موضوع مقاله: جوشکاری زیر آب | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # جوشکاری زیر آب | مقدمه: بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌دانند. | ## بخش 1: جوشکاری زیر آب | جوشکاری زیر آب: فناوری و فنون برای اتصال قطعات در محیط های مرطوب جوشکاری زیر اب اولین بار توسط یک فرد روسی در سال ۱۹۳۲ و در دریای سیاه انجام شد. بر خلاف آنچه که به نظر می‌رسد جوشکاری زیر آب در واقع تفاوت زیادی با انواع روش‌های جوشکاری که در خشکی اتفاق می‌افتد ندارد. اگرچه که این نوع از جوشکاری به عنوان یک رشته خطرناک احتیاج به مهارت و تمرین زیاد دارد. برای جلوگیری از این اتفاق لوازم و تجهیزات جوشکاری باید تماماً عایق بندی و ضد آب باشند. برای جلوگیری از این اتفاق فرایند فشار زدایی با استفاده از عمق‌سنج باید به دقت انجام شود. جوشکاری به روش خشک در یک اتاقک زیر آب انجام می‌شود و درون اتاقک هوای فشرده شده وجود دارد. این روش بسیار هزینه بر است و زمان زیادی می‌گیرد اما بسیار از مشکلات جوش‌کاری به روش مرطوب را ندارد. انواع جوشکاری زیر آب جوشکاری زیر آبی را می‌توان در دو دسته طبقه‌بندی کرد: جوشکاری مرطوب جوشکاری خشک در روش جوشکاری مرطوب، عملیات جوشکاری در زیر آب اجرا شده و مستقیماً با محیط مرطوب سرو کار دارد. در روش جوشکاری خشک، یک اتاقک خشک در نزدیکی محلی که می‌بایستی جوشکاری شود ایجاد شده و جوشکار کار خود را با قرار گرفتن در داخل اتاقک انجام می‌دهد. جوشکاری مرطوب: نام جوشکاری مرطوب حاکی از آن است که جوشکاری که در زیر آب صورت می‌پذیرد، مستقیماً در معرض محیط مرطوب قرار دارد. در این روش از جوشکاری از نوعی الکترود ویژه استفاده می‌شود و جوشکاری به صورت دستی درست مانند همان جوشکاری که در فضای بیرون آب انجام می‌شود، صورت می‌گیرد. آزادی عملی که جوشکار در حین جوش کاری از این روش دارد، جوشکارجزاء فلزی نگهدارنده الکترود می‌شود. برای جوشکاری مرطوب از جریان AC نیز به دلیل عدم امنیت کافی و وجود مشکلاتی که در حفاظت از قوس درزیر آب وجود دارد، استفاده نمی‌شود. در جوشکاری مرطوب MMA (جوشکاری قوس فلزی دستی)۲ دو مشخصه زیر بکار گرفته می‌شود: تأمین کننده نیرو: dc قطبیت: قطبیت منفی و ac اگر از جریان DC و قطب + استفاده شود، برقکافت روی داده و سبب خراب شدگی و از بین رفتن سریع اجزاء فلزی نگهدارنده الکترود می‌شود. برای جوشکاری مرطوب از جریان AC نیز به دلیل عدم امنیت کافی و وجود مشکلاتی که در حفاظت از قوس درزیر آب وجود دارد، استفاده نمی‌شود. منبع تغذیه می‌بایستی یک دستگاه جریان مستقیم که دارای رده‌بندی آمپر بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ است، باشد. دستگاه‌های جوشکاری ژنراتور موتور اغلب برای جوشکاری مرطوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدار جوشکاری می‌بایستی شامل نوعی سوئیچ مثبت باشد که معمولاً از یک کلید تیغه ای استفاده می‌شود و از جوشکار غواص فرمان می‌گیرد. کلید تیغه ای در مدار الکترود می‌بایستی در تمام طول جوشکاری در برابر شکسته شدن مقاوم باشد و نیز از امنیت کافی برخوردار باشد. منبع تغذیه جوشکاری می‌بایستی در حین فرایند جوشکاری تنها به نگهدارنده الکترود وصل باشد. در این روش از جریان مستقیم همراه با الکترود منفی و نیز از نگهدارنده الکترود ویژه ای که در برابر آب عایق هستند استفاده می‌شود. نگهدارنده‌های الکترود جوشکاری که در زیر آب بکار گرفته می‌شوند از یک سر خمیده برای گرفتن الکترود و نگه داشتن آن در خود بهره می‌برند و ظرفیت پذیرش دو نوع الکترود را دارد. نوع الکترودی که به کار گرفته می‌شود بر طبق استاندارد AWS (انجمن جوشکاری آمریکا)۳ در طبقه‌بندی E۶۰۱۳ قرار گرفته‌است. این الکترودها می‌بایستی ضد آب باشند و تمامی اتصالات نیز باید طوری عایق بندی شده باشد که آب نتواند با قسمت‌های فلزی کوچک‌ترین تماسی داشته باشد. اگر عایق بندی شکستگی داشته باشد یا قسمتی از آن ترک داشته باشد، آنگاهآب می‌تواند با فلز رسانا تماس پیدا کرده، موجب ایجاد نقص و در نهایت کار نکردن قوس شود. به علاوه اینکه ممکن است خوردگی سریع مس در قسمتی که عایق ترک خورده‌است، ایجاد شود. جوشکاری خشک: جوشکاری بیش فشار در اتاقک‌های پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای که می‌خواهد جوشکاری شود، استفاده می‌شود. این اتاقک در یک فشار معمولی پر از گاز می‌شود (که معمولاً از هلیوم حاوی نیم بار۵ اکسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو و اکسیژن که قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری که جوشکاری آنجا صورت می‌پذیرد یا فشاری بیشتر از آن اجرا می‌شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با کیفیتی ایجاد می‌شود به طوری که با اشعه ایکس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می‌شود. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قرار دارد؛ بنابراین جوشکاری در محل خشکی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیکی آبدریا که در محیط مجاور آن قرار دارد. جوشکاری پر فشار هم می‌تواند به صورت مرطوب در آب یا خشک در داخل یک محفظه ویژه با فشار مثبت انجام شود. به همین دلیل عنوان جوشکاری پر فشار برای انجام فرایند در یک محیط خشک و عنوان جوشکاری زیر آب برای جوشکاری در یک محیط مرطوب استفاده می‌شوند. کاربردهای جوشکاری پر فشار متنوع هستند و معمولاً برای تعمیر کشتی‌ها، سکوهای نفتی دریایی و خطوط لوله انجام می‌شود. در هنگام نیاز به جوشکاری با کیفیت بالا جوشکاری پر فشار خشک نسبت به جوشکاری مرطوب زیر آب در اولویت استفاده است. | ## بخش 2: جوشکاری زیر آب | دلیل آن هم افزایش امکان اعمال کنترل بر شرایط همانند استفاده از عملیات حرارتی مورد نیاز قبل و بعد از جوشکاری است. بنابراین هنگامی که به جوش با کیفیت بسیار بالا مورد نیاز است معمولاً از جوشکاری پر فشار خشک استفاده می‌شود. نحوه عملکرد جوشکاری مرطوب پروسهٔ جوشکاری مرطوب در زیر آب طی مراحل زیر صورت می‌پذیرد: قطعه کاری که قرار است جوش داده شود به یک طرف مدار الکتریکی متصل بوده و الکترود فلزی در طرف دیگر مدار. این دو قسمت از مدار (الکترود و قطعه کار) کمی به یکدیگر نزدیک شده ولی بعد از مدتی از یکدیگر فاصله می‌گیرند. در حین نزدیک شدن الکترود به قطعه کار، جریان الکتریکی وارد شکاف شده و باعث ایجاد یک جرقه الکتریکی پایستار می‌شود (قوس) و باعث ذوب شدن فلز در آن ناحیه و شکل گرفتن حوضچه جوش می‌شود. در طول این عمل جریان مذابی، نوک الکترود را پوشش داده و روکش الکترود گاز محافظ را ایجاد می‌کند. که موجب استحکام بخشیدن به قوس شده و همان‌طور که گفته شد از جریان فلز مذاب محافظت می‌کند. اول اینکه جوشکار در محل جوش و در جای خشک می‌باشد و دوم اینکه فقط محل جوش و دستان جوشکار در تماس با آب نمی‌باشند. این اتاقک با هوای فشرده و قابل تنفس پر شده و یک لوله رابط آن را به کشتی متصل می‌کند و وسایل مورد نیاز را برای آن می‌فرستد. شرایط ناسازگار در جوشکاری زیر آب جریان مخالف دمای پایین وقتی ضخامت فلز از ۵ میلی‌متر کمتر است. تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری زیر آب دستگاه جوشکاری DC 400 آمپر سوییچ ایمنی ۴۰۰ آمپر ۲۵۰ ولت کابل جوش انبر اتصال انبر تست آمپر ولت‌متر DC انبر نگهدارنده الکترود برس سیمی چکش گل زنی سوهان الکترود عایق دستکش ماسک الکترودهای مصرفی جوشکاری زیر آب الکترودهای مورد مصرف در جوشکاری زیر آبی از انواع اصلاح شده الکترودهای دستی معمولی هستند. سیستم کدگذاری خاصی برای این الکترودها وجود ندارد و اغلب آنها بر اساس نام تجاری شناخته شده و بر اساس قابلیت و سهولت استفاده برای جوشکاران کاربرد یافته‌اند. پرمصرف‌ترین این الکترودها، الکترودهای مورد مصرف برای فولادهای کربنی/ منگنزی هستند. خواص مکانیکی جوش زیر آبی به شدت به عمق جوشکاری وابسته بوده و با افزایش عمق محل جوشکاری، این خواص کاهش می‌یابند. این امر باعث ورود اکسیژن ناشی از تجزیه آب و افزایش مقدار آن و در نتیجه کاهش منگنز و سیلیکون و افزایش کربن در حوضچه جوش و ایجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن می‌شود. همچنین ممکن است مقدار هیدروژن افزایش یابد که نتیجه آن ازدیاد تخلخل و کاهش پایداری قوس است چرا که در عمق‌های زیاد به دلیل پتانسیل یونیزاسیون بالای هیدروژن، پایداری قوس کاهش می‌یابد. یکی دیگر از مشکلات قابل توجه در جوشکاری زیرآبی احتمال ایجاد ترک‌های هیدروژنی در اثر حضور آب و رطوبت است که ریسک این پدیده نیز با افزایش عمق، افزایش می‌یابد. این موضوع در حالتی که از الکترودهای با روکش اسیدی استفاده می‌شود از حساسیت بیشتری برخوردار است چراکه قابلیت جذب رطوبت در این نوع پوشش بیشتر بوده و هیدروژن تجزیه شده از این رطوبت به راحتی جذب فلز جوش مذاب می‌شود. به همین دلیل در جوشکاری زیر آبی استفاده از الکترودهای نوع روتیلی ترجیح داده می‌شود. به عنوان مثال فرومنگنز به منظور جذب اکسیژن و کاهش تخلخل و تیتانیوم و بور به دلیل تشکیل ساختار فریت سوزنی و بهبود خواص مکانیکی، به مواد پوشش الکترود افزوده می‌گردد. جوشکاری زیرآبی فولادهایی با استحکام بالاتر معمولاً با استفاده از الکترودهای زنگ نزن آستنیتی انجام می‌گیرد تا احتمال ایجاد ترک هیدروژنی کاهش یابد. اما در این حالت باید احتیاط‌های لازم صورت گیرد تا از ایجاد ترک در ناحیه متأثر از حرارت (HAZ) پیشگیری شود. در الکترودهای دستی معمولاً به دلیل کمتر بودن سرعت سوخت پوشش الکترود نسبت به ذوب مغزی آن، یک چاله در سر الکترود تشکیل می‌شود که قوس، درون آن گودی که از اطراف توسط فالکس پوشش احاطه شده، ایجاد می‌شود. این پدیده به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الکترود و همچنین کنترل انتقال آنها کمک می‌کند. با استفاده از این تکنیک جوشکاران می‌توانند حتی درصورت عدم وجود دید کافی با وارد آوردن کمی فشار به الکترود، بدون نیاز به کنترل طول قوس، با یک نرخ تغذیه ثابت جوشکاری را انجام دهند. در جوشکاری زیر آبی نیز این پدیده وجود دارد و به دلیل وجود آب، از اهمیت بسیار بالاتری برخوردار است. مهم‌ترین تفاوت ظاهری الکترودهای دستی معمولی با الکترودهای جوشکاری زیر آبی، پوشش ضد آب الکترودهای زیر آبی است. الکترودهای مورد مصرف در جوشکاری قوسی زیر آبی توسط یک موم یا پلاستیک ضد آب پوشش داده می‌شوند تا فلاکس روکش الکترود را تا زمان مصرف از تماس با آب محافظت کرده یا حداقل نفوذ رطوبت را محدود سازد. مزایا و معایب دو روش جوشکاری زیر آب مزایای جوشکاری خشک ۱) ایمنی غواص – جوشکاری در یک اتاقک صورت گرفته که موجب مصون ماندن جوشکار از جریانات اقیانوسی یا احتمالاً موجودات دریایی می‌شود. این جایگاه خشک و گرم از روشنایی مطلوبی برخوردار بوده و از سیستم کنترل محیط خاصی نیز بهره می‌گیرد(ESC)۶. ۲) کیفیت خوب جوش – این روش توانایی ایجاد جوش‌هایی را دارد که حتی می‌توان آن را با جوش‌های موجد در فضای باز و در مجاورت هوا مقایسه کرد. ۳) کنترل سطح– آماده‌سازی اتصال، هم ترازی لوله، بررسی آزمایش ضد مخرب (NDT ۷) و غیره به صورت عینی کنترل و تنظیم می‌شوند. معایب جوشکاری خشک ۱) اتاقک یا جایگاه جوشکاری تجهیزات پیچیده و خدمات پشتیبانی زیادی را مستلزم می‌داند و خود اتاقک به طرز غیر متعارفی پیچیده‌است. ۲) هزینه و ارزش مالی این اتاقک به صورت قابل ملاحظه ای بالا بوده و بسته به عمق محل کار هزینه آن افزایش می‌یابد. عمق محل جوشکاری در کار تأثیر می‌گذارد، طوری که در اعماق بیشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژهای بالتر و متناسب با آن لازم و ضروری می‌باشد. | ## بخش 3: جوشکاری زیر آب | و نیز گاهی اوقات نمی‌توان از یک اتاقک برای چند کار مختلف استفاده کرد، که البته این مشکل بستگی به نوع کارها و میزان تفاوت آنها دارد. مزایای جوشکاری مرطوب جوشکاری مرطوب که در زیر آب به صورت دستی صورت می‌گیرد، در مرمت و بازسازی سازه‌های فراساحلی در سالهای اخیر به سرعت در حال رشد و گسترش است. از جمله فواید جوشکاری مرطوب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: چند کاره بودن و داشتن هزینه کمتر در جوشکاری مرطوب باعث شده که میل و اشتیاق بیشتری به این روش وجود داشته باشد. در این روش جوشکار می‌تواند به قسمت‌هایی از سازه‌های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روش‌های دیگر قابل جوشکاری نیست. معایب جوشکاری مرطوب اگر چه جوشکاری مرطوب کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌است ولی همچنان از وجود نواقصی رنج می‌برد، از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) آبدیدگی سریع فلز جوشکاری– دلیل این آبدیدگی آبی است که در اطراف آن وجود دارد. اگرچه آبدیدگی نیروی تنش پذیری را در جوشکاری افزایش می‌دهد ولی میزان کش پذیری و مؤثر بودن جوش را کاهش داده، سختی و روزن داری آن را بالا می‌برد. ۲) تولید زیاد هیدروژن- حجم بسیار زیادی از هیدروژن در منطقه جوشکاری ایجاد می‌شود که بر اثر تفکیک بخار آب در منطقه قوس به وجود آمده‌است.H۲ موجود در محیط تحت تأثیر گرما (HAZ ۸) در فلز جوشکاری حل می‌شود که باعث ایجاد ترک خوردگی و شکاف‌های میکروسکوپیک می‌شود. اثر آب بر فرآیندهای جوشکاری فرآیندهای قوسی در آب دریا نسبت به آب شیرین، قوس نرمتر و پایدارتری دارند که به علت وجود یون‌های پایدار کننده قوس در آب دریا می‌باشد. با توجه به این شرایط شدت جریان در مقایسه با جوشکاری در هوا حدود ۲۰ الی ۲۵ درصد بیشتر در نظر گرفته می‌شود. هم چنین به خاطر افت قابل توجه ولتاژ به خاطر طولانی بودن کابل‌ها، توان بیشتری در دستگاه‌ها و تجهیزات در نظر گرفته می‌شود. به خاطر تمرکز حرارتی در قوس مقداری از آب‌های اطراف قوس تجزیه شده و حباب‌های پایدار در اطراف قوس ایجاد می‌پکنند. این حباب‌ها اثرات متفاوتی بر جوش دارند، از جمله می‌توانند به عنوان گاز محافظ برای قوس عمل کنند. این هیدروژن پس از جذب ممکن است باعث ایجاد ترک سرد هیدروژنی در جوش یا منطقه کنار جوش شود. به منظور بررسی دقیق‌تر تأثیر آب بر فرآیندهای جوشکاری بد نیست مقایسه بین جوشکاری زیر آب با جوشکاری در هوا انجام شود: سرعت جوشکاری در این دو حالت فرق چندانی با هم ندارد. در جوشکاری زیر آب درصد مواد موجود در مخلوط گازی اطراف قوس (حباب‌هایی تشکیل شده) در حال تغییر است. دلیل آن گرمای حاصل از قوس و تبخیر آب و نیز خارج شدن حباب‌های بخار و گاز از آب است. در جوشکاری زیر آب فشار در مخلوط گازی با فشار اطراف خود برابر است، یعنی با افزایش عمق این فشار هم زیاد می‌شود. با توجه به این که هدایت حرارتی در آب ۲۵ برابر و ظرفیت گرمایی ویژه آب نیز ۳۵۰۰ برابر هوا است. نکته مهم حرکت دائمی حباب‌های گاز و بخار آب به سمت بالا و تأثیر این پدیده بر تعادل قوس است. برای بالا نگهداشتن کیفیت جوش باید مواردی چون جرقه زدن، برقراری قوس الکتریکی، تعادل در قوس و آرام بودن پیشرفت مذاب در جوش را تضمین کرد. در مورد گاز هیدروژن نیز باید گفت که درصد آن در مخلوط حباب‌های گاز – بخار آب که از سوختن الکترود به وجود می‌آید، ۷۰ درصد است. از نظر قطب‌ها هم، در قطب مثبت یون‌های منفی کلر و در قطب منفی یون‌های مثبت نظیر H+ و Na+ مشاهده می‌گردند. به دلیل بالاتر بودن سرعت سرد شدن جوش در آب نسبت به هوا، جنس فلز جوش باید حساسیت کمتری نسبت به حفره انقباضی و سخت شدن در اثر سریع سرد شدن داشته باشد. در فولادهای فریتی استحکام کششی خط جوش به دلیل سختی زیاد بالاتر از استحکام کششی قطعه اصلی است. طبق روابط تجربی استحکام کششی خط جوش زیر آب باید حدود ۸۰ درصد مقاومت در هوا و تغییر طول نسبی آن نیز ۵۰ درصد فلز جوش در هوا باشد. همچنین ارتباط مناسبی می‌بایست میان جوشکار و همیار خارج از آب او، به منظور پایش جریان جوشکاری وجود داشته باشد. یک جوشکار زیر آب باید مهارت‌های غواصی را به‌طور کامل آموزش دیده و آگاهی کافی از مشکلاتی که می‌تواند در ارتباط با تنفس گازهای سمی برای جوشکار غواص به وجود آید، داشته باشد. این مشکل زمانی ایجاد می‌شود که غلظت گازهای محلول بی اثر در داخل بدن، از شرایط تعادل بیشتر شده و تمایل به خروج از بدن به شکل حباب داشه باشند. از این رو مراحل فشار زدایی می‌بایست با استفاده از عمق‌سنج یا رایانه به دقت مورد پایش قرار گیرد. کاربردها به‌طور کلی فناوری جوشکاری زیر آب برای ساخت و تعمیرات سازه‌های دریایی که امکان انتقال آنها به خشکی و بیرون از دریا وجود ندارد به عنوان یکی از مناسب‌ترین و ایده‌آل‌ترین فرایندهای جوشکاری به حساب می‌آید. از جمله موارد استفاده از این روش عبارت است: تعمیر بخش‌های زیرآب مانند کشتی‌ها، اسکله‌ها و پایه‌های سازه‌های دریایی نصب سکوهای حفاری نفت سکوهای استخراج نصب و تعمیرات خطوط لوله زیرآب تعمیر بدنه کشتی‌ها اجرای سازه‌های سنگین مانند خطوط انتقال نفت و گاز پیشرفت‌های حاصل در زمینه جوشکاری در زیر آب مدت‌های مدیدی جوشکاری مرطوب به عنوان یک تکنیک جوشکاری، در زیر آب مورد استفاده قرار می‌گرفته و هنوز هم این روش مرسوم است. اخیراً با پیشرفت‌هایی که در زمینه ساخت سازه‌های فرا ساحلی صورت گرفته، اهمیت جوشکاری زیرآبی را به طرز پیش‌بینی شده‌ای بالا برده‌است. این امر منجر به توسعه یافتن روش‌های جوشکاری دیگر از قبیل جوشکاریسایشی۹، جوشکاری انفجاری۱۰ و جوشکاری عمودی۱۱ شده‌است که هم‌اکنون مطالب قابل قبول و کافی در این زمینه برای ارائه وجود ندارد. گسترهٔ پیشرفت‌های آینده جوشکاری قوس فلزی دستی مرطوب همچنان برای نوسازی و احیاء سازه‌های زیر آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما کیفیت آن کافی نبوده و مستعد شکست هیدروژنی می باشداز این رو جوشکاری‌های بیش فشار خشک کیفیت بهتری نسبت بهجوشکاری‌های مرطوب دارند. | ## جمع‌بندی | امروزه گرایش و رویه میل به سوی اتوماسیون دارد.THOR-۱ ۱۲ یا ربات تحت کنترل مدارِ بیش فشار که از گاز بی اثر تنگستن استفاده می‌کند، توسعه بخشیده شد تا در جاهایی که غواص عملیات لوله‌کشی و نصب خط لوله را انجام می‌دهد، بقیه پروسه کار را بر عهده گیرد.