جوشکاری ترمیمی

[spow 44197]

مقدمه

جوشكاري تعميري يكي از فرآيندهاي مهم تعميرات و نگهداريست كه شامل جوشكاري ترميمي و سطح پوشاني مي گردد . با توجه به اينكه در صنايع فلزي حجم كارهاي تعميرات و نگهداري بسيار بيشتر از ساخت مي باشد . تعداد جوشكاران فعال در زمينه جوش تعميري بيشتر است . اين موضوع اهميت جوشكاري تعميراتي را در صنايع نشان مي دهد .

قطعات بطور پيوسته دچار سايش ، خوردگي و شكست مي شوند . در بسياري موارد امكان جايگزيني قطعه كاملا" مشابه وجود ندارد . اين موضوع در موارديكه صنعت يا قطعه قديمي باشد بيشتر صدق مي كند . با توجه به اينكه در تعمير قطعات مي توان نواقص و نقاط ضعف اصلي را بر طرف كرد ، قطعه تعمير شده مي تواند كارآيي بهتري داشته باشد . همچنين با توجه به كاهش زمان توقف و رفع نياز خريد قطعه جديد ، هزينه تعميرات كاهش مي يابد . در اين مقاله سعي شده به كليات و اصول اجرايي يك جوشكاري ترميمي موفق بر اساس ملزومات استانداردي بصورت خلاصه اشاره گردد.

[spow 44197]

جوشكاري ترميميدر قطعات توليد شده عيوب مختلفي را مي توان مشاهده كرد كه اين عيوب مي توانند ناشي از فرآيند توليد و يا حين كاركرد قطعه بوجود آمده باشند . بسته به نوع و علت ايجاد عيب ، جوشكاري ترميمي به چند دسته تقسيم مي شود :

- جوشكاري تكميلي در حين توليد ( finishing weld )

- اصلاح جوشكاريهاي غير قابل قبول ( correction of non confirming weld )

- جوشكاري تعميري حين كاركرد قطعه ( repair weld )

1-جوشكاري تكميلي در حين توليد

نحوه جوشكاري تكميلي بستگي به نوع فرآيند توليد دارد . بعنوان مثال در مورد قطعات ريختگي از جوشكاري تكميلي براي برطرف كردن حفره ها ، تخلخل و يا اصلاح شرايط ابعادي قطعه استفاده مي شود .

در اينگونه موارد بايد مقدار حرارت ورودي و تنشهاي پسماند احتمالي را در نظر گرفت چرا كه ممكن است شرايط قطعه را غير قابل قبول سازد . بنابراين گاهي اوقات بايد عمليات حرارتي خاصي نيز اعمال گردد . گاهي اوقات مشتري براي انجام اين فرآيند دستورالعمل خاصي را درخواست مي كند .

2-اصلاح جوشكاريهاي غير قابل قبول معمولا" كيفيت جوش و تلورانسهاي قطعه بايد با شرايط مندرج در استاندارد مورد استفاده و يا قرارداد منطبق باشد . (استانداردهاي ISO 13920 . ISO 10042 . ISO 5817 ) . در صورتيكه اين مورد احراز نگردد بايد اقدامات اصلاحي بر اساس استاندارد ISO 3834 انجام گيرد . پس از اجراي اقدامات اصلاحي قطعه بايد مجددا" تحت بازرسي ، آزمون و كنترل كيفي قرار گرفته و با شرايط مورد نياز مطابقت گردد . همچنين شرايط و علل ايجاد عيب بايد بدرستي بررسي و رفع گردد .

3-جوش تعميري حين كاركرد قطعه

در صورتيكه حين كاركرد قطعه دچار شكست شود و يا عيوبي در جوش و يا فلز پايه ايجاد گردد ، مراحل زير قبل از اجراي جوش تعميري بايد انجام گيرد :

- تعيين ريشه و علل ايجاد عيب

- تعيين دقيق فلز پايه و مواد مصرفي جوش

- بررسي استاندارد مورد استفاده و قرارداد پيرامون موضوع تعمير

- تهيه برنامه تعمير ( شامل مراحل تعمير )

[spow 44197]

3-1-تعيين ريشه و علل ايجاد عيب

دليل ايجاد عيب ها در جوش بايد قبل از بازسازي مشخص گردد . ( بعنوان مثال با آزمايشهاي متالوگرافي ) . تنها با دانستن علت ايجاد عيب مي توان از تكرار آن پس از بازسازي جلوگيري كرد.

دلايل ايجاد عيوب مي تواند جزو موارد زير باشند :

-تنش بيش از حد مجاز

-خطاي طراحي و محاسباتي

-انتخاب ماده نا مناسب

-جابجا شدن فلز پايه و يا ماده مصرفي با فلز يا ماده نا مناسب

-عيوب مراحل ساخت ( آماده سازي ، سرهم بندي ، جوشكاري ، عمليات حرارتي )

پس از بررسي علت ايجاد عيب و ريشه يابي آن جهت رفع آن ممكن است به اجراي يك يا چند مورد از موارد زير نياز باشد :

-تغيير طراحي ( مثلا" ابعاد جوش )

-تغيير مواد پايه يا مواد مصرفي جوش

-تغيير مراحل و پارامترهاي جوش

-ماشينكاري و پرداخت بيشتر جوشها

3-2-فلز پايه و مواد مصرفي جوش

3-2-1-فلز پايه در صورتيكه نوع دقيق فلز پايه در مستندات معتبر بازرسي موجود نباشد ، بايد آناليز شيميايي گرفته شود . در مورد فولادهاي ساختماني ريز دانه با تنش تسليم بالاتر از 355 MPa بايد دقت خاصي در مورد ميكرو آلياژها صورت گيرد .

در مواردي كه از فولادهايي با عمر بيش از 30 سال استفاده شده است هنگام برنامه ريزي تعمير بايد به مقدار نيتروژن توجه شود (امكان شكست ترد ) .

در صورتيكه خواص مكانيكي فلز پايه مشخص نباشد بايد نمونه هايي از قسمتهاي كم تنش قطعه تهيه شده و تست گردد . خصوصيات زير بايد مشخص شود :

-استحكام كششي

-استحكام تسليم

-افزايش طول

-چكش خواري (خواص ضربه )

-كاهش سطح مقطع در راستاي ضخامت ( در صورت نياز )

در صورت نياز آزمونهاي متالوگرافي نيز بايد انجام گيرد (مانند تعيين ساختار ماده ، محل عيب ) .

3-2-2-مواد مصرفي جوش مواد مصرفي جوش استفاده شده بايد مشخص گردد (مثلا" توسط آناليز شيميايي ) . در جوشكاري ترميمي مواد مصرفي بايد داراي افزايش طول مناسب (30% ) باشند . بخصوص براي جوش ريشه اغلب توصيه مي شود كه از مواد مصرفي با استحكام تسليم كمتر از فلز پايه استفاده شود . در مواردي كه لايه جوش ماشينكاري و برداشته مي شود , بايد حتما" از اين مواد استفاده شود .

3-3- استاندارد مورد استفاده و قرارداد جوشكاري ترميمي بايد كاملا" مطابق با استاندارد مشخص شده و يا دستورالعمل قرارداد اجرا گردد و كيفيت و تلورانسهاي خواسته شده بايد بدست آيد . در بعضي موارد برنامه ترميم بايد توسط يك بازرس يا مشتري بررسي و تائيد شود همچنين امكان دارد روال كار حين اجرا توسط بازرس يا مشتري نظارت گردد . بعد از اتمام جوشكاري حداقل آزمونهاي اصلي براي نمونه اوليه بايد اجرا شود .

[spow 44197]

3-4-برنامه ترميم براي هر ترميمي بايد برنامه تهيه گردد و اغلب نياز است كه اين برنامه توسط بازرس يا خريدار تائيد شود . مواد موجود در برنامه ترميم بسيار شبيه به برنامه جوشكاري است . در طراحي برنامه بايد به موارد زير توجه خاص صورت گيرد :

-تميز كاري

-نوع ماده

-نام تجهيز و قسمتهايي كه بايد ترميم گردند

-طراح قسمتهاي معيوب كه بايد برداشته شوند و روش برداشتن عيوب

-مواد مصرفي جوش

-دستورالعمل جوش ترميمي

-گواهينامه جوشكار

-آزمونهاي تائيد دستورالعمل جوش

-ترتيب و توالي عمليات ترميم

-مقدار مجاز انقباض

-عمليات حرارتي ( دما ، زمان ، سرعت گرم و سرد كردن ) (در صورت نياز )

-عمليات پس از جوشكاري ( چكش زني ، ماشينكاري ، پرداخت )

-روشهاي آزمون ( زمان و مشخصات آزمون )

-بازرسي و بررسي جوش ترميمي

4- مراحل اجراي جوشكاري ترميمي

فعاليتهاي مهم براي اجراي جوشكاري ترميمي را مي توان به سه دسته تقسيم كرد :

-آماده سازي براي جوشكاري

-جوشكاري ترميمي

-عمليات پس از جوشكاري

[spow 44197]

4-1- آماده سازي براي جوشكاري

قبل از آغاز جوشكاري بايد موارد زيادي در نظر گرفته شود .مهمترين اين موارد عبارتند از:

-ايمني : محل اجراي جوشكاري ترميمي بايد آماده سازي شده و كليه موارد ايمني در نظر گرفته شود .

-تميزكاري : تمامي آلودگيها مانند غبار ، روغن ، رنگ و … بايد از سطح قطعه تحت جوشكاري پاكسازي گردد . روش پاكسازي بستگي به نوع ماده و محل قطعه كار دارد . براي اغلب تجهيزات و سازه ها تميزكاري با بخار لازم است . در صورت عدم امكان اجراي تميزكاري با بخار مي توان از شستشوي شيميايي و يا بلاست استفاده كرد . همچنين از تميزكاري با ابزار مانند برس ، سنگ سمباده و … نيز مي توان استفاده كرد .

-پياده سازي : بجز در موارديكه كار ترميم بسيار ساده است در ساير موارد نياز به پياده سازي وجود دارد .

-محافظت از تجهيزات و سطوح ماشين شده نزديك به محل كار : در صورت اجراي جوشكاري ترميمي ، تجهيزات و قطعاتي كه در نزديكي محل قرار دارند بايد از جرقه جوش ، شعله ، جرقه هاي برش و ساير خطرات محافظت شوند . براي محافظت مي توان از ورقه هاي فلزي و يا برزنت استفاده كرد . سطوح ماشين شده بايد تا فاصله 5 پا از محل جوش پوشانيده شوند .

-بست و مهار : در تعميرات پيچيده امكان دارد به بست يا مهار سازي نياز باشد . علت اين امر به وزن زياد قطعه و يا نيروهاي اعمالي به قطعه تحت جوشكاري بر مي گردد . اگر اجزاء اصلي سازه بريده شوند بايد نيرو توسط مهارهاي موقتي تحمل گردد . اين مهارها مي توانند بصورت موقت به سازه جوشكاري شود .

-الگو سازي : در اغلب موارد تعميراتي لازم است كه قسمتي از ماده برداشته شود تا امكان ايجاد جوش با نفوذ كامل ايجاد گردد. در اين موارد بايد الگويي ساخته شود كه قسمتي را كه بايد بريده شود وبراي جوشكاري آماده شود مشخص نمايد . الگو بايد طوري طراحي شود كه كمترين ماده برداشته شود و راحت ترين موقعيت جوشكاري را ايجاد نمايد .

-پيش گرمايي : پيش گرم كردن و برش با برنال يا گوج كردن جزو عمليات آماده سازي جوشكاري مي باشند . هنگامي كه برنال كاري يا كوج نياز باشد ، بايد پيش گرمايي مشابه پيش گرمايي لازم براي جوشكاري انجام گردد . هر چند كه تنش هاي ايجاد شده در برش كاري كمتر از جوشكاري است ، اما در برشكاري نيز امكان ايجاد شوك هاي حرارتي مشابه جوشكاري وجود دارد . پيش گرم كردن قبل از جوشكاري از اهميت ويژه اي برخوردار است و بايد دقيقا رعايت شود. بسياري از عيوب جوش ناشي از عدم پيش گرم كردن مناسب قبل از جوشكاري است. عوامل اصلي موثر بر دماي پيشگرم شامل كربن معادل، ضخامت قطعه و پارامترهاي جوشكاري ميباشد. جداول و نمودارهاي بسياري براي محاسبه مقدار پيشگرم لازم براي مواد مختلف طراحي شده است. جدول زير يكي از نمونه هاي كاربردي اين جداول ميباشد.

-برشكاري و گوج كردن : برشكاري با مشعل ، گوج و برش قوس كربن بيشترين مصرف را در مراحل جوشكاري ترميمي دارند كه بسته به نوع ماده و مشكل لبه سازي يكي از آنها انتخاب

مي گردد . البته در صورت استفاده از قوس كربن بايد پارامترها به گونه اي تنظيم شود كه از رسوب كربن در سطوح جوشكاري جلوگيري شود . در مورد بعضي مواد نمي توان از روشهاي فوق استفاده كرد . (مانند فولاد ضد زنگ ) در اينگونه موارد از روشهاي مكانيكي و سنگ زني استفاده مي شود . در صورت استفاده از گوج يا مشعل، پس از اتمام فرآيند لبه ها بايد مجددا تا 2mm سنگ زده شوند.

-سنگ زني و تميزكاري : سطوح ايجاد شده در مرحله قبل به اندازه مناسب صاف نبوده و داراي نقاط سوخته ، اكسيد و غيره مي باشد . سطوح جوش بايد قبل از جوش صاف و تميز گردد . در موارد بحراني كه احتمال ايجاد ترك هاي اضافي وجود دارد بهتراست پس از سنگ زني تست MT يا PT صورت گيرد تا از باقي نماندن ترك اطمينان حاصل شود .

[spow 44197]

4-2- اجراي جوش ترميمي جوشكاري ترميمي موفق شامل موارد و پارامترهاي زير مي گردد .

- دستورالعمل جوش : دستورالعل جوش بايد براي استفاده جوشكاران تهيه گردد . اين دستورالعمل بايد شامل پروسه ، نوع ماده مصرفي ، پيش گرم و ساير اطلاعات تخصصي لازم براي اجراي جوشكاري باشد .

- تجهيزات جوشكاري : تجهيزات جوشكاري بايد به اندازه كافي در دسترس باشد بطوريكه تأخيري در كار ايجاد نشود . اين تجهيزات شامل ماشين جوش ، كابل ، آون ، گيره و … مي باشد .

- مواد : مواد كافي نيز بايد در دسترس باشد . اين مواد شامل الكترود و مواد مصرفي جوش، قطعات جايگزين ، تقويتي ها و غيره مي باشد . همچنين سوخت جهت پيش گرم و برش نيز بايد در حد كافي موجود باشد .

- ترتيب جوشكاري : ترتيب جوشكاري و نحوه اجراي پاسها بسيار اهميت دارد و بايد بطور واضح در دستورالعمل تشريح گردد .

- ايمني : در تمام مراحل بايد شرايط بگونه اي تعبيه شود تا ايمني كامل برقرار گردد .

- كيفيت جوش : كيفيت جوش بايد بطور مداوم بررسي گردد . جوش نهايي بايد كاملا" صاف و بدون شيار باشد .

- در نهايت بايد تعداد كافي جوشكار تائيد شده و با مهارت براي اجراي سريع كار وجود داشته باشد .

4-3- عمليات پس از جوشكاري پس از اتمام جوشكاري بايد قطعه به آهستگي سرد شود و نبايد در برابر باد يا محيط سرد كننده قرار گيرد . همچنين تا زماني كه قطعه به دماي محيط نرسيده نبايد نيرويي به محل تعمير شده اعمال گردد .

- بازرسي : جوش بايد تحت بازرسي قرار گيرد . اين بازرسي مي تواند شامل بررسيهاي غير مخرب مانند mt ، ut يا rt باشد . جوش ترميمي بايد از كيفيت بالايي برخوردار باشد چرا كه بايد جايگزين ماده اصلي گردد .

- عمليات تميزكاري : اين عمليات شامل جداسازي مهارها ، سنگ زني محل هاي اتصالات موقت، پاكسازي جرقه هاي جوش ، سرباره جوش و جمع آوري پوششهاي محافظ و غيره

مي شود .

- رنگ آميزي مجدد : در صورت لزوم پس از تميزكاري، ناحيه تعمير شده بايد رنگ آميزي گردد . همچنين قطعات ماشين آلات بايد در صورت نياز گريس كاري شوند .

- سرهم بندي : پس از تكميل مراحل تجهيز مجددا" سرهم بندي مي شود .