توضیحاتی پیرامون WPS & PQR

توضیحاتی پیرامون WPS & PQR

 

در نظر بگیرید در کارخانه ی بزرگ که تعداد زیادی پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کیفی و یا ناظر هستیم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاری برخورد میکنیم ....انواع الکترودها، ورقها با ضخامتهای متفاوت، ماشینهی مختلف که تحت شریط خاصی تنظیم شده است  ،جوشکاران که اغلب به  روش سنتی(بدون رعایت اصول علمی)جوشکاری میکنند را در نظر بگیرید. بهترین کار چک کردن کار با کتابچه ی  است که به عنوان WPS (Welding Procedure spcification)معروف است. هر چند کاربرد اصلی ین دفترچه بری  پرسنل تولید است اما در واقع زبان مشترک تولید کننده  و بازرس و ناظر میباشد که در بعضی مواقع کارفرماهی بزرگ  خودشان WPSمورد قبول خود را به  سازنده اریه میکنند و بنی بازرسی  ها را بر اساس آن قرار میدهند. فکر میکنم تا حدودی مفهوم را  ساده کرده باشم.

استاندارد مرجعAWSَ  حدود 170 نوع اتصال را با پوزیشنهی متفاوت معرفی کرده و انواع پارامترهی جوشکاری را بری تمامی انواع فریندها(SMAW-MIG/MAG-TIG-SAW-…)معرفی کرده ین متغیرها شامل محدوده ضخامت مجاز بری نوع اتصال –دامنه تغییرات  مجاز بری آمپر- ولتاژ-قطر الکترود-نوع پودر-زاویه کونیک کردن-روش پیشگرم و پسگرم-و ... میباشد. که بخشی از وظیفه QC_MAN کنترل میزان تطابق روش جاری جوشکاری با روش مشخص شده در WPS است. در بعضی از موارد خاص که استاندارد روش خاصی اریه نداده اغلب یک طراح جوش بنا به تجربیات خود پروسیجری اریه میدهد. در بعضی شرکتهی بزرگ بری هر پروژه ی یک دفترچه WPS موجود است اما از آنجا  که  روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر میرسد که نیازی به  -WPS های متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که بری کارهی مشخص و ثابت  بهتر است یک WPS تهیه شود و از تعدد یجاد مدارک و مستندات دست و پا گیر جلوگیری شود. یک WPS معمولی میتوانید  در حدود 200-250 صفحه  باشد.یعنی به همین تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاری مربوطه  را  توضیح داده  است.

PQR (Procedure Qualification Record)

ابتدا توضیح کوتاهی در مورد خود PQR لازم است که بید گفت PQR نتیج آزمیشات  مخرب و غیر مخرب در مورد یک نوع مشخص جوش است.که از طرف آزمیشگاههی معتبر بید اریه شود.

حال به ین سوال میرسیم که از کجا اعتبار یک WPS را بفهمیم؟ و مدیران خط تولید یا تضمین کیفیت و یا ناظران و کنترل کیفیت  چطور از اعتبار WPS اطمینان حاصل  میکنند؟

قطعا آن قسمت از  WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نیاز به ینکار ندارد چراکه تمامی موارد پیشنهادی  استاندارد هم حاصل تجربیات گروه زیادی از متخصصان بوده  است و فلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسیر تجربه است تا زودتر  به نتیجه  دلخواه برسیم.ولی جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در ستاندارد  AWS مشخصا  به ین موضوع اشاره شده که بری موارد پیشنهادی استاندارد  نیازی به PQR نیست.

اما بری آن مواردی که از استاندارد  استخراج نشده و پیشنهاد واحد طراحی و یا مشاور طرح بوده بید   حتما PQR تهیه شود.

 

روش تهیه PQR:

فرض کنیم نیاز داریم بری 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهیه کنیم.یا بید 70نمونه تهیه  کنیم؟ و یا ین کار عاقلانه است؟ مسلما خیر.

بنابر جداول مربوط به تهیه نمونه بری PQR میتوان تعداد بسیار کمتری بری تییدیه روش جوشکاری (PQR)  تهیه  کرد به ین ترتیب که در جداول  مربوطه بنا بر تغییرات ضخامت قطعات در اتصالات شبیه به هم تعداد نمونه و نوع و تعداد آزمیشات بری آن نمونه  معرفی شده. که پس از فرستادن قطعات به  ازمیشگاههی ذیصلاح و گرفتن جواب مثبت میتوان به آن WPS اعتماد کرد و جوشکاری را آغاز کرد.

مثال:

فرض کنید دفترچه WPS  را برای تهیه PQR  در اختیار دارید.مراحل زیر بری تهیه PQRپیشنهاد میشود.

1-اتصالاتی که  در استاندارد وجود دارد را تنها  با متن استاندارد مطابقت دهید تا چیزی از قلم نیفتاده باشد و تلرانسها دقیقا استخراج شده باشد و نظیر ین...

2-در مورد اتصالات شبیه به هم با مراجع  به  استاندارد یکی از پرکاربردترین ضخامتها را انتخاب کنید.بری کارهی سازه ی و اتصال نوع Grooveفرض کنید که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفی شده  .بهترین کار ین است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترین نمونه بری تهیه PQR انتخاب کنیم که این بهترین انتخاب اغلب پرکاربردترین یا حساسترین اتصال است.مثلا Grooveبا ضخامت 30-30که بنابر جدول استاندارد میبینیم که ین نوع اتصال محدوده ضخامتیmm 3 تاmm 60 را با اعتبار میبخشد یعنی بری ضخامت 2 تا 60 دیگر نیازی به تهیه PQR نداریم و ین از مزیی استفاده از استاندارد است.

3-حال که نمونه مورد نظر را انتخاب کردیم بید در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد  آمده است آنرا تهیه کنیم و توسط یک جوشکار که داری کارت صلاحیت جوشکاری در  حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غیره) است جوشکاری انجام  شود.

4-قطعه مور نظر را به آزمیشگاههی معتبر ارسال میکنیم  تا تحت تستهی مختلف قرار  گیرد. ین تستها اغلب خمش کناره-رادیوگرافی-ماکرواچ-شکست و ... است.

5-پس از اعلام نتیجه مثبت آزمیشگاه میتوان  جوشکاری را آغاز نمود.

 

 

نکاتی در  مورد  جوشکاری فولادهی ضدزنگ و ضدخوردگی

خصلت اصلی  فولادهی استنلس(ضد زنگ) مقاومت در برابر زنگ خوردگی است (داشتن کرم بیش از 12% موید همین مطلب است).نیکل موجود در ین فولادها حتی به مقدار زیاد هم نمیتواند به تنهیی مقاومت در برابر خوردگی را زیاد کند.ولی با  حضور  کرم میتواند تا  حد زیادی ین  وظیفه  را بخوبی انجام دهد.مزیت اصلی  نیکل تسهیل  یجاد فاز آستنیت و بهبود خاصیت مقاوم به ضربه فولادهی کرم نیکل دار است. مولیبدن شرائط خنثی سازی ین فولاد را تثبیت می کند و عموما عامل افزیش مقاومت به خوردگی موضعی(Pitting) است.

 

 

به منظور اطمینان از تشکیل کاربیدهی پیدار که باعث افزیش مقاومت  به خوردگی بین دانه ی میشود افزودن Ti  و Nb به انواع معینی از فولادهی کرم-نیکل دار ضروری است.

 

1-فولادهی ضد زنگ

کرم و کربن عناصر  اصلی ینگونه از فولادها را  تشکیل میدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از  04/0درصد است تاثیر کرم بر استحکام کششی حتی در مقادیر 13 و 17و 20درصد بسیار ناچیز است. در حالیکه  در مقادیر زیادتر کربن با عملیات حرارتی مناسب امکان دستیابی  به استحکام کششی مناسب و عملیات مکانیکی مورد نظر فراهم میشود.

با توجه به ریزساختار فولادهی کرم دار را به شرح زیر میتوان دسته بندی کرد:

الف-فولادهی کرم دار-فریتی(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)

ب- فولادهی کرم دار-نیمه فریتی(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)

ج-فولادهی کرم دار-مارتنزیتی(12 تا 18 درصد کرم و بیش از 3/0 درصد کربن)

د- فولادهی کرم دار-قابل عملیات حرارتی(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

ین دسته بندی را در مورد جوش پذیری نیز میتوان تکرار کرد.

تحت شریط حرارتی نامناسب فولادهی فریتی(گروه الف) تمیل به تشکیل دانه هی درشت نشان میدهند. انرژی حرارتی ناشی از جوشکاری منجر به رشد دانه بندی میشود که نمیتوان آنرا با پس گرمیش برطرف نمود.در نتیجه کاربید رسوب میکند و در مرز دانه هی فریت باعث شکنندگی و کاهش شدید مقاومت به ضربه فلز جوش میشود.بری غلبه بر ین حالت بید از الکترود آستنیتی تثبیت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نیکل استفاده نمود.فلز جوشی که بدین ترتیب حاصل میشود داری خاصیت آستنیتی و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشی که بدین طریق حاصل  میشود از نظر مقاومت به خوردگی مطابق فولددهی ضدزنگ فریتی میباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتیکه اجبار در یکرنگی باشد بید از فیلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمی Ti)استفاده شود.Tiدر مقادیر جزیی نقش موثر در ریز دانه  کردن فلز جوش دارد.

بعلت رابطه  گریز ناپذیر بین رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه ی چاره ی جز کاستن از تنش هی حرارتی ناشی از عملیات جوشکاری وجود ندارد و بری نیل به ین منظور تمهیداتی نظیر الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاری بیشتر و پیش گرمیش 200تا 300 درجه سانتیگراد بید به کار رود.

پس گرمیش در حدود 700 تا 800 درجه سانتیگراد خاصیت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود میدهد.

همچنین آنیلینگ(Annealing)به مدت کم نیز باعث تجمع کاربید شده و تا حدی شکنندگی فلز جوش را جبران میکند و همینطور به تنش گیری نیز کمک میکند. ولی هرگز باعث رفع کامل درشت دانگی HAZ نمیشود.

اقدامات مشابهی حین جوشکاری فولادهی نیمه فریتی و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نیز ضروری است. میدانیم که سرد کردن سریع باعث تشکیل فاز شکننده مارتنزیتی میشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حین انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پیش گرم میشود.درجه حرارت بین پاسی((Inter pass 300 درجه مناسب است و از ین کمتر نبید شود.ضمنا قطعه کار بید بلافاصله در دمی 700 تا 760 درجه پس گرم شود.ین سیکل حرارتی در مجموع باعث یجاد فلز جوشی با ساختار یکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش میشود و خطر شکنندگی و رشد دانه ها را تا حدود زیادی مرتفع میکند.

فولادهی کرم دار مارتنزیتی (دسته ج)معمولا قابل جوش نیستند و صرفا به منظور تعمیر و اصلاح عیوب جوشکاری بر روی آنها انجام میپذیرد. بری جوشکاری فولادهی کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فیلر متال نبید از 25/0درصد تجاوز کند.ین نوع فولاد در هوا سخت میشود.از ینرو هیچ اقدام پیشگیرانه موثری به منظور غلبه بر سخت شده  HAZوجود ندارد.اما  با اعمال پیش گرم زیاد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد میتوان تاحدودی مشکل را برطرف کرد و سختی نامطلوب را در حد پیینی نگاه داشت.دمی پس گرم 750 تا 800 توصیه میشود و کمتر از ین دما ممکن است باعث تاثیر منفی در مقاومت به خوردگی شود.

آنیلینگ در حرارتی بین650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربید و بروز خوردگی بین دانه ی شود.

 

2-فولادهی مقاوم به خوردگی

 فولادهی آستنیتی مقاوم به خوردگی کرم-نیکل دار عموما داری خواص جوشکاری مطلوبی هستند(جوش پذیرند). اما خصوصیاتی چند از ین فلزات بید مدنظر قرار گیرد.

  الف-ضریب هدیت حرارتی کم.

  ب- ضریب انبساط حرارتی زیاد.

 ج-سرشت انجماد اولیه ین نوع فولادها که تاثیر مهم و تعیین کننده ی بر مکانیزم وقوع ترک گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصی از فریت در فلز جوش بیانگر مقاومت آن به ترک گرم است.

به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعیین ریز ساختار بر اساس ترکیبات فلز جوش ممکن است.

نمودار شفلر-دولانگ کمکی عملی در تعیین مقدار تقریبی فریت(فریت دلتا)و سرشت ریز ساختار تشکیل شده حین جوشکاری فولادهی آلیازی غیر همجنس اراوه میدهد.علاوه بر ین برآوردی کلی از تاثیرات مقادیر کم فریت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنیتی را مقدور میسازد.تجربه ثابت کرده که روشهی متفاوت تعیین درصد فریت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهانی به جی درصد فریت  تعداد فریت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار میدهند .

بعضی از دوستان احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقیقی نداشتند کاملا حق دارند و پیشنهاد میکنم به کتب و منابع معتبر بری فهم بهتر مطلب مراجعه کنند.

 

3-فولادهی مقاوم به حرارت

 الف-فولادهی فریتی یا فولادهی فریتی-پرلیتی از نوع (Cr یا Cr-Si  و Cr-Si-Al) و فولدهی فریتی-آستنیتی

ب-فولادهی مقاوم به حرارت از نوع آستنیتی از نوع Cr-Ni-Si

در حالیکه در جوشکاری قطعات فولادی از نوع آستنیتی با الکترودها ی همجنس آن پیشگرم قطعه ضرورتی ندارد فولادهی مقاوم به حرارت از نوع فریتی کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پیش گرم و در 750 درجه هم پس گرم  و آنیل میکنند.علت ینکار هم غلبه بر درشت دانگی و تمیل به ترد شدن HAZ  است.

قطعات ریختگی از جنش فریت_آستنیت را بید در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدریج سرد گردد.

جوشکاری فولادهی فریتی و فریتی-پرلیتی با الکترودهی هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه ی فلز جوش را نشان میدهد لذا  پیشنهاد میشود ین نوع فولادها را باالکترودهی آستنیتی مقاوم به حرارت جوش داد.در ین حالت نیز بید توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش  آستنیتی در محیط احتراق با گازهی اکسید کننده با هوا تقویت میشود و طبیعتا ین مقاومت به حرارت در محیط گازهی احیا کننده به مقدار زیادی کاهش می یابد بری غلبه بر محیط احتراق با مقدار زیاد گاز گوگرد استفاده از الکترودهیی با کرم زیاد توصیه میگردد.