تبلیغات
×وبلاگ تخصصی مهندسی مواد × - جوشکاری زیر آب(از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد)
نویسنده :Hadi yekrangian
تاریخ:یکشنبه 24 آبان 1388-09:51 ق.ظ
نوع مطلب : مطالب علمی 
جوشکاری زیر آب(از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد)

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 جوشكاری ماهیت قوس الكتریكی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.

انواع جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود:

  1. جوشکاری خشک
  2. جوشکاری مرطوب.

آثار منفی جوشکاری مرطوب عبارت‌اند از ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می‌شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می‌شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می‌شوند. جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می‌گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می‌کند. اتاقک‌ها را دو تکه می‌سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می‌کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می‌فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می‌کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.

جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده‌است.

الکترودهای جوشکاری زیر آب

الكترودهای مورد مصرف در جوشكاری قوسی زیر آبی از انواع اصلاح شده الكترودهای دستی معمولی هستند. سیستم كدگذاری خاصی برای این الكترودها وجود ندارد و اغلب آنها بر اساس نام تجاری شناخته شده و بر اساس قابلیت و سهولت استفاده برای جوشكاران كاربرد یافته اند. پرمصرف ترین این الكترودها، الكترودهای مورد مصرف برای فولادهای كربنی/منگنزی هستند. خواص مكانیكی جوش زیرآبی به شدت به عمق جوشكاری وابسته بوده و با افزایش عمق محل جوشكاری، این خواص كاهش می یابند. با افزایش عمق، فشار افزایش می یابد. این امر باعث ورود اكسیژن ناشی از تجزیه آب و افزایش مقدار آن و درنتیجه كاهش منگنز و سیلیكون و افزایش كربن در حوضچه جوش و ایجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن میگردد. همچنین ممكن است مقدار هیدروژن افزایش یابد كه نتیجه آن ازدیاد تخلخل و كاهش پایداری قوس است چرا كه در عمق های زیاد بدلیل پتانسیل یونیزاسیون بالای هیدروژن، پایداری قوس كاهش میابد. یكی دیگر از مشكلات قابل توجه در جوشكاری زیرآبی احتمال ایجاد تركهای هیدروژنی در اثر حضور آب و رطوبت میباشد كه ریسك این پدیده نیز با افزایش عمق، افزایش می یابد. این موضوع در حالتی كه از الكترودهای با روكش اسیدی استفاده میشود از حساسیت بیشتری برخوردار است چراكه قابلیت جذب رطوبت در این نوع پوشش بیشتر بوده و هیدروژن تجزیه شده از این رطوبت براحتی جذب فلز جوش مذاب میگردد. به همین دلیل در جوشكاری زیرآبی استفاده از الكترودهای نوع روتیلی ترجیح داده میشود. روكش این الكترودها حاوی مواد مختلفی برای بهبود شرایط جوشكاری و خواص جوش میباشد. بعنوان مثال فرومنگنز به منظور جذب اكسیژن و كاهش تخلخل و تیتانیوم و بور بدلیل تشكیل ساختار فریت سوزنی و بهبود خواص مكانیكی، به مواد پوشش الكترود افزوده میگردد. همچنین گاهی نیكل به منظور بهبود چقرمگی به مواد پوشش افزوده میشود. جوشكاری زیرآبی فولادهایی با استحكام بالاتر معمولا با استفاده از الكترودهای زنگ نزن آستنیتی انجام میگیرد تا احتمال ایجاد ترك هیدروژنی كاهش یابد. اما در این حالت باید احتیاطهای لازم صورت گیرد تا از ایجاد ترك در ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) پیشگیری شود. در الكترودهای دستی معمولا بدلیل كمتر بودن سرعت سوخت پوشش الكترود نسبت به ذوب مغزی آن، یك چاله در سر الكترود تشكیل میگردد كه قوس، درون آن گودی كه از اطراف توسط فلاكس پوشش احاطه شده، ایجاد میشود. این پدیده به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الكترود و همچنین كنترل انتقال آنها كمك میكند. چاله سر الكترود در بحث جوشكاری زیرآبی بسیار حائز اهمیت است.ار آنجایی كه این پدیده باعث پایداری قوس و كنترل طول آن میگردد، بدون حضور آن دستیابی به یك جوش زیرآبی قابل قبول و مناسب بسیار مشكل خواهد بود. بنابراین با استفاده از این تكنیك جوشكاران میتوانند حتی درصورت عدم وجود دید كافی با وارد آوردن كمی فشار به الكترود، بدون نیاز به كنترل طول قوس، با یك نرخ تغذیه ثابت جوشكاری را انجام دهند. یكی از وظایف پوشش الكترود تولید اتمسفر محافظ در اطراف حوضچه جوش است. در جوشكاری زیرآبی نیز این پدیده وجود دارد و بدلیل وجود آب، از اهمیت بسیار بالاتری برخوردار است. یكی از تفاوتهای قوس زیر آب با قوس در هوا ایجاد حبابهای گاز در ناحیه قوس است. رفتار این حبابها در جوشكاری زیرآبی از اهمیت بالایی برخوردار است. این حبابها علاوه بر ناپایدار كردن قوس میتوانند باعث تلاطم حوضچه جوش نیز شوند.

شكل 1- محافظت حوضچه جوش در جوشكاری زیرآبی

UWWEP1.jpg

با توجه به موارد مطرح شده، باید تدابیر ویژه ای در انتخاب مواد فلاكس پوشش الكترود توسط سازندگان اتخاذ گردد تا جوش حاصل از آنها كیفیت و خواص مورد نظر را تعبیه كند. بسته به خواص مورد نیاز و نیز عمق آب، ممكن است الكترود خاصی بهترین نتیجه را ایجاد نماید. برای تایید كیفیت دستورالعمل و همچنین تایید الكترودهای مورد استفاده باید آزمونهای خاصی انجام شود. این آزمونها در كد AWS D3.6 تشریح شده اند. مهمترین تفاوت ظاهری الكترودهای دستی معمولی با الكترودهای جوشكاری زیرآبی، پوشش ضد آب الكترودهای زیرآبی است. الكترودهای مورد مصرف در جوشكاری قوسی زیرآبی توسط یك موم یا پلاستیك ضد آب پوشش داده میشوند تا فلاكس روكش الكترود را تا زمان مصرف از تماس با آب محافظت كرده و یا حداقل نفوذ رطوبت را محدود سازد. كیفیت این پوشش بسیار مهم است. درصورتیكه پوشش ضد آب بطور یكپارچه سطح الكترود را نپوشانده باشد، آب از طریق درزهای موجود درآن نفوذ كرده و باعث مرطوب شدن فلاكس الكترود و در نتیجه كاهش كیفیت جوش میگردد. همچنین در جوشكاری در اعماق زیاد بدلیل بالا بودن فشار هیدروستاتیك، آب میتواند از پوششهای نامناسب عبور كرده و فلاكس الكترود را مرطوب نماید. پوششهای ضدآب علاوه بر موارد مطرح شده باید بدون جاگذاشتن مواد مضر بسوزند و همچنین خللی در شرایط قوس و انتقال قطرات مذاب ایجاد ننمایند. نگهداری و محافظت از پوشش ضدآب این الكترودها باید به دقت صورت گیرد تا از آسیب رسیدن به آنها جلوگیری گردد. همچنین بدلیل اهمیت این موضوع باید روشهای جابجایی و نگهداری الكترودها در زیر آب در دستورالعمل جوش (WPS) قید شده باشد. این پوششها سرتاسر الكترود را فرا گرفته اند و امكان ایجاد اتصال الكتریكی نیز در این حالت وجود ندارد. لذا برای برقرار گردن جریان و شروع جوشكاری، جوشكار باید با فشردن دندانه های انبر جوشكاری بر روی انتهای الكترود، خراشی در پوشش ایجاد نماید. برای ایجاد قوس نیز باید نوك الكترود را با فشار بر روی سطح بكشد تا پوشش آن ناحیه نیز برداشته شده و قوس برقرار گردد. سازندگان الكترود پیشرفت قابل ملاحظه ای در توسعه سیستمهای ضد آب برای الكترودهای جوشكاری زیرآبی داشته اند. جزئیات و اطلاعات این سیستمها مختص سازندگان آنهاست، اما درهرحال نتیجه حاصل از مجموع تلاشهای این سازندگان، تولید نسل جدید از الكترودهای جوشكاری زیرآبی با قابلیت ایجاد جوش با كیفیت بالاتر بود. تعدادی از معروفترین این الكترودها در جدول شماره 1 آورده شده كه برای جوشكاری در تمام وضعیتها كاربرد دارند. در صورت مناسب بودن دستورالعمل و تجهیزات، جوش حاصل از این الكترودها دارای ظاهری خوب و خواص مكانیكی مناسب خواهد بود.

جدول شماره 1- لیست تعدادی از معرفترین الكترودهای جوشكاری زیرآبی

UWWET1.JPG


در جوشكاری زیرآبی معمولا از جریان DCEN استفاده میگردد كه باعث افزایش طول عمر انبر الكترود میشود. البته این انتخاب جنبه اقتصادی دارد و ممكن است در مواردی استفاده از جریان DCEP جوش با كیفیت بالاتری را ایجاد نماید. درهر صورت بهترین حالت تنظیم جریان و ولتاژ استفاده از مقادیر پیشنهادی سازنده میباشد. جدول 2 جریان و ولتاژ پیشنهادی برای استفاده از الكترودهای معرفی شده در جدول یك را تا عمق 50 پایی زیر آب نشان میدهد.

جدول 2- جریان و ولتاژ پیشنهادی برای جوشكاری تا عمق 50 پایی

UWWET2.JPG

منابع