دستورالعمل جوشكاری

تعیین دستورالعمل جوشكاری

WPS (Welding Procedure Specification)

منظور از تنظیم WPS مشخص كردن جزییات فرایندجوشكاری یك قطعه یا یك ماده مورد نظر است كه جهت سازه های فلزی از استاندارد AWS D1.1 و برای ظروف تحت فشار ازASME Sex IX استفاده میشود.

شرط لازم برای شروع هر فعالیت جوشكاری مستلزم ارائه WPS است.

تنظیم WPS بر اساس استاندارد AWS D1.1 :

فرم ذیل جهت ارائه WPS (فرایندهای جوشكاری SMAW و GTAW ) بر اساس استاندارد مذكور است .

جهت تایید هر WPS لازم است آزمایشاتی پس از انجام جوشكاری وتهیه نمونه تست ،بر روی قطعه كار انجام گردد تا صحت WPS مشخص و تایید گردد.

این نتایج در فرم مخصوصی درج میگردند كه به آنPQR (Procedure Qualification Record) گفته میشود.

در استاندارد AWS D1.1 اگر از طرح اتصالات مرتبط با بخش PREQULIFIED استفاده شود دیگر نیازی به انجام PQR نمی باشد.زیرا این طرحها اتصال قبلا

تستهای مربوطه را گذرانده و مورد تایید میباشند.

در هر WPS سه متغیر مشاهده میگردد كه عبارتند از :

Essential Variable (متغیر های اساسی)

Non-Essential Variable (متغیرهای غیر اساسی)

Supplementary Variable (متغیرهای تكمیلی)

۱-متغیرهای اساسی : هر گونه تغییر در این متغیرها نیازمند نوشتن یك WPS جدید است. (مانند : متریال ، فرایند جوشكاری ، عملیات حرارتی ، پیش كرم و ..)

۲-متغیرهای غیر اساسی : هر گونه تغییر نیازمند تغییر در WPS نمیگردد . ( مانند :قطر الكترود و …..)

۳- متغیرهای تكمیلی : در صورتیكه الزامات تست ضربه فراهم گردد این متغیرها حالت اساسی پیدا كرده و شرایط بند ۱ در آنها جاری خواهد بود.

تنظیم WPS بر اساس استاندارد ASME Sec.IX :

فرم ذیل جهت ارائه WPS بر اساس استاندارد ASME Sec. IX است.

ASME Sec.IX به دو بخش QW و QB تقسیم می شود. كه QW مخفف (Qualification Welding) و QB مخفف(Qualification Brazing) است.

در این مقاله ما صرفا بخش جوشكاری QW راشرح خواهیم داد كه به ۵، Article تقسیم می شوند.

QW-100 General introduction to testing requirements etc.

QW-200 Procedure qualification details.

QW-300 Performance qualifications (welder approvals) details.

QW-400 Welding data .This is the biggest section of the code and covers data for both procedure and

Performance qualification. It includes:

-Material and consumable data

-Approval range for thickness, diameter, joint

-Configuration and welding positions.

-Definitions used in code.

(QW-500 Standard Welding Procedure Specifications (SWPSs

(Welding Process es) فرایند و یا فرایندهای مورد استفاده برای جوشكاری:

در كد QW-401 فرایند جوشكاری با عنوان متغیر اصلی ذكر شده است. روال انتخاب فرایند جوشكاری به مراحل ذیل مرتبط میباشد.

مرحله اول : بررسی ویژگیهای مورد نیاز اتصال

در این مرحله باید بزرگ یا كوچك بودن اتصال جوش، موقعیت و جهت جوشكاری و ضخامت فلز پایه باید بررسی گردد.

مرحله دوم: تطبیق ویژگیهای مورد نیاز اتصال با فرآیندهای جوشكاری

اغلب سازندگان دستگاه های جوش اطلاعات مختلفی را در ارتباط با ویژگیها و توانایی دستگاه های خود ارائه می دهند كه می

توان از آنها استفاده نمود. این مرحله با توجه به خصوصیات هر دستگاه و ویژگیهای هر فرایند می توان یك یا چند فرآیند را به

گونه ای انتخاب كرد كه خصوصیات تعین شده برای اتصال را فراهم سازد. در این حالت به ندرت پیش میاید كه تنها یك فرایند

انتخاب شود و معمولا دو یا چند فرایندد خصوصیات مد نظر را تامین می كنند.

مرحله سوم: تهیه چك لیست برای تعین توانایی فرآینددهای انتخاب شده در تطبیق با شریط خاص كاری

پارامترهای دیگرینیز علاوه بر اتصال روی انتخاب فرآیند تاثیر می گذارند. بسیاری از آنها مختص شرایط كار و كارگاه

جوشكاری شما می باشند. گاهی این پارامترها تاثیرزیادی بر حذف برخی فرآیندهای انتخاب شده دارند. در این مرحله باید تمامی

این پارامترها را بصورت چك لیست درآورده و یكی یكی بررسی نمود.

مرحله چهارم: بازنگری فرایند با اطلاعات سازنده دستگاه جوش برای تایید توانایی آن

در این مرحله باید چكلیست تهیه شده و ویژگیهای مورد نیاز با نماینده سازنده دستگاه جوش مورد بازنگری قرار گیرد تا از

توانایی دستگاه و انتخاب صحیح اطمینان حاصل شود.

اسامی بعضی از فرایندهای جوشكاری به شرح ذیل میباشند :

SMAW=SHILD METAL ARC WELDING جوشكاری قوسی با الكترود روپوش دار

GMAW=GAS METAL ARC WELDING جوشكاری قوسی با گاز محافظ

GTAW=GAS TANGESTAN ARC WELDING جوشكاری با الكترود تنگستن و گاز خنثی

SAW=SUBMERGED ARC WELDING جوشكاری قوس زیر پودری

و……

(Type) نحوه فرایند عملیات جوشكاری

روشهای مختلف اعمال یك فرایند جوشكاری میتواند به صورت دستی ( MANUAL) ، خودكار (AUTOMATIC) ، نیمه خودكار (

SEMI-AUTOMATIC) یا ماشینی باشد.جوشكاری قوسی با الكترود روكش دار ،دستی به حساب آمده و جوشكاری به روش GMAW به صورت

نیمه اتوماتیك به حساب می ایند. و اگر پیك آنها بر روی دستگاه قرار گیرد و بطور خودكار حركت كند به آن اتوماتیك و یا ماشینی گویند.

طرح اتصال(JOINT DESIGN)

مشخصات طرح اتصال در این كه روش جوشكاری برای آن نوشته میشود .رایجترین طرح اتصال عبارتند از :

۱-اتصال سر به سر یا لب به لب BUTT WELD

۲-اتصال سپری یا T-JOINT

۳-اتصال روی هم یا LAP JOINT

پشت بند (Backing)

بنا بر شرایط طراحی و به منظور مواردی چون جلوگیری از اكسید شدن مذاب شیارجوش، عدم ریزش مذاب از پشت جوش، اطمینان از خالی نماندن یا

ایجاد سوختتگی جوش در قسمت پشتی جوش و غیره از تسمه فلزی، جریان گاز یا فلاكس به عنوان پشت بند استفاده می شود.

نوع و جنس مواد پشت بند (Backing Material Type)

در صورت تایید قسمت قبل یعنی نیاز به استفاده از پشت بند، درج جنس و نوع مواد مورد نظرجهت پشت بند الزامی است

. موادی كه عمدتا بًه عنوان پشت بند استفاده میشود عبارتند از :

الف- تسمه های فولاد كربنی ساده ب- ورقهای مس

پ –جریان گازهای محافظ مانند گاز آرگون یا CO2 ت –فلاكس یا پودر جوش

مطلب دیگری كه معمولاً باید در WPS به آن اشاره شود، ترسیم و نمایش توالی پاسهای جوشكاری ( BEAD) است.چگونگی

انتخاب این توالی بستگی به احتمال پیچیدگی (Distortion) جوش دارد. اما در قسمت طرح اتصال پس از رسم پخ جوش، توالی

جوشكاری پاسها به همراه شماره گذاری باید رسم شوند. طرحهای جوشی كه از نظرجنس ورق ونوع الكترود مورد مصرف

مشابه بوده و به همین دلیل بوسیله یك WPS پوشش داده می شوند باید به صورت مجزا ترسیم و توالی پاسهای آنها نشان داده

شوند.

فلزات پایه (Base Metals)

ذكر نوع و تركیب شیمیایی فلز مورد جوشكاری از جمله مهمترین مطالب قابل ذكر در WPS است. این امر در انتخاب سایر

مشخصات فرآیند جوشكاری از قبیل پیش گرم كردن، پسگرمایی، انتخاب الكترود و تكنیك كار دخیل است.

P No.

فلزات پایه تحت عنوان عددی به نام P No. تقسیم بندی می شوند. در صورتیكه برای بررسی كیفیت فولاد ، آزمون تست ضربه لازم باشد، تقسیم بندی جزئی تر

شده و Group No. نیز مطرح میگردد. اساس تقسیم بندی های فوق، تركیب الیاژ، جوش پذیری و خصوصیات مكانیكی است. برای دیدن گروهی

از P No. ها لازم است كد QW-422 را ملاحظه فرمایید.

نكته : در استاندارد ASME متریال با حروف SA مشخص میشوند .(مطابق با استاندارد ASME Sec.II Part A&B)

در QW-420.2 با حروف S No. مواجه خواهیم شد. اگر فلزی در كد ASME B31 یا سایر بخشهای استاندارد مورد تایید قرار گرفته باشد اما در

استاندارد ASME Sec.II موجود نباشد ، در این صورت از S No. استفاده خواهد شد.

محدوده ضخامت ( Thickness Range)

ضخامت مقطع جوشكاری در این قسمت ذكر می شود. بر اساس كد QW-451.1 برای كمتر شدن تعداد WPS میتوان از محدوده ضخامتهای ذیل استفاده كرد :

االف-ضخامت كمتر از ۱/۱۶ اینچ (۱٫۶ میلیمتر)

محدوده قطر لوله(Pipe Diameter Range)

در صورتیكه قطعه مورد جوشكاری لوله باشد، علاوه بر ذكر محدوده ضخامت لازم است تا قطر لوله مورد جوشكاری هم در این قسمت ازWPS ذكر

شود . محدوده قطر را كد QW-452.3 مشخص كرده است.

فلزات پر كننده (Filler Metal)

اصولاً در اكثر فرایندهای جوشكاری برای ایجاد اتصال بین فلزات پایه ، به یكپل واسط فلزی نیاز داریم .فلزات مورد استفاده برای این منظور به

عنوان فلزات پر كننده شناخته می شوند . با در نظر گرفتن فرایند جوشكاری و پارامتر های مختلف موثر ، صحیح ترین فلز پر كننده را انتخاب

می كنیم ، .پارامترهای انتخاب صحیح فلز پر كننده عبارتند از:

الف) فرآیند جوشكاری

ب) تركیب شیمیایی فلز پایه

پ) وضعیت جوشكاری

ت) شرایط كاربردی

ث) میزان نفوذ جوش ( عمق نفوذ)

ج) كیفیت محل جوش

چ) هزینه جوش

ح) مهارت جوشكاری

با توجه به QW-404 مشخصات فلز پر كننده در قسمتهای مختلف از نمونه فرم WPS بهشرح ذیل میباشند:

*( F No. ( Filler Metal Number

F No. یك تقسیم بندی برای الكترودهاست كه در كد QW-432 طی ذكر جداولی به آن اشاره گردیده است.

* (A No. ( Analyze Number

A No. تنها در مورد آلیژهای آهنی كاربرد دارد.بر اساس كد QW-404.5 عدد A استراج شده و درج میگردد.

*شماره مشخصه فلز پر كننده(Spec. No)

حدود سی شماره توسط AWS برای طبقه بندی مشخصات فلز پر كننده تعیین شده است.این تقسیم بندی در استاندارد ASME با حروف SF مشخص گردیده اند.

*شماره كلاس و استاندارد AWS الكترود(AWS No. Or Class No)

استانداردهای گوناگونی برای نام گذاری الكترودها وجود دارد. برای نامگذاری الكترود های روكشدار كلاس A5.1 از فرمت E XXXX استفاده میشود.

*اندازه الكترود(Size of Electrode)

برای انجام با صرفه ترین جوش، انتخاب اندازه الكترود (قطر میله مغزی) به اندازه انتخاب نوع الكترود اهمیت دارد. در انتخاب موارد زیر مورد توجه قرار میگیرند: طرح اتصال، ضخامت لایه های جوش، حالت جوشكاری، حرارت قابل تحمل توسط قطعه و مهارت جوشكار. قاعده كلی آن است كه هرگز نباید از الكترودی كه اندازه آن بزرگتر از ضخامت قطعه كار است ، استفاده كرد . الكترود كلفت برای جوشكاری در وضعیت عمودی یا قائم و بالاسری یا از الكترودی كه اندازه آن بزرگتر از ضخامت قطعه كار است ، استفاده كرد . الكترود كلفت برای جوشكاری در وضعیت عمودی یا قائم و بالاسری یا سقفی K یا V مناسب نیست، زیرا كنترل حوضچه جوش حجیم در این شرایط مشكل است. در مورد جوشكاری ورقهای ضخیم با لبه های آماده شده بصورت اولین پاس جوشكاری با الكترود نازك و پاس های بعدی با الكترود های كلفت تر انجام می شود.

*محدوده ضخامت فلز جوش ( Deposited Weld Metal Thickness Range)

در این قسمت از WPS محدوده ضخامت فلز جوش رسوب داده شده درج می گردد كه تغییر در آن بر اساس QW-451 تعریف می شود.

كلاس فلاكس ( Flux Class)

هر گونه مشخصات و استانداردهای مربوط به فلاكس های جوشكاری زیر پودری مطابق با SFA 5.17 برای الكترود برای الكترود و فلاكس های فولاد ساده كربنی و SFA 5.23 برای الكترود و فلاكس های فولاد كم آلیاژ در این قسمت درج میگردد.

موارد دیگر(Other)

نام تجاری، كد سازنده و یا دیگر مشخصات فلز پركننده و لایی مصرف شدنی در این قسمت ذكر می گردد.

وضعیت جوشكاری(Position)

اصولاً جوشكاری در چهار وضعیت كلی قابل انجام است:

۱) Flat تخت

۲) Horizontal افقی

Vertical (۳ عمودی

Overhead (4 بالا سری

كد مرتبط با وضعیت جوشكاری در QW-405 درج گردیده است.در كد QW-461 وضعیت های مختلف جوشكاری ذكر شده است.

وضعیت شیاری یا گوشه ای ( Position of Groove or Fillet weld)

وضعیت جوشكاری بستگی به : نوع فرآیند جوشكاری ، قابلیت دسترسی خطوط جوش، ابعاد و اندازه قطعه كار ، نحوه ساخت و امكانات موجود دارد.

جهت پیشروی (Welding Progression)

در این قسمت جهت پیشروی جوشكاری ذكر می گردد كه عمدتاً برای جوشهای عمودی جهت پیشروی از پائین به بالا (UP-Ward) است.

پیشگرم كردن( Preheat)

معمولاً برای جلوگیری از تركیدگی، پیچیدگی و اعوجاج، پیدایشفازهای ناخواسته و … قبل از جوشكاری، قطعه كار پیشگرم می شود. همچنین عملیات جوشكاری، كنترل دمای بین پاسها برای جلوگیری از كاهش دمای قطعه كار به كمتر از دمای پیشگرم و بالا رفتن از حد مجاز- دمای بازگشت نهایی (Tempering ) لازم است. كنترل این عمل توسط گچ های حرارتی صورت می پذیرد. با مراجعه به كد QW-406 میتوان این شرایط را اعمال كرد.

عملیات حرارتی پس از جوشكاری ( PWHT=Post Weld Heat Treatment)

با مراجعه به كد QW-407 میتوان عملیات فوق را به انجام رسانید.

گاز( Gas)

یكی از وظایف مهم گاز محافظ، حفاظت حوضچه مذاب از آلودگی ناشی از اتمسفر می باشد. مشخصات گاز محافظ در این قسمت از WPS بر اساس كد QW-408 عنوان میشود.

نوع گاز محافظ(Shielding Gas)

گازهای N2 ، He، Co2 ،Ar ، یا مخلوطی از این گازها برای حفاظت استفاده می شوند.

آهنگ جریان گاز( Flow Rate)

آهنگ جریان گاز بر حسب لیتر در واحد زمان سنجیده می شود و باید به نحوی تنظیم گردد كه علاوه بر محافظت كامل حوضچه مذاب، باعث اختلاط شدید مذاب و خروج از حوضچه نشود. آهنگ جریان گاز به قطر نازل و شكل جوش بستگی دارد.

مشخصات الكتریكی(Electrical Characteristics)

تغییر در نوع و قطبیت جریان الكتریكی ، افزایش در گرمای ورودی و یا افزایش حجم و میزان فلز جوش رسوب داده شده در واحد طول ، باعث تغییر در كیفیت جوش می شود. همچنین میزان فلز جوش با افزایش اندازه گرده جوش و یا كاهش طول خط جوش به ازای هر الكترود ، متناسب است. مشخصات الكتریكی بر اساس بند QW-409 میباشد.

نوع جریان ( Current AC/DC)

بعضی از الكترودها درجریان AC و برخی دیگر در جریان DC كارایی دارند. اگر جریان DC ذكر گردد میبایست نوع قطبیت نیز مشخص گردد.

قطبیت(Polarity)

در صورت انتخاب جریان DC باید قطبیت را نیز مشخصكرد. قطبیت می تواند مستقیم یا معكوس باشد. و به شرح ذیل است :

الف) اتصال الكترود به قطب مثبت در جریان DC DCEP: Direct Current Electrode Positive

DCRP: Direct Current Reverse Polarity

ب) اتصال الكترود به قطب منفی در جریان DC DCEN: Direct Current Electrode Negative

DCSP: Direct Current Straight Polarity

شدت جریان( Ampere)

بسته به نوع فرآیند، قطر الكترود، سرعت حركت، میزان نفوذ و …. شدت جریان تعیین می شود.

ولتاژ(Voltage)

ولتاژ دستگاه معمولا بًصورت مدار باز اندازه گیری می شود.

اندازه و نوع الكترود تنگستن(Tungsten Electrode Size and Type)

در فرایند GTAW ،الكترود تنگستن مصرف نشدنی است. این الكترود با توجه به نقطه ذوب بالا، در حین جوشكاری ذوب نمی شود.

تكنیك و روش كار(Technique)

نكات تكنیكی روش جوشكاری بر اساس كد QW-410 می باشند.

مهره جوش نواری یا بافته ای( String or Weave Bead)

در این قسمت شكل گرده ( مهره ) مورد نظر ذكر می شود. در موارد ی كه گرده های نازك كافی باشد و یا كمترین حرارت وارده به قطعه لازم است، از گرده های نواری استفاده می شود زیرا سرعت حركت دست در این تكنیك بیشتر است. گرده های بافته ای به اشكال گردشی، هلالی، ۸ اجرا می شود.

سایز كلاهك یا نازل عبور گاز( Orifice or Gas Cup)

در فرآیند های جوشكاری با گاز محافظ ، اشاره به مورد فوق ضروری است .

(…تمیز كاری اولیه و بین پاسی برس زدن ،سنگ زدن و ){Initial and Interpass Cleaning (Brushing,…)}

تمیز كردن سطح قبل از انجام جوشكار ی سطح قبل از انجام جوشكاری مانند زدودن زنگارها ، اكسیدها، چربی و كثیفی قطعه، باعث افزایش كیفیت جوش می شود. همچنین در حین عملیات جوشكاری چند پاسه و در اتمام كار، تمیز كردن سطح اعم از پاك كردن سرباره و … باعث كاهش و حذف عیوب جوش نظیر سرباره حبس شده در مذاب خواهد شد.

روش برداشتن پشت جوش (Method of Back Gouging)

در صورت نیاز به جوشكاری از پشت جوش، لازمست تا ابتدا اولین پاس جوش، از پشت اتصال توسط یكی از روشهای زیر برداشته شود :

الف ) قوس حاصل از الكترود كربنی Electric Arc gouging

ب) برداشتن بوسیله شعله اكسی استیلن Oxyfuel gouging

پ) سنگ زدن یا براده برداری Grinding and Chipping