جوشکاری زیر آب (Underwater welding)
———————————————————————————————-
در کارهای تولیدی که در زیر آب انجام می‌پذیرد، جوشکاری زیر آبی یک ابزار مهم و کلیدی به شمار می‌آید.
- – سازه های فرا ساحلی از قبیل دکل‌های حفاری چاه‌های نفت، خطوط لوله و سکوهای ویژه‌ای که در آب‌ها احداث می‌شوند، در سال‌های اخیر به طرز چشمگیری در حال افزایش‌اند. بعضی از این سازه‌ها نواقصی را در عناصر تشکیل دهنده یا حوادث غیر مترقبه از قبیل طوفان تجربه خواهند کرد. در این میان هر گونه روش بازسازی و مرمت در این سازه‌ها مستلزم استفاده از جوشکاری زیر آبی است. جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده‌است به دلیل دمای بسیار بالای ایجاد شده و همچنین فرآیند الکترولیز آب در جوشکاری و برشکاری زیر آب با برق، هیدروژن و اکسیژن آب از حالت مایع به حالت گاز تبدیل می‌شود. چنانچه قبل از انجام عملیات برش و جوش تمهیداتی برای جلوگیری از افزایش این گازها صورت نپذیرد، تجمع این گازها و قرار گرفتن در معرض دمای حاصل از عملیات برش یا جوش قطعاً غواص دچار صدمات ناشی از انفجار خواهد شد و بسته به میزان گاز جمع شده و فاصله غواص از محل تجمع گاز این صدمات می‌تواند از پاره شدن پرده گوش تا صدمات جدی تر و حتی مرگ غواص را در پی داشته باشد.
———- جوشكاری مرطوب ———-
- منظور از جوشکاری مرطوب، جوشکاری زیر آب و در تماس مستقیم با رطوبت است.انجام جوشکاری به این روش توسط نوعی الکترود مخصوص انجام می‌شود.روند کار به صورت دستی و مانند جوشکاری بیرون از آب است.جوشکار در انجام این جوشکاری آزادی عمل بالایی دارد به همین دلیل جوشکاری مرطوب یک جوشکاری کارآمد است که از نظر اقتصادی مقرون بصرفه می‌باشد.منبع تغذیه این جوشکاری بر روی سطح قرار می‌گیرد و با استفاده از کابل‌های مخصوص به جوشکار متصل می‌شود.
———- تقسیم‌بندی روش‌های جوشکاری زیر آب ———-
عمده تحقیقات در مورد این دو روش از سال 1960 میلادی صورت گرفته است مهم‌ترین فرآیندهای جوشکاری که در حالت مرطوب مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:
- جوشکاری قوسی با الکترود دستی
- جوشکاری قوسی با گاز محافظ
- جوشکاری اصطکاکی
- جوشکاری قوس پلاسما
- جوشکاری زائده‌ای
- جوشکاری انفجاری
- جوشکاری قوس با الکترود توپودری (FCAW)
جوشکاری ترمیت
———- عملکرد جوشکاری مرطوب ———-
پروسه‌ی 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) باعث ذوب شدن فلز در آن ناحیه و شکل گرفتن حوضچه جوش می‌شود.
– در این زمان، نوک الکترود ذوب شده و ذره‌های کوچک فلز در حوضچه مذاب جمع 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 از جریان فلز مذاب محافظت میکند.
– قوس در یک منطقه حفره مانند ذوب می‌شود و جوش را پدیدار می‌سازد.
———- مزایای جوشکاری مرطوب ———-
– چند کاره بودن و داشتن هزینه کمتر در جوشکاری مرطوب باعث شده که میل و اشتیاق بیشتری به این روش وجود داشته باشد.
– برخورداری از سرعت مناسب در هنگام اجرای طرح از دیگر مزایای این روش است.
– در مقایسه با جوشکاری خشک هزینه کمتری دارد.
– در این روش جوشکار می‌تواند به قسمت‌هایی از سازه‌های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روش‌های دیگر قابل جوشکاری نیست.
– احتیاج به هیچ نوع محصورسازی نبوده و بنابراین زمانی نیز برای آن تلف نخواهد شد.
– تجهیزات و دستگاه‌های استاندارد مرسوم به آسانی قابل استفاده است.
– به وسایل زیادی هم برای انجام جوشکاری مورد نیاز نیست.
———- معایب جوشکاری مرطوب ———-
– در جوشکاری مرطوب, فلز جوشکاری به سرعت آبدیده می‌شود.
– هر چند این آبدیدگی نیروی تنش‌پذیری را افزایش می‌دهد اما از میزان کش‌پذیری جوش کاسته و آن را سخت میکند.
– حجم بالای هیدروژن تولید شده در محل جوشکاری منجر به تفکیک بخار آب شده و در نتیجه قوس ایجاد میکند.
– علاوه بر آن این هیدروژن تولید شده به علت گرما در فلز جوشکاری حل می‌گردد و شکاف‌های ریز و ترک خوردگی حاصل می‌شود.
– دیدپذیری کم در جوشکاری زیر آب باعث می‌شود جوشکار نتواند منطقه مورد نظر را جوشکاری کند.
———- الکترودهای مصرفی جوشکاری زیر آب ———-
الکترودهای مورد مصرف در جوشکاری زیر آب 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 زیرآب احتمال ایجاد ترک‌های هیدروژنی در اثر حضور آب و رطوبت است.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 آب استفاده از الکترودهای نوع روتیلی ترجیح داده می‌شود روکش این الکترودها حاوی مواد مختلفی برای بهبود شرایط جوشکاری و خواص جوش است.
- – به عنوان مثال فرومنگنز به منظور جذب اکسیژن و کاهش تخلخل و تیتانیوم و بور بدلیل تشکیل ساختار فریت سوزنی و بهبود خواص مکانیکی، به مواد پوشش الکترود افزوده می‌گردد همچنین گاهی نیکل به منظور بهبود چقرمگی به مواد پوشش افزوده می‌شود در جوشکاری زیرآب 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 متاثر از حرارت (HAZ) پیشگیری شود.
———- ملاحظات ایمنی برای جوشکاری زیر آب ———-
- در این روش ممکن است جوشکار در معرض شوک‌های الکتریکی مختلفی قرار گیرد.به همین دلیل تجهیزات جوشکاری باید ضدآب و عایق‌بندی شده باشند. 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 به طور 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.یکی از مشکلاتی که جوشکاران غواص آب‌های عمیق با آن مواجه هستند، فرایند فشارزدایی (Decompression) است.عدم اجرای صحیح این فرایند می‌تواند منجر به مرگ غواص شود.
———- کاربردهای جوشکاری زیر آب ———-
به طور 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