بخشی از مقاله
جوشکاری سازه های فولادی (روش قوسی با الکترود روکش دار
مقدمه:
سازه فولادی مجموعه ای از اعضای باربر،ساخته شده از ورق و یا نیمرخ های فولادی است که به کمک اتصالات، اسکلت ساختمان را بوجود می آورند، نیمرخ های فولادی معمولاً تولیدیهای کارخانه ای هستند که با توجه به تکنولوژیهای پیشرفته ای که در تولید آنها استفاده می شود، غالباً رفتاری در حد انتظار از خود نشان می دهند. موضوعی که موجبات نگرانی طراحان و سازندگان سازه های فولادی را فراهم می کند، چگونگی رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضاء مرکب از نیمرخ و ورق و ب ) برای یکپارچه نمودن اعضاء (شامل تیر، ستون و مهاربندها) در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرند.
برای ساخت اعضا و اتصال آنها به یکدیگر از پرچ، پیچ و جوش استفاده می شود. در ایران استفاده از جوش در ساختمانهای متعارف بسیار رایج است. باتوجه به قدمت نسبتاً طولانی استفاده از جوش در ساخت اسکلت فولادی در ایران و دیگر نقاط جهان، پیشرفت های قابل توجهی در شناخت جوش و توسعه فن آوری مربوط به آن صورت گرفته است، اما هنوز هم نگرانی هایی در مورد اتصالات جوشی به ویژه به علت صدمات به وجود آمده در اتصالات جوشی ساختمانهای بلند مرتبه تحت اثر زلزله، در ذهن مهندسان وجود دارد.
بدون شک جوشکاری عامل مهمی در توسعه و تکوین صنایع ساختمانی و به طور کلی پروژه های عمرانی بوده است . که اجرای غیر صحیح آن می تواند خسارات جبران ناپذیری را به لحاظ اقتصادی و اجتماعی به کشور تحمیل نماید.
در این نشریه سعی بر این است که ابتدا بر اساس آیین نامه جوشکاری ساختمانی ایران کلیاتی درباره جوشکاری (بویژه جوشکاری قوس فلزی دستی که متداولترین نوع جوشکاری کارگاهی در پروژه های عمرانی می باشد) ارایه و پس از آن نتایج تحقیقی را که در مورد بررسی کیفیت جوش در پروژه های عمرانی (ساختمانهای دولتی) انجام گرفته است مطرح گردد.
کلیات
1ـ مساحت ، طول ، اندازه ساق و بعد موثر گلوی جوش
1ـ1ـ جوشهای شیاری
مساحت مؤثر جوش مساوی حاصل ضرب طول موثر در بعد موثر گلوی جوش است.
1ـ1ـ1ـ طول مؤثر جوش برای انواع جوش شیاری، با لبه ساده (گونیا) و یا پخدار ، مساوی عرض قطعه متصله در امتداد عمود بر جهت تنش می باشد.
1ـ1ـ2ـ بعد گلوی جوش در جوش شیاری با نفوذ کامل ، مساوی ضخامت ورق نازکتراست. هیچگونه افزایشی به علت وجود تحدب مجاز نیست.
1ـ1ـ3ـ برای جوش شیاری با نفوذ نسبی در صورتیکه زاویه شیار کوچکتر از 60 درجه ولی بزرگتر از 45 درجه باشد و جوشکاری به روش قوسی با الکترود روکشدار یا زیر پودری انجام شود، بعد مؤثر گلوی جوش مساوی عمق شیار منهای سه میلیمتر می باشد .
در حالتهای زیر بعد موثر گلوی جوش شیاری به روش قوسی با الکترود روکشدار مساوی عمق شیار بدون هرگونه کاهشی می باشد:
1ـ زاویه شیار مساوی یا بزرگتر از 60 درجه (در ریشه)
2ـ زاویه شیار بزرگتر یا مساوی 45 درجه در ریشه .
1ـ1ـ4ـ بعد گلوی جوش شیاری در شیار بین دو لبه گرد در حالت نیم جناغی و تمام جناغی وقتیکه شیار به طور کامل با مصالح جوش پر شده باشد ، نباید از مقادیر مندرج در جدول شماره یک بیشتر منظور گردد.
جدول شماره (1) ضخامت موثر گلوی جوشهای شیاری لب گرد
نوع جوش R= شعاع گردی ضخامت موثر گلوگاهی
نیم جناغی لبگرد R
جناغی لب گرد R
R = شعاع گردی لبه
* در جوش قوسی تحت حفاظ گاز با الکترود فلزی، وقتیکه R بزرگتر یا مساوی 13 میلیمتر است، از R استفاده می شود.
1ـ2ـ جوش گوشه
مساحت مؤثر جوش گوشه مساوی حاصل ضرب طول مؤثر در بعد مؤثر گلو است.
1ـ2ـ1ـ طول مؤثر جوش گوشه، مساوی طول کل نوار تمام اندازه است . در صورتیکه جوش در طول نوار تمام اندازه باشد، هیچ کاهشی به علت شروع و ختم جوش لازم نیست در طول موثر اعمال گردد.
* نوار تمام اندازه ، نواری را گویند که در طول کلی آن اندازه جوش ثابت است.
1ـ2ـ2ـ طول مؤثر نوار جوشی منحنی ، باید در امتداد محور مرکزی گلوی مؤثر، اندازه گیری شود. اگر مساحت جوش گوشه درون سوراخ یا شکاف که بر مبنای تعریف فوق حاصل می گردد، بزرگتر از مساحت بدست آمده در بند 1ـ3ـ3 باشد، مساحت اخیر بعنوان مساحت مؤثر جوش گوشه در نظر گرفته می شود.
1ـ2ـ3ـ حداقل طول جوش گوشه، 4 برابر اندازۀ ساق (پای) جوش است. به بیان دیگر اندازۀ ساق جوش نباید بزرگتر از طول مؤثر آن در نظر گرفته شود.
1ـ2ـ4ـ بعد مؤثر گلوی جوش گوشه، کوتاهترین فاصله از ریشه تا سطح هندسۀ ایده آل مقطع جوش است. در اشکال زیر گلوی موثر در چندین حالت نشان داده شده است:
3ـ جوش کام و انگشتانه
به جوش در شکاف و سوراخ به حالت پر نشده اطلاق می شود.
* مساحت مؤثر جوشهای کام و انگشتانه به ترتیب مساوی مساحت اسمی شکاف و سوراخ در فصل مشترک دو ورق در حال تماس می باشد.
1ـ4ـ بعد موثر گلوی ترکیبی از جوش شیاری با نفوذ نسبی و جوش گوشه مساوی کوتاهترین فاصله از ریشه تا سطح جوش منهای 3 میلیمتر است. کاهش 3 میلیمتر برای آن دسته از چنین جوشهایی منظور می شود که برای جوش شیاری نظیر مقرر شده است.
2ـ برخی معایب و نارسائیهای اتصالات جوشی و نحوۀ برطرف نمودن آنها
جوشهای غیر قابل پذیرش سازه را باید تعمیر نمود ، برای این کار باید مصالح اضافی جوش یا قسمتی از مصالح پایه برداشته شود که برای انجام آن می توان از تراشکاری ، سنگ زنی، لبه زنی ، و یا شیارزنی استفاده نمود. اعمال مذکور نباید باعث کاهش ضخامت در فلز یا جوش مجاور شوند. در هنگام برداشتن جوشهای مردود (غیر قابل پذیرش) ، مقادیر برداشته شده از فلز پایه باید در حداقل ممکن حفظ گردد. قبل از جوشکاری محل تعمیری ، باید سطح شیار ایجاد شده کاملاً پاک شود . در جوشکاری تعمیری ، کلیه کاهش ضخامتهای ایجاد شده در محل سنگ زده شده ، باید کاملاً پر شوند. سازنده مجاز است جوش مردود را تعمیر نموده یا تمام آن را برداشته و مجدداً به طور کامل جوش دهد.
نوع معایب نحوه رفع آنها
2ـ1ـ لوچه (بیرون زدگی ) تحدب، بیش از حد مصالح جوش اضافی باید به دو روش مناسبی برداشته شود.
2ـ2ـ تقعر بیش از حد ، حوضچه انتهایی، کمبود در اندازه جوش، بریدگی پای جوش سطح جوش باید آماده سازی شده (بند 3ـ11) و سپس با انجام عبورهای متوالی. کمبود ضخامتها جبران شود.
2ـ3ـ امتزاج ناقص، تخلخل بیش از حد ، نفوذ گل مناطق مشکوک باید برداشته شده (به بند 3ـ7ـ1 مراجعه شود) و مجدداً جوش گردد.
2ـ4ـ ترک در جوش یا فلز پایه در این حالت عمق نفوذ ترک باید به کمک آزمایشهای مناسب (حک اسید، ذرات مغناطیسی ، رنگ نافذ و ...) تعیین شده و تا 50 میلیمتر فراتر از ریشۀ ترک ، مصالح باید کاملاً برداشته شده و مجدداً با جوش پر شود.
2ـ5ـ ایجاد اعوجاجهای ناشی از عمل جوشکاری این عوارض باید به کمک وسایل مکانیکی و یا حرارتهای موضعی محدود رفع گردند و عضو به حالت مسقیم درآید. درجه حرارت که باید به کمک روشهای مطمئن اندازه گیری شود، برای فولادهای اصلاح شده نباید از 600 درجه سانتیگراد و برای سایر فولادها نباید از 650 درجه سانتیگراد تجاوز نماید.
نصب و جوش نامناسب قطعات هرگونه حذف و بریدن این قطعات باید به اطلاع مهندس مشاور برسد
نوع معایب نحوه رفع آنها
ایجاد سوراخهای اشتباه بر روی قطعات سازه طبق نظر مهندس طراح می توان آنها را به صورت باز رها نمود ویا توسط پیچ یا جوش پر کرد
تنشهای پسماند و انقباضی بوسیله تقه کاری (کار مکانیکی روی فلز جوش توسط ضربات چکش) در لایه های میانی جوش می توان تنشهای انقباضی در جوشهای ضخیم را به منظور جلوگیری از ترک یا انقباض یا هر دو استفاده نمود.
(( البته باید دقت نمود که انجام تقه کاری بر روی جوش ریشه و لایه سطحی جوش و همچنین در روی فلز پایه در مجاورت لبه جوش مجاز نیست.))
(( استفاده از چکش گل گیری دستی، برقی و یا هوای فشرده مجاز بوده و تقه کاری محسوب نمی شود.))
ایجاد درز در جوش هرگونه درزگیری جوش ممنوع می باشد
(( درزگیری و درزبندی جوش با چکش کاری در حالت سرد را درزگیری گویند.))
ایجاد لکه های قوس روی فلز پایه در خارج از ناحیه جوشهای دائمی از ایجاد چنین لکه هایی باید اجتناب نمود و ترکها یا لکه های ناشی از لکه قوس باید سنگ زده شده و سلامت فلز پایه کنترل گردد.
نکات دیگری که باید در جوش قطعات به آنها توجه جدی شود:
1ـ تمیز کاری جوش
1ـ1ـ تمیز کاری قبل از اجرای جوش
قبل از انجام هر عبور، باید هرگونه گِل (سرباره) عبورهای قبل برداشته شده و سطح جوش و لبه های فلز پایه با برس سیمی، تمیز گردد. این عمل نه تنها بین لایه های متوالی، بلکه در انتهای جوش و در هنگام تعویض الکترود و یا هر مقطع جوشکاری نیز باید انجام شود.
1ـ2ـ تمیزکاری جوش تکمیل شده
بعد از اتمام جوش، باید سرباره (گِل) جوشکاری برداشته شده و سطح جوش و فلز اطراف آن ، برس سیمی زده شود. (( قبل از پذیرش جوش، رنگ آمیزی جوش ممنوع است.))
2ـ خاتمۀ جوش
2ـ1ـ در انتهای شیار، جوش باید به نحوی خاتمه یابد که از سلامت جوش اطمینان حاصل گردد. در صورت لزوم باید با تعبیه ناودان ، جوش مقداری از انتهای شیار اصلی ادامه یابد تا اندازه کامل درانتها حاصل گردد.
2ـ2ـ در قطعات تحت بارهای استاتیکی ، حذف ناودان انتهایی لازم نیست ، مگر طبق دستور دستگاه نظارت .
2ـ3ـ در قطعات تحت بارهای دینامیکی ، بعد از سرد شدن جوش ، ناودان باید برداشته شده و لبۀ قطعه سنگ خورده و با فلز پایه هم سطح گردد.
2ـ4ـ در درزهای لب به لب تسمه ها و ورق ها ، در صورتیکه نیاز به هم سطح کردن (سنگ زدن) دو انتهای جوش در دو لبه تسمه یا ورق باشد، سنگ زدن باید به نحوی انجام شود که میزان کاهش عرض تسمه از 3 میلیمتر تجاوز نکند. برداشتن تحدب جوش بزرگتر از 3 میلیمتر در دو لبه تسمه لازم نیست . این تحدب باید به صورت تدریجی با شیب حداکثر 1 به 10 به عرض واقعی تسمه تبدیل شود.
3ـ پشت بند جوشهای شیاری
3ـ1ـ در صورتیکه برای جوش شیاری از تسمه پشت بند فولادی استفاده گردد، عبور ریشه باید کاملاً با آن ممزوج گردد.
3ـ2ـ تسمه پشت بند فولادی باید در سرتاسر طول جوش پیوسته باشد. برای سر هم کردن تسمه های پشت بند به یکدیگر باید از جوش لب به لب شیاری با نفوذ کامل استفاده نمود.
3ـ3ـ حداقل ضخامت تسمه پشت بند به منظور جلوگیری از سوختن آن در هنگام جوشکاری در روش جوش قوسی دستی با الکترود روکش دار 5 میلیمتر پیشنهاد می گردد.
3ـ4ـ در اعضاء تحت اثر بارهای دینامیکی ، تسمه های پشت بند عمود برامتداد تنش باید برداشته شده و پشت جوش کاملاً سنگ زده شده و هم سطح گردد ولی لزومی به برداشتن تسمه های موازی امتداد تنش نیست، مگر طبق دستور مهندسین مشاور.
3ـ5ـ در اعضاء تحت بارهای دینامیکی، در صورتیکه بخواهیم تسمه پشت بند را با جوش خارجی به عضو متصل کنیم، این جوش باید در تمام طول تسمه پیوسته باشد.
3ـ6ـ لزومی به جوش پیوسته ویا حذف تسمه های پشت بند در اعضاء تحت بارهای استاتیکی نمی باشد مگر طبق خواست مهندس مشاور.
جوشکاری در شرایط زیر مجاز نمی باشد:
1ـ وقتیکه درجه حرارت محیط کار کمتر از 18ـ درجه سانتیگراد است.
2ـ وقتیکه درجه حرارت فلز پایه کمتر از مقادیر ذکر شده در جدول زیر است در روش جوشکاری دستی با الکترود روکش دار.
جدول شماره (2) حداقل پیش گرمایش و درجه حرارت عبورهای میانی
مشخصات ورق
حداقل درجه حررات ورق (سانتیگراد) ضخامت ورق (میلیمتر)
20
65
110
150 20
40 t 20
65 t 40
65 t الکترود روکش دار نوع غیر کم هیدروژن ST 37
ST 52 A
1
20
65
110 20
40 t 20
65 t 40
65 t الکترود روکش دار کم هیدروژن ST 37
ST 52 B
10
65
110
15 20
40 t 20
65 t 40
65 t الکترود روکش دار کم هیدروژن C
3ـ وقتیکه سطح کار مرطوب یا در معرض بارش باران و برف است.
4ـ وقتیکه کار در معرض وزش باد با سرعت زیاد است.
5ـ وقتیکه پرسنل جوشکاری تحت شرایط غیر متعادل و سخت هستند.
ضوابط کلی جوشکاری
1ـ ضوابط فلز الکترود (فلز پرکننده)
1ـ1ـ وقتیکه طبق جداول 4 و 5 و یا موارد مشابه استفاده از جوش سازگار الزام شده باشد، مشخصات فلز الکترود و مشخصات ترکیبات روکش (پودر) الکترود باید مطابق جدول 3 باشد.
1ـ2ـ تراز مقاومتی لازم برای فلز الکترود در جوشهای شیاری با نفوذ کامل و نفوذ نسبی، و یا جوش گوشه باید منطبق بر مشخصات مقرر در جداول 4 و 5 باشد.
1ـ3ـ بعد از اینکه الکترودها از بسته بندی اولیه خارج شدند ، باید طوری محافظت یا انبار شوند که مشخصات و خواص جوشکاری آنها تغییر نکند.
1ـ4ـ در فولادهای ضد زنگ ، در حالت نمایان و بدون رنگ آمیزی ، لازم است فلز الکترود از نوع ضد زنگ طبق مشخصات فلز پایه باشد (جدول شماره 2). در صورتیکه جوش چند عبوره باشد، برای عبورهای داخلی می توان از الکترودهای معمولی (طبق جدول 3) استفاده نموده، لیکن حداقل در دو لایه فوقانی و لبه ها ، الکترودها باید از نوع ضد زنگ باشند.
2ـ پیش گرمایش و حرارت عبورهای میانی
به منظور جلوگیری از وقوع ترک ، مقدار پیش گرمایش و حرارت عبورهای میانی باید کافی باشد. (جدول شماره2). در درزهایی که چند نوع فولاد وجود دارد، انتخاب درجه حرارت پیش گرمایش باید بر منبای فولاد با مقاومت بزرگتر باشد .
3ـ کنترل حرارت القایی جوشکاری در فولادهای اصلاح شده
در جوشکاری فولادهای اصلاح شده ، به دلیل آنکه حرارت بیش از حد می تواند باعث کاهش مشخصات مکانیکی فولاد گردد، متناسب با دمای پیش گرمایش و درجه حرارت عبورهای میانی، مقدار درجه حرارت القایی بایدبر مبنای توصیه های کارخانه تولید کننده کنترل گردد.
(( استفاده از جوش رگه ای برای اجتناب از فراگرمایش ، به صراحت توصیه می شود.))
(( شیار زنی فولاد های اصلاح شده با استفاده از روشهای برش هوا گاز مجاز نمی باشد. ))
جوشکاری قوسی دستی با الکترود روکش دار
1ـ الکترود برای جوشکاری قوسی با الکترود روکش دار
1ـ1ـ مشخصات الکترودهای روکش دار باید منطبق بر استانداردهای ملی و یا معتبر بین المللی باشد.
1ـ2ـ شرایط انبارکردن الکترودهای کم هیدروژن
الکترودهای با روکش کم هیدروژن باید در بسته بندیهای ضد رطوبت مهر شده خریداری و نگهداری و یا قبل از مصرف به مدت 2 ساعت در دمای بین 300 تا 430 درجه در دستگاه خشک کن ، خشک شوند.پس از خارج نمودن الکترودها از بسته بندی یا دستگاه خشک کن، باید آنها را در دستگاه خشک کن ذخیره با درجه حرارت 120 درجه سانتیگراد نگهداری نمود.
1ـ2ـ1ـ زمان تماس الکترود با هوای آزاد
بعد از باز کردن بسته بندی یا خارج کردن الکترود از دستگاه خشک کن زمان تماس الکترود با هوای آزاد نباید بیش از مقادیر ذکر شده در ستون الف از جدول شماره (6) باشد.
1ـ2ـ2ـ در صورتیکه به کمک آزمایش بتوان نشان داد که میزان رطوبت جذب شده از 4/0 درصد وزنی تجاوز نمی کند. می توان الکترود را به مقدار ذکر شده در ستون ب جدول شماره (6) در معرض هوای آزاد قرار داد.
جدول شماره (6) مقادیر مجاز تماس الکترودهای کم هیدروژن با هوای آزاد
نوع الکترود ستون الف ستون ب
الکترود فولاد نرمه
E 70 XX
E 70 XXR
E 70 XXHZR
E 70 18 M 4 ساعت
9 ساعت
9 ساعت
9 ساعت بین 4
تا 10
ساعت
الکترود فولاد پر مقاومت
E 70 XX – X
E 80 XX – X
E 90 XX – X
E 100 XX – X 4 ساعت
2 ساعت
1 ساعت
5/0 ساعت 4 تا 10 ساعت
2 تا 10 ساعت
1 تا 5 ساعت
5/0 تا 4 ساعت
1ـ2ـ3ـ در صورتیکه الکترود به میزان بیشتر از مقادیر ذکر شده در جدول شماره (6) در تماس با هوای آزاد باشد، آنها را می توان دوباره به دستگاه خشک کن ذخیره با درجۀ حرارت 120 درجه سانتیگراد برگرداند و بعد از حداقل 4 ساعت نگهداری تحت این شرایط می توان الکترودها را به فضای آزاد باز گرداند.
1ـ3ـ الکترود برای فولادهای پر مقاومت اصلاح شده
در صورت استفاده از الکترودهای پایین تر از گروه E 100 XX – X برای جوشکاری این فولادها، به استثنای الکترود E 70 18 M یا E 70 XXHZR ، بدون توجه به وضعیت نگهداری قبلی ، باید آنها را حداقل به مدت یک ساعت در دمای بین 370 تا 430 درجه سانتیگراد در دستگاه خشک کن ، خشک نمود.
1ـ4ـ خشک کردن مجدد الکترودها
الکترودهای منطبق با بند 1ـ2، مجازنیست بیش از یک بار به طور مجدد خشک شوند . و الکترودهایی را که پس از خشک نمودن مجدد مرطوب شده اند نباید مورد استفاده قرار داد.
1ـ5ـ برگ تاییدیه کیفیت
در صورت درخواست مهندس مشاور ، پیمانکار باید برگ تاییدیه کیفیت و شناسایی کارخانه را به منظور انطباق مشخصات الکترود ارائه نماید.
دستورالعمل جوشکاری قوسی با الکترود روکش دار
1ـ تا حد امکان جوشکاری باید در وضعیت تخت انجام شود.
2ـ رده و قطر الکترود ، طول قوس، اختلاط پتانسیل (ولتاژ) شدت جریان (آمپر) ، باید متناسب با ضخامت مصالح ، نوع شیار، وضعیت جوشکاری و سایر شرایط محیطی، انتخاب شوند.
3ـ حداکثر قطر الکترود به شرح زیر است:
3ـ1ـ mm 8 برای تمام جوشهایی که در وضعیت تخت انجام می شوند ، به استثنای عبور ریشه.
3ـ2ـ mm 6 برای جوشهای گوشه در وضعیت افقی
3ـ3ـ mm 6 برای جوش ریشه جوش گوشه در وضعیت تخت و جوش شیاری در وضعیت تخت با پشت بند و با فاصلۀ ریشه mm 6 و بزرگتر
3ـ4ـ mm 4 برای جوشکاری با الکترود E XX 14 و الکترودهای کم هیدروژن در وضعیت قائم (سربالا) و سقفی
3ـ5ـ mm 5 برای عبور ریشۀ جوشهای ریشه و تمام حالاتی که در بندهای 3ـ1 تا 3ـ4 ذکر نشده اند.
4ـ اندازۀ حداقل جوش ریشه باید برای جلوگیری از ترک کافی باشد.
5ـ حداکثر ضخامت در عبور ریشه در جوشهای شیاری نباید از mm 6 بزرگتر باشد.
6ـ حداکثر اندازۀ ساق جوشهای گوشۀ یک عبوره و عبور ریشۀ جوشهای گوشۀ چند عبوره به قرار زیراست:
6ـ1ـ mm 10 در وضعیت تخت
6ـ2ـ mm 8 در وضعیت افقی و سقفی
6ـ3ـ mm 13 در وضعیت قائم (سربالا)
7ـ حداکثر ضخامت لایه های بعد از عبور ریشه جوشهای شیاری و گوشه به قرار زیر است.
7ـ1ـ mm 3 برای جوشکاری در وضعیت تخت
7ـ2ـ mm5 برای جوشکاری در وضعیت قائم ، افقی و سقفی.
8ـ پیشرفت جوشکاری در وضعیت قائم باید به طرف بالا باشد، به استثنای جوش تعمیری بریدگی پای جوش که با تامین پیش گرمایش طبق جدول شماره (2) ، (و نه کمتر از 20 درجه سانتیگراد) می تواند به صورت سرپایین انجام شود . جوشکاری لوله ها می تواند به صورت سربالا و یا سرپایین انجام شود.
9ـ جوشهای شیاری با نفوذ کامل که بدون استفاده از پشت بند ، جوشکاری می شوند باید قبل از انجام جوش پشت ، از پشت درز تا رسیدن به فلز سالم ، شیار زنی شوند.
10 ـ در صورت نیاز ، آزمایش ضربه باید در برنامه ارزیابی قرار گیرد، روش انجام آزمایش ضربه باید منطبق با استانداردهای مربوطه باشد.
