جوشکاری زیر آب

صفر تا صد جوشکاری زیر آب:

تاریخچه ی جوشکاری زیر آب به زمان جنگ جهانی دوم باز می‌گردد که نیاز به تعمیرات سریع کشتی ‌های جنگی به شدت احساس می ‌شد. پیش از آن زمان، مجبور بودند به جهت تعمیرات کشتی با جوشکاری، آن را به خشکی انتقال دهند. جالب است بدانید که این امر با توجه به زمان بر بودن پروسه آن و نیاز به بازگشت سریع کشتی‌ های جنگی به میدان نبرد تقریباً غیر ممکن بود. به همین جهت روش جوشکاری زیر آب ابداع شد.

امروزه جوشکاری زیر آب، علاوه بر کاربرد نظامی مانند ساخت و تعمیر کشتی ‌های جنگی و زیردریایی‌ ها جزو جدایی ناپذیر در صنعت انرژی و به ویژه نفت و گاز در ساخت و تعمیر اسکله ‌های نفتی شناور است.

انواع روش جوشکاری زیر آب:

• اول، جوشكاری مرطوب.
• دوم، جوشكاری خشك.

درباره ی جوشکاری مرطوب چه می دانید؟

منظور از جوشکاری مرطوب، جوشکاری زیر آب و در تماس مستقیم با رطوبت می باشد. انجام جوشکاری به این روش به وسیله ی نوعی الکترود مخصوص انجام می گیرد. روند کار به شیوه ی دستی و مانند جوشکاری بیرون از آب می باشد. جوشکار در انجام این جوشکاری آزادی عمل بالایی خواهد داشت. به همین جهت جوشکاری مرطوب، یک جوشکاری کارآمد بوده که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. منبع تغذیه این جوشکاری بر روی سطح قرار خواهد گرفت و به کمک کابل‌ های مخصوص به جوشکار اتصال می یابد.

عملکرد جوشکاری مرطوب به چه صورت است؟

پروسه‌ی جوشکاری مرطوب در زیر آب، طی مراحل زیر صورت می گیرد:

قطعه ی کاری که قرار است جوش داده شود، به یک طرف مدار الکتریکی وصل است و الکترود فلزی در طرف دیگر مدار متصل است. این دو قسمت از مدار یعنی الکترود و قطعه کار، کمی به یکدیگر نزدیک شده؛ اما پس از مدتی از یکدیگر فاصله خواهند گرفت. در حین نزدیک شدن الکترود به قطعه کار، جریان الکتریکی وارد شکاف می شود و سبب ایجاد یک جرقه الکتریکی پایستار خواهد شد. قوس،‌‌ سبب ذوب شدن فلز در آن ناحیه و شکل گرفتن حوضچه جوش می گردد.  در این زمان، نوک الکترود ذوب می شود و ذره ‌های کوچک فلز در حوضچه مذاب جمع خواهند شد.

در طول این عمل، جریان مذابی، نوک الکترود را پوشش می دهد و روکش الکترود گاز محافظ را ایجاد می نماید که سبب استحکام بخشیدن به قوس شده ‌و از جریان فلز مذاب حافظت می نماید. قوس در یک منطقه حفره مانند، ذوب ‌شده و جوش را پدیدار می کند. ‌

مزایای جوشکاری مرطوب چیست؟

• اول، چند کاره بودن و هزینه ی کمتر در جوشکاری مرطوب منجر شده تا میل و اشتیاق بیشتری به این روش به وجود آید.
• دوم، برخورداری از سرعت مناسب در زمان اجرای طرح از دیگر مزایای این روش می باشد.
• سوم، در مقایسه با جوشکاری خشک، هزینه کمتری خواهد داشت.
• چهارم، در این روش جوشکار می ‌تواند به بخش هایی از سازه ‌های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روش‌ های دیگر قابل جوشکاری نمی باشد.
• پنجم، احتیاج به هیچ نوع محصورسازی نمی باشد و درنتیجه زمانی نیز برای آن تلف نمی شود.
• ششم، تجهیزات و دستگاه‌ های استاندارد مرسوم به آسانی قابل استفاده هستند.
• هفتم، به وسایل زیادی نیز برای انجام جوشکاری مورد نیاز نیست.

معایب جوشکاری مرطوب چیست؟

در جوشکاری مرطوب، فلز جوشکاری به سرعت آبدیده خواهد شد. هر چند این آبدیدگی نیروی تنش‌پذیری را بالا می برد؛ اما از میزان کش‌پذیری جوش کم شده و آن را سخت می نماید. حجم بالای هیدروژن تولید شده در محل جوشکاری سبب تفکیک بخار آب شده و در نتیجه قوس ایجاد می نماید. علاوه بر آن، این هیدروژن تولید شده به دلیل گرما در فلز جوشکاری حل می‌ شود و شکاف ‌های ریز و ترک خوردگی حاصل می گردد. دید پذیری کم در جوشکاری زیر آب سبب می ‌شود تا جوشکار نتواند منطقه ی مورد نظر را جوشکاری نماید.

درباره ی جوشکاری خشک چه می دانید؟

این نوع جوشکاری به دو روش صورت می گیرد. اول این که جوشکار در محل جوش و در جای خشک است و دوم، تنها محل جوش و دستان جوشکار در تماس با آب نیستند. در کل، در این روش محل جوش در تماس مستقیم با آب قرار نخواهند گرفت. در جوشکاری خشک منطقه جوشکاری باید به وسیله ی محفظه مناسب آب‌ بندی می شود. به همین جهت یک اتاقک در اطراف سازه‌ای که قرار است جوش داده شود قرار می ‌گیرد. این اتاقک با هوای فشرده و قابل تنفس پر شده و یک لوله رابط آن را به کشتی وصل کرده و وسایل مورد نیاز را برای آن خواهد فرستاد.

مزایای جوشکاری خشک چیست؟

• اول، ایمنی غواص.
• دوم، جوشکاری در یک اتاقک صورت گرفته تا سبب مصون ماندن جوشکار از جریانات شود.
• سوم، کیفیت خوب جوش.
• چهارم، ‌این روش، توانایی ایجاد جوش‌ هایی را دارد که می‌توان آن را با جوش‌ های موجود در فضای باز و در مجاورت هوا مقایسه نمود.

علت این امر این است که دیگر آبی وجود ندارد که بخواهد جوش را خاموش یا قطع نماید. همچنین میزان هیدروژن تولیدی آن بسیار کمتر از جوشکاری ‌های مرطوب می باشد.

• اول، کنترل سطح آماده ‌سازی اتصال، بررسی آزمایش ضد مخرب، هم ترازی لوله و غیره به صورت عینی کنترل و تنظیم می‌ شوند.
• دوم، آزمون غیر مخرب (NDT) برای محیط خشک جایگاه تسهیل شده است.

معایب جوشکاری خشک چیست؟

• اول، اتاقک یا جایگاه جوشکاری تجهیزات پیچیده بوده و خدمات پشتیبانی زیادی را مستلزم می ‌داند و اتاقک نیز طرز غیر متعارفی پیچیده است.
• دوم، هزینه و ارزش مالی این اتاقک به صورت قابل ملاحظه‌ای بالا بوده و بسته به عمق محل کار هزینه آن بالا خواهد رفت.
• سوم، عمق محل جوشکاری در کار تاثیر می‌ گذارد، به شیوه ای که در اعماق بیشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژ‌های بالا تر و متناسب با آن لازم و ضروری است.

انجام یک کار جوشکاری بدین شکل، هزینه‌ای حدود 80000 دلار دارد. همچنین در برخی مواقع نمی ‌توان از یک اتاقک برای چند کار استفاده نمود که البته این مشکل بستگی به نوع کارها و میزان تفاوت آن ها دارد.

جوشکاری پرفشار:

یک فرایند جوشکاری در فشار بالا و به صورت معمول در زیر آب می باشد. جوشکاری پر فشار نیز می‌ تواند به صورت مرطوب در آب یا خشک د‌ر داخل یک محفظه ویژه با فشار مثبت انجام گیرد. به همین جهت عنوان جوشکاری پر فشار برای انجام فرایند در یک محیط خشک و عنوان جوشکاری زیر آب برای جوشکاری در یک محیط مرطوب کاربرد دارد. جوشکاری زیر آب، برخلاف عنوان آن، عجیب نیست. جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی داشته و امکان روشن شدن آن زیر آب نیز وجود خواهد داشت. برای جوشکاری در خشکی، هوا یوینزه شده و در آب‌، بخار آب یونیزه خواهد شد. کاربرد های جوشکاری پر فشار متنوع بوده و به طور معمول برای تعمیر کشتی‌ها‌، سکوهای نفتی دریایی و خطوط لوله انجام می گیرد.

فولاد شایع‌ ترین ماده جوش داده شده می باشد. د‌ر زمان نیاز به جوشکاری با کیفیت بالا، جوشکاری پر فشار خشک نسبت به جوشکاری مرطوب زیر آب در اولویت کاربرد دارد. علت آن نیز افزایش امکان اعمال کنترل بر شرایط همانند استفاده از عملیات حرارتی مورد نیاز قبل و بعد از جوشکاری می باشد. زمانی که به جوش با کیفیت بسیار بالا مورد نیاز است، معمولاً از جوشکاری پر فشار خشک کمک می گیرند.

الکترودهای مصرفی جوشکاری زیر آب:

الکترود های مورد مصرف در جوشکاری‌ زیر آب از انواع اصلاح شده الکترود های دستی معمولی می باشند. سیستم کدگذاری خاصی برای این الکترودها وجود نداشته و اغلب آن ها بر اساس نام تجاری شناخته شده و بر اساس قابلیت و سهولت استفاده برای جوشکاران کاربرد دارند. پرمصرف‌ترین این الکترودها، الکترودهای مورد مصرف برای فولادهای کربنی- منگنزی می باشند. خواص مکانیکی جوش زیر آبی به شدت به عمق جوشکاری وابسته بوده و با بالا رفتن عمق محل جوشکاری، این خواص کم خواهد شد. جالب است بدانید که با افزایش عمق، فشار نیز افزایش خواهد یافت. این امر سبب ورود اکسیژن ناشی از تجزیه آب و افزایش مقدار آن و در نتیجه کم شدن منگنز و سیلیکون و بالا رفتن کربن در حوضچه جوش و ایجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن خواهد شد.

همچنین امکان دارد، مقدار هیدروژن بالا رفته که نتیجه آن ازدیاد تخلخل و کم شدن پایداری قوس است؛ چرا که در عمق‌ های زیاد به علت پتانسیل یونیزاسیون بالای هیدروژن، پایداری قوس کم خواهد شد. یکی دیگر از مشکلات قابل توجه در جوشکاری زیرآب احتمال ایجاد ترک ‌های هیدروژنی در اثر حضور آب و رطوبت می باشد. ریسک این پدیده نیز با افزایش عمق، بالا می رود. این امر در حالتی که از الکترود های با روکش اسیدی استفاده می ‌شود، حساس تر است؛ چرا که قابلیت جذب رطوبت در این نوع پوشش بیشتر بوده و هیدروژن تجزیه شده از این رطوبت به راحتی جذب فلز جوش مذاب خواهد شد. به همین جهت در جوشکاری زیر آب استفاده از الکترودهای نوع روتیلی ترجیح داده می ‌شود.

روکش این الکترود ها حاوی مواد مختلفی برای بهبود شرایط جوشکاری و خواص جوش می باشد. به عنوان مثال فرومنگنز به جهت جذب اکسیژن و کم شدن تخلخل و تیتانیوم و بور به علت تشکیل ساختار فریت سوزنی و بهبود خواص مکانیکی، به مواد پوشش الکترود اضافه می شود. همچنین گاهی نیکل به جهت بهبود چقرمگی به مواد پوشش اضافه می گردد. در جوشکاری زیرآب فو‌لادهایی با استحکام با‌لاتر معمو‌لاً با استفاده از الکترودهای زنگ نزن آستنیتی صورت می ‌گیرد تا احتمال ایجاد ترک هیدروژنی کم شود. اما در این حالت باید احتیاط ‌های ‌لازم صورت پذیرد تا از ایجاد ترک در ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) پیشگیری کند.

در الکترود های دستی معمول به علت کمتر بودن سرعت سوخت، پوشش الکترود نسبت به ذوب مغزی آن، یک چاله در سر الکترود تشکیل می گردد که قوس، داخل آن گودی که از اطراف توسط فالکس پوشش احاطه شده، ایجاد خواهد شد. این پدیده به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الکترود و همچنین کنترل انتقال آن ها کمک می‌ نماید. چاله سر الکترود در بحث جوشکاری زیر آب بسیار مهم است.

با استفاده از این تکنیک، جوشکاران می‌ توانند حتی درصورت عدم وجود دید کافی با وارد کردن اندکی فشار به الکترود، بدون نیاز به کنترل طول قوس، با یک نرخ تغذیه ثابت جوشکاری را انجام دهند. یکی از وظایف پوشش الکترود، تولید اتمسفر محافظ در اطراف حوضچه جوش می باشد. در جوشکاری زیر آب نیز این پدیده وجود داشته و به علت وجود آب، از اهمیت بسیار با‌لاتری برخوردار می باشد. یکی از تفاوت ‌های قوس زیر آب با قوس در هوا ایجاد حباب ‌های گاز در ناحیه قوس می باشد. رفتار این حباب ‌ها در جوشکاری زیر آب اهمیت با‌لایی دارد.

به جهت بررسی دقیق ‌تر تاثیر آب بر فرآیندهای جوشکاری، در ادامه به مقایسه بین جوشکاری زیر آب با جوشکاری در هوا خواهیم پرداخت:

• اول، سرعت جوشکاری در این دو حالت فرق چندانی ندارند.
• دوم، در هر دو محیط، شدت جریان را می‌ توان مهم ‌ترین متغیر موثر بر نفوذ در نظر گرفت.
• سوم، محیط جوشکاری و اندازه الکترود اثر کمرنگ ‌تری دارند.

• چهارم، نفوذ ناقص و بریدگی در کنار جوش از رایج ‌ترین عیوب حاصل می باشند.
• پنجم، ابعاد جوش در دو حالت فرق چندانی با یکدیگر ندارند.

کاربرد های جوشکاری زیر آب:

به صورت کلی، فناوری جوشکاری زیر آب به جهت ساخت و تعمیرات سازه‌های دریایی که امکان انتقال آن ها به خشکی و بیرون از دریا وجود ندارد؛ به عنوان یکی از مناسب ‌ترین و ایده‌آل‌ترین فرایندهای جوشکاری به حساب می ‌آید.

از جمله موارد استفاده از این روش:

• اول، تعمیر قسمت ‌های زیرآب مانند کشتی ‌ها، اسکله ‌ها و پایه ‌های سازه ‌های دریایی.
• دوم، نصب سکوهای حفاری نفت.
• سوم، سکوهای استخراج.
• چهارم، نصب و تعمیرات خطوط لوله زیرآب.
• پنجم، تعمیر بدنه کشتی‌ها.
• ششم، اجرای سازه‌ های سنگین مانند خطوط انتقال نفت و گاز.