گزارش کارآموزی جوشکاری الکتروفیوژن

«نکاتی مهم در مورد جوشکاری الکتروفیوژن»

متن ارائه شده ذیل در ارتباط با مبحث جوشکاری الکتروفیوژن میباشد که با تکیه بر مشکلات حادث در کارگاههای مختلف و بحث و بررسی پیرامون آنها با کارشناسان داخلی و خارجی نوشته شده است. بنابراین اکیداً توصیه میشود نتایج و مبانی ارائه شده  به طور جدی به کار گرفته شود تا قادر باشیم حتی المقدر از هر گونه خلل و نقائص بعدی پیشگیریی کرده باشیم.

بر اساس شواهد موجود و نمونه‌های ارسالی به آزمایشگاه ری و مشکلات عنوان شده از طرف مناطق در تعداد قابل توجهی از جوشهای الکتروفیوژن مواد مذاب به صورت غیرطبیعی از نشانگرهای جوین (WELD INDICATOR) خارج شده و موجب بروز نگرانی راجع به کیفیت جوش گردیده است. خروج غیرطبیعی مواد مذاب غالباً به صور ذیل بوده است:

از هر دو نشانگر جوش مواد مذاب با حجم زیاد بیشتر از حالت معمول خارج شده‌اند.

از یکی از نشانگرهای جوش مواد مذاب با حجم زیاد و بیشتر از حالت معمول خارج شده و از نشانگر جوش دیگر مواد مذاب کمتر از حالت طبیعی خارج شده، یا اصلاً خارج نشود.

از هر دو نشانگر جوش در حد تقریباً طبیعی مواد مذاب خارج شده‌اند وی با هم متفاوت بوده کاملا متقارن نباشند.

در پی بررسی ، تجزیه و تحلیل موارد فوق نتایج ذیل حاصل گردیده که قابل عنایت و لازم الاجرا است:

الف- انجام عملیات جوشکاری الکتروفیوژن مستلزم رعایت دقیق شرایط آب و هوا و به خصوص دمای محیط میباشد و آگاهی از این نکته حائز اهمیت است که بویژه دمای بالای محیط میتواند اثرات تخریبی در کیفیت جوش الکتروفیوژن ایجاد نماید چرا که اصولاً در این نوع جوشکاری. از طریق انرژی الکتریکی ایجاد شده در سیم پیچ حرارتی، مقدار گرمای لازم برای ذوب سطوح مورد جوشکاری بوجود می‌آید و معمولاً مقدار انرژی الکتریکی محاسبه شده مبتنی بر یک دمای متعادل و معمولی محیط میباشد و طبعاً در صورتیکه دمای محیط و به تبع آن دمای قطعات مورد جوشکاری بیش از حد معمول باشد مقدار انرژی محاسبه شده قبلی بیشتر از نیاز می‌باشد و قادر به ذوب مقدار جرم بیشتری از پلی اتیلن بوده و نهایتاً مواد مذاب بیشتری از نشانگرهای جوش خارج خواهد شد. بنابراین لازم است در شرایطی که دمای محیط بالا بوده و هوا بیش از حد گرم میباشد انرژی الکتریکی اولیه را کاهش داده و به میزان صحیحی تعدیل شود. چون انرژی الکتریکی مربوطه تابع قانون ژول  می‌باشد و از سه کمیت زمان (t) و جریان (I) و مقاومت (R) فقط کمیت زمان (t) در اختیار جوشکار میباشد و کمیتهای جریان (I) و مقاومت (R) از پیش تعیین شده است و مربوط به دستگاه جوشکاری و نوع اتصال است، و مشخصاً میزان کاهش زمان t متأثر از دمای محیط میباشد.

طبق نظر شرکت WAVIN محدوده قابل قبول دمای محیط برای جوشکاری الکتروفیوژن از  تا  است.

البته این محدوده در ارتباط با اتصالات ساخته شده توسط همین شرکت مطرح است لذا در مواقعی که جوشکاری الکتروفیوژن با استفاده از تولیدات این شرکت صورت می‌پذیرد محدوده دمایی مزبور کاملاً قابل رعایت است. شرکت نامبرده اعتقاد دارد در صورتیکه دمای محیط متجاوز از   بشود لازم است به ازای هر درجه سانتیگراد افزایش دما، نیم درصد  زمان جوشکاری (FUSION TIME) کاهش یابد یا به عبارت دیگر به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای محیط نسبت به حد تعیین شده، 5 درصد (5%) زمان جوشکاری (FUSION TIME) کم شود. به عنوان مثال در صورتیکه مدت زمان جوشکاری در یک اتصال (FUSION TIME) در حد زمان 100 S ذکر شده باشد و دمای محیط  باشد بر اساس محاسبه ذیل زمان جوشکاری ده درصد تقلیل می یابد و نتیجتاً 90 S خواهد شد.

افزایش دمای محیط نسبت به حد قابل قبول                         

تقلیل زمان جوشکاری                                                     

درصد زمان جوشکاری                                                   

زمان جوشکاری جدید                                                    

البته فرمول فوق اختصاصاً مربوط به اتصالات شرکت WAVIN میباشد اما به صورت تقریبی در سایر اتصالات الکتروفیوژن نیز قابل استفاده است. لازم بذکر است این رابطه در شرایط دمای سرد محیط (کمتر از  ) قابل تعمیم نیست و در چنین شرایطی بایستی با استفاده از چادر مناسب سعی شود که دمای محیط و قطعات مورد جوشکاری در محدوده قابل قبول دمایی قرار نگیرد. در همین ارتباط لازم بذکر است که اصولاً جوشکاری الکتروفیوژن بایستی در شرایط آب و هوایی نامناسب همچون باران، برف، طوفان، بادهای تند و غبار با استفاده از چادر مناسب صورت گیرد.

ب- یکی دیگر از عوامل خروج مواد مذاب بطور غیرطبیعی از نشانگرهای جوش، موضوع فاصله موجود بین لوله و اتصال الکتروفیوژن است (در زمانیکه لوله در داخل اتصال فرورفته است).  در بعضی از موارد قطر خارجی لوله بیشتر از حد معمول است و حتی پس از تراشیدن (به منظور برطرف کردن لایه ‌ اکسید) به خوی در داخل اتصال فرو نمی رود  و پس از فرو  رفتن در درون اتصال فاصله بسیار کمی (کمتر از حد معمول) بین خود و اتصال فرو نمی رود و پس از فرو رفتن در درون اتصال فاصله بسیار  کمی (کمتر از حد معمول) بین خود و اتصال باقی می گذارد که قهراً در چنین شرایطی و در حین جوشکاری چون فضای کمتری بین لوله و اتصال وجود دارد مواد مذاب بیشتر از حد معمول از نشانگرهای جوش بیرون می زند. برای رفع این مسئله لازم است قطر خارجی لوله را با تراشیدن بیشتر،؟ به حد مناسب برسانیم بطوریکه لوله بدون مشکل وارد اتصال شود. البته دقت لازم بایستی اعمال شود که تراشیدن بیشتر از حد معمول عمل نشود چون در این صورت اولاً لوله در درون اتصال لق می‌زند و ثانیاً فاصله زیاد بین لوله و اتصال نیز غیر منطقی و نامناسب است و احتمالاً منجر به بیرون زدن مقدار کم مواد مذاب یا اصلاً برون نزدن مواد مذاب از نشانگرهای جوش میشود. بهر حال ملاک عملی در این موضوع این نکته میباشد که لوله بدون مشکل وارد اتصال شود و ضمناً در درون اتصال لق نزند.

ج- گاهی اوقات لوله در اثر اینکه تحت تأثیر تابش نور مستقیم و یا گرما قرار گیرد دچار انبساط محیطی می‌شود و طبعاً با توجه به ضریب انبساط حرارتی بالای پلی اتیلن قطر خارجی آن بیشتر از حد معمول خواهد شد. در چنین مواردی نیز احتمالاً مشکل اشاره شده در بند (ب) بوجود خواهد آمد و لوله به سختی در درون اتصال وارد می شود و به همین سبب پیشنهاد می‌شود پس از برگشت لوله به دمای عادی و نتیجتاً انقباض محیطی لوله، عمل جوشکاری انجام شود.

د- در بعضی از مواقع لوله به صورت غیریکنواخت و نامناسب در درون اتصال داخل می‌شود. بطوریکه بخشی از سیم پیچ درون اتصال را تحت فشار قرار می‌دهد. تحت فشار قرار گرفتن سیم پیچ تا زمانیکه انرژی حرارتی اعمال نشده است مشکلی را ایجاد نمیکند اما پس از اعمال حرارت و ذوب مطرح جوشکاری، به چسبیدن تعدادی از حلقه های سیم پیچ به یکدیگر خواهد شد چرا که پلی اتیلن اطراف پیچ پس از ذوب قادر به نگهداری و حفظ سیم پیچ نمی‌باشد و به مجرد ذوب شدن محیط اطراف سیم پیچ، حلقه های آن در صورتیکه تحت فشار باشند متراکم شده و بهم می‌چسبند و این موضوع در کیفیت جوشکاری اثر منفی و مخرب دارد.

عارضه ظاهری در این وضع بدین ترتیب است که مواد مذاب بیشتر از حد معمول در یکی از نشانگرهای جوش بیرون می‌زند و در نشانگر جوش دیگر مواد مذاب کمتر از حد معمول خارج میشود علت را بدین ترتیب می‌توان توجیه نمود که اصولاً سیم پیچ در حالت طبیعی دارای مقاومت مشخصی میباشند. حال فرض می کنیم در اثر تنش نامناسب از طرف لوله، تعداد قابل توجهی از حلقه‌های سیم پیچی در حین جوشکاری بهم چسبند. به تبع این موضع مقاومت کل سیم پیچ کم خواهد شد و چون ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ از طریق دستگاه جوشکاری ثابت است بنابراین جریان موجود در سیم پیچ به همان نسبت زیاد میشود و به دنبال آن به لحاظ توان دوم جریان انرژی حرارتی ایجاد شده  نیز بطور قابل ملاحظه‌ افزایش خواهد یافت. ضمن اینکه این مقدار انرژی حرارتی افزایش یافته در بخشی از اتصال که دارای سیم پیچ طبیعی و غیر چسبیده است خود را نشان می دهد و در آن قسمت از اتصال که دارای سیم پیچ بهم چسبیده‌اند بدلیل عبور جریان از یک مسیر مستقیم و کوتاه (ناشی از تماس حلقه‌های سیم پیچ) اثری ندارد و احتمالاً حرارتی تولید نمی‌کند. لذا می‌توانیم این نتیجه کلی را بیان کنیم که معمولاً  در  چنین شرایطی اولاً انرژی حرارتی کلی  بیشتر میشود و ثانیاً کل انرژی حرارتی بیشتر شده فقط در بخش سالم سیم پیچ خلاصه میشود و از اینرو در همان قسمت مواد مذاب  بیشتر از نشانگر جوش تراوش کرده و در بخش متراکم و چسبیده سیم پیچ مواد مذاب کمتر و یا اصلاً تراوش نمی نماید.

البته این حالت را می توان به سادگی تشخیص داد و روش تشخیص به این صورت است که با اهم متر مقاومت سیم پیچ درون اتصال را پس از جوشکاری اندازه‌گیری می‌گیریم و با مقاومت سیم پیچ درون یک اتصال سالم مقایسه می‌کنیم. در صورتیکه مقاومت سیم پیچ درون اتصال جوش شده کمتر از سیم پیچ اتصال سالم باشد تشخیص صحیح می‌باشد . لازم بذکر است اگر اختلاف در مقاومت اندازه‌گرفته شده در حدود %5 باشد قابل اغماض است و در صورتیکه اختلاف بیشتر از %5 باشد قابل ملاحظه و توجه است.

به منظور پیشگیری از چنین مواردی و بدلیل رعایت اصول اولیه و زیربنای در جوشکاری الکتروفیوژن استفاده از گیره‌های مخصوص جوشکاری (CLAMPS) مؤکداً توصیه میشود و قابل توجه است که نه تنها گیره‌های مخصوص جوشکاری ممانعت از بروز چنین مشکلاتی مینماید و به لوله کمک میکند که به طور مناسب و بدون اعمال تنش‌های نامناسب وارد اتصال گردد بلکه در خاصیت بارز دیگر به شرح ذیل نیز به همراه دارد:

1- کاربرد گیره‌های مناسب در حین جوشکاری الکترویوژن همشرازی اجزاء جوش  را تضمین مینماید و آنها را در یک  راستا حفظ میکند و بنابراین بدلیل ایجاد توازن، از بوجود آوردن تنش‌های ناشی از انقباض و انبساط در حین جوشکاری و سرد شدن جلوگیری بعمل می‌آورد.

2- استفاده از گیره‌های مخصوص موجب می شود اجزاء جوش در طول مدت جوشکاری و سرد شدن کاملاً ثابت و بی حرکت بمانند و بدین لحاظ فرصت کافی به مواد مذاب داده میشود تا در جایگاه خود مجدداً سخت و سفت شوند.

با توجه به حساسیت کاربرد گیره‌های مخصوص جوشکاری به وضوح روشن است که اقدام به جوشکاری الکتروفیوژن در هر سایر بدون استفاده از گیره کاملاً مردود و غیراصولی است و بکار گرفتن این وسیله از واجبات محرز  و محترم است. متأسفانه در بعضی از موارد دیده شده است که جوشکاری بدون استفاده از گیره صورت گرفته است و جوشکار متصور است که چون ظاهراً نقص و عیبی ملاحظه نمی‌شود پس جوش عاری از اشکال است لکن چنین تصورات خام، همیشه تبعات سوء و فجایع بزرگی در پی داشته است.

ه - یکی از نکات مهم در جوشکاری الکتروفیوژن رعایت زمان سد شدن (COOLING TIME)  می باشد و عدم رعایت این مهم، یقیناً کیفیت جوش را تحت الشعاع قرار داده و مخدوش مینمایند. معمولاً مدت زمان سرد شدن (COOLING TIME) متناسب با نوع تنش و نیروی وارده به محل جوشکاری است و نمی‌توان در تمام موارد (انواع تنش‌ها و نیروها) صرفاً به یک زمان ثابت (COOLING TIME) اکتفاء نمود بلکه حسب نوع و مقدار تنش و نیروی وارده ، زمان سرد شدن را می توان تعیین کرد.

همواره روی اتصالات الکتروفیوژن همانطوریکه مدت زمان جوشکاری ذکر میشود مدت زمان سرد شدن نیز (COOLING TIME) معین میشود و این مدت ذکر شده وی اتصال فقط برای به آرامی بیرون درآوردن اجزاء جوش از گیره (CLAMP) معین می‌شود و این مدت ذکر شده روی اتصال فقط برای به آرامی بیرون درآوردن اجزاء جوش از گیره (CLAMP) کافی است و  در صورتی که قرار باشد از گیره بیرون درآورده شود و جابجا و منتقل شود و تحت تنش های دیگر قرار بگیرد لزوماً طول مدت سرد شدن تا قبل از جابحائی، حمل و نقل و اعمال نیروهای وارده  بایستی افزایش بیابد.

بنابراین اگر قرار باشد فقط قصد آزاد کردن گیره ( به منظور انجام جوش بعدی) را داشته باشیم و هیچگونه تنش و نیرویی به اجزاء جوش وارد نشود حداقل لازم است مدت زمان سرد شدن قید شده روی اتصال را رعایت کنیم و در غیر اینصورت فراخور انواع و مقدار تنش و نیروی اعمالی، زمان سرد شدن (COOLING TIME) بر طبق جدول صفحه بعد تغییر میکند:

مثلاً اگر قرار باشد محل جوشکاری را تحت آزمایش فشار (90 Psig= 6 bar) قرار دهیم باستی حداقل 2 ساعت از پایان زمان جوشکاری (FUSION TIME) بگذارد و بعد از آن آزمایش  نشتی را شروع کرده و فشار کرده و فشار 90 psig را اعمال کنیم.

حداقل زمان سرد شدن

بارگذاری فشار

نوع کاربرد و بارگذاری

20 min

کشش طولی یا تراکم، پیچیدن، انشعاب گیری از خط بدون فشار

20 min

1 hr

2hr

حداکثر 0.1 bar

0.1 تا 5 bar

بیش از 5 bar

تست یا فشار گاری، انشعاب گیری از خط تحت فشار

و- یکی از اصول اساسی و مهم در جوشکاری الکتروفیوژن رعایت تمیزی و پرهیز از هر گونه آلودگی (رطوبت ، چربی، خاک و . . . ) در محل و سطوح جوشکاری است و به همین دلیل سازندگان اتصالات الکتروفیوژن عموماً اتصالات را در کیسه پلاستیکی سربسته قرار داده و این کیسه پلاستیکی بطور منفرد و یا با چند کیسه پلاستیکی دیگر در یک کارتن مقوایی ( که مانع از ورد نور میباشد) قرار می‌گیرد. پرواضح است حکم استفاده از کیسه‌های پلاستیکی، آلوده نشدن سطح داخلی اتصال میباشد و تا مادامیکه به منظور جوشکاری، لوله در داخل اتصال وارد نشده است نبایستی اتصال از درون کیسه پلاستیکی در بیاید. چرا که امکان آلوده شدن سطح داخلی آن حتی با دست جوشکار وجود دارد. در همین راستا دلیل نگهداری کیسه پلاستیکی حاوی اتصال در  داخل کارتن یا جعبه (مانع عبور نور) نی ممانعت از تأثیرات مخرب و منفی اشعه ماورابنفش موجود در نور، اجناس پلی اتیلنی است و لذا با قرار دادن اتصالات (موجود در کیسه پلاستیکی) درون کارتن مانع از برخورد نور به آنها می‌شوند. از اینرو اتصالات الکتروفیوژن همواره بایستی در درون مقوا یا جعبه باقی بماند تا اینکه قرار شود مورد استفاده قرار گیرد و هنگام استفاده که اجباراً از کار تن بیرون آورده می‌شود لزومی ندارد از کیسه پلاستیکی درآید تا اینکه کلیه مقدمات جوشکاری صورت گرفته و هنگام فرو رفتن لوله در درون اتصال را بدون اینکه دست با سطح داخلی آن تماس پیدا کند از داخل کیسه پلاستیکی بیرون می‌آوردیم و اگر احیاناً در حین خارج کردن اتصال از درون کیسه ‌ پلاستیکی درآید تا اینکه کلیه مقدمات جوشکاری صورت گرفته و هنگام فرورفتن لوله در درون اتصال اجباراً اتصال را بدون اینکه دست با سطح داخلی آن تماس پیدا کند از داخل کیسه پلاستیکی بیرون می‌آوردیم و اگر احیاناً در حین خارج کردن اتصال از درون کیسه پلاستیکی بطور ناخواسته دست با سطح داخلی اتصال تماس پیدا کند لازم است با دستمال پنبه ای (جنس طبیعی) آغشته به حلال مجاز (متیلن کلراید،‌ استن،‌ الکل سفید و . . . ) سطح داخلی را تمیز کنیم.

در پایان خلای از لطف نیست که از تجارب کلیه شرکتهای معظم پلی اتیلن،‌ گوشه‌ای مربوط به بحث ارائه شده به عنوان حسن ختام آورده شود. از تحقیقات بعمل آمده توسط متخصصین و شرکتهای دست اندر کار اینگونه بر می آید که اکثر مشکلات در جوشکاری الکتروفیوژن معمولاً زمانی رخ می‌دهد که جوشکاری قرار است در اوضاع سخت و دشوار صورت گیرد مثل: کانالهای عمیق، کانالهای خیس، tie- ins ، جوشکاری لوله‌های بصورت کلاف (Coil) و . . .  معمولاً در چنین شرایطی آلودگی و بروز عوامل مشکل آفرین محتمل است.

بر اساس همین تحقیقات ثابت شده است دلایل اصلی و مؤثر در شکل گرفتن جوشهای سست و نادرست عبارت از موارد و عوامل ذی است:

1- آلودگی

2- تراشیدن نامناسب و ناکافی لوله

3- عدم استفاده از CLAMPS

4- نفوذ کم یا زیاد لوله در اتصال

5- عدم استفاده از تجهیزات ویژه جوش لوله‌های کلافی (COIL)

و لذا ر پایه تجارب و شواهد کلی میتوان اینگونه استنتاج نمود که در جوشکاری الکتروفیوژن با وجودی که دستور العمل بسیار ساده و روشن است لکن بی‌دقتی و عدم تبعیت از نکات ابتدائی و آسان جوشکاری میتواند کیفیت کلی جوش را تحت تأثیر قرار داده و آنرا ضایع نماید. از اینرو ضروری است کلیه دستورالعملها (ولو به ظاهر ساده و بی‌ اهمیت) را دقیقاً اجراء نمائیم تا به سهولت به کیفیت بالای جوشکاری الکتروفیوژن دست یابیم.