مقدمه ای بر بازرسی جوش

 اتصالات جوش داده شده در یک اسکلت یا سازه (نظیر پل ، مخازن تحت فشار و …) باید قابلیت تحمل تنش هایی که به صورت استاتیکی یا دینامیکی به آن ها اعمال می شود را داشته باشند. این موضوع ارتباط تنگاتنگی با کیفیت اتصال دارد. اینجاست که اهمیت بازرسی جوش در بحث کنترل کیفی مطرح می گردد. برای حصول اطمینان از کیفیت جوش و مطابقت آن با خواسته استانداردها، باید کلیه عوامل جوشکاری مورد بازرسی قرار گیرند. در این مقاله قصد داریم به معرفی فرایند بازرسی جوش، شرایط و ضوابط بازرس جوش، مراحل بازرسی جوش و استانداردهای مرتبط بپردازیم. با ما همراه باشید …

بازرسی جوش چیست؟

بازرسی جوش به عملیاتی گفته می شود که به منظور کنترل کیفیت فرایندهای جوشکاری و قطعات جوش داده شده اجرا می شوند. یکی از مهم ترین دلایل بازرسی جوش، تعیین کیفیت جوش و اتصالات جوشکاری شده برای کاربرد مورد نظر است. این ارزیابی توسط کدها و استانداردهایی انجام می شود که برای فرایندهای طراحی، ساخت و اجرا توسعه داده شده اند. در این رابطه صنایع مختلف استانداردهای گوناگونی دارند که بسته به کاربرد قطعه باید استاندارد متناسب آن را انتخاب نمود

عملیات بازرسی جوش به سه دسته عملیات پیش از جوشکاری، عملیات هنگام جوشکاری و عملیات پس از جوشکاری تقسیم می شوند. هر کدام از این مراحل بازرسی، بر اساس استانداردهای مخصوص انجام می شود که تمامی این مراحل بر عهده بازرس جوش است.

شرایط بازرس جوش

یک بازرس جوش باید دارای شرایطی باشد که احراز آن ها برای شروع و ادامه کار ضروریست. از مهم ترین خصوصیات یک بازرس جوش ماهر می توان موارد زیر را نام برد:

• آشنایی کامل با نقشه های مهندسی و توانایی درک علائم، اصطلاحات و استانداردهای بین المللی بازرسی جوش
• داشتن اطلاعات کافی از متالورژی جوش و توانایی تجزیه و تحلیل مسائل مهندسی جوش
• تجربه کافی در بازرسی و شناخت تمامی عیوب جوش و روش های پیشگیری از آن ها
• علاقه به حضور موثر در تمامی مراحل پروژه و توانایی تدوین گزارشات کنترل کیفیت

در صنایع مختلف علاوه بر این شرایط، وظایف زیر نیز برای بازرسین جوش تعریف گردیده است:

• ارزیابی صلاحیت جوشکاران و اپراتورهای جوشکاری
• بررسی به کار گرفته شدن دستورالعمل جوشکاری تایید شده و آماده سازی اتصال جوش
• بررسی نحوه انبار کردن فلز پرکننده و دیگر مواد مصرفی در جوش
• تحلیل ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی، از روی گزارشات و مستندات طبق نیازمندی های معین شده
• کنترل سفارش خرید به منظور حصول اطمینان از درستی تعیین مواد جوشکاری و مواد مصرفی
• تفسیر نقشه های جوشکاری و مشخصات آن ها
• نگهداری سوابق و تهیه و تنظیم گزارش بازرسی جوش

جدای از موارد فوق، حفظ متانت حرفه ای توسط بازرس، همواره مورد تاکید صنعتگران بوده است و در موفقیت یا عدم موفقیت او تاثیر مستقیم دارد. یک بازرس باید در بی طرفی و سازگاری در همه تصمیم ها بکوشد. همواره از دستورالعمل بازرسی مشخصی پیروی کند و هیچ وقت تصمیم گیری را به تعویق نیندازد. حفظ تعامل با همکاران و انعطاف پذیری در عین سرسخت بودن نیز تاثیر به سزایی در مقبولیت بازرسین در پروژه های صنعتی دارد.

بازرسی جوش شامل چه مراحلی می شود؟

برای ساختن یک سازه که دارای اتصالات جوشی است، بازرسی در سه مرحله انجام می شود که عبارتند از:

• بازرسی قبل از جوشکاری
• هنگام جوشکاری
• بعد از جوشکاری

بازرسی قبل از جوشکاری

در ابتدای بازرسی جوش باید از کیفیت مورد نظر کار و میزان حساسیت سازه اطلاع حاصل کرد. به طور قطع یک بازرس در شروع جوشکاری یک سازه فلزی، بایستی موقعیت سازه را مورد بررسی قرار دهد. تعداد طبقات اسکلت فلزی، نحوه اتصالات، ضخامت ورق ها، موقعیت جغرافیایی و تجهیزات کارگاهی نیز از مواردی است که بایستی مورد بررسی قرار گیرند.

در اکثر موارد می توان از استانداردهای بین المللی، برداشت های ابعادی متناسب با کار اقتباس کرد و به کار گرفت. مهم ترین خصوصیات ابعادی که قبل از جوشکاری باید به طور دقیق مورد نظر قرار گیرند عبارتند از:

• زاویه شیار (Groove Angle)
• دهانه ریشه (Root Opening)
• ترازبندی اتصال (Joint Alignment)
• پشت بند (Backing)

سپس نوبت به تحلیل و انتخاب روش جوشکاری می رسد. به طور کلی در اسکلت های فلزی عمدتا از روش های الکترود دستی، جوشکاری زیر پودری و به ندرت در مواردی از جوشکاری با گاز محافظ استفاده می شود. در این راستا انتخاب و بازرسی مواد مصرفی، تجهیزات جوشکاری، برشکاری و عملیات حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است.

در نهایت نیز یک بازرس می تواند دستورالعمل جوشکاری WPS مربوط به سازه فلزی مورد نظر را تدوین و تهیه کند یا این که دستورالعمل جوشکاری در ابتدا توسط یک مهندس جوش تدوین و تایید شده باشد و بازرس با در دست داشتن دستورالعمل مربوطه تمامی بندهای دستورالعمل را در ابتدای شروع کار به اپراتور و کارشناسان پروژه توضیح داده و سپس مطابق آن کنترل های لازم را اعمال نماید.

در یک دستورالعمل جوشکاری باید موارد زیر به طور دقیق مشخص شود: نوع فرآیند جوشکاری، نوع و ضخامت مواد مصرفی، نوع و قطر الکترود مصرفی، مشخصات الکتریکی دستگاه جوش و اتصال الکترود، ترتیب جوشکاری، نحوه تکنیک جوشکاری، عملیات حرارتی پیش گرم و یا پس گرم کردن.

بازرسی حین جوشکاری

طبیعتا یک بازرس جوش باید به فرایند های مختلف جوشکاری صنعتی واقف باشد. چرا که اطلاع از جزئیات این فرایندها کمک شایانی در بازرسی جوش است تا از هرگونه اتفاقی که سبب کاهش کیفیت اتصال شود جلوگیری شود. مهم ترین فرایند های جوشکاری که بازرسین باید با آن ها آشنایی داشته باشند عبارتند از:

• فرایند جوشکاری با استفاده از شعله (OFW)
• فرایند جوشکاری قوس الکتریکی بر روی الکترود پوشش دار (SMAW)
• فرایند جوشکاری قوس الکتریکی بر روی الکترود غیرمصرفی با محافظت گاز (GTAW)
• فرایند جوشکاری قوس الکتریکی بر روی سیم جوش مصرفی در زیر پودر (SAW)
• فرایند جوشکاری مقاومتی (RW)
• فرایند جوشکاری قوس الکتریکی بر روی سیم جوش توپر مصرفی با محافظت گاز (GMAW)
• فرایند جوشکاری قوس الکتریکی بر روی سیم جوش توخالی مصرفی با محافظت گاز (FCAW)

بازرسی در حین جوشکاری معمولا با کنترل نحوه اتصال جوش از نظر زوایای پخ سازی، فاصلۀ ریشۀ اتصال و فاصلۀ پیشانی اتصال شروع می شود. سپس بازرسی ترتیب توالی جوشکاری، استفاده از قیدها، گیره ها و سایر تمهیدات به منظور کنترل پیچیدگی ناشی از جوشکاری در ادامه ضروری است.

کنترل تمیز کاری و حذف سرباره در بین پاس های جوش و بازرسی پیش گرم کردن و حفظ درجه حرارت بین پاسی نیز لازم است. معمولاً عملیات پیش گرم برای ورق های با کربن بالاتر از ۰/۲۵ درصد و نیز برای ورق های با ضخامت بالای ۲۰ میلی متر ضرورت پیدا می کند. بنابراین بازرسین جوش بایستی به رعایت دمای اولیه ورق و نیز دمای بین لایه های جوش توجه داشته و کنترل نمایند.

به طور کلی جوشکاری در شرایط زیر مجاز نیست:

• وقتی که درجه حرارت محیط کار کمتر از ۱۸ درجه سانتیگراد باشد.
• وقتی که درجه حرارت فلز پایه کمتر از صفر باشد.
• وقتی که سطح کار مرطوب یا در معرض بارش باران یا برف باشد.
• وقتی که کار در معرض وزش باد با سرعت زیاد است.
• وقتی که پرسنل جوشکاری تحت شرایط غیر متعادل و سخت هستند.

بازرسی بعد از جوشکاری

آزمایشات و بازرسی های اتصالات جوش داده شده را می توان به دو گروه مخرب و غیر مخرب تقسیم کرد. در آزمون های مخرب کنترل کیفیت اتصال با تخریب قطعه همراه است اما در آزمون های غیر مخرب آسیبی به قطعه نمی رسد. تمامی آزمون های مذکور در مقاله آزمون های مخرب برای کنترل کیفیت جوش نیز استفاده می شوند. مهم ترین آزمون های غیر مخرب که پیش از این نیز در این سایت به طور کامل بررسی شده اند عبارتند از:

• بازرسی چشمی (VT)
• بازرسی مایع نافذ (PT)
• بازرسی ذرات مغناطیسی (MT)
• بازرسی التراسونیک (UT)
• تست رادیوگرافی (RT)
• تست جریان گردابی (ET)

مهم ترین عیوب جوش که در این مرحله باید شناسایی شوند شامل ترک، تخلخل، روی هم افتادگی، نفوذ ناقص، ذوب ناقص، ناخالصی سرباره و گرده جوش اضافی است. حال با توجه به استاندارد و سطح بازرسی مورد نظر امکان ادامه کار یا بازگشت قطعه بررسی می شود. تحلیل علل رخ دادن این عیوب و اعمال پیشگیری های بعدی به منظور جلوگیری نیز از وظایف بازرس جوش است.

آزمایش ابعاد پایانی جوش نیز باید انجام شود چرا که همواره انقباض فلز جوش سبب تغییرات حجمی اتصال می شود و اگر کیفیت ابعادی مناسب نباشد می تواند خطرات جبران ناپذیری به بار بیاورد.

مشخص کردن روش جوشکاری (WPS)

جهت اجرای صحیح فرایند جوشکاری، بایستی روش جوشکاری (Welding Procedure) برای تمامی مراحل به طور تفصیل مشخص شده باشد. مشخصات روش جوشکاری (WPS) نقشه راهی است که کنترل کننده و تضمین کننده کیفیت جوشکاری بوده و موارد مختلف از جمله پیش مقادیر، مواد مصرفی و پارامترهای مهم فرایند و محدوده تغییرات آن ها را بیان می کند. روش جوشکاری بر اساس آزمایش های کنترل کیفی که توسط استاندارد تولید تهیه شده، به اجرا درمی آیند. این استانداردها بر اساس کدهای گوناگون کیفیت طراحی و بیان می شوند که بسته به شرایط کار، امکانات سازنده، کشور تولید کننده و … متفاوت هستند.

هدف از تنظیم WPS مشخص کردن جزئیات فرایند جوشکاری برای قطعه یا ماده مورد نظر است. این مشخصات بایستی بر اساس نیازهای سازنده و بر اساس تایید مشاور طرح تنظیم شوند. برای مثال مرجع اصلی گواهی کنترل کیفیت جوشکاری برای مخازن تحت فشار استاندارد Code Vessel Pressure & Boiler-IX A است.

ذکر نکات زیر در فرم WPS ضروری است:

• شماره سري مشخصات روش جوشكاري (.Welding Procedure Specification No)
• تاریخ تنظیم فرم WPS
• شماره بازبینی ها (Revisions)
• تاریخ بازبینی
• شماره سری گزارش کیفیت جوشکاری (.Supporting PQR No)
• روش های مورد استفاده جهت جوشکاری (Welding Processes)
• نحوه انجام فرایند جوشکاری (Welding Type)
• طرح های اتصال (Joints)
• اطلاعات مربوط به پشت بندها، فلزات پایه، سیم جوش ها
• شماره مشخصات (Spec.No)
• وضعیت جوشکاری (Position)

گزارش کیفیت روش جوشکاری (PQR)

هدف از انجام آزمایش های تعیین کیفیت این است که نشان داده شود کیفیت مواد اولیه، روش جوشکاری، ترکیب فلز جوش و سایر مواردی که در WPS ذکر شده، با واقعیت مطابقت دارد. این کار با تهیه و تدوین PQR طی مراحل زیر انجام می گیرد:

• آماده سازی و جوشکاری نمونه مطابق استاندارد
• آزمایش نمونه های آماده شده
• بازبینی و نتیجه گیری در خصوص مراحل آماده سازی، جوشکاری و آزمایش های مربوطه
• تایید روش و مواد مورد استفاده در فرایندهای جوشکاری

بررسی صلاحیت جوشکاران و اپراتورها (WQT)

جهت اطمینان از اجرای صحیح عملیات و کیفیت فرایند جوشکاری، لازم است تا پیش از شروع کار از افراد تست گرفته شود. این آزمون با در نظر داشتن مشخصات یک روش جوشکاری تایید شده انجام می گیرد، به طوری که جوشکار نمونه آزمایش را که طبق مشخصات روش جوشکاری تایید شده است، آماده می کند و با توجه به آن، تایید جوشکار انجام می شود. برای هر شخص که در آزمون تایید می شود، بر اساس نوع کار وی کارت شناسایی صادر می شود که دربرگیرنده علائم و حروف مشخصه کار اوست.

کدها و استانداردهای جوشکاری

طی فرایند جهانی شدن تامین کالاها و خدمات، نیاز به شناخت استانداردها بیشتر مورد توجه واقع شده است. مطابق با تعریف انجمن جوشکاری آمریکا یا AWS، استانداردهای جوشکاری مدارکی هستند که فعالیت های جوشکاری را مدیریت و هدایت می کنند. استانداردها توصیف کننده ملزومات فنی برای فرایندها، محصولات، سیستم ها و خدمات هستند. همچنین استانداردها اطلاعاتی درباره تجهیزات، روش ها و تست های مورد نیاز به ما می دهند. بنابراین در بازرسی جوش شناخت این استانداردها امری ضروریست.

مهم ترین انجمن های ارائه دهنده استانداردها در این زمینه عبارتند از:

• انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ASME : بخش کدهای بویلر و مخازن تحت فشار (BPVC) از این استاندارد تمامی جزئیات طراحی و تولید اتصالات را آورده است.
• انجمن جوش آمریکا AWS : این انجمن بیش از ۲۴۰ کد و شیوه نامه را مطابق با توصیه نامه موسسه استاندارد آمریکا (ANSI) منتشر کرده است که در بازرسی جوش صنعتی در ایران و جهان بسیار مطرح است.
• موسسه نفت امریکا API : قدیمی ترین و موفق ترین برنامه های استانداردسازی در اختیار این موسسه است که دارای ۵۰۰ استاندارد در زمینه تاسیسات نفت و گاز است.
• استاندارد های بریتانیا  BS : این استانداردها بدنه اصلی بازرسی تاسیسات در بریتانیا را تشکیل می دهند.
• سازمان بین المللی استاندارد سازی ISO : این موسسه با ۱۸۵۰۰ استاندارد برای مقاصد مختلف ارائه شده و سالانه بیش از ۱۱۰۰ استاندارد جدید منتشر می کند. بخش هایی از آن به طراحی و بازرسی جوش اختصاص یافته است.
• موسسه استاندارد آلمان  DIN : کمیته استاندارد های مربوط به جوشکاری و فرایند های اتصال این موسسه (NAS) به ارائه اصول و چارچوب های جوشکاری پرداخته است.

جمع بندی

با استناد به مباحث بررسی شده در این مقاله، نتیجه می شود که در تمام فعالیت های مهندسی، به منظور آگاهی از کیفیت جوش، بازرسی جوش حیاتی است. این عملیات با استفاده از استانداردهای مرتبط برای هر صنعت و توسط بازرسان جوش در تمامی مراحل اجرا می شود. با اجرای صحیح بازرسی جوش می توان عیوب و مشکلات ایجاد شده در فرایند جوشکاری را به حداقل رسانده و هزینه های اضافی را به میزان زیادی کاهش داد.