آموزش گام به گام تهیه دستورالعمل جوشکاری (WPS) و تایید آن (PQR) – قسمت 4

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. قسمت قبلی این مطلب را هم از اینجا بخوانید.

سوال ۱۶- بخش مربوط به فرایندهای جوشکاری در WPS را چگونه پر کنیم؟

تهیه کننده WPS بر اساس آشنایی قبلی با فرایندهای جوشکاری، طرح اتصال و ویژگی های آن، خصوصیات جوش، امکانات موجود، مهارت جوشکاران، خواسته های طراح، شرایط و تعهدات پروژه و موارد دیگر، نسبت به انتخاب فرایند اقدام می کند. در WPS، علاوه بر نوع فرایند، نحوه انجام آن نیز مشخص می شود. در یک طبقه بندی، نحوه ی انجام فرایند جوشکاری به دستی (Manual)، ماشینی (Machine)، خودکار (Automatic) و نیمه خودکار (Semi-Automatic) تقسیم می شود. فرایندهایی مثل SMAW به صورت دستی انجام می شود. فرایند GTAW ممکن است دستی یا ماشینی و خودکار باشد. فرایندهایی مثل SAW ،GMAW و FCAW در صورت جوشکاری دستی، نیمه خودکار محسوب می شوند ولی اگر جوشکاری دستی انجام نشود و حرکت مفتول خودکار باشد، ماشینی یا خودکار محسوب می شوند. توضیحات بیشتر در مورد روش های دستی، نیمه خودکار، خودکار و غیره را در پرسش ۲۸ مطالعه بفرمایید.

سوال ۱۷- از چه فرایندها و روش هایی برای جوشکاری قطعات استفاده می شود؟

قبل از توضیح در مورد فرایندهای جوشکاری، به دلیل اهمیت تعریف اصطلاح جوش (Weld) در گروه بندی و شناخت این فرایندها، ابتدا جوش را تعریف می کنیم. مطابق با تعریف AWS، جوش عبارت است از اتصال موضعی فلزات یا غیر فلزات به یکدیگر از طریق اعمال حرارت یا اعمال فشار یا هر دو، با و یا بدون استفاده از مواد پر کننده. مطابق با این تعریف، انواع روش های جوشکاری را می توان به سه گروه عمده ی جوشکاری ذوبی یا حالت مایع (Fusion Welding)، جوشکاری غیر ذوبی یا حالت جامد (Solid-State Welding) و لحیم کاری سخت و نرم (Brazing & Soldering) تقسیم نمود.

در جوشکاری ذوبی لبه های دو قطعه ذوب می شوند و با مذاب حاصل از ذوب ماده پر کننده ی درز مخلوط می شود و در نهایت دو قطعه پس از انجماد مذاب به هم متصل می شوند. در این نوع جوشکاری، برای ذوب لبه های قطعه کار و پر کننده نیاز به منبع حرارتی است. منبع مورد استفاده برای ذوب مواد در موضع جوش مبنای تقسیم بندی جوشکاری ذوبی به دو گروه الکتریکی (Electrical) و شیمیایی (Chemical) است.

برای ذوب مواد به روش الکتریکی می توان از ۵ منبع حرارتی قوس (Arc)، مقاومت الکتریکی (Resistance)، انرژی تشعشعی (Radiation)، هدایت حرارتی (Conduction) و جریان القایی (Induction) استفاده نمود. برای ذوب مواد به روش شیمیایی هم از دو منبع حرارتی شعله (Flame) و واکنش های جامد (Solid Reactants) استفاده می شود.

در شکل زیر فرایندهای مرتبط با این نوع طبقه بندی مشخص شده است. با کلیک بر روی متن زیر تصویر، تصویر واضح و بزرگ تر را در فرمت PDF از عصر مواد دریافت کنید.

دسته بندی جوشکاری ذوبی طبق AWS A3.0

در جوشکاری غیر ذوبی یا حالت جامد، لبه های دو قطعه در محل تماس با هم ذوب نمی شود بلکه عمل اتصال با نیروی فشار مکانیکی و حذف فاصله اتم ها از هم در محل اتصال انجام می شود. قبل از اعمال فشار، قطعات تا زیر دمای ذوب حرارت می بینند و به حالت خمیری می رسند.

در این نوع جوشکاری، حرارت از سه منبع انرژی الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی به شرح زیر تامین می شود:

الکتریکی: انرژی تشعشعی، مقاومت الکتریکی و جریان القایی

شیمیایی: انرژی تشعشعی، شعله و انفجار

مکانیکی: اصطکاک و جوش سرد

دسته بندی جوشکاری حالت جامد طبق AWS A3.0

علاوه بر روش های جوشکاری ذوبی و حالت جامد، لحیم کاری نرم (Soldering) و سخت (Brazing) نیز طبق تعریف AWS از روش های جوشکاری محسوب می شود که البته در آن فلز اصلی ذوب نمی شود و محل اتصال با ذوب یک پر کننده با کمک منبع انرزی الکتریکی یا شیمیایی پر می شود.

تفاوت لحیم کاری نرم و سخت در اینست که دمای لیکوئیدوس (پایین ترین دمایی که فلز به طور کامل مایع است) ماده پر کننده در لحیم کاری نرم (Soldering) زیر ۴۵۰ درجه سانتیگراد است، در حالی که دمای لیکوئیدوس ماده پر کننده در لحیم کاری سخت (Brazing) بالای ۴۵۰ درجه سانتیگراد و زیر دمای سالیدوس (بالاترین دمایی که فلز به طور کامل جامد است) فلز پایه است.

مطابق با نوع گروه بندی شرح داده شده و در نظر نگرفتن لحیم کاری به عنوان یک روش جوشکاری، انواع فرایندهای جوشکاری را می توان در ۶ گروه اصلی زیر تقسیم بندی و معرفی نمود:

فرایندهای جوشکاری قوس الکتریکی (Arc Welding) شامل:

فرایندهای جوشکاری قوس تحت پوشش سرباره یا فلاکس مثل جوشکاری قوس الکترود دستی (SMAW)، جوشکاری قوس زیر پودری (SAW) و جوشکاری قوس توپودری (FCAW)

فرایندهای جوشکاری قوس تحت پوشش گاز محافظ مثل جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW)، جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری قوس پلاسما (PAW)

فرایندهای جوشکاری قوس بدون محافظت مثل جوشکاری قوس با فلز لخت (BMAW) و جوشکاری قوس کربن (CAW)

فرایندهای جوشکاری قوس تحت اعمال فشار مثل جوشکاری زائده ای (Stud Welding)

فرایندهای جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding)

مثل جوشکاری مقاومتی نقطه ای (RSW) و جوشکاری مقاومتی غلطکی (RSEW)

فرایندهای جوشکاری حالت جامد (Solid-State Welding)

مثل جوشکاری انفجاری (Explosion Welding) و جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding)

فرایندهای جوشکاری با گاز سوختی و اکسیژن (Oxyfuel Gas Welding)

مثل جوشکاری اکسی استیلن (OAW)

فرایندهای جوشکاری با پرتوهای پر انرژی (High Energy Beam Welding)

مثل جوشکاری با پرتو لیزر (LBW) و جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW)

سایر روش های جوشکاری

مثل جوشکاری ترمیت (Thermite Welding) و جوشکاری سرباره الکتریکی (Electroslag Welding)

سوال ۱۸- کدام یک از فرایندهای جوشکاری پر کاربرد هستند؟

هر یک از فرایندهایی که برای جوشکاری و اتصال قطعات استفاده می شوند کاربرد مخصوص خود را داشته و از اهمیت برخوردارند، لیکن برخی فرایندها رواج بیشتری در اکثر صنایع داشته و از کاربرد زیادی برخوردارند. به برخی از این فرایندها و خلاصه ای از روش کار و کاربرد آن ها در ادامه اشاره می شود.

سوال ۱۹- جوشکاری قوس الکترود دستی یا الکترود روکش دار (SMAW) چیست؟ Stick Welding چیست؟ جوشکاری برق با الکترود دستی چگونه انجام می شود؟

جوشکاری قوس الکترود دستی یا الکترود روکش دار (Shielded Metal Arc Welding) که به اختصار SMAW گفته می شود، از فرایندهای جوشکاری ذوبی است که تامین حرارت در آن از طریق قوس الکتریکی و محافظت از حوضچه مذاب در آن با سرباره یا فلاکس حاصل از ذوب الکترود روکش دار انجام می گیرد. این فرایند به روش دستی قابل انجام است و در منابع اروپایی با اصطلاح MMAW (Manual Metal Arc Welding) شناخته می شود و در صنعت هم بیشتر با نام Stick Welding مطرح است. این روش کاربرد زیادی در اکثر صنایع بخصوص ساخت سازه، قطعات و تجهیزات صنعتی و ساختمانی دارد. در این فرایند، حرارت از طریق تشکیل و برقراری قوس الکتریکی بین یک الکترود فلزی روکش دار و قطعه کار تامین می شود. این قوس الکتریکی انرژی لازم برای ذوب فلز پایه و الکترود را تامین می کند. الکترود به عنوان یک ماده ی پر کننده ذوب شده و درز اتصال را پر می کند. روکش الکترود نیز وظایفی چون محافظت از حوضچه مذاب و کمک به شروع و پایداری قوس الکتریکی را بر عهده دارد. شکل زیر فرایند SMAW را به صورت شماتیک نشان می دهد.

ویدیویی از فرایند جوشکاری SMAW را از عصر مواد ببینید.

سوال ۲۰ – جوشکاری قوس فلزی تحت پوشش گاز محافظ (GMAW) چیست؟ جوش MIG/MAG چیست؟ جوش CO2 چیست؟

در مقایسه با جوشکاری برق یا SMAW، اگر به جای الکترود روکش دار از یک الکترود فلزی لخت یا بدون روکش به عنوان ماده مصرفی ذوب شونده و پر کننده استفاده کنیم و حفاظت از حوضچه مذاب را به جای سرباره یا فلاکس حاصل از ذوب روکش الکترود با یک گاز خنثی یا فعال انجام دهیم، از یک روشی برای جوشکاری استفاده کرده ایم که به آن جوشکاری قوسی با الکترود فلزی تحت پوشش گاز محافظ یا به اختصار جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ (Gas Metal Arc Welding) می گویند. در این روش جوشکاری، حرارت لازم برای ذوب فلز پایه و الکترود از قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود کلافی پیوسته و قطعه کار تامین می شود. در فرایند GMAW گاز محافظ می تواند یک گاز خنثی یا بی اثر مانند آرگون، هلیوم یا مخلوط آن ها یا یک گاز فعال مانند دی اکسید کربن (CO2)، مخلوط آرگون و CO2 یا مخلوط آرگون و اکسیژن باشد. در منابع اروپایی به فرایند GMAW با گاز خنثی MIG (Mixed Inert Gas) و با گاز فعال MAG (Mixed Active Gas) می گویند. به دلیل اینکه در جوشکاری ورق های فولاد کربنی به خصوص در ساخت سازه و قطعات صنعتی و ساختمانی بیشتر از گاز ارزان قیمت CO2 برای جوشکاری GMAW استفاده می شود، در صنعت کشورمان این فرایند را بیشتر با عنوان جوش CO2 می شناسند. شکل زیر فرایند GMAW را به صورت شماتیک نشان می دهد.

ویدیویی از فرایند GMAW یا MIG را از عصر مواد تماشا کنید.

سوال ۲۱- جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز محافظ (GTAW) چیست؟ جوشکاری TIG چیست؟ جوش آرگون چیست؟

در مقایسه با جوشکاری برق یا SMAW و GMAW، اگر به جای الکترود مصرفی روکش دار یا بدون روکش از یک الکترود غیر مصرفی از جنس تنگستن برای برقراری قوس الکتریکی استفاده کنیم و برای پر کردن درز اتصال هم، یک سیم فلزی بدون روکش و ذوب شونده را به کار ببریم که جزئی از مدار الکتریکی هم نباشد، همچنین حفاظت از حوضچه مذاب را به جای فلاکس یا یک گاز فعال با یک گاز خنثی یا بی اثر انجام دهیم، از یک روشی برای جوشکاری استفاده کرده ایم که به آن جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن تحت پوشش گاز خنثی یا به اختصار جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (Gas Tungsten Arc Welding) می گویند. در فرایند GTAW از یک گاز خنثی مانند آرگون و هلیوم برای محافظت از حوضچه مذاب استفاده می شود. در منابع اروپایی به فرایند GTAW فرایند TIG (Tungsten Inert Gas) می گویند. به دلیل اینکه در جوشکاری GTAW بیشتر از گاز آرگون استفاده می شود، در صنعت کشورمان این فرایند را بیشتر با عنوان جوش آرگون می شناسند. در این فرایند فلز جوش رسوب داده شده عاری از سرباره است.

شکل زیر فرایند GTAW را به صورت شماتیک نشان می دهد.