نویسنده: آقای مهندس کامران خداپرستی

کارشناس ارشد مهندسی مواد با گرایش شناسایی و انتخاب مواد

گروه مکانیک و فرآیند مشانیر

 

این مقاله قبلا در نشریه مشانیر، شماره 47، سال 1388 به چاپ رسیده و با اجازه شخص نویسندهدر این سایت منتشر شده است.

 مقدمه

WPS يک دستورالعمل نوشته شده است که مسير را براي جوشکار در اجراي جوشکاري بر اساس کد يا استاندارد مورد نظر مشخص مي‌کند. پس از تهيه WPS بايد اين مطلب ارزيابي شود که آيا با انجام جوشکاري بر اساس اين WPS، جوش ايجاد شده مطابق با مشخصات جوش طراحي شده خواهد بود؟ به عبارت ديگر آيا مي تواند اهداف مورد نظر را برآورده سازد؟ از اين روي بايد WPS به بوته آزمايش گذاشته شود و اين کار توسط تهيه مدرک PQR به انجام مي رسد. هدف از انجام آزمايشهای تایید دستور العمل جوشكاري آن است كه نشان دهيم دستور العمل جوشكاري تدوين شده جوشی سالم و با خواص مكانيكي مطلوب و قابل پذيرش در محدوده استاندارد مربوطه، بوجود مي آورد. نتيجه آزمايشها در فرم خاصي ثبت می شود كه به آن گزارش تایید دستور‌العمل جوشكاري مي گويند.

مراحل تهيه PQR

براي اين کار test plate  (به آن نمونه آزمون وtest coupon  نيز گفته مي شود) با ويژگيهاي ذکر شده در کد يا استاندارد مورد نظر آماده شده و براي انجام آزمونهاي لازم به آزمايشگاه فرستاده مي شود. آزمايشگاه از نمونه ارسالي نمونه هاي کوچکتري به نام آزمونه ¹ تهيه کرده و مورد آزمايش قرار مي دهد. آزمونهاي لازم و نيز معيارهاي پذيرش نتايج آزمون، در کد يا استاندارد مورد استفاده مشخص شده اند. اگر معيارهاي کيفي و کمي استاندارد يا کد مورد نظر برآورده شوند، مي توان WPS را تصويب شده تلقي کرد و آن WPS قابليت اجرا پيدا مي کند. براي تهيه يك PQR چهار مرحله طي مي شود :

1- آماده سازي و جوشكاري نمونه هاي مناسب 2- تهیه آزمونه و آزمايش آنها 3- ارزيابي نتايج و نتيجه گيري 4- ثبت و تائيد نتايج ( در صورت قابل پذیرش بودن آنها )

معمولاً نمونه ها به نحوي مونتاژ و ساخته مي شوند كه درز اتصال در وسط نمونه قرار بگيرد. مواد، نحوه و جزئيات جوشكاري نمونه ها بايد مطابق با WPS مربوط باشد، به عبارت ديگر متغير هاي اساسی بايد يكسان باشند. شکل نمونه آزمون(ورق، لوله و …) انتخابی است. تائید نهایی PQR بر اساس نمونه آزمون لوله باعث تائید جوشکاری بر روی ورق خواهد بود و برعکس.

نوع و تعداد نمونه ها برای جوش شیاری بايد با مقادير ذكر شده در استاندارد (QW-451) مطابقت داشته باشد.

تذکر این نکته لازم است نمونه های خمش از نوع عرضی هستند. اگر یکی از فلزات پایه از دیگری نرمتر باشد یا فلز پایه و فلز جوش دارای داکتیلیتی متفاوتی باشند، از نمونه های خمش طولی استفاده می گردد. به عبارت دیگر در صورتيكه جنس و خصوصيات مكانيكي دو فلز پايه يا الكترود و فلز پايه متفاوت باشد، بهتر است بجاي آزمايش خمش عرضي ( رویه و ريشه ) از آزمايشات خمش طولي رویه و ريشه استفاده شود.

آزمايش آزمونه های تهيه شده

آزمايشهاي مورد نياز براي جوشهاي شياري عبارتند از :

بازرسي چشمي، آزمايش كشش براي اندازه گيري استحكام كششي، آزمايش خمش ريشه براي سلامت جوش، آزمايش خمش جانبي  براي سلامت جوش، آزمايش خمش رویه(گرده) براي سلامت جوش، آزمايش كشش از فلز جوش براي تعین خواص مكانيكي فرآيندهاي EGW وESW، آزمايش ضربه براي تعيين چقرمگي و انرژي ضربه، آزمايش ماكرواچ براي سلامت و نفوذ موثر ساق جوش، آزمايش راديوگرافي يا اولتراسونيك

همچنين براي جوشهاي گوشه ای² آزمايشهاي زير مورد نياز است :

بازرسي چشمي، آزمايش ماكرواچ براي اطمینان از سلامت و ذوب كافي جوش،آزمايش خمش جانبي  براي سلامت جوش، آزمايش كشش از فلز جوش براي تعین خواص مكانيكي

تعداد، نوع و چگونگی انجام آزمايشها در استاندارد هاي گوناگون تفاوتهاي مختصري با هم دارند. تعداد و نوع نمونه ها به ضخامت ورق بستگي دارد . نكته قابل توجه آن است كه بسته به ضخامت طرح جوش مي توان از يك ورق نمونه آزمايشي، براي سنجش كيفيت محدوده اي از ضخامتها استفاده كرد. در مورد لوله نيز معيار آزمايش ها، قطر لوله و ضخامت لوله است. برای هر مورد خاص می توان به زیر بند مربوطه مطابق راهنمایی ها مراجعه کرد. یادآوری این نکته لازم است که در استاندارد ASME Sec.IX به صراحت مشخص نشده است که چه هنگام باید آزمون ضربه انجام شود و حتی از تعداد و چگونگی آماده سازی آزمونه ها نیز سخنی به میان نیامده است؛ بلکه در همه جا ذکر شده است که این آزمون در هنگام الزام توسط بخشهای دیگر این کد( بعبارت دیگر کد ساخت) باید انجام شود. در مورد تعداد و نحوه آماده سازی آزمونه ها و نیز معیار پذیرش نتایج آزمون نیز مطلب مشابهی بیان شده است. برای روشن شدن مطلب می توان گفت بعنوان مثال اگر سیستم piping بر اساس استاندارد  ASME B 31.3 طراحی و اجرا می گردد می توان بر اساس نمودار 323.2.2A این استاندارد در مورد آزمون ضربه تصمیم گیری کرد. برای مطالعه موارد مربوط به آزمون ضربه در استاندارد AWS D1.1 ، به Annex III آن رجوع کنید.

 

ارزيابي نتايج آزمونها

 

آزمون كشش

معيار پذيرش آزمايش فوق بصورت زير است :

استحكام كششي حاصله، از حداقل استحكام كششي تعيين شده براي فلز پايه كمتر نباشد.

در اتصال دو فلز پايه با استحكام هاي كششي مختلف، استحكام كششي حاصله، از حداقل استحكام كششي فلز پايه ضعيف تر بيشتر باشد.

در صورتيكه استحكام فلز جوش در دماي اتاق كمتر از فلز پايه باشد، استحكام كششي حاصله، از استحكام كششي فلز جوش كمتر نباشد.

اگر نمونه آزمايش از فلز پايه، در محلي خارج از خط جوش گسيخته شود، آزمايش پذيرفته است. البته استحكام كششي نبايد از95 % حداقل استحكام كششي تعيين شده فلز پايه كمتر باشد.

آزمون خمش

  معيار پذيرش ازمايش فوق بصورت زير است:

ناپيوستگي سطحي بزرگتر از 2/3  ميلي متر در هر جهتي روي سطح خارجي (محدب) نمونه پس از خمش در منطقه جوش يا منطقه متاثراز حرارت²  پذيرفته نيست.                            

ناپيوستگيهاي سطحي كه در گوشه هاي نمونه در حين آزمايش به وجود مي آيد، قابل صرف نظر كردن هستند مگر اينكه ناپيوستگيها ناشي از ذوب ناقص یا آخالهاي سرباه محبوس شده در جوش يا ديگر عيوب داخلي باشند.

 

آزمون ضربه

معيار پذيرش نتايج آزمايش ضربه مطابق با استاندارد و بخش هايي است كه انجام اين آزمايش را ضروري دانسته اند .

آزمون ماكرواچ  

براي تاييد كيفيت نمونه ماكرواچ شده از طريق بازرسي چشمي نكات زير را بايد لحاظ كرد:

در ناحیه فلز جوش و HAZ، ذوب بايد تا ريشه اتصالات انجام شده باشد و عاری از ترک باشد.

در جوشهاي گوشه ای نبايد اختلاف بیش از 3 میلیمتر در اندازه های ساق وجود داشته باشد .

آزمون غير مخرب ( اولتراسونيك – راديوگرافي )

نحوه انجام آزمايش راديوگرافي مطابق با بند QW-191 خواهد بود . معيار پذيرش نيز مطابق با QW-191 است .

ثبت و تاييد نتايج

نتايج آزمايشهاي تعيين كيفيت بايد در فرم PQR ثبت شوند. معمولا فرم PQR دو صفحه اي است. در صفحه اول PQR ، اطلاعات و پارامترهاي لازم براي انجام فرآيند جوشكاري ذكر مي شود كه نحوه تنظيم آن همانند نحوه تنظيم فرم WPS است، به عبارت ديگر در صفحه اول اطلاعاتي نظير : روش جوشكاري ، طرح اتصال ، فلز پايه ، فلز پركننده ، وضعيت جوشكاري ، پيشگرم و ….. ذكر مي گردد. در صفحه دوم فرم PQR نتايج آزمونهای كشش، خمش، ضربه و در صورت نياز آزمايشهای دیگر نظير سختي سنجي، آناليز شيميايي و … درج مي گردد.

الف)اطلاعات حاصل از آزمايش كشش بر اساس بندQW-150  درج مي گردد.

براي تفكيك نمونه هاي آزمايش ، نمونه ها شماره گذاري شده و در ستون اول جدول نوشته مي شود.

پهناي نمونه هاي كشش تخت و يا قطر نمونه هاي كشش استوانه اي از روي نمونه ها اندازه گيري شده و در ستون دوم جدول درج مي گردد.

ضخامت نمونه هاي تخت كه مطابق استاندارد تهيه شده اند، به طور دقيق اندازه گيري و در ستون سوم جدول نوشته مي شود.

بر اساس ضخامت و پهناي نمونه كه در جدول ذكر شده، مساحت سطح مقطع نمونه كشش در ستون چهارم نوشته مي شود.

در ستون پنجم جدول، حداكثر نیروی وارده قبل از شكست نمونه ذكر مي گردد . درج واحد نیرو نيز الزاميست.

در ستون ششم ، تنش كششي كه از تقسيم نیروی وارد بر مساحت سطح مقطع ( اطلاعات مندرج در ستونهاي چهارم و پنجم جدول) نوشته مي شود. ذكر واحد تنش نيز ضروريست .

در ستون هفتم به مشخصات نحوه شكست و محلي كه شكست در نمونه رخ داده، اشاره مي شود.

ب) اطلاعات حاصل از آزمايش خمش بر اساس QW-160 درج مي گردد.

در ستون اول ، نوع وشماره نمونه آزمايش خمش اعم از نوع ريشه اي، جانبي يا رویه ای( گرده اي ) در اين قسمت با توجه به QW-462 ذكر مي شود. در ستون دوم، نتايج حاصل از آزمايش خمش به يكي از  اشكال زير درج مي گردد:

Acceptable -No open defect -Satisfactory -Good

لازم به ذکر است که در بیشتر گزارشها از دو مورد اول استفاده می شود و Satisfactory و Good به ندرت به کار می روند.

پ) اطلاعات حاصل از آزمايش ضربه بر اساس QW-170 در اين قسمت درج مي گردد.

در ستون اول، شماره شناسايي نمونه آزمايش نوشته مي شود.

محل قرار گرفتن شيار نمونه ضربه در ستون دوم درج مي شود . شيار مي تواند در فلز جوش، منطقه متاثر از حرارت و فلز پايه قرار داشته باشد كه معمولا با علائم اختصاري W.M. ، H.A.Z. ،B.M. نوشته مي شود.

در ستون سوم جدول ، نوع شيار نمونه ضربه ذكر مي گردد. شيار ممكن است شارپي⁴ ،ايزود⁵ ، سوراخ كليدي⁶ بوده و يا نمونه بدون شيار باشد.

دمای آزمايش در ستون چهارم جدول نوشته مي شود.

در ستون پنجم جدول، مقدار انرژي ضربه عمدتا بر حسب ژول درج مي گردد.

سطح مقطع شكست نمونه ضربه از دو ناحيه ترد و نرم تشكيل شده است. معمولاً سطح مقطع شكست ترد، براق و سطح مقطع شكست نرم داراي پستي  بلندي و كدر است. با اندازه گيري نسبي اين دو سطح، درصد هر يك از مكانيزم هاي شكست ( نرم يا ترد ) مشخص مي شود. اين مقادير در ستونهاي ششم و هفتم جدول نوشته مي شود.

ت) اطلاعات حاصل از آزمايش جوش گوشه ای بر اساس كد QW-180 در اين قسمت درج مي گردد.

در صورت رضايتبخش بودن  نتيجه آزمايش جوش گلويي در قسمت نتیجه   Satisfactoryعلامت  زده مي شود.

ث) نتيجه مشاهده نمونه ماكرواچ شده در مورد نفوذ جوش به فلز پايه در قسمت Penetration into Parent Metal  علامت زده شده و ديگر موارد مشاهده شده در قسمت Macro-result درج مي شود.

ج) در برخي موارد آزمايشهائي چون سختي  سنجي در مناطق فلز جوش ، فلز پايه يا منطقه متاثر از حرارت  يا آزمايشهاي غير مخرب نيز بايد انجام پذيرد . در قسمت نوع آزمايش، آزمايش انجام شده ( سختي سنجي و …) نوشته مي شود . آناليز شيميايي فلز جوش ممكن است جزء موارد مورد نياز باشد . در اين صورت تركيب شيميايي فلز جوش در قسمت آناليز فلز رسوب داده شده  درج مي گردد. هر گونه اطلاعات و آزمايشهای اضافه در قسمت ديگر موارد نوشته مي شود.

چ) اطلاعات تكميلي

ذكر نام جوشكار نمونه آزمايش در اين قسمت الزاميست. مواردي چون شماره پرسنلي و درجه كيفيت كار جوشكار نيز در PQR نوشته مي شود . نام تنظيم كننده آزمايش و شماره گزارش آزمايشها نيز در PQR  درج مي گردد. تنظيم كننده PQR نهايتاً با ذكر تاريخ، گزارش را امضاء مي كند.

 

زیرنویس ها:

1- specimen

2- Fillet

3- HAZ

4- Charpy

5- Izod

6- Key hole

مراجع

1- ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX, Welding and Brazing Qualifications, 2007

2- AWS D1.1, Structural Welding Code-Steel, 2006

 3- مهندس خانياني، جزوه دوره آموزشي آشنايي با تست جوشکاري و دستورالعمل جوشکاري، مرکز پژوهش و مهندسي جوش ايران

اگر این مطلب را مفید یافتید در صورت تمایل میتوانید از پایگاه علمی مهندسی جوش حمایت کنید: