جوشکاری تیرآهن و نکات فنی آن
دسترسی سریع به محتوای مقاله
تیرآهن‌های فولادی استفاده فراوانی در صنایع مختلف کشور از ساختمان‌سازی گرفته تا ساخت پل و برخی ماشین‌آلات صنعتی دارند. در تمامی این موارد نیز لازم است تیرآهن‌ها به یکدیگر و یا به عضوهای سازه‌ای دیگر متصل شوند. ازآنجایی‌که جوشکاری رایج‌ترین روش اتصال برای قطعات صنعتی و سازه‌ای است، آشنایی با اصول و ضوابط جوشکاری تیرآهن اهمیت بسزایی دارد. جوشکاری تیرآهن‌های فولادی به‌منظور دستیابی به اتصالات قوی و مؤثر، مقاومت در برابر فشار، حرارت و تنش‌ها، به‌عنوان یکی از روش‌های محبوب برای اتصال انواع تیرآهن فولادی در صنایع ساختمانی، خودروسازی، صنعتی و دریایی شناخته می‌شود.
اهمیت جوشکاری تیرآهن
تیرآهن‌های فولادی مهم‌ترین مصالح ساختمانی در ساخت سازه‌های اسکلت فلزی هستند. در این نوع سازه‌ها، تیرآهن در نقش‌هایی همچون ستون‌های اصلی و فرعی، تیرهای پشتیبان، دیوارهای پوششی و حتی تیرآهن راه پله مورداستفاده قرار می‌گیرد. ضمن اینکه، برای ساخت سازه‌های مرتفع، پل‌ها و سازه‌های صنعتی بزرگ اغلب از تیرآهن دوبل در قالب ستون دوبل فلزی استفاده می‌شود. این نوع ستون از طریق جوشکاری مستقیم تیرآهن‌ها و یا استفاده از ورق‌های فولادی و اتصال آن‌ها به دو تیرآهن ساخته می‌شوند. بنابراین، جوشکاری تیرآهن یک فرآیند رایج در ساخت‌وسازهای عمرانی و صنعتی بوده و لازم است تا با اصول و نحوه انجام آن آشنا شویم.
مراحل جوشکاری تیرآهن‌ها
مراحل جوشکاری تیرآهن‌ها بستگی به نوع جوشکاری و نوع تیرآهن فولادی مورداستفاده دارد. اما اگر بخواهیم به‌صورت کلی به این فرآیند بنگریم، باید مراحل زیر را برای جوشکاری تیرآهن‌ها در دستور کار قرار دهیم:
- آماده‌سازی تیرآهن: در ابتدا تیرآهن‌ها باید از هرگونه آلودگی سطحی مانند چربی، رسوبات، آثار زنگ‌زدگی و غیره در محل جوش پاک شوند و سپس ضخامت آن‌ها با استفاده از ابزارهای مناسب اندازه‌گیری شود.
- خشک‌کردن تیرآهن: پس از تمیزکاری سطحی تیرآهن، باید به‌طور کامل آن‌ها را خشک کرد تا هیچ قطره آبی در سطح آن باقی نماند. وجود رطوبت آب روی سطح تیرآهن می‌تواند باعث ایجاد یک جوش بی‌کیفیت شود.
- تنظیم دستگاه جوشکاری: بعد از آماده‌سازی تیرآهن و سطح جوش، دستگاه جوشکاری باید تنظیم شود. این امر شامل تنظیم جریان الکتریکی، ولتاژ، قطر الکترود و سرعت حرکت الکترود می‌شود.
- جوشکاری تیرآهن: پس از تنظیم دستگاه جوشکاری، الکترود باید به تیرآهن نزدیک شود و درنتیجه جریان الکتریکی به تیرآهن منتقل شود. در این مرحله، الکترود به آهستگی بر روی سطح محل جوش حرکت می‌کند تا جریان الکتریکی آن را ذوب کند و جوش بین دو تیرآهن ایجاد شود.
- بررسی کیفیت جوش: پس از جوشکاری تیرآهن، کیفیت جوش باید موردبررسی قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که جوش باکیفیتی انجام شده است. این بررسی شامل بازرسی چشمی، بررسی با استفاده از آزمایشات غیر مخرب و همچنین بررسی با استفاده از آزمایشات مخرب مانند آزمون کشش است.
روش های جوشکاری انواع تیرآهن
روش های اتصال تیرآهن ها متنوع بوده که شامل اتصال مفصلی، گیردار، نیمه گیردار، تیر روی ستون، تیر داخل ستون و جوشکاری آن‌ها به یکدیگر و یا سایر اجزا می‌شوند. دراین‌بین، جوشکاری تیرآهن محبوب‌ترین روش بوده و درعین‌حال ساده‌تر از دیگر روش‌ها نیز هست. تیرآهن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های جوشکاری مختلفی میتوان به یکدیگر جوش داد. مهم‌ترین روش‌های جوشکاری تیرآهن شامل GTAW یا TIG، GMAW یا MIG و SMAW می‌شوند. هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را داشته و باید بر اساس شرایط و الزامات طراحی پروژه، دستورالعمل‌های جوشکاری و نقشه‌ها انتخاب شوند.
- جوشکاری قوس الکترود پوشش‌دار یا SMAW: در این روش، الکترود گرم شده به سطح تیرآهن نزدیک می‌شود و جریان الکتریکی از طریق آن به تیرآهن منتقل می‌شود. این جریان الکتریکی باعث ذوب شدن قسمتی از تیرآهن و الکترود می‌شود و درنتیجه اتصال جوشی بین دو تیرآهن ایجاد می‌شود.
- جوشکاری قوس تنگستن - گاز یا TIG: در این روش، با استفاده از یک الکترود غیرفعال، یک قوس الکتریکی بین الکترود و تیرآهن ایجاد می‌شود. در این روش، گاز آرگون به‌عنوان یک محافظ برای جوشکاری تیرآهن استفاده می‌شود.
- جوشکاری قوس فلز - گاز یا MIG: در این نوع جوشکاری، سیم جوش به‌عنوان الکترود استفاده می‌شود. این سیم جوش به‌طور خودکار از طریق دستگاه جوشکاری به سطح تیرآهن شارژ می‌شود و جریان الکتریکی از طریق آن به تیرآهن منتقل می‌شود. در این روش نیز از یک گاز خنثی محافظ برای جوشکاری استفاده می‌شود.
اصول و نحوه جوشکاری تیرآهن
رعایت اصول و ضوابط پیش از جوشکاری تیرآهن‌ها از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا عدم رعایت این موارد می‌تواند باعث کاهش کیفیت جوش و کاهش عمر مفید قطعه جوش شود. این اصول و قواعد شامل دستورالعمل‌های مربوط به نکات فنی مانند رعایت مقدار جریان و ولتاژ، نوع الکترود و مواد مصرفی، موقعیت‌های جوشکاری، سرعت حرکت و نیز انتخاب بهترین روش جوشکاری متناسب با شرایط سرویس و شرایط محیطی می‌شوند. در ادامه، به مهم‌ترین نکات پیرامون جوشکاری تیرآهن اشاره شده است:
- لزوم پیش گرم کردن تیرآهن‌ها قبل از انجام جوشکاری.
- پرهیز از اعمال دمای 65 تا 260 درجه سانتی‌گراد در جوشکاری تیرآهن و رساندن قطعات به دمای 260 الی 650 قبل از جوشکاری.
- متعادل و کمتر نگه‌داشتن دمای مناطق اطراف خط جوش تیرآهن.
- لزوم بستن درزهای سطحی تیرآهن با استفاده از تکه‌های ورق فولادی.
- جلوگیری از گرم شدن بیش‌ازحد اطراف محل جوش با انجام جوش نقطه‌ای به طول 2.5 سانتی‌متر قبل از جوشکاری سرتاسری.
- استفاده از درزگیر و یا اعمال پوشش‌های محافظ بر روی خطوط جوش به‌منظور جلوگیری از خوردگی و زنگ زدن.
- عدم انجام جوشکاری در محیط‌هایی با دمای زیر صفر درجه سانتی‌گراد و یا در هنگام وزش باد.
- انتخاب جریان و ولتاژ مناسب به‌منظور ایجاد نفوذ کامل جوش و جلوگیری از وقوع عیوبی مانند نیامد و یا فقدان جوش.
- لزوم مسطح کردن درز جوش تیرآهن برای جوشکاری مجدد پس از گذراندن هر پاس جوشکاری.
- رعایت فاصله حداکثری بین دو لبه تیرآهن‌ها به میزان 2 سانتی‌متر در هنگام جوشکاری لب‌به‌لب.
- جلوگیری از ایجاد اعوجاج و یا تاب برداشتن قطعه با استفاده از رعایت ترتیب عملیات جوشکاری.
- اتصال ورق‌های سرتاسری به تیرآهن با استفاده از جوش شیاری (Groove weld) و نفوذ کامل.
- مجاز بودن استفاده از جوش گوشه‌ای (Bevel weld) برای ورق‌های سرتاسری با ضخامت کمتر از 10 میلی‌متر.
جمع‌بندی
جوشکاری تیرآهن یک امر رایج به‌منظور اتصال این مقاطع به یکدیگر و یا سایر اجزای سازه است که باید مطابق دستورالعمل‌ها بوده و با دقت بالایی انجام شود. ساخت ستون‌های دوبل فلزی، اتصال اجزای اصلی اسکلت‌های فلزی، اتصال اجزای ماشین‌آلات صنعتی و غیره از مهم‌ترین کاربردهای تیرآهن جوشکاری شده هستند. برای حصول یک جوش باکیفیت که ازنظر استحکام و دوام نیز قابل‌قبول باشد، باید علاوه بر انتخاب روش صحیح جوشکاری، نکات فنی مانند پیش گرم کردن قطعه، تمیزکاری سطوح، جریان و ولتاژ، نوع الکترود، سرعت حرکت الکترود جوشکاری و غیره نیز رعایت شوند.
سؤالات متداول
1- چرا محدوده 65 تا 260 درجه سانتی‌گراد در جوشکاری تیرآهن خطرناک است؟
در این محدوده ریسک احتمال وقوع پدیده ترک هیدروژنی در محل جوش تیرآهن وجود داشته که سبب افت خواص مکانیکی قطعه جوش می‌شود.
2- بهترین روش برای جوشکاری تیرآهن کدام است؟
انتخاب روش مناسب جوشکاری باید بر اساس دستورالعمل WPS و با توجه به نقشه‌های جوش و طراحی و نیز شرایط سرویس و محیط پروژه انتخاب شود.
3- از چه روشهایی برای بررسی کیفیت جوش تیرآهن میتوان استفاده کرد؟
بازرسی چشمی اولین قدم در بررسی کیفیت جوش است و پسازآن نیز میتوان با توجه به نیاز، شرایط و امکانات از تستهایی مانند مایع نافذ، ذرات مغناطیسی، تست رادیوگرافی، تست امواج اولتراسونیک و غیره استفاده کرد.