خانه / مقالات آموزشی / جوشکـــاری / خطاهای جوشكاری اتصالات در ساختمانهای فولادی

خطاهای جوشكاری اتصالات در ساختمانهای فولادی

(No Ratings Yet)
Loading...

جوشکاری

 

۱– مقدمه
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگين زلزله هاي اخير مانند زلزله هاي منجيل و بم (تصوير ١)، احتمال جدي وقوع زمين لرزه هاي بزرگ در بيش تر مناطق پر جمعيت كشور و نياز جدي به اعمال كنترل كيفي در طراحي و اجراي ساختمانها ، متاسفانه هنوز توجه كافي به ساخت و ساز صحيح نشده است . از نظر علم مهندسي زلزله، در حال حاضر ساخت بناهاي مقاوم در برابر زلزله امكان پذير است ، ليكن عملا به دليل يكسري مشكلات اجر ائي رسيدن به ساختمانهاي مقاوم تضمين نمي گردد [ ١و ٢ ].

مشكل اصلي آسيب پذيري لرزه اي ساختمانها حتي نمونه هاي جديد الاحداث در ايران، عدم استفاده صحيح از دانش فني در مراحل طراحي و اجرا مي باشد. دستورالعملهاي اتصالات جوشكاري شده و ضوابط طراحي ساختمانهاي فولادي، گاهي در طراحي و اجرا سهل انگاري مي شود. لذا بايستي سطح معلومات فني اين افراد افزايش يافته و نيز مكانيزمي براي اعمال قاطعيت اجرايي و كنترل امر در نظرگرفته شود و البته طوري كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئوليتها به درستي تقسيم گردد[ ١ ].
ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل ميدهند و يكي از مهمترين موضوعات درهر ساختمان فولادي، كنترل جوشكاري آن ميباشد (تصاوير ٢ و ٣).اهميت اين امر در زلزله هاي .( اخير نشان داده شده است كه خسارات اساسي پس از بريدن جوش اتصال

مشكل اصلي آسيب پذيري لرزه اي ساختمانها حتي نمونه هاي جديد الاحداث در ايران، عدم استفاده صحيح از دانش فني در مراحل طراحي و اجرا مي باشد. دستورالعملهاي اتصالات جوشكاري شده و ضوابط طراحي ساختمانهاي فولادي، گاهي در طراحي و اجرا سهل انگاري مي شود. لذا بايستي سطح معلومات فني اين افراد افزايش يافته و نيز مكانيزمي براي اعمال قاطعيت اجرايي و كنترل امر در نظرگرفته شود و البته طوري كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئوليتها به درستي تقسيم گردد[ ١ ].
ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل ميدهند و يكي از مهمترين موضوعات درهر ساختمان فولادي، كنترل جوشكاري آن ميباشد (تصاوير ٢ و ٣).اهميت اين امر در زلزله هاي .( اخير نشان داده شده است كه خسارات اساسي پس از بريدن جوش اتصال عضو ساز هاي پديد م يآيد(شكل ٤ )

جوشها درهمه بخشها بايستي منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش (شكل ٥) و كنترل كيفيت لازم بررسي گردد. در استاندارد ٢٨٠٠ ، آزمايشات اولتراسونيك و راديوگرافي براي كنترل اتصالات جوشي قابهاي خمشي ويژه اجباري شده است[ ٣] كه البته بسته به تشخيص مهندس ناظر در ساير حالات حتي در ساختمانهاي معمولي نيز بايد انجام گردد. در اين مقاله، ضمن مروري بر عيبهاي معمول جوشكاري در اجراي ساختمانهاي فولادي، روشهاي بازرسي و كنترل كيفيت جوش ارائه ميگردد.

٢. عيبها و ناپيوستگي هاي معمول در جوشكاري

يكي از مهمترين وظايف بازرس يا تيم كنترل كيفي جوش، ارزيابي حقيقي جوشها به منظور بررسي مناسب بودن آنها در شرايط بهره برداري و در واقع تعيين هر گونه كمبود و نيز نامنظمي درجوش يا قطعه جوشكاري شده كه عمومًا ناپيوستگي ناميده مي شود ميباشد. در حاليكه يك ناپيوستگي، هر گونه اختلال در ساختار يكنواخت را بيان مي كند، يك عيب ناپيوستگي ويژه است كه مناسب بودن سازه يا قطعه را زير سئوال مي برد. شكل ناپيوستگي را ميتوان به دو گروه كلي خطي و غير خطي تقسيم نمود. ناپيوستگي هاي خطي طولي به مراتب بيش از پهنا دارند. زمانيكه در جهت عمود برتنش اعمالي قرار گيرند، يك ناپيوستگي خطي نسبت به غير خطي شرايط بحراني تري را ايجاد مي كند، چرا كه احتمال اشاعه و در نهايت تخريب آن بيشتر خواهد بود[ ٤ ].

٣. ناپيوستگيهاي فلز جوش و فلز پايه
۱-۳٫ تركها
بحراني ترين ناپيوستگي ها، تركها هستند . شرايط اضافه بار باعث ايجاد تركها و تمركز تنش مي شود . يك روش گروه بندي تركها با مشخص كردن آنها به صورت گرم يا سرد است . همچنين تركها را ميتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولي جوش توصيف نمود . تركهاي طولي بعلت تنشهاي انقباضي عرضي جوشكاري يا تنشهاي سرويس ايجاد مي شوند . تركهاي عرضي عمومًا به علت اثر تنشهاي انقباضي طولي جوشكاري روي جوش يا فلز پايه با انعطاف پذيري كم ايجاد مي شوند (شكل ٦). انواع مختلف ترك با توصيف دقيق موقعيتهاي آنها نسبت به اجزا مختلف شامل : تركهاي گلويي، ريشه، كناره، چاله جوش، زيرگرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پايه هستند .
تركهاي گلويي كه از ميان گلويي جوش يا كوتاهترين مسير درسطح مقطع جوش گسترش مي يابد ، از نوع تركهاي طولي بوده واغلب در طبقه بندي ترك گرم قراردارند.

تركهاي ريشه در فلز پايه يا در خود جوش نيز در زمره تركهاي طولي هستند . تركهاي كناره جوش در فلز پايه ايجاد شده و در كناره جوش توسعه مي يابند . تركهاي چاله جوش درنقطه پاياني رديفهاي منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشكار ايجاد مي شوند . دسته بعدي تركها، ترك زير جوش به علت حضورهيدروژن است . اين نوع ترك بجاي فلز جوش در ناحيه تحت تاثير حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.

٢-٣. ذوب و نفوذ ناقص
طبق تعريف، ذوب ناقص يك ناپيوستگي درجوش است كه ذوب شدن بين فلز جوش وسطوح ذوب و يا لايه هاي جوش رخ نداده باشد . بعلت خطي بودن و انتهاي نسبتًا تيزآن، ذوب ناقص از ناپيوستگي هاي بارز درجوش است و در وضعيتهاي مختلف در منطقه جوش تشكيل مي شود . نفوذ ناقص معرف حالتي است كه فلز جوش به طور كامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد . موقعيت اين عيب در مجاورت ريشه جوش است . ذوب و نفوذ ناكافي به علت عدم مهارت جوشكار، شكل نامناسب اتصال يا آلودگي اضافي ايجاد مي شود.

٣-٣. سرباره هاي محبوس شده
مناطقي در سطح مقطع يا در سطح جوش هستند كه سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مكانيكي درون فلز منجمد شده محبوس مي شود. اين سرباره منجمد شده بخشي از مقطع جوش را نمايش مي دهد كه فلز جوش بخوبي ذوب نمي شود. اين پديده خود سبب ايجاد بخشي ضعيف در نمونه خواهد شد . در حقيقت سرباره هاي
محبوس شده اغلب درارتباط با ذوب ناقص هستند.

٤-٣. تخلخل
اين نوع ناپيوستگي درخلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ايجاد مي شود . بنابراين تخلخل را بسادگي ميتوان، حفره هاي گاز درون فلز ج وش منجمد شده دانست . به علت طبيعت كروي شكل آنها، تخلخل كمترين خطر را در ميان ديگر ناپيوستگي ها داراست ولي در زمانيكه جوش بايد تحمل فشارهاي بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناك خواهد بود [ ٦]. منابع مختلفي براي حضور رطوبت يا آلودگي وجود دارد كه ميتوان الكترود فلز پايه، گازمحافظ يا محيط اطراف را در اين ميان نام برد، تغيير درتكنيك جوشكاري نيز مي تواند سبب ايجاد تخلخل شود.

٥-٣. بريدگي كنار جوش
بريدگي كنار جوش يك ناپيوستگي سطحي است كه در فلز پايه مجاور فلز جوش رخ ميدهد . در شرايطي عيب را داريم كه فلز پايه شسته شد ه ولي با فلزي پركننده جبران نمي شود . نتيجه ، ايجاد يك شيار خطي با شكلي نسبتًا تيز است كه درفلز پايه تشكيل مي شود . اين عيب بعلت سطحي بودن ماهيت آن براي بارگذاري خستگي خطرناك است. بريدگي كنار جوش عمومًا به علت تكنيك جوشكاري نامناسب ايجاد مي گردد ، به ويژه اگ ر سرعت حركت جوش زياد باشد . علاوه بر اين اگر گرماي جوشكاري بسيار بالا باشد مي تواند سبب ذوب شدن بيش ازحد فلز پايه گردد.

٦-٣. پرشدن ناقص
اين مورد مشابه بريدگي كنار جوش، يك ناپيوستگي سطحي است كه به علت كمبود ماده در مقطع عرضي ايجاد مي شود. تنها تفاوت دراين ميان اين است كه پرشدن ناقص در فلز جوش ولي بريدگي كنار جوش درفلز پايه يافت مي شود . به بيان ساده ، پرشدن ناقص ، زماني رخ مي دهد كه فلز پركننده به اندازه كافي براي پركردن اتصال جوش در دسترس نباشد (شكل ٧). مشابه بريدگي كنار جوش، پرشدن ناقص نيز هم در سطح رويي و هم در ريشه جوش ظاهر مي شود . دليل اوليه پرشدن ناقص، تكنيك غلط جوشكاري است . مثلا سرعت زياد جوشكاري اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمي دهد.

٧-٣. سررفتن
نوع ديگر ناپيوستگي سطحي جوش كه از تكنيك نامناسب جوشكاري (سرعت جوشكاري خيلي آرام ) ناشي مي شود، سررفتن است كه در آن ، فلز جوش روي فلز پايه مجاورش سر مي رود و دركناره جوش، شياري تيز را ايجاد مي نمايد . به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه كافي زياد باشد مي تواند تركي را كه از اين تمركز تنش ايجاد مي شود را مخفي نمايد.

٨-٣. تحدب بيش از حد
اين ناپيوستگي مختص جوشهاي گوشه است و طبق تعريف تحدب عبارت از حداكثر فاصله از رويه محدب يك جوش گوشه تا خط واصل بين كناره هاي جوش است . از نقطه نظراستحكام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروري است ولي اگر از حدي بيشتر باشد، به عنوان يك عيب تلقي مي شود. اين مطلب هم از نقطه نظر اقتصادي (مصرف فلز پركننده بيشتر ) و هم از نظر حضور مناطق تيز اطراف جوش به خصوص در بارگذاري خستگي مطرح مي شود. دليل ايجاد تحدب، آرام بودن سرعت جوشكاري يا تكنيك ناصحيح جوشكاري است.

٩-٣. لكه قوس و پاشش
لكه هاي قوس درنتيجه شرو ع قوس عمدًا ياتصادفي روي سطح فلز پايه دور از اتصال به وجود ميآيند . در اثر اين رخداد، منطقه اي متمركز شده از سطح فلز پايه ذوب شده و سريعًا سرد و شكننده مي شود . پاشش همان ذرات فلزي پراكنده ناشي از جريان بالاي جوشكاري هستند كه در تشكيل جوش نقشي ندارند . از نقط ه نظر بحراني بودن، پاشش ممكن است زياد مهم تلقي نشود، ولي درهر حال مقادير زياد پاشش ميتوانند گرماي موضعي زيادي را به سطح فلز مشابه با اثر لكه قوس ايجاد كنند و حتي سبب تشكيل ناحيه تحت تاثير حرارت شوند.

١٠-٣ . اعوجاج
خميدگي يا اعوجاج از مشكلات مهم جوشكاري اس ت كه بايد برطرف گردد . اين مسئله در اثر انقباض كه به هنگام گرم و سرد شدن پس از عمليات جوشكاري در فلز پايه و جوش بوجود مي آيد ، شكل مي گيرد . براي كنترل اعوجاج بايد شرايط لازم براي جوشكاري شامل كنترل قبل، حين و بعد از جوشكاري تامين گردد.

١١-٣ . تورق و پارگي سراسري
اين ناپيوستگي ويژه مربوط به فلز پايه است . تورق در اثر حضور آلودگي و ناخالصي غير فلزي موجود درزمان توليد فولاد ايجاد مي شود . اين ناخالصي ها به طور طبيعي اكسيدي هستند كه در زمانيكه فولاد هنوز مذاب است تشكيل شده و در خلال عمليات بعدي نورد كشيده شده و موج ب تورق مي شوند. نوع ديگر ناپيوستگي مربوط به پارگي سراسري است و زماني رخ مي دهد كه در جهت تمام ضخامت دراثر جوشكاري تنشهاي انقباضي بزرگي ايجاد شده باشد . پارگي عمومًا موازي سطح نورد شده زير فلز پايه و معمولا موازي مرز ذوب جوش رخ مي دهد .
پارگي سراسري يك ناپيوستگي است كه مستقيمًا به طرز قرارگيري اتصال مرتبط مي شود.

١٢-٣ . جابجا شدن و ناپيوستگي هاي ابعادي
دراثر سواركردن و مونتاژ غلط اجزاي مورد جوش در كنار يكديگر ، جابجايي بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه كار در جوشهاي لب به لب است كه در مواردي با برشكاري رفع مي شود، اما در بيشتر مواقع بايد جوش را بريده و مجددًا عمليات جوشكاري بادقت تكرار شود . ناپيوستگي هاي ابعادي، نقائص شكل يا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مي كنند.

٤. آزمايشهاي جوش

١-٤. ارزيابي جوشكار
آزموني كه صلاحيت جوشكار را براي اجراي ضوا بط آيين نامه اي تاييد مي كند، آزمايش تشخيص صلاحيت يا ارزيابي جوشكار و يا آزمون كيفيت اجرا خوانده مي شود . اين ارزيابي مشخص مي كند كه آيا جوشكار دانش و مهارت لازم را در بكارگيري و اعمال دستورالعمل جوشكاري مدود در رابطه با رده بندي كاري خود دارد ياخير . ارزيابي جوشكار ممكن است با تجهيزات جوشكاري دستي و يا با تجهيزات جوشكاري تمام اتوماتيك انجام شود .

– روشهاي آزمايشي كه كيفيت يك جوش را تعيين مي كند، در سه طبقه بندي بسيار وسيع قرار مي گيرد . ١- آزمايش هاي غير مخرب، ٢- آزمايشهاي مخرب و ٣- بازرسي عيني[ ٦و ٥ ]

٢-٤. آزمايشهاي غير مخرب
هدف از اين آزمايشها، بازرسي و تشخيص عيوب مختلف جوش (سطحي وعميق) و تاثيد آن مي باشد، بدون اينكه قطعه جوش داده شده غير قابل استفاده شود . اگر آزمايش نشان دهد كه محلي از جوش معيوب است مي توان از طرفين محل مذكور به اندازه لازم برداشته وبا جوش مجدد اتصال كاملي به دست آورد [ ٥ ].

۱-۲-۴٫ آزمون ذرات مغناطيسي
آزمون ذرات مغناطيسي يكي از آسانترين آزمايشهاي غير مخرب جوشكاري است . اين روش جوش را براي معايبي از قبيل تركهاي سطحي، ذوب ناقص، تخلخل، بريدگي كنار جوش، نفوذ ناقص ريشه جوش و اختلاط سرباره كنترل مي كند . اين آزمايش محل تركهاي داخلي و سطحي بسيار ريز را براي رويت با چشم غير مسلح آشكار ميكند . قطعه مورد آزمايش با استفاده از جريان الكتريكي، يا قراردادن آن در داخل يك سيم پيچ مغناطيسي مي گردد . سطح مغناطيسي شده قطعه با لايه نازكي از يك گرد مغناطيسي نظير اكسيد آهن قرمز پوشيده مي شود و اين لايه گرد در صورت وجود يك عيب سطحي يا داخلي در داخل حفره يا ترك مربوطه فرو مي رود.

٢-٢-٤. بازرسي با مواد نافذ
بازرسي با مواد نافذ يكي از شيوه هاي غير مخرب براي محل يابي معايب سطحي مي باشد . سطح مورد بازرسي بايد ابتدا از لكه هاي روغن، گريس و مواد ناخالص و خارجي تميز شود . سپس ماده رنگي مورد نظر بر روي سطح پاشيده شده و در داخل تركها و ساير ناهمواريهاي نفوذ مي كند . رنگ اضافي از روي سطح پاك شده و سپس يك ماده فوق العاده فرار حاوي ذرات ريز سفيدرنگ بر روي سطح پاشيده مي شود . تبخير مايع فرار باعث برجاي ماندن گرد خشك سفيد رنگ بر روي ماده قرمز نفوذ كرده در ترك مي گردد و بر اثر عمل مويينگي، ماده قرمز از ترك بيرون كشيده شده و پودر سفيد كام ً لا قرمز مي شود.

٣-٢-٤. آزمون فراصوتي
آزمون فراصوتي قادر به تشخيص معايب داخلي بدون نياز به تخريب قطعه جوش شده مي باشد . موج هاي فراصوتي از داخل قطعه مورد آزمايش عبور داده مي شوند و با هرگونه تغيير درتراكم داخلي قطعه منعكس مي شوند. امواج منعكس شده (پژواك ها ) به صورت برجستگي هايي نسبت به خط مبنا، بر روي صفحه نمايش دستگاه ظاهر مي شوند . هنگامي كه عيب يا ترك داخلي توسط واحد جست و جو پيدا شود توليد ضربان سومي مي كند كه بين ضربان اول و دوم بر روي صفحه نمايش ثبت مي شود (شكل ٨). بنابراين مشخص مي شود كه اين عيب بين سطوح بالاو پايين مصالح (در داخل جسم مصالح ) مي باشد.

منبع : بانک مقالات جوشکاری و مهندسی جوش

همچنین ببینید

الکترود

طبقه‌بندی الکترود Electrode Classification

  به طور مثال: EXX10 High cellulose, Sodium EXX11 High cellulose, Potassium EXX12 High Titania …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *