پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
ساختمان‌های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می‌دهد و سهم بزرگی از مشکلات اجرایی آنها به خطاها و ضعف‌های متنوع جوشکاری بر‌می‌گردد. جوشکاری به عنوان مهمترین مسئله اتصالات در اجرای یک ساختمان فلزی بایستی مورد توجه قرار گیرد. روش‌های مختلف کنترل کیفیت جوش در این خصوص بکار گرفته شود.
عیب‌ها و ناپیوستگی‌های معمول در جوشکاری
یکی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش، ارزیابی حقیقی جوش‌ها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی درجوش یا قطعه جوشکاری شده است. در حالی که یک ناپیوستگی، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می‌کند، یک عیب ناپیوستگی ویژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می‌برد. شکل ناپیوستگی را می‌توان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگی‌های خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانی که در جهت عمود بر تنش اعمالی قرار گیرند، یک ناپیوستگی خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی‌تری را ایجاد می‌کند، چرا که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهد بود.
ناپیوستگی‌های فلز جوش و فلز پایه
ترکها بحرانی‌ترین ناپیوستگی‌ها، هستند. شرایط اضافه بار، باعث ایجاد ترکها و تمرکز تنش میشود. یک روش گروه بندی ترکها با مشخص کردن آنها به صورت گرم یا سرد است. همچنین ترکها را می‌توان توسط جهت آنها نسبت به محور طولی جوش توصیف نمود. ترک‌های طولی به علت تنش‌های انقباضی عرضی جوشکاری یا تنش‌های سرویس ایجاد می‌شوند. ترک‌های عرضی عموماً به علت اثر تنش‌های انقباضی طولی جوشکاری روی جوش یا فلز پایه با انعطاف پذیری کم ایجاد می‌شوند.
انواع مختلف ترک با توصیف دقیق موقعیت‌های آنها نسبت به اجزا مختلف شامل ترک‌های گلویی، ریشه، کناره، چاله جوش، زیرگرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پایه هستند. ترک‌های گلویی که از میان گلویی جوش یا کوتاهترین مسیر در سطح مقطع جوش گسترش می‌یابد، از نوع ترک‌های طولی بوده و اغلب در طبقه بندی ترک گرم قرار دارند.
ترک‌های ریشه در فلز پایه یا در خود جوش نیز در زمره ترک‌های طولی هستند. ترک‌های کناره جوش در فلز پایه ایجاد شده و در کناره جوش توسعه می‌یابند. ترک‌های چاله جوش در نقطه پایانی ردیف‌های منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشکار ایجاد می‌شوند. دسته بعدی ترکها، ترک زیر جوش به علت حضور هیدروژن است. این نوع ترک بجای فلز جوش در ناحیه تحت تاثیر حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.
ذوب و نفوذ ناقص
ذوب ناقص یک ناپیوستگی در جوش است که ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب یا لایه‌های جوش رخ نداده باشد. به علت خطی بودن و انتهای نسبتاً تیز آن، ذوب ناقص از ناپیوستگی‌های بارز درجوش است و در وضعیت‌های مختلف در منطقه جوش تشکیل میشود. نفوذ ناقص معرف حالتی است که فلز جوش به طور کامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است. ذوب و نفوذ ناکافی به علت عدم مهارت جوشکار، شکل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد میشود.
سرباره‌های محبوس شده
مناطقی در سطح مقطع یا در سطح جوش هستند که سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مکانیکی درون فلز منجمد شده محبوس میشود. این سرباره منجمد شده بخشی از مقطع جوش را نمایش می‌دهد که فلز جوش بخوبی ذوب نمی‌شود. این پدیده خود سبب ایجاد بخشی ضعیف در نمونه خواهد شد. در حقیقت سرباره‌های محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.
تخلخل
این نوع ناپیوستگی در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ایجاد میشود. بنابراین تخلخل را بسادگی می‌توان، حفره‌های گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست. به علت طبیعت کروی شکل آنها، تخلخل کمترین خطر را در میان دیگر ناپیوستگی‌ها داراست. ولی در زمانی که جوش باید تحمل فشارهای بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناک خواهد بود. منابع مختلفی برای حضور رطوبت یا آلودگی وجود دارد که می‌توان الکترود فلز پایه، گاز محافظ یا محیط اطراف را در این میان نام برد، تغییر در تکنیک جوشکاری نیز می‌تواند سبب ایجاد تخلخل شود.
بریدگی کنار جوش
بریدگی کنار جوش یک ناپیوستگی سطحی است که در فلز پایه مجاور فلز جوش رخ می‌دهد. در این شرایط فلز پایه شسته شده ولی با فلزی پرکننده جبران نمی‌شود. نتیجه، ایجاد یک شیار خطی با شکلی نسبتاً تیز است که در فلز پایه تشکیل میشود. این عیب به علت سطحی بودن ماهیت آن برای بارگذاری خستگی خطرناک است. بریدگی کنار جوش عموماً به علت تکنیک جوشکاری نامناسب ایجاد میشود، به ویژه اگر سرعت حرکت جوش زیاد باشد. علاوه بر این اگر گرمای جوشکاری بسیار بالا باشد می‌تواند سبب ذوب شدن بیش از حد فلز پایه شود.
پرشدن ناقص
این مورد مشابه بریدگی کنار جوش، یک ناپیوستگی سطحی است که به علت کمبود ماده در مقطع عرضی ایجاد میشود. به بیان ساده، پرشدن ناقص، زمانی رخ می‌دهد که فلز پرکننده به اندازه کافی برای پر کردن اتصال جوش در دسترس نباشد. مشابه بریدگی کنار جوش، پرشدن ناقص نیز هم در سطح رویی و هم در ریشه جوش ظاهر میشود. دلیل اولیه پرشدن ناقص، تکنیک غلط جوشکاری است. مثلاً سرعت زیاد جوشکاری اجازه پر شدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمی‌دهد.
سر رفتن
نوع دیگر ناپیوستگی سطحی جوش که از تکنیک نامناسب جوشکاری (سرعت جوشکاری خیلی آرام) ناشی میشود، سر رفتن است که در آن، فلز جوش روی فلز پایه مجاورش سر میرود و در کناره جوش، شیاری تیز را ایجاد می‌نماید. به علاوه اگر مقدار سر رفتن به اندازه کافی زیاد باشد، می‌تواند ترکی را که از این تمرکز تنش ایجاد میشود را مخفی نماید.
تحدب بیش از حد
این ناپیوستگی مختص جوش‌های گوشه است و طبق تعریف تحدب شامل حداکثر فاصله از رویه محدب یک جوش گوشه تا خط واصل بین کناره‌های جوش است. از نقطه نظر استحکام، مقدار تحدب در جوش گوشه ضروری است ولی اگر از حدی بیشتر باشد، به عنوان یک عیب تلقی میشود. این مطلب هم از نقطه نظر اقتصادی (مصرف فلز پرکننده بیشتر) و هم از نظر حضور مناطق تیز اطراف جوش به خصوص در بارگذاری خستگی مطرح میشود. دلیل ایجاد تحدب، آرام بودن سرعت جوشکاری یا تکنیک ناصحیح جوشکاری است.
لکه قوس و پاشش
لکه‌های قوس در نتیجه شرو ع قوس عمداً یا تصادفی روی سطح فلز پایه دور از اتصال به وجود می‌آیند. در اثر این رخداد، منطقه‌ای متمرکز شده از سطح فلز پایه ذوب شده و سریعًا سرد و شکننده میشود. پاشش همان ذرات فلزی پراکنده، ناشی از جریان بالای جوشکاری هستند که در تشکیل جوش نقشی ندارند. از نقطه نظر بحرانی بودن، پاشش ممکن است زیاد مهم تلقی نشود، ولی در هر حال مقادیر زیاد پاشش می‌توانند گرمای موضعی زیادی را به سطح فلز مشابه با اثر لکه قوس ایجاد کنند و حتی سبب تشکیل ناحیه تحت تاثیر حرارت شوند.
اعوجاج
خمیدگی یا اعوجاج از مشکلات مهم جوشکاری است که باید بر طرف شود. این مسئله در اثر انقباض که به هنگام گرم و سرد شدن پس از عملیات جوشکاری در فلز پایه و جوش بوجود می‌‌آید، شکل می‌گیرد. برای کنترل اعوجاج باید شرایط لازم برای جوشکاری شامل کنترل قبل، حین و بعد از جوشکاری تامین شود.
تورق و پارگی سراسری
این ناپیوستگی ویژه مربوط به فلز پایه است. تورق در اثر حضور آلودگی و ناخالصی غیر فلزی موجود در زمان تولید فولاد ایجاد میشود. این ناخالصی‌ها به طور طبیعی اکسیدی هستند که در زمانی که فولاد هنوز مذاب است تشکیل شده و در خلال عملیات بعدی نورد کشیده شده و موجب تورق می‌شوند. نوع دیگر ناپیوستگی مربوط به پارگی سراسری است و زمانی رخ می‌دهد که در جهت تمام ضخامت دراثر جوشکاری تنش‌های انقباضی بزرگی ایجاد شده باشد. پارگی عموماً موازی سطح نورد شده زیر فلز پایه و معمولاً موازی مرز ذوب جوش رخ می‌دهد. پارگی سراسری یک ناپیوستگی است که مستقیماً به طرز قرارگیری اتصال مرتبط میشود.
جابجا شدن و ناپیوستگی‌های ابعادی
در اثر سوارکردن و مونتاژ غلط اجزای مورد جوش در کنار یکدیگر، جابجایی بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه کار در جوش‌های لب به لب است که در مواردی با برشکاری رفع میشود. اما در بیشتر مواقع باید جوش را بریده و مجدداً عملیات جوشکاری بادقت تکرار شود. ناپیوستگی‌های ابعادی، نقائص شکل یا ابعاد هستند و هم در جوش و هم در سازه جوش شده بروز می‌کنند.
آزمایش‌های جوش
ارزیابی جوشکار
آزمونی که صلاحیت جوشکار را برای اجرای ضوا‌بط آیین نامه‌‌ای تایید می‌کند، آزمایش تشخیص صلاحیت یا ارزیابی جوشکار و یا آزمون کیفیت اجرا خوانده میشود. این ارزیابی مشخص می‌کند که آیا جوشکار دانش و مهارت لازم را در بکارگیری و اعمال دستورالعمل جوشکاری در رابطه با رده بندی کاری خود دارد یا خیر. ارزیابی جوشکار ممکن است با تجهیزات جوشکاری دستی یا با تجهیزات جوشکاری تمام اتوماتیک انجام شود.
روش‌های آزمایشی که کیفیت یک جوش را تعیین می‌کند، در سه طبقه بندی بسیار وسیع قرار می‌گیرد.
آزمایش‌های غیر مخرب
آزمایش‌های مخرب
بازرسی عینی
آزمایش‌های غیر مخرب
هدف از این آزمایش‌ها، بازرسی و تشخیص عیوب مختلف جوش (سطحی و عمیق) و تائید آن است، بدون اینکه قطعه جوش داده شده غیر قابل استفاده شود. اگر آزمایش نشان دهد که محلی از جوش معیوب است می‌توان از طرفین محل مذکور به اندازه لازم برداشته و با جوش مجدد اتصال کاملی به دست آورد.
آزمون ذرات مغناطیسی
آزمون ذرات مغناطیسی یکی از آسانترین آزمایش‌های غیر مخرب جوشکاری است. این روش جوش را برای معایبی از قبیل ترک‌های سطحی، ذوب ناقص، تخلخل، بریدگی کنار جوش، نفوذ ناقص ریشه جوش و اختلاط سرباره کنترل می‌کند. این آزمایش محل ترک‌های داخلی و سطحی بسیار ریز را برای رویت با چشم غیر مسلح آشکار می‌کند. قطعه مورد آزمایش با استفاده از جریان الکتریکی، یا قراردادن آن در داخل یک سیم پیچ مغناطیسی میشود. سطح مغناطیسی شده قطعه با لایه نازکی از یک گرد مغناطیسی نظیر اکسید آهن قرمز پوشیده میشود و این لایه گرد در صورت وجود یک عیب سطحی یا داخلی در داخل حفره یا ترک مربوطه فرو میرود.
بازرسی با مواد نافذ
بازرسی با مواد نافذ یکی از شیوه‌های غیر مخرب برای محل یابی معایب سطحی است. سطح مورد بازرسی باید ابتدا از لکه‌های روغن، گریس و مواد ناخالص و خارجی تمیز شود. سپس ماده رنگی مورد نظر بر روی سطح پاشیده شده و در داخل ترکها و سایر ناهمواری‌های نفوذ می‌کند. رنگ اضافی از روی سطح پاک شده و سپس یک ماده فوق العاده فرار حاوی ذرات ریز سفید رنگ بر روی سطح پاشیده میشود. تبخیر مایع فرار باعث بر جای ماندن گرد خشک سفید رنگ بر روی ماده قرمز نفوذ کرده در ترک میشود و بر اثر عمل مویینگی، ماده قرمز از ترک بیرون کشیده شده و پودر سفید کاملاً قرمز میشود.
آزمون فراصوتی
آزمون فراصوتی قادر به تشخیص معایب داخلی بدون نیاز به تخریب قطعه جوش شده است. موج‌های فراصوتی از داخل قطعه مورد آزمایش عبور داده می‌شوند و با هر گونه تغییر در تراکم داخلی قطعه منعکس می‌شوند. امواج منعکس شده (پژواک‌ها) به صورت برجستگی‌هایی نسبت به خط مبنا، بر روی صفحه نمایش دستگاه ظاهر می‌شوند. هنگامی که عیب یا ترک داخلی توسط واحد جست و جو پیدا شود تولید ضربان سومی می‌کند که بین ضربان اول و دوم بر روی صفحه نمایش ثبت میشود. بنابراین مشخص میشود که این عیب بین سطوح بالا و پایین مصالح (در داخل جسم مصالح) است.
آزمایش پرتونگاری
پرتونگاری یکی از روش‌های آزمایش غیر مخرب است که نوع و محل عیوب داخلی و بسیار ریز جوش را نشان می‌دهد. پرتو رادیویی در ضخامت فلز نفوذ کرده و پس از عبور این ضخامت لکه‌ای بر روی صفحه فیلم ایجاد می‌کند. میزان جذب پرتوهای رادیویی توسط مواد مختلف متفاوت است. نفوذ گل، حفره گازی، ترکها، بریدگی‌های کناره جوش و قسمت‌های نفوذ ناقص جوش تراکم کمتری نسبت به فولاد سالم دارند. بنابراین در حوالی این قسمت‌ها پرتو بیشتری به سطح فیلم می‌رسد و عیوب فلز جوش، به صورت لکه‌های تاریکی بر روی فیلم ثبت می‌شوند.
آزمایش‌های مخرب
این آزمایش‌های مکانیکی نمونه جوش شده جهت تعیین مقاومت و سایر خواص مکانیکی، نسبتاً ارزان قیمت و بسیار کاربردی هستند. به همین جهت در سطح وسیعی برای ارزیابی و تایید دستوالعمل جوشکاری و صلاحیت جوشکار به کار می‌روند.