مقدمه :
براي تامين ايمني در سيستم‌هاي لوله كشي نياز به تكيه‌گاه (support ) و مهار كننده (restraint)  هميشه حس مي‌شود. در حقيقت اين دو نقش غير قابل انكاري را در ايمن نمودن اين سيستم‌ها ايفا مي‌نمايند. تكيه گاه ها جذب كننده وزن سيستم و كاهش دهنده تنش در سيستم مي باشند. آنها همچنين مقدار افتادگي و شكم دادن (sag ) را در لوله كاهش مي دهند كه اين خود باعث حفاظت از اتصالات جوشي و پيچي مي شود. و همچنين از نشتي (leakage)  در سيستم جلوگيري مي نمايد. تكيه گاه ها نيرو هاي وارد بر نقاط انتهائي نظير نقاط اتصال به نازل هاي تجهيزات را نيز كاهش مي دهند. در اين ميان مهار كننده ها نيز حركات ايجاد شده در لوله را جهت مي دهند و از حركات اضافي جلوگيري مي نمايند منشا ايجاد اين حركات  دما و نيروي وارد بر سيستم نظير باد و زلزله و... است.

انواع تكيه گا ه ها و مهار كننده ها

9- Field Support  

1) Pipe Anchor
اين تكيه گاه به گونه اي مي باشد كه تمامي حركات را در نقطه اي ثابت و محدود مينمايد. اين تكيه گاه تمامي شش درجه آزادي لوله را ميگيرد. بايد به اين نكته نيز توجه داشت كه لزوما نقاطي كه ANCHOR  مي شوند ارتباط مستقيمي با نتايج تحليل تنش دارند.
اين تكيه گاه به گونه اي طراحي مي شود كه عملا رفتار دو طرف لوله را از هم مجزا نمايد. چون اجازه هيچگونه انتقال حركتي را به لوله نمي دهد.براي  Anchor  نمودن يك لوله آن را به صورت مستقيم به سازه تكيه گاه جوش مي دهند.در صورتي كه لوله عايق داشته باشد و با به هر علت ديگري از  shoe  استفاده شود shoe   به سازه   تكيه گاه جوش ميشود.

2)Pipe shoe
غالبا براي جلوگيري از از هدر رفتن دما در لوله هاي با حرارت بالا و يا حتي تامين ايمني كاركنان اطراف لوله ها، آنها را عايق مينمايند. و بايد به اين نكته نيز توجه داشت لوله اي كه عايق گرديده اگر به صورت مستقيم بر روي سازه تكيه گاه قرار گيرد عايق لوله صدمه مي بيندبراي حل اين مشكل از  shoe استفاده مي شود .
 Shoe از يك طرف به لوله جوش مي شود و از طرف ديگر روي تكيه گاه مينشيند.(مانند شكل )
از ديگر موارد استفاده از shoe  ها در خطوط شيبدار ميباشد و كه لوله به علت داشتن شيب توسط shoe  بر روي سازه مينشيند.


3)Guide  
Guide ها در گروه مهار كننده ها  (Restraints )  قرار مي گيرند از guide  ها زماني استفاده مي شود كه محدود نمودن كلي لوله مد نظر نيست .pipe guide  ها حركت لوله ها را در جهت عمود بر راستاي لوله محدود مينمايند.عموما از انها در روي pipe rack  ها در فواصل معين و مساوي استفاده مي شود.
به اين نكته بايد اشاره كرد كه pipe guide  ها از حراتجانبي در لوله جلوگيري مي نمايند بر خلاف pipe anchor  ها كه هم  به لوله و سازه تكيه گاه جوش مي شوند giude  ها به لوله جوش نمي شوند و فقط به سازه جوش ميشوند.
و در لوله هائي كه از shoe  استفاده مي شود giude  ها shoe را محدود مينمايند مانند شكل.

4)Hanger Rod
استفاده از تيرهاي آويز (Hanger Rod  ) در تكيه گاه گذاري (Supporting  ) روشي استاندارد و رايج مي باشد. هنگامي كه بخواهيم لوله يا لوله هائي را از بالا بگيريم از اين گونه تكيه گاه ها استفاده مي نمائيم. تير هاي آويز  توسط يك سازه از بالا معلق نگه داشته مي شوند . تير هاي آويز به دو دسته مختلف تقسيم مي شوند

دسته اول براي معلق نگه داشتن يك لوله است
و دسته دوم  براي معلق نگه داشتن چندين لوله به كار ميروند
دسته اول از اجزا ساده وكمي تشكيل شده اند از يك تير ياميله و يك clamp  
دسته دوم كه براي معلق نگهداشتن چند لوله كاربر دارد را گاهي اوقات trapeze نيز مي نامند. اجزاء آن شامل  يك تير با مقطع مشخص (مانند HEA  ) كه از طرفين انتهائي توسط دو ميله معلق نگه داشته شده است ،مي باشند.طول اين تكيه گاه( طول تيري كه لوله ها بر روي آن مي نشينند ) مي تواند تا 3 متر باشد و بايد به اين نكته نيز توجه داشت هر چقدر اين طول كمتر باشد مقدار نيروئي كه قادر به تحمل آن است نيز افزايش مي يابد.

5)Spring Hanger
اين نوع تكيه گاه را مي توان يك تير آويز انعطاف پذير دانست بدين صورت كه هنگامي لوله تحت تاثير دما قصد حركت و جابجائي در جهت بالا و پائين را داشته باشد Spring Hanger  به گونه اي عمل مي نمايد كه همراه لوله عكس العمل نشان مي دهد و در عين حال وزن سيستم را مي گيرد.
بايد به اين نكته نيز اشاره داشت كه اين تكيه گاه به صورت معكوس هم وجود دارد. در اين حال Spring  آويزان نيست بلكه لوله اين بار بر روي آن مي نشيند. در هر صورت spring  support  ها براي مقابله با پديده Lift Off  ( بلند شدن لوله از روي تكيه گاه ) كاربرد دارند.
Spring ها به دو دسته متغير (variable) و ثابت (constant) تقسيم مي شوند.نوع متغير رايج تر و البته ارزان تر است كه در مقابل فشردگي و جمع شدگي عكس العمل معمول يك فنر را نشان مي دهد

 F= kx
F نيروي فنر
 K  ثابت فنر
X  مقدار جابجائي ( فشردگي يا باز شدگي فنر نسبت به حالت اوليه )
همانطور كه از اين رابطه بر مي آيد با تغيير مقدار x  مقدار F  نيز تغيير مينمايد. پس نيروي وارده به لوله  تابعي از جابجائي است كه در لوله وارد مي شود.
نوع ثابت بر خلاف نوع متغير در مقابل فشردگي و باز شدگي فنر يك نيروي ثابت عكس العملي از خود نشان مي دهد پس از يك مكانيزم نسبتا پيچيده تري نسبت به نوع اول بر خوردار است .اين نوع فنر نسبت به نوع اول گرانتر نيز مي باشد.

  6) Pick Up Support
معمولا بر روي rack  ها فاصله بين تير ها بيشتر از شش متر است يا در مواردي براي خطوطي كه سايز بالائي دارند فاصله بين تكيه گاه  بيشتر از هفت متر مي باشد.در عين حال اگر خطوطي كه سايز كمي دارند در كنار اين خطوط قرار گيرند اين span  ( فاصله بين دو تكيه گاه ) بيشتر از span مجاز براي خطوط كوچكتر است . و حتما لوله هاي كوچكتر شكم خواهند داد كه اين خود ايجاد كننده pocket    و يا مشكلات ديگري در جوش ها و ... شود.براي حل اين مشكل از Pick Up Support ها    استفاده مي شود .بدين صورت كه از طريق خط لوله قطور تر خط لوله كوجكتر گرفته مي شود. همانطور كه در شكل ديده مي شود مي توان با استفاده از يك پروفيل مانند شكل يك L   شكل سيستمي را با توجه به بزرگ بودن قطر لوله اصلي تاماده نمود كه براي لوله نازك تر به عنوان تكيه گاه عمل نمايد.. اين كار عموما بين دو تكيه گاه اصلي صورت مي گيرد.

7) Dummy Support
اين نوع تكيه گاه در مواقعي كه امكان استفاده از ديگر انواع تكيه گاه ها نباشد استفاده مي شود در زماني كه لوله توسط يك elbow  تغيير مسير مي دهد به elbow  يك لوله ديكر جوش مي شود كه اين لوله (Dummy Leg  (  بر روي سازه تكيه گاه مي نشيند.

8) Snubber
يك Snubber  يا شوك گير يك مهار كننده (Restraint ) هيدروليكي يا مكتنيكي مي باشد كه براي مهار بارهاي ديناميكي به كار مي رود.( نمونه هاي بار ديناميكي را مي توان بارهائي كه توسط زلزله،ضربه قوچ ،ضربه شير اطمينان و... توليد مي شوند، دانست. )
اولين مزيت Snubber   ها اين است كه قادر هستند در موقعيت هائي كه انبساط و انقباض تحت دما مانع از استفاده يك تكيه گاه صلب مي شود. وقتي كه يك لوله تحت دما آرام آرام و به تدريج حركت مي كند يك Snubber    طوري طراحي شده است كه به صورت تدريجي جمع يا باز مي شود كاملا منطبق بر حركت لوله و زماني كه يك ضربه ناگهاني به سيستم وارد مي شود ابزار هاي داخلي Snubber  در برابر ضربه ناگهاني مقاومت مي كنمايند. و جلوي حركت لوله را تحت اين ضربات مي گيرند در اين حالت گفته مي شود Snubber  در حالت قفل (Look Up ) مي باشد.
Snubber قادر به جذب نبروي وزن در سيستم نيست. و بايد به اين نكته نيز توجه داشت كه وزن Snubber  و شرايطش بايد در تحليل تنش سيستم لوله كشي در نظر گرفته شود.

9)Field Support   
هنگامي كه لوله از Rack  خارج مي شود و تغيير ارتفاع مي دهد و به زمين نزديك مي شود با توجه به دور شدن لوله  از سازه ها و ديگر دسترسي هائي كه براي تكيه گاه گذاري لوله استفاده مي شود  از نوع ديگري از تكيه گاه ها استفاده مي شود در اين نوع تكيه گاه لوله از زمين گرفته مي شود كه مي تواند يك مكعب بتوني باشد كه sleeper  ناميده مي شود يا به جز مكعب بتوني سازه كوچكتر بروي آن قرار مي گيرد تا به عنوان تكيه گاه و مهار كننده لوله بر روي آن بنشيند.


عوامل تاثير گذار در انتخاب تكيه گاه ها و مهار كننده ها
1-وزن سيستم
2-دسترسي به سازه فلزي
3-مسير وجهت نيرو يا جابجائي
4-دماي سيستم
5-مقدار بلند شدن لوله از روي تكيه گاه تحت دما
6-شرايط لوله نظير داشتن عايق و يا شيب دار بودن



و....
انتخاب صحيح و به صرفه تكيه گاه در سيستم هاي لوله كشي يكي از مهمترين و در عين حال پيچيده ترين كارها براي كارشناس تكيه گاه گذاري مي باشد. در ضمن بايد به اين نكته را نيز يادآور شد كه خيلي از مشكلات و سختي هاي

تكيه گاه گذاري (supporting)  و انتخاب آن با روند صحيح در مرحله طراحي سيستم حل مي شود. در حقيقت يك تكيه گاه گذاري خوب ريشه در طراحي خوب سيستم لوله كشي دارد. سيستم لوله كشي بهتر است در اطراف سازه هاي فلزی طراحي شود تا يك مسير منطقي و بهينه را براي تكيه گاه گذاري سيستم فراهم آورد.

اريخچه ي مختصراز جوشکاري دستي قوس برقي(S.M.A.W)

قوس برقي در سال 1807توسط سرهمفري ديوي کشف شد ولي استفاده از آن در جوشکاري فلزات به يکديگر هشتاد سال بعد از اين کشف ، يعني در سال 1881 اتفاق افتاد. فردي به نام آگوست ديمري تنز در اين سال توانست با استفاده از قوس برقي و الکترود ذغالي صفحات نگهدارنده انباره باطري را به هم متصل نمايد.بعد از آن يک روسي به نام نيکولاس دي بارنادوس با يک ميله کربني که دسته اي عايق داشت توانست قطعاتي را به هم جوش دهد. وي در سال 1887 اختراع خود را در انگلستان به ثبت رساند.اين قديمي ترين اختراع به ثبت رسيده در عرصه جوشکاري دستي قوسي برقي مي باشد.فرايند جوشکاري با الکترود کربني در سالهاي 1880و1890در اروپا و آمريکا رواج داشت ولي استفاده از ولت زياد (100 تا 300ولت)و آمپر زياد (600تا 1000آمپر)در اين فرايند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصيهاي کربني شکننده بود همه باعث مي شد اين فرايند با اقبال صنعت مواجه نشود.
جهش از اين مرحله به مرحله فرايند جوشکاري با الکترود فلزي در سال 1889 صورت گرفت.در اين سال يک محقق روس به نام اسلاويانوف و يک آمريکايي به نام چارلز کافين(بنيانگذار شرکت جنرال الکتريک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزي در جوشکاري با قوس برقي را ابداع نمايند.
در آغاز قرن بيستم جوشکاري دستي با قوس برقي مورد قبول صنعت واقع شد. عليرغم ايرادهاي فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمريکااز مفتول لخت که داراي روکش نازکي از اکسيد آهن که ماحصل زنگ خوردگي طبيعي و يا بخاطر پاشيدن عمدي آب بر روي کلافهاي مفتول قبل از کشيده شدن نهايي بود استفاده مي شد و گاهي اين مفتول لخت با آب آهک آغشته مي شد تا در هر دو وضعيت بتواند ثبات قوس برقي را بهتر فراهم آورد.آقاي اسکار کجل برگ سوئدي را بايد پدر الکترودهي روکش دار مدرن شناخت وي نخستين شخصي بود که مخلوطي از مواد معدني و آلي را به منظور کنترل قوس برقي و خصوصيات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقيت به کار برد.وي اختراع خود را در سال 1907 به ثبت رساند.ماشينهاي جوشکاري با فعاليت هاي فوق الذکر به روند تکاملي خود ادامه مي دادند.در سالهاي 1880 مجموعه اي از باطري پر شده به عنوان منبع نيرو در ماشين هاي جوشکاري به کار گرفته شد.تا اينکه در سال 1907 نخستين دستگاه Generator جوشکاري به بازار آمريکا عرضه شد.

جوشکاري با گاز يا شعله
جوشکاري با گاز يا شعله يکي ازاولين روشهاي جوشکاري معمول در قطعات آلومينيومي بوده و هنوز هم در کارگاههاي کوچک در صنايع ظروف آشپزخانه و دکوراسيون و تعميرات بکارميرود. در اين روش فلاکس يا روانساز يا تنه کار براي برطرف کردن ليه اکسيدي بکار ميرود.
مزايا:سادگي فرايند و ارزاني و قابل حمل و نقل بودن وسايل
محدوده کاربرد:ورقهاي نازک 8/0تا 5/1ميليمتر
محدوديتها:باقي ماندن روانساز لابلاي درزها و تسريع خوردگي - سرعت کم – منطقه H.A.Zوسيع است .
قطعات بالاتر از 5/2ميليمتر را به دليل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بين روش جوش نميدهند.
حرارت لازم در اين روش از واکنش شيميايي گاز با اکسيژن بوجود مي ايد.
حرارت توسط جابجايي و تشعشع به كار منتقل مي شود. قدرت جابجايي به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگي دارد. لذا تغيير اندکي در درجه حرارت شعله مي تواند ميزان حرارت تشعشعي و شدت آنرا بمقدار زيادي تغيير دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشي از احتراق و حجم اکسيژن لازم براي احتراق و گرماي ويژه و حجم محصول احتراق(گازهاي توليد شده) بستگي دارد. اگر از هوا براي احتراق استفاده شود مقدار ازتي که وارد واکنش سوختن نمي شود قسمتي از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله مي شود.بنابرين تنظيم کامل گاز سوختني و اکسيژن لازمه ايجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهاي سوختني نظير استيلن يا پروپان يا هيدروژن و گاز طبيعي نيز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و در نتيجه درجه حرارت شعله نيز متفاوت خواهد بود. در عين حال معمولترين گاز سوختني گاز استيلن است.
تجهيزات و وسايل اوليه اين روش شامل سيلندر گاز اکسيژن و سيلندر گاز استيلن يا مولد گاز استيلن و رگولاتور تنظيم فشار براي گاز و لوله لاستيکي انتقال دهنده گاز به مشعل و مشعل جوشکاري است.
استيلن با فرمول C2H2 و بوي بد در فشار بالا ناپيدار و قابل انفجار است و نگهداري و حمل و نقل آن نيازبه رعايت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سيلندر حدود psi 2200است و رگولاتورها اين فشار را تا زير psi 15 پايين مي آورند.و به سمت مشعل هدايت مي شود.(در فشارهاي بالا ايمني کافي وجود ندارد).توجه به اين نکته نيز ضروري است که اگر بيش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستيلن استفاده شود از سيلندر استن بيرون خواند زد که خطرناک است.
بعضي اوقات از مولدهاي استيلن براي توليد گاز استفاده مي شود. بر اساس ترکيب سنگ کاربيد با آب گاز استيلن توليد ميشود.
CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2
روش توليد گاز با سنگ کاربيد به دو نوع کلي تفسيم ميشود.
1-روشي که آب بر روي کاربيد ريخته ميشود.
2-روشي که کاربيد با سطح آب تماس حاصل ميکند و باکم و زياد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغييرمي کن
رگولاتورها(تنظيم کننده هاي فشار) هم داراي انواع گوناگوني هستند و براي فشارهاي مختلف ورودي و خروجي مختلف طراحي شده اند.رگولاتورها داراي دو فشارسنج هستند که يکي فشار داخل مخزن و ديگري فشار گاز خروجي را نشان ميدهند. رگولاتورها در دو نوع کلي يک مرحله اي و دو مرحله اي تقسيم ميشوند که اين تقسيم بندي همان مکانيزم تقليل فشار است. ذکر جزييات دقيق رگولاتورها در اينجا ميسر نيست اما اطلاع از فرايند تنظيم فشار براي هر مهندسي لازم است(حتما پيگير باشيد).
کار مشعل آوردن حجم مناسبي از گاز سوختني و اکسيژن سپس مخلوط کردن آنها و هدايتشان به سوي نازل است تا شعله مورد نظر را يجاد کند.
اجزا مشعل:

الف-شيرهاي تنظيم گاز سوختني و اکسيژن
ب-دسته مشعل
ج-لوله اختلاط
د-نازل
قابل ذکر اينکه طرحهاي مختلفي درقسمت ورودي گاز به لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزيمم حرکت اغتشاشي به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسير در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله اي آرام بوجود ايد.
در انتها يادآور مي شود مطالب بسيار زيادي در اين خصوص وجود داشت که بدليل عدم امکان نمايش تصاوير که عمدتا اسکن هم نشده اند بيش از اين به شرح و توضيح آنها نپرداختم.از جمله ين مطالب شناسايي نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود. يا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نماي شماتيک و ... .
پيچيدگي((Distortion
پيچيدگي و تغيير ابعاد يکي ازمشکلاتي است که در اثر اشتباه طراحي و تکنيک عمليات جوشکاري ناشي ميشود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوريک تنها به اين مورد اشاره ميکنيم که حين عمليات جوشکاري به دليل عدم فرصت کافي براي توزيع يکنواخت بار حرارتي داده شده به موضع جوش و سرد شدن سريع محل جوش انقباضي که ميبايست در تمام قطعه پخش ميشد به ناچار در همان محدوده خلاصه ميشود و اين انقباض اگر در محلي باشد که از نظر هندسي قطعه زاويه دار باشد منجر به اعوجاج زاويه اي(Angular distortion) ميشود.در نظر بگيريد تغيير زاويه اي هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طويل چه ايراد اساسي در قطعه نهايي ايجاد مي کند.
حال اگر خط جوش در راستي طولي و يا عرضي قطعه باشد اعوجاج طولي و عرضي(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمايان ميشود. اعوجاج طولي و عرضي همان کاهش طول قطعه نهايي ميباشد. اين موارد هم بسيار حساس و مهم هستند.
نوع ديگري از اعوجاج تاول زدن يا طبله کردن و يا قپه Bowing)) ميباشد.
ذکر يکي از تجربيات در اين زمينه شايد مفيد باشد. قطعه اي به طول 20 متر آماده ارسال براي نصب بود که بنا به خواسته ناظرميبايست چند پاس ديگر در تمام طول قطعه جوش داده ميشد.تا ساق جوش 2-3ميليمتر بيشتر شود.بعد از انجام اينکارکاهش 27ميليمتري در قطعه بوجود آمد. و اين يعني فاجعه .چون اصلاح کاهش طول معمولا امکان پذير نيست و اگر هم با روشهاي کارگاهي کلکي سوار کنيم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده ايم و چه بسا حين استفاده از قطعه آن وصله کاري توان تحمل بارهاي وارده را نداشته باشد و ايرادات بعدي نميان شود.
بهترين راه براي رفع اين ايراد جلوگيري ازبروز Distortion است. و(طراح يا سرپرست جوشکاري خوب) کسي که بتواند پيچيدگي قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگيري از آن راهم پيشنهاد بدهد.
بعضي راهکارهاي مقابله با اعوجاج:
1- اندازه ابعاد را کمي بزرگتر انتخاب کرده ...بگذاريم هر چقدر که ميخواهد در ضمن عمليات تغيير ابعاد و پيچيدگي در آن ايجاد شود.پس از خاتمه جوشکاري عمليات خاص نظير ماشين کاري...حرارت دادن موضعي و يا پرسکاري براي برطرف کردن تاب برداشتن و تصحيح ابعاد انجام ميگيرد.
2- حين طراحي و ساخت قطعه با تدابير خاصي اعوجاج را خنثي کنيم.
3- از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر براي بدست آوردن استحکام مورد نياز استفاده شود.
4-تشديد حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اينصورت نفوذ بهتري داريم و نيازي به جوش اضافه نيست.
5- ازدياد سرعت جوشکاري که باعث کمتر حرارت ديدن قطعه ميشود.
6- در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم اعوجاج بيشتر نمود دارد.
7- تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثي
8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحيح طراحي شده باشد ميتواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثي پخش کند و تاحد زيادي از ميزان اعوجاج بکاهد.
9- بکار بردن گيره و بست و نگهدارنده باري مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه
عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :
1- حرارت داده شده موضعي , طبيعت و شدت منبع حرارتي و روشي که اين حرارت به کار رفته و همچنين نحوه سرد شدن
2- درجه آزادي يا ممانعت بکار رفته براي جلوگيري از تغييرات انبساطي و انقباظي. اين ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و يا از طريق مکانيکي (گيره يا بست يا نگهدارنده و خالجوش)اعمال شود.
3- تنش هاي پسماند قبلي در قطعات و اجزا مورد جوش گاهي اوقات موجب تشديد تنش هاي ناشي از جوشکاري شده و در مواردي مقداري از اين تنش ها را خنثي ميکند.
4- خواص فلز قطعه کار واضح است که در شرايط مساوي طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاري مواردي مانند ميزان حرارت جذب شده در منطقه جوش و چگونگي نرخ انتقال حرارت و ضرايب انبساط حرارتي و قابليت تغيير فرم پذيري و استحکام و بعضي خواص ديگر فلز مورد جوش تاثير قابل توجهي در ميزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنيتي زنگ نزن مشکل پيچيدگي به مراتب بيشتر از فولاد کم کربن معمولي ميباشد.

توضيحاتي پيرامون WPS & PQR
در نظر بگيريد در کارخانه اي بزرگ که تعداد زيادي پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاري برخورد ميکنيم ....انواع الکترودها، ورقها با ضخامتهاي متفاوت، ماشينهاي مختلف که تحت شريط خاصي تنظيم شده است ،جوشكاران كه اغلب به روش سنتي(بدون رعايت اصول علمي)جوشكاراي ميكنند را در نظر بگيريد. بهترين کار چک کردن کار با کتابچه اي است که به عنوان WPS (Welding Procedure spcification)معروف است. هر چند کاربرد اصلي اين دفترچه براي پرسنل توليد است اما در واقع زبان مشترک توليد کننده و بازرس و ناظر ميباشد که در بعضي مواقع کارفرماهي بزرگ خودشان WPSمورد قبول خود را به سازنده ارايه ميکنند و بناي بازرسي ها را بر اساس آن قرار ميدهند. فکر ميکنم تا حدودي مفهوم را ساده کرده باشم.
استاندارد مرجعAWSَ حدود 170 نوع اتصال را با پوزيشنهاي متفاوت معرفي کرده و انواع پارامترهاي جوشکاراي را براي تمامي انواع فرايندها(SMAW-MIG/MAG-TIG-SAW-…)معرفي کرده اين متغيرها شامل محدوده ضخامت مجاز براي نوع اتصال –دامنه تغييرات مجاز براي آمپر- ولتاژ-قطر الکترود-نوع پودر-زاويه کونيک کردن-روش پيشگرم و پسگرم-و ... ميباشد. که بخشي از وظيفه QC_MAN کنترل ميزان تطابق روش جاري جوشکاري با روش مشخص شده در WPS است. در بعضي از موارد خاص که استاندارد روش خاصي ارايه نداده اغلب يک طراح جوش بنا به تجربيات خود پروسيجري ارايه ميدهد. در بعضي شرکتهاي بزرگ براي هر پروژه اي يک دفترچه WPS موجود است اما از آنجا که روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر ميرسد که نيازي به -WPS هاي متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که براي کارهاي مشخص و ثابت بهتر است يک WPS تهيه شود و از تعدد ايجاد مدارک و مستندات دست و پا گير جلوگيري شود. يک WPS معمولي ميتوانيد در حدود 200-250 صفحه باشد.يعني به همين تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاري مربوطه را توضيح داده است.

PQR (Procedure Qualification Record)
ابتدا توضيح کوتاهي در مورد خود PQR لازم است که بايد گفت PQR نتايج آزمايشات مخرب و غير مخرب در مورد يک نوع مشخص جوش است.که از طرف آزمايشگاههاي معتبر بيد ارايه شود.
حال به اين سوال ميرسيم که از کجا اعتبار يک WPS را بفهميم؟ و مديران خط توليد يا تضمين کيفيت و يا ناظران و کنترل کيفيت چطور از اعتبار WPS اطمينان حاصل ميکنند؟
قطعا آن قسمت از WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نياز به اينکار ندارد چراکه تمامي موارد پيشنهادي استاندارد هم حاصل تجربيات گروه زيادي از متخصصان بوده است و فلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسير تجربه است تا زودتر به نتيجه دلخواه برسيم.ولي جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در ستاندارد AWS مشخصا به اين موضوع اشاره شده که براي موارد پيشنهادي استاندارد نيازي به PQR نيست.
اما براي آن مواردي که از استاندارد استخراج نشده و پيشنهاد واحد طراحي و يا مشاور طرح بوده بايد حتما PQR تهيه شود.

روش تهيه PQR:
فرض کنيم نياز داريم براي 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهيه کنيم.يا بايد 70نمونه تهيه کنيم؟ و يا اين کار عاقلانه است؟ مسلما خير.
بنابر جداول مربوط به تهيه نمونه براي PQR ميتوان تعداد بسيار کمتري براي تاييديه روش جوشکاري (PQR) تهيه کرد به اين ترتيب که در جداول مربوطه بنا بر تغييرات ضخامت قطعات در اتصالات شبيه به هم تعداد نمونه و نوع و تعداد آزمايشات براي آن نمونه معرفي شده. که پس از فرستادن قطعات به ازمايشگاههاي ذيصلاح و گرفتن جواب مثبت ميتوان به آن WPS اعتماد کرد و جوشکاري را آغاز کرد.
مثال:
فرض کنيد دفترچه WPS را براي تهيه PQR در اختيار داريد.مراحل زير براي تهيه PQRپيشنهاد ميشود.
1-اتصالاتي که در استاندارد وجود دارد را تنها با متن استاندارد مطابقت دهيد تا چيزي از قلم نيفتاده باشد و تلرانسها دقيقا استخراج شده باشد و نظير اين...
2-در مورد اتصالات شبيه به هم با مراجع به استاندارد يکي از پرکاربردترين ضخامتها را انتخاب کنيد.براي کارهاي سازه اي و اتصال نوع Grooveفرض كنيد که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفي شده .بهترين کار اين است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترين نمونه براي تهيه PQR انتخاب كنيم كه اين بهترين انتخاب اغلب پرکاربردترين يا حساسترين اتصال است.مثلا Grooveبا ضخامت 30-30که بنابر جدول استاندارد ميبينيم که اين نوع اتصال محدوده ضخامتيmm 3 تاmm 60 را با اعتبار ميبخشد يعني براي ضخامت 2 تا 60 ديگر نيازي به تهيه PQR نداريم و اين از مزاياي استفاده از استاندارد است.
3-حال که نمونه مورد نظر را انتخاب کرديم بايد در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد آمده است آنرا تهيه کنيم و توسط يک جوشکار که داراي کارت صلاحيت جوشکاري در حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غيره) است جوشکاري انجام شود.
4-قطعه مور نظر را به آزمايشگاههاي معتبر ارسال ميکنيم تا تحت تستهاي مختلف قرار گيرد. اين تستها اغلب خمش کناره-راديوگرافي-ماکرواچ-شکست و ... است.
5-پس از اعلام نتيجه مثبت آزمايشگاه ميتوان جوشکاري را آغاز نمود.


نکاتي در مورد جوشکاري فولادهاي ضدزنگ و ضدخوردگي
خصلت اصلي فولادهاي استنلس(ضد زنگ) مقاومت در برابر زنگ خوردگي است (داشتن کرم بيش از 12% مويد همين مطلب است).نيکل موجود در اين فولادها حتي به مقدار زياد هم نميتواند به تنهايي مقاومت در برابر خوردگي را زياد کند.ولي با حضور کرم ميتواند تا حد زيادي اين وظيفه را بخوبي انجام دهد.مزيت اصلي نيکل تسهيل ايجاد فاز آستنيت و بهبود خاصيت مقاوم به ضربه فولادهاي کرم نيکل دار است. موليبدن شرائط خنثي سازي اين فولاد را تثبيت مي کند و عموما عامل افزايش مقاومت به خوردگي موضعي(Pitting) است.
به منظور اطمينان از تشکيل کاربيدهاي پايدار که باعث افزايش مقاومت به خوردگي بين دانه اي ميشود افزودن Ti و Nb به انواع معيني از فولادهاي کرم-نيکل دار ضروري است.

1-فولادهاي ضد زنگ
کرم و کربن عناصر اصلي اينگونه از فولادها را تشکيل ميدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از 04/0درصد است تاثير کرم بر استحکام کششي حتي در مقادير 13 و 17و 20درصد بسيار ناچيز است. در حاليکه در مقادير زيادتر کربن با عمليات حرارتي مناسب امکان دستيابي به استحکام کششي مناسب و عمليات مکانيکي مورد نظر فراهم ميشود.
با توجه به ريزساختار فولادهاي کرم دار را به شرح زير ميتوان دسته بندي کرد:
الف-فولادهاي کرم دار-فريتي(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)
ب- فولادهاي کرم دار-نيمه فريتي(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)
ج-فولادهاي کرم دار-مارتنزيتي(12 تا 18 درصد کرم و بيش از 3/0 درصد کربن)
د- فولادهاي کرم دار-قابل عمليات حرارتي(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)
اين دسته بندي را در مورد جوش پذيري نيز ميتوان تکرار کرد.
تحت شرايط حرارتي نامناسب فولادهاي فريتي(گروه الف) تمايل به تشکيل دانه هاي درشت نشان ميدهند. انرژي حرارتي ناشي از جوشکاري منجر به رشد دانه بندي ميشود که نميتوان آنرا با پس گرمايش برطرف نمود.در نتيجه کاربيد رسوب ميکند و در مرز دانه هاي فريت باعث شکنندگي و کاهش شديد مقاومت به ضربه فلز جوش ميشود.براي غلبه بر اين حالت بايد از الکترود آستنيتي تثبيت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نيکل استفاده نمود.فلز جوشي که بدين ترتيب حاصل ميشود داراي خاصيت آستنيتي و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشي که بدين طريق حاصل ميشود از نظر مقاومت به خوردگي مطابق فولددهاي ضدزنگ فريتي ميباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتيکه اجبار در يکرنگي باشد بايد از فيلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمي Ti)استفاده شود.Tiدر مقادير جزيي نقش موثر در ريز دانه کردن فلز جوش دارد.
بعلت رابطه گريز ناپذير بين رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه اي چاره اي جز کاستن از تنش هاي حرارتي ناشي از عمليات جوشکاري وجود ندارد و براي نيل به اين منظور تمهيداتي نظير الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاري بيشتر و پيش گرمايش 200تا 300 درجه سانتيگراد بايد به کار رود.
پس گرمايش در حدود 700 تا 800 درجه سانتيگراد خاصيت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود ميدهد.
همچنين آنيلينگ(Annealing)به مدت کم نيز باعث تجمع کاربيد شده و تا حدي شکنندگي فلز جوش را جبران ميکند و همينطور به تنش گيري نيز کمک ميکند. ولي هرگز باعث رفع کامل درشت دانگي HAZ نميشود.
اقدامات مشابهي حين جوشکاري فولادهاي نيمه فريتي و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نيز ضروري است. ميدانيم که سرد کردن سريع باعث تشکيل فاز شکننده مارتنزيتي ميشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حين انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پيش گرم ميشود.درجه حرارت بين پاسي((Inter pass 300 درجه مناسب است و از اين کمتر نبايد شود.ضمنا قطعه کار بايد بلافاصله در دماي 700 تا 760 درجه پس گرم شود.اين سيکل حرارتي در مجموع باعث ايجاد فلز جوشي با ساختار يکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش ميشود و خطر شکنندگي و رشد دانه ها را تا حدود زيادي مرتفع ميکند.
فولادهاي کرم دار مارتنزيتي (دسته ج)معمولا قابل جوش نيستند و صرفا به منظور تعمير و اصلاح عيوب جوشکاري بر روي آنها انجام ميپذيرد. براي جوشکاري فولادهاي کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فيلر متال نبايد از 25/0درصد تجاوز کند.اين نوع فولاد در هوا سخت ميشود.از اينرو هيچ اقدام پيشگيرانه موثري به منظور غلبه بر سخت شده HAZوجود ندارد.اما با اعمال پيش گرم زياد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد ميتوان تاحدودي مشکل را برطرف کرد و سختي نامطلوب را در حد پاييني نگاه داشت.دماي پس گرم 750 تا 800 توصيه ميشود و کمتر از اين دما ممکن است باعث تاثير منفي در مقاومت به خوردگي شود.
آنيلينگ در حرارتي بين650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربيد و بروز خوردگي بين دانه اي شود.

2-فولادهاي مقاوم به خوردگي
فولادهاي آستنيتي مقاوم به خوردگي کرم-نيکل دار عموما داراي خواص جوشکاري مطلوبي هستند(جوش پذيرند). اما خصوصياتي چند از اين فلزات بايد مدنظر قرار گيرد.
الف-ضريب هدايت حرارتي کم.
ب- ضريب انبساط حرارتي زياد.
ج-سرشت انجماد اوليه اين نوع فولادها که تاثير مهم و تعيين کننده اي بر مکانيزم وقوع ترک گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصي از فريت در فلز جوش بيانگر مقاومت آن به ترک گرم است.
به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعيين ريز ساختار بر اساس ترکيبات فلز جوش ممکن است.
نمودار شفلر-دولانگ کمکي عملي در تعيين مقدار تقريبي فريت(فريت دلتا)و سرشت ريز ساختار تشکيل شده حين جوشکاري فولادهاي آليازي غير همجنس ارايه ميدهد.علاوه بر اين برآوردي کلي از تاثيرات مقادير کم فريت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنيتي را مقدور ميسازد.تجربه ثابت کرده که روشهاي متفاوت تعيين درصد فريت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهاني به جاي درصد فريت تعداد فريت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار ميدهند .
بعضي از دوستان احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقيقي نداشتند کاملا حق دارند و پيشنهاد ميکنم به کتب و منابع معتبر براي فهم بهتر مطلب مراجعه کنند.

3-فولادهاي مقاوم به حرارت
الف-فولادهاي فريتي يا فولادهاي فريتي-پرليتي از نوع (Cr يا Cr-Si و Cr-Si-Al) و فولدهاي فريتي-آستنيتي
ب-فولادهاي مقاوم به حرارت از نوع آستنيتي از نوع Cr-Ni-Si
در حاليکه در جوشکاري قطعات فولادي از نوع آستنيتي با الکترودها ي همجنس آن پيشگرم قطعه ضرورتي ندارد فولادهاي مقاوم به حرارت از نوع فريتي کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پيش گرم و در 750 درجه هم پس گرم و آنيل ميکنند.علت اينکار هم غلبه بر درشت دانگي و تمايل به ترد شدن HAZ است.
قطعات ريختگي از جنش فريت_آستنيت را بايد در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدريج سرد گردد.
جوشکاري فولادهاي فريتي و فريتي-پرليتي با الکترودهاي هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه اي فلز جوش را نشان ميدهد لذا پيشنهاد ميشود اين نوع فولادها را باالکترودهاي آستنيتي مقاوم به حرارت جوش داد.در اين حالت نيز بايد توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش آستنيتي در محيط احتراق با گازهاي اکسيد کننده با هوا تقويت ميشود و طبيعتا اين مقاومت به حرارت در محيط گازهاي احيا کننده به مقدار زيادي کاهش مي يابد براي غلبه بر محيط احتراق با مقدار زياد گاز گوگرد استفاده از الکترودهايي با کرم زياد توصيه ميگردد

معرفي جوش آرگون در چند جمله
در جوش آرگون يا تيگ(TIG) براي ايجاد قوس جوشکاري از الکترود تنگستن استفاده مي شود که اين الکترود برخلاف ديگر فرايندهاي جوشکاري حين عمليات جوشکاري مصرف نمي شود.
حين جوشکاري گاز خنثي هوا را از ناحيه جوشکاري بيرون رانده و از اکسيده شدن الکترود جلوگيري مي کند. در جوشکاري تيگ الکترود فقط براي ايجاد قوس بکار برده مي شود و خود الکترود در جوش مصرف نمي شود در حاليکه در جوش قوس فلزي الکترود در جوش مصرف مي شود. در اين نوع جوشکاري از سيم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده مي شود.و سيم جوش شبيه جوشکاري با اشعه اکسي استيلن(MIG/MAG)در جوش تغذيه مي شود. در بين صنعتکاران ايراني اين جوش با نام جوش آلومينيوم شناخته مي شود. نامهاي تجارتي هلي آرک يا هلي ولد نيز به دليل معروفيت نام اين سازندگان در خصوص ماشينهاي جوش تيگ باعث شده بعضا اين نوع جوشکاري با نام سازندگان هم شناخته شود. نام جديد اين فرايند G.T.A.W و نام آلماني آن WIGمي باشد.
همانطور که از نام اين فرايند پيداست گاز محافظ آرگون ميباشد که ترکيب اين گاز با هليم بيشتر کاربرد دارد.
علت استفاده از هليم اين است که هليم باعث افزايش توان قوس مي شود و به همين دليل سرعت جوشکاري را ميتوان بالا برد و همينطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش ميشود.
کاربرد اين جوش عموما در جوشکاري موارد زير است
1- فلزات رنگين از قبيل آلومينيوم...نيکل...مس و برنج(مس و روي) است.
2- جوشکاري پاس ريشه در لوله ها و مخازن
3- ورقهاي نازک(زير1mm)

مزاياي TIG
1- بعلت اينکه تزريق فلز پرکننده از خارج قوس صورت ميگيرد.اغتشاش در جريان قوس پديد نمي ايد.در نتيجه کيفيت فلز جوش بالاتر است.
2- بدليل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ,منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رويت است.
3- امکان جوشکاري فلزات رنگين و ورقهاي نازک با دقت بسيار زياد.

انواع الکترودها در TIG
1- الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)براي جوش آلومينيوم استفاده مي شود و حين جوشکاري پت پت مي کند.
2- الکترود تنگستن توريم دار که دو نوع دارد
الف-1% توريوم دار که قرمز رنگ است
ب-2% توريم دار که زرد رنگ مي باشد.
3-الکترود تنگستن زيرکونيم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفيد است.
4- الکترود تنگستن لانتان دار که مشکي رنگ است.
5- الکترود تنگستن سزيم دار که طلايي رنگ است.
اين دو نوع آخر جديدا در بازار آمده اند.

چند نکته در مورد مزاياي تنگستن
1- افزايش عمر الکترود
2- سهولت در خروج الکترونها در جريان DC
3- ثبات و پايداري قوس را بيشتر مي کند
4- شروع قوس راحت تر است.
نوع قطبيت مناسب در جوشکاري TIG
جريان DCEN براي جوشکاري چدن-مس-برنج-تيتانيوم-انواع فولادها
جريان ACبراي جوشکاري آلومينيوم و منيزيوم و ترکيبات آن
مختصري از بازرسي جوش
سازه هاي جوش داده شده نظير ساير قطعات مهندسي به بازرسي در مراحل مختلف حين ساخت و همچنين در خاتمه ساخت نياز دارند. براي حصول از مرغوبيت جوش و مطابقت آن با نيازمنديهاي طرح بايد کليه عوامل موثر در جوشکاري در مراحل مختلف اجرا مورد بازرسي قرار گيرد.
براي آشنايي بيشتر با مقوله بازرسي جوش بايد ابتدا" مراحل بازرسي جوش" را بشناسيم.
1- وظايف بازرس جوش
2- دسته بندي بازرسان جوش
3- تواناييهاي بازرس جوش
الف-آشنايي با نقشه ها و مشخصات فني
ب-آشنايي با زبان جوشکاري
ج-اشنايي با فرايندهاي جوشکاري
د-شناخت روشهاي آزمايش
ه-توانايي گزارش نويسي و حفظ سوابق
و-داشتن وضعيت خوب جسماني
ز-داشتن ديد خوب
ح-حفظ متانت حرفه اي
ط-تحصيل و آموزش آکادميک
ي-تجربه بازرسي
ک-تجربه جوش