری و غیره کمتر از آن استفاده می شود. 

 

 

 

مزایا و معایب جوشکاری مرطوب:

 

وقتی از جوشکاری زیر آب صحبت می شود، بیشتر جوشکاری مرطوب به ذهن متبادر می شود. این روش نسبت به جوشکاری خشک، عملیاتی تر است، انعطاف پذیری بهتر و بیشتری در اجرا دارد، هزینه های کمتر و فرایند ساده تری دارد. هر چند که نقاط ضعف مهمی نیز چون موارد زیر دارد:

 

  • با توجه به این که هدایت گرمایی در آب ۲۵ برابر و ظرفیت گرمایی ویژه آب نیز ۳۵۰۰ برابر هوا است، جوش و منطقه تحت تاثیرش در محیط آب به سرعت سرد می شود. سرعت زیاد سرد شدن کاهش خواص استحکامی و انعطاف پذیری، افزایش سختی، ایجاد ترک های سرد و کاهش سیالیت مذاب جوش را در پی دارد.
  • در این روش، ایجاد بخار در اطراف جوش باعث بروز مشکلاتی چون عدم رویت منطقه جوش توسط جوشکار می شود.
  • برای حفظ پایداری قوس در اعماق زیاد و فشار محیطی بیشتر نیاز به افزایش ولتاژ و جریان است. ولتاژ بالاتر موجب سخت شدن نگهداری قوس توسط جوشکار می شود. همچنین با افزایش ولتاژ و شدت جریان، مقدار هیدروژن محلول در جوش ها زیاد می شود. این مطلب در مورد اکسیژن هم صادق است. بنابراین جوش ها ترد و شکننده می شوند.
  • محدودیت زمان جوشکاری با افزایش عمق جوشکاری
  • خطراتی که سلامتی و ایمنی جوشکار را تهدید می کند مثل تجمع زیاد گاز هیدروژن و خطر انفجار، وارد شدن شوک الکتریکی و تحمل فشار زیاد.

 

 

نکات پایانی:

 

در پایان این توضیحات بهتر است به چند مسئله هم اشاره شود:

 

۱- در جوشکاری زیر آب از انواع فرایندهای جوشکاری قوسی با الکترود دستی (SMAW) یا جوش برق، جوشکاری قوسی با گاز محافظ (MIG/MAG و TIG)، جوشکاری قوسی با الکترود توپودری (FCAW)، جوشکاری قوس پلاسما، جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری انفجاری، جوشکاری ترمیت و جوشکاری زانده ای استفاده شده است. البته فرایند جوشکاری قوسی با الکترود دستی بیشتر در جوشکاری مرطوب استفاده می شود و در جوشکاری خشک به دلیل پیشگیری از آلودگی محفظه با دود و گازهای ناشی از سوختن فلاکس الکترود معمولاً از آن استفاده نمی شود و بیشتر از فرایندهای MIG/MAG یا TIG استفاده می شود.

۲- به دلیل بالاتر بودن سرعت سرد شدن جوش در آب نسبت به هوا، جنس فلز جوش در جوشکاری مرطوب باید حساسیت کمتری نسبت به حفره انقباضی و سخت شدن در اثر سریع سرد شدن داشته باشد. بنابراین معمولاً فولادهای کربنی در زیر آب جوشکاری می شود، هر چند که فولادهای کم آلیاژ، فولادهای زنگ نزن آستنیتی و برخی آلیاژهای دیگر را هم می توان جوشکار ینمود.

۳- مقاومت کششی جوش های زیر آب حدود ۸۰% و ازدیاد طول آن ها نیز حدود ۵۰% جوش های معمولی در هوا است.

۴- فشار یا عمق آب از پارامترهای موثر بر متالورژی و سلامت جوش و همچنین سلامت جوشکار است. با توجه به نوع کاربری این نوشته، اشاره ای به متالورژی جوش های زیر آب نمی کنیم ولی بد نیست این نوشته را با مطلبی از مصاحبه ی آقای حسین جنگجو رئیس واحد تعمیرات زیر آب شرکت نفت فلات قاره در سال ۹۴ به پایان برسانیم. آقای جنگجو در آن تاریخ با سابقه ی ۳۰ ساله در دریا و کار زیر آب به عنوان غواص صنعتی و جوشکار زیر آب، دید بسیار خوبی از سختی های جوشکاری در زیر آب ارائه می دهد. بخشی از این مصاحبه، را در ادامه ی مطلب می خوانید:

 

“یک غواص برای شنا در عمق بیشتر از ۵۰ متر معمولاً از کپسول‌های ۱۰ تا ۱۲ لیتری مقاوم در برابر فشار آب استفاده می‌کند که البته آن میزان اکسیژن کمتر از ۲۰ دقیقه جواب می‌دهد ولی اگر بخواهند زمان بیشتری را برای فعالیت در عمق زیاد اختصاص دهند، باید از اتاقک مخصوصی استفاده کنند که استفاده از  آن هم شرایط خاص خودش را دارد. فشار در عمق دریا بسیار زیاد است، وقتی کسی در عمق کمتر از ۱۰ متر در آب قرار می‌گیرد در واقع فشاری برابر ۲ اتمسفر را تحمل می‌کند. یک اتمسفر به ازای ۱۰ متر ستون آب و ۱ اتمسفر به ازای فشار هوای بالای سطح آب. با این حساب با توجه به اینکه هر ۱۰ متر در آب یک اتمسفر فشار دارد، بنابراین غواصی که در عمق ۴۰ متری شنا می‌کند، ۵ اتمسفر فشار را تحمل می‌کند.

برای روشن شدن این مسأله باید مثالی بزنم: غواصی که در عمق ۵۰ متر شنا می‌کند، نمی ‌تواند برای بازگشت به سطح آب سریع به ‌سوی بالا شنا کند زیرا فشار آب، بدن غواص را از داخل نابود می‌کند. بنابراین شناگر باید به عمق ۴۰ متری بیاید و چند دقیقه‌ای در این عمق بماند تا نیتروژن خونش تخلیه شود، سپس دوباره در عمق ۷-۶ متری سطح آب ۱۰ تا ۱۲ دقیقه‌ ای شنا کند و بعد از عادی شدن وضعیت فشاری به سطح آب برسد.

غواصان گاهی برای ترمیم و تعمیر تأسیسات یا فعالیتی که در اعماق بیش از ۵۰ متر صورت بگیرد باید ساعت ‌ها و حتی روزها زیرآب باقی بمانند. بنابراین برای افزایش ایمنی و مقرون به صرفه بودن عملیات، از محفظه‌ای شبیه به اتاقک استفاده می‌کنند که توسط جرثقیل از روی عرشه به عمق مورد نظر منتقل می‌شود. اکسیژن این اتاقک از شناور تأمین می‌شود. غواص وقتی کارش به پایان می‌رسد بالا کشیده می‌شود و اتاقک به محفظه‌ای بزرگ تر که ایزوله است و فشارش با فشار اتاقک یکسان است، منتقل می‌شود. در این محفظه ی بزرگ امکاناتی همچون تختخواب، غذا و حمام وجود دارد تا غواص با استراحت مناسب برای کار در روز بعد آمادگی داشته ‌باشد.

 

 

گاهی مدت فعالیت غواصان در این‌گونه عملیات ‌ها بیش از ۲ هفته طول می‌کشد و پس از پایان کار این افراد باید دست‌کم دو روز را داخل اتاقک ‌های مخصوص بمانند تا فشار بدنشان با فشار سطح آب یکسان شود.

برخلاف تصور اینکه برخی فکر می ‌کنند غواصی در عمق زیاد آن هم با محفظه ‌ای که چیزی نمی ‌تواند وارد آن شود و خطرات طبیعی نمی‌تواند غواص را تهدید کند، مساله ساده ای است، اما فشاری که به غواص وارد می‌ شود، می ‌تواند او را فلج کند، باعث پارگی رگ‌ هایش شود، به سیستم تنفسی او آسیب بزند و یا باعث آمبولی و لخته شدن خون شود. گاهی حباب هوا وارد خون می ‌شود و در نقطه ‌ای از بدن متوقف می‌ شود که باعث توقف جریان خون می گردد. در نتیجه بافت مربوطه فلج می‌شود و اگر خدای نکرده این اتفاق در محدوده ی قلب، مغز یا نخاع بیفتد بسیار خطرناک خواهد ‌بود”.

 

 

 


 + ویدیو:

 

نام ویدئو به فارسی: جوشکاری زیر آب

نام ویدئو به انگلیسی (در یوتیوب): underwater welding

زمان ویدئو: ۴ دقیقه و ۲۴ ثانیه

فرمت ویدئو: MP4 با کیفیت ۷۲۰

زبان: بدون کلام

زیرنویس:

مشاهده ویدیو:

 

 

لینک مشاهده و دانلود از آپارات:

 

حجم: ۲۴ مگابایت (کیفیت ۴۸۰) و ۳۸ مگابایت (کیفیت ۷۲۰)

 

 

 

 

نوشته مرتبط دیگر در عصر مواد:


 

ارسال دیدگاه