توضيحاتي پيرامون WPS & PQR



در نظر بگيريد در کارخانه اي بزرگ که تعداد زيادي پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاري برخورد ميکنيم ....انواع الکترودها، ورقها با ضخامتهاي متفاوت، ماشينهاي مختلف که تحت شريط خاصي تنظيم شده است ،جوشكاران كه اغلب به روش سنتي(بدون رعايت اصول علمي)جوشكاراي ميكنند را در نظر بگيريد. بهترين کار چک کردن کار با کتابچه اي است که به عنوان WPS (Welding Procedure spcification)معروف است. هر چند کاربرد اصلي اين دفترچه براي پرسنل توليد است اما در واقع زبان مشترک توليد کننده و بازرس و ناظر ميباشد که در بعضي مواقع کارفرماهي بزرگ خودشان WPSمورد قبول خود را به سازنده ارايه ميکنند و بناي بازرسي ها را بر اساس آن قرار ميدهند. فکر ميکنم تا حدودي مفهوم را ساده کرده باشم.

استاندارد مرجعAWSَ حدود 170 نوع اتصال را با پوزيشنهاي متفاوت معرفي کرده و انواع پارامترهاي جوشکاراي را براي تمامي انواع فرايندها(SMAW-MIG/MAG-TIG-SAW-…)معرفي کرده اين متغيرها شامل محدوده ضخامت مجاز براي نوع اتصال –دامنه تغييرات مجاز براي آمپر- ولتاژ-قطر الکترود-نوع پودر-زاويه کونيک کردن-روش پيشگرم و پسگرم-و ... ميباشد. که بخشي از وظيفه QC_MAN کنترل ميزان تطابق روش جاري جوشکاري با روش مشخص شده در WPS است. در بعضي از موارد خاص که استاندارد روش خاصي ارايه نداده اغلب يک طراح جوش بنا به تجربيات خود پروسيجري ارايه ميدهد. در بعضي شرکتهاي بزرگ براي هر پروژه اي يک دفترچه WPS موجود است اما از آنجا که روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر ميرسد که نيازي به -WPS هاي متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که براي کارهاي مشخص و ثابت بهتر است يک WPS تهيه شود و از تعدد ايجاد مدارک و مستندات دست و پا گير جلوگيري شود. يک WPS معمولي ميتوانيد در حدود 200-250 صفحه باشد.يعني به همين تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاري مربوطه را توضيح داده است.

PQR (Procedure Qualification Record)

ابتدا توضيح کوتاهي در مورد خود PQR لازم است که بايد گفت PQR نتايج آزمايشات مخرب و غير مخرب در مورد يک نوع مشخص جوش است.که از طرف آزمايشگاههاي معتبر بيد ارايه شود.

حال به اين سوال ميرسيم که از کجا اعتبار يک WPS را بفهميم؟ و مديران خط توليد يا تضمين کيفيت و يا ناظران و کنترل کيفيت چطور از اعتبار WPS اطمينان حاصل ميکنند؟

قطعا آن قسمت از WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نياز به اينکار ندارد چراکه تمامي موارد پيشنهادي استاندارد هم حاصل تجربيات گروه زيادي از متخصصان بوده است و فلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسير تجربه است تا زودتر به نتيجه دلخواه برسيم.ولي جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در ستاندارد AWS مشخصا به اين موضوع اشاره شده که براي موارد پيشنهادي استاندارد نيازي به PQR نيست.

اما براي آن مواردي که از استاندارد استخراج نشده و پيشنهاد واحد طراحي و يا مشاور طرح بوده بايد حتما PQR تهيه شود.



روش تهيه PQR:

فرض کنيم نياز داريم براي 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهيه کنيم.يا بايد 70نمونه تهيه کنيم؟ و يا اين کار عاقلانه است؟ مسلما خير.

بنابر جداول مربوط به تهيه نمونه براي PQR ميتوان تعداد بسيار کمتري براي تاييديه روش جوشکاري (PQR) تهيه کرد به اين ترتيب که در جداول مربوطه بنا بر تغييرات ضخامت قطعات در اتصالات شبيه به هم تعداد نمونه و نوع و تعداد آزمايشات براي آن نمونه معرفي شده. که پس از فرستادن قطعات به ازمايشگاههاي ذيصلاح و گرفتن جواب مثبت ميتوان به آن WPS اعتماد کرد و جوشکاري را آغاز کرد.

مثال:

فرض کنيد دفترچه WPS را براي تهيه PQR در اختيار داريد.مراحل زير براي تهيه PQRپيشنهاد ميشود.

1-اتصالاتي که در استاندارد وجود دارد را تنها با متن استاندارد مطابقت دهيد تا چيزي از قلم نيفتاده باشد و تلرانسها دقيقا استخراج شده باشد و نظير اين...

2-در مورد اتصالات شبيه به هم با مراجع به استاندارد يکي از پرکاربردترين ضخامتها را انتخاب کنيد.براي کارهاي سازه اي و اتصال نوع Grooveفرض كنيد که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفي شده .بهترين کار اين است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترين نمونه براي تهيه PQR انتخاب كنيم كه اين بهترين انتخاب اغلب پرکاربردترين يا حساسترين اتصال است.مثلا Grooveبا ضخامت 30-30که بنابر جدول استاندارد ميبينيم که اين نوع اتصال محدوده ضخامتيmm 3 تاmm 60 را با اعتبار ميبخشد يعني براي ضخامت 2 تا 60 ديگر نيازي به تهيه PQR نداريم و اين از مزاياي استفاده از استاندارد است.

3-حال که نمونه مورد نظر را انتخاب کرديم بايد در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد آمده است آنرا تهيه کنيم و توسط يک جوشکار که داراي کارت صلاحيت جوشکاري در حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غيره) است جوشکاري انجام شود.

4-قطعه مور نظر را به آزمايشگاههاي معتبر ارسال ميکنيم تا تحت تستهاي مختلف قرار گيرد. اين تستها اغلب خمش کناره-راديوگرافي-ماکرواچ-شکست و ... است.

5-پس از اعلام نتيجه مثبت آزمايشگاه ميتوان جوشکاري را آغاز نمود.





نکاتي در مورد جوشکاري فولادهاي ضدزنگ و ضدخوردگي

خصلت اصلي فولادهاي استنلس(ضد زنگ) مقاومت در برابر زنگ خوردگي است (داشتن کرم بيش از 12% مويد همين مطلب است).نيکل موجود در اين فولادها حتي به مقدار زياد هم نميتواند به تنهايي مقاومت در برابر خوردگي را زياد کند.ولي با حضور کرم ميتواند تا حد زيادي اين وظيفه را بخوبي انجام دهد.مزيت اصلي نيکل تسهيل ايجاد فاز آستنيت و بهبود خاصيت مقاوم به ضربه فولادهاي کرم نيکل دار است. موليبدن شرائط خنثي سازي اين فولاد را تثبيت مي کند و عموما عامل افزايش مقاومت به خوردگي موضعي(Pitting) است.





به منظور اطمينان از تشکيل کاربيدهاي پايدار که باعث افزايش مقاومت به خوردگي بين دانه اي ميشود افزودن Ti و Nb به انواع معيني از فولادهاي کرم-نيکل دار ضروري است.



1-فولادهاي ضد زنگ

کرم و کربن عناصر اصلي اينگونه از فولادها را تشکيل ميدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از 04/0درصد است تاثير کرم بر استحکام کششي حتي در مقادير 13 و 17و 20درصد بسيار ناچيز است. در حاليکه در مقادير زيادتر کربن با عمليات حرارتي مناسب امکان دستيابي به استحکام کششي مناسب و عمليات مکانيکي مورد نظر فراهم ميشود.

با توجه به ريزساختار فولادهاي کرم دار را به شرح زير ميتوان دسته بندي کرد:

الف-فولادهاي کرم دار-فريتي(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)

ب- فولادهاي کرم دار-نيمه فريتي(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)

ج-فولادهاي کرم دار-مارتنزيتي(12 تا 18 درصد کرم و بيش از 3/0 درصد کربن)

د- فولادهاي کرم دار-قابل عمليات حرارتي(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

اين دسته بندي را در مورد جوش پذيري نيز ميتوان تکرار کرد.

تحت شرايط حرارتي نامناسب فولادهاي فريتي(گروه الف) تمايل به تشکيل دانه هاي درشت نشان ميدهند. انرژي حرارتي ناشي از جوشکاري منجر به رشد دانه بندي ميشود که نميتوان آنرا با پس گرمايش برطرف نمود.در نتيجه کاربيد رسوب ميکند و در مرز دانه هاي فريت باعث شکنندگي و کاهش شديد مقاومت به ضربه فلز جوش ميشود.براي غلبه بر اين حالت بايد از الکترود آستنيتي تثبيت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نيکل استفاده نمود.فلز جوشي که بدين ترتيب حاصل ميشود داراي خاصيت آستنيتي و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشي که بدين طريق حاصل ميشود از نظر مقاومت به خوردگي مطابق فولددهاي ضدزنگ فريتي ميباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتيکه اجبار در يکرنگي باشد بايد از فيلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمي Ti)استفاده شود.Tiدر مقادير جزيي نقش موثر در ريز دانه کردن فلز جوش دارد.

بعلت رابطه گريز ناپذير بين رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه اي چاره اي جز کاستن از تنش هاي حرارتي ناشي از عمليات جوشکاري وجود ندارد و براي نيل به اين منظور تمهيداتي نظير الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاري بيشتر و پيش گرمايش 200تا 300 درجه سانتيگراد بايد به کار رود.

پس گرمايش در حدود 700 تا 800 درجه سانتيگراد خاصيت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود ميدهد.

همچنين آنيلينگ(Annealing)به مدت کم نيز باعث تجمع کاربيد شده و تا حدي شکنندگي فلز جوش را جبران ميکند و همينطور به تنش گيري نيز کمک ميکند. ولي هرگز باعث رفع کامل درشت دانگي HAZ نميشود.

اقدامات مشابهي حين جوشکاري فولادهاي نيمه فريتي و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نيز ضروري است. ميدانيم که سرد کردن سريع باعث تشکيل فاز شکننده مارتنزيتي ميشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حين انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پيش گرم ميشود.درجه حرارت بين پاسي((Inter pass 300 درجه مناسب است و از اين کمتر نبايد شود.ضمنا قطعه کار بايد بلافاصله در دماي 700 تا 760 درجه پس گرم شود.اين سيکل حرارتي در مجموع باعث ايجاد فلز جوشي با ساختار يکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش ميشود و خطر شکنندگي و رشد دانه ها را تا حدود زيادي مرتفع ميکند.

فولادهاي کرم دار مارتنزيتي (دسته ج)معمولا قابل جوش نيستند و صرفا به منظور تعمير و اصلاح عيوب جوشکاري بر روي آنها انجام ميپذيرد. براي جوشکاري فولادهاي کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فيلر متال نبايد از 25/0درصد تجاوز کند.اين نوع فولاد در هوا سخت ميشود.از اينرو هيچ اقدام پيشگيرانه موثري به منظور غلبه بر سخت شده HAZوجود ندارد.اما با اعمال پيش گرم زياد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد ميتوان تاحدودي مشکل را برطرف کرد و سختي نامطلوب را در حد پاييني نگاه داشت.دماي پس گرم 750 تا 800 توصيه ميشود و کمتر از اين دما ممکن است باعث تاثير منفي در مقاومت به خوردگي شود.

آنيلينگ در حرارتي بين650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربيد و بروز خوردگي بين دانه اي شود.



2-فولادهاي مقاوم به خوردگي

فولادهاي آستنيتي مقاوم به خوردگي کرم-نيکل دار عموما داراي خواص جوشکاري مطلوبي هستند(جوش پذيرند). اما خصوصياتي چند از اين فلزات بايد مدنظر قرار گيرد.

الف-ضريب هدايت حرارتي کم.

ب- ضريب انبساط حرارتي زياد.

ج-سرشت انجماد اوليه اين نوع فولادها که تاثير مهم و تعيين کننده اي بر مکانيزم وقوع ترک گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصي از فريت در فلز جوش بيانگر مقاومت آن به ترک گرم است.

به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعيين ريز ساختار بر اساس ترکيبات فلز جوش ممکن است.

نمودار شفلر-دولانگ کمکي عملي در تعيين مقدار تقريبي فريت(فريت دلتا)و سرشت ريز ساختار تشکيل شده حين جوشکاري فولادهاي آليازي غير همجنس ارايه ميدهد.علاوه بر اين برآوردي کلي از تاثيرات مقادير کم فريت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنيتي را مقدور ميسازد.تجربه ثابت کرده که روشهاي متفاوت تعيين درصد فريت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهاني به جاي درصد فريت تعداد فريت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار ميدهند .

بعضي از دوستان احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقيقي نداشتند کاملا حق دارند و پيشنهاد ميکنم به کتب و منابع معتبر براي فهم بهتر مطلب مراجعه کنند.



3-فولادهاي مقاوم به حرارت

الف-فولادهاي فريتي يا فولادهاي فريتي-پرليتي از نوع (Cr يا Cr-Si و Cr-Si-Al) و فولدهاي فريتي-آستنيتي

ب-فولادهاي مقاوم به حرارت از نوع آستنيتي از نوع Cr-Ni-Si

در حاليکه در جوشکاري قطعات فولادي از نوع آستنيتي با الکترودها ي همجنس آن پيشگرم قطعه ضرورتي ندارد فولادهاي مقاوم به حرارت از نوع فريتي کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پيش گرم و در 750 درجه هم پس گرم و آنيل ميکنند.علت اينکار هم غلبه بر درشت دانگي و تمايل به ترد شدن HAZ است.

قطعات ريختگي از جنش فريت_آستنيت را بايد در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدريج سرد گردد.

جوشکاري فولادهاي فريتي و فريتي-پرليتي با الکترودهاي هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه اي فلز جوش را نشان ميدهد لذا پيشنهاد ميشود اين نوع فولادها را باالکترودهاي آستنيتي مقاوم به حرارت جوش داد.در اين حالت نيز بايد توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش آستنيتي در محيط احتراق با گازهاي اکسيد کننده با هوا تقويت ميشود و طبيعتا اين مقاومت به حرارت در محيط گازهاي احيا کننده به مقدار زيادي کاهش مي يابد براي غلبه بر محيط احتراق با مقدار زياد گاز گوگرد استفاده از الکترودهايي با کرم زياد توصيه ميگردد.