جوشکاری خشک ۱۳۹۴ نوزدهم مهر

اولین با رایده جوشکاری درزیر آب در محیط خشک در سال ۱۹۴۵ شکل گرفت. سپس در دهه ۶۰ تجهیزاتی به عنوان تجهیزات جوشکاری خشک درزیرآب ساخته شد. این نوع جوشکاری را میتوان به دو نوع تقسیم نمود:

در نوع اول که به روشHYDROBOX موسوم است جوشکاری داخل یک BOX یا جعبه صورت می گیرد که پر از هوای فشرده است. غواص جوشکار مانند روش مرطوب خودش داخل آب است فقط دست خود را با تفنگ جوشکاری داخل جعبه قرارمیدهد و جوشکاری مینماید. شکل ۶۹ این روش را نشان میدهددر نوع دوم جوشکاری دریک اتاق جوشکاری زیرآب انجام می شود که پر از هوای فشرده است و غواص کاملا” داخل اتاق قراردارد. خطوط جوش ایجاد شده با روش جوشکاری خشک با استا ندارد های مؤسسهAPI آمریکادرموردجوشکاری(API 1104) مطابقت دارند.

تعمیرخطوط زیرآب میتواند یابه شکل جوشکاری خشک انجام شود ویا به صورت اتصال WELD-BALL که نوعی جوشکاری روی مفصل است و قابل انطباق با زوایا و طولها ی متفاوت می باشد آنطور که شکل ۷ نشان داده است.

نمونه ای از اتاق های جوشکاری زیر آب که برای جوشکاری قطعات بزرگ از آنها استفاده میشود در شکل ۸ نشان داده شده است.

در جوشکاری خشک زیر آب که عملا” ازروش MIG/ MAG بیشتر استفاده میشود. با استفاده ازالکترود های SOLID و استفاده از گاز آرگن با مخلوط ۵ درصد گاز CO2 به عنوان گاز محافظ تا عمق ۱۸۳ متر را جوشکاری خشک می نمایند. فضای اتاقهای جوشکاری تا عمق ۳۶ متر از هوای فشرده و در عمقهای بالاتر از آن از گاز آرگن پر میشود. فولاد های که قابل جوشکاری بااین روش هستند عبارتند از:

BS4 360 و ST52-3N و STE36 درجه ۵۰D و همچنین فولاد های خط لوله زیرآب تا کیفیت API-5LX-65 که تا ضخامت دیواره ۲۵/۴ MM جوشکاری میشوند و درصورت لزوم عملیات پیشگر یا پس گر روی آنها انجام می گیرد. این نوع با استاندارد LLOYDS REGISTER API 1104و DET NORSKE VERITAS منطبق میباشد. جوشکاری پلا سما نیز مانند جوشکاری MIG/MAG در روش خشک هیپر بارتاعمق ۱۸۳ مترجواب مثبت وقابل قبول داده است وبه کمک ا لکترودهای با پوشش بازی باروش دستی تا عمق ۳۰۵ متر نیزجوشهای قابل قبول ارائه شده است.بدلیل دود ناشی ازاین الکترود که میتواند مانع کار جوشکاری زیراب شودازروش دستی اخیرا”کمتر استفاده میشود. در تکمیل اتاقهای جوشکاری زیرآب اخیرا” تجهیزاتی ساخته شده است که میتواند لوله هارا در زیرآب هم راستا نماید وسپس به راحتی عملیات جوشکاری انجام شود. همچنین در باکسهای جوشکاری زیر آب با روش NON- PRESSURE THERMIT WELDING برای جوشکاری آند به پایه های سکوی دریایی و خطوط لوله زیر آبی استفاده شده است. البته عملا” اغلب از روش جوش مرطوب برا ی جوشکاری آند ها استفاده شده که موفقیت آمیز بوده است.

۲-۲-۳ جوشکاری خشک هیپر با ر با متد بدون حمل تجهیزات توسطغواص

گسترش روش جوشکاری خشک هیپر با ردر اتاق جوشکاری زیر آب که بدون حمل تجهیزات توسط غواص انجام میگردد و به این شکل است که غواص کاملا” در جو داخل اتاق قرارمیگیرد و به همین دلیل نیاز به حمل تجهیزات با خود ندارد (شکل ۹) به حدود دهه ۶۰ بر میگردد. انگیزه تکمیل این روش تجربیاتی بود که در این زمینه در تحقیقات دریایی و فضایی در آمریکا انجام گرفت و ضرورت اینکه اتصال خطوط لوله در زیر آب از استانداردهای بین المللی تبعیت نمایند.

اولین اتاق جوشکاری یا HABITAT WELDING در سپتامبر ۱۹۶۷ در زیر آب استقرار یافت. محل استقرار خلیج مکزیک در۴۰ مایلی ساحل آمریکا در عمق ۵/۳۳ متری زیر آب بود. عملیات جوشکاری برای اتصال یک پایه از جنس API-5LX-42 و مشخصه DN-150 یه یک خط لوله با مشخصه DN-250 و جنس API-51X-52 بود. شرایط جوشکاری با استاندارد API-1104 مطابقت داشت. اتاق جوشکاری بکاررفته استوانه ای شکل بود ه و دارای ابعادی به اندازه ۴/۲ متر قطر و ۲/۱ متر ارتفاع و کف آن جهت بالانس فشار آب دریا به فرم مشبک ساخته شده بود. از بالانیزبه دریچه ای برای ورود غواص مجهز بود. آب بندی بین اتاق و خط لوله به کمک واشرهای باد شونده انجام گرفت.

روش جوشکاری دراین عملیات روش WIG باکمک گاز محافظ آرگن بود. جواتاق جوشکاری از دو گاز ازت و اکسیژن تشکیل میشد که نسبت آنها ۴تا۶ درصد اکسیژن و ۹۴ تا۹۶ درصد ازت بود. درصد اکسیژن و همچنین گاز CO تولید شده در اثر سوختن الکترود تحت کنترل دائمی قرارداشت زیرا بالا رفتن درصد اکسیژن باعث آتش سوزی دراتاق جوشکاری و افت بیش از حد آن باعث مرگ غواص میشد. غواص و کمک غواص به ماسک و لباس ضد آتش مجهز بودند و هوای تنفسی از طریق شلنگ مخصوص به ماسک متصل میشد و هوای مناسب از روی عرشه یک کشتی غواصی تزریق و کنترل میشد. برای حمل جوشکار غواص و کمک او از عرشه کشتی به کف دریا از یک DECOMPRESSION CHAMBER استفاد ه شد.

پس از آن درماه مه ۱۹۶۸ اولین سکوی ثابت دریایی مجهز به یک اتاق جوشکاری ساخته شد که این اتاق خود به تجهیزاتی برای نصب لوله و هم امتداد نمودن آنها مجهز بود. این سکو در خلیج مکزیک نصب گردید و توسط آن درعمق ۴۹ متری یک خط لوله تحت تعمیر قرارگرفت به صورتی که بخشی از آن بریده و تکه جدیدی به جای آن جوشکاری شد. شکل ۱۰ ساختمان یک سیستم جدیدتر را برای این تعمیرات نشان می دهد.

از سال ۱۳۶۸ تدریجا” جایگزین نمودن اتاقهای جوشکاری در زیرآب گسترش یافته و تکمیل شده است. علت اساسی این رشد تدریجی پیشرفت در تکنولوژی غواصی بوده است. تاسال ۱۹۵۰ حد اکثر عمق برای غواصی به صورت FREE DIVING ( یعنی غواصی غیر اشباع ) برابر ۱۸۰ متر بوده است در صورتیکه در سالهای بعد به این شکل گسترش یافته است:

تا انتهای دهه ۷۰ تلاشها بر این استواربود که زمان ماند ن درعمق ۳۰۰ متر راحتی الامکان افزایش دهند و شرایط غواصی در این عمق را درشرایط قبل از اشباع نگه دارند. بدین وسیله در ژولای ۱۹۷۴ در یک سیستم مشابه سازی شده غواصی موفق شدند دو نفر غواص را علاوه بر شش روز که عمق ۵۴۹ متر توقف داشتند تا مدت ۵۰ ساعت در عمق ۶۱۰ متری نگه دارند. برای اولین بار در ماه مارس بشر به عمق ۶۵۰ متر غوص نمود. با آزمایشهایی که روی حیوانات در عمق بیش از ۶۵۰ متر انجام گرفت ثابت شده است که بشر توانایی غوص به عمق بیش از ۶۵۰ متر را نیز دارد. در نتیجه پیشرفت در تکنولوژی غواصی در جوشکاری خشک هیپر بار نیز پیشرفت هایی حاصل شد که میتوان نتایج آنرا در جدول زیر خلاصه نمود:

تاعمق ۶۹ متر در پایان سال ۱۹۶۹

تاعمق ۹۶ متر در پایان سال ۱۹۷۰

تاعمق۱۶۶ متر در پایان سال ۱۹۷۴

تاعمق۳۲۰ متر در پایان سال۱۹۷۷

برای جوشکاری زیر آب لوله هاو اتصال رایزر به سکوهای دریایی اکثرا” از جوشکاری WIG برای خط جوش ریشه واز روش دستی با الکترود با پوشش بازی برای خط جوشهای بعدی استفاده می شود.علت استفاده از روش دستی برای خطوط جوش بعدی زمان جوشکاری کمتر و همچنین کیفیت قابل قبول ان است زیرا با حفظ کیفیت قابل قبول میتوان در زمانهای تراکم وانبسا ط غواصان صرفه جوئی قابل توجهی نموده وهزینه را پایین آورد.

پس ازآنکه درشرایط لا براتواری مشابه عمق ۳۶۶ متر جوشکاری های موفقیت آمیز تحقیقا تی انجام گرفت سر انجا م یک تست واقعی در عمق ۳۱۶ متردر سال ۱۹۷۸ انجام شد که برا ی تعمیرلوله DN-900 با ضخامت دیوا ره mm 4 /25 واز جنس API-5LX-65 بود.این تست نشان داد که حد کارایی روش دستی همین عمق می باشد در شرایطی که بخوا هیم جوش برا ی فلز X65دارای بالاترین کیفیت باشد.بسط بیشتر این تکنولوژی برای اعماق بالاترباروشهای اجرایی زیرامکان پذیربوده است:

الف) مکانیزه نمودن روش WIG با بالا بردن شد ت جریان به منظور تعادل بیشتر قوس الکتریکی و روان تر بودن مذاب و همچنین استفاده از مخلوط آرگون و هلیم به عنوان گاز محافظ.

ب) استفاده از روش MIG/ MAG با الکترودهای FLUX CORED WIRE و استفاده از موتور جوش با منحنی کاراکتر عمودی بدون وابستگی به تنظیم دو مقدار جریان و ولتاژ و استفاده از HELIOX به عنوان گاز محافظ.

در زمانی که روش جوشکاری WIG در عمق ۴۰۰ متر تحت آزمایش قرار داشت و یک اتاق جوشکاری برای تست استفاده این روش در عمق ۴۵۸ متر تحت ساخت بود روش MIG/MAG با استفاده از Flux cored wire در عمقهای ۴۵۰ و۵۰۰ متر نتایج خوبی بجا گذارد. تستهای ازمایشی برای جوشکاری در عمق ۱۰۰۰متر در لابراتورهای مشابه با این عمق نیز انجام گرفت که چندان موفق نبود. مشکلاتی که برای هر یک از دو متد wigوMAG/MIG وجود داشت یکی مشکل جرقه در روش WIG بود و دیگری مشکل سرباره در روش MAG/MIG که هر دوی آنها با استفاده از مولدهای خاص که منحنی تغییرات ولتاژ نسبت به جریان در آنها دارای شیب مناسب میباشد بر طرف گردید.

در روش WIG علاوه بر مشکل جرقه مسئله مغناطیس شده اتصال و عدم تعادل در قوس الکتریکی به دلیل سایش در نوک الکترود تنگستن نیز می تواند مشکل آفرین باشد. برای رفع این مشکلات تحقیق و آزمایشهای زیادی انجام شد تا با روشهای کاملا” مکانیزه و تحت کنترل با میکورپروسسور جوشکاری MAG/MIG ویا WIG جوشکاری زیر آب بصورت خشک هیپر بار انجام گیرد.

تا عمق ۲۰۰ متری جوشهایی که به صورت خشک هیپر بار انجام گرفته توانسته است با استانداردهای

LOYDS REGISTER OF SHIPPING , API 1104

وdet norske veritas

مطابقت داشته باشد مزیت استفاده از اتاق جوشکاری در زیرآب آن است که امکان پیش ویا پس گرم کردن محل جوش وجود دارد. فولادهایی که قبلا” با این متد جوشکاری شده عبارت بودند از فولاد های به کار رفته در ساخت لوله های زیر آب تا کیفیت API-5LX-65 همچنین فولادهای ۱۶۲۶ DINو DIN 17100وهمچنین فولادهای دریایی ST52-3N و ST36 وBS4360 با گرید ۵۰D.

با افزایش عمق آب و در نتیجه فشار در اتاق جوشکاری زیر آب بایستی به موارد زیر توجه شود:

الف) بالا رفتن قابلیت انحلال گازها مانند گاز هیدروژن و اکسیژن در مذاب

ب) متغیر بودن گرمای داده شده به مذاب

ج) سردشدن سرع کپسول محتوی گاز تنفسی غواص در محفظه ( که درصد زیادی از آن هلیم است ).

د) کاهش کار در اثر ضربه در درز جوش

در خود آمریکا در تمام اتاقها ی جوشکاری زیرآب هوای تنفسی غواص از طریق ماسک مخصوص که غواص به دهان خود وصل می کند تامین میشود. علت این مسئله آن است که در روش WIG گاز محافظ آرگن است که گازی است بیهوش کننده و مخلوط شدن آن با دودناشی از سوختن الکترود خود موجب ایجاد گازهای مسموم کننده تری است که در مجموع برای غواص خطرناک است. در مورد اتاقهای جوشکاری زیر آبی که در آنها روش جوشکاری دستی اعمال می شود نیز مسئله به همین شکل است. ولی در اتاقهای جوشکاری ساخت فرانسه به دلیل مکش دود ناشی از سوخت الکترود و تصفیه دائمی هوای داخل اتاق جوشکاری ضرورتی در استفاده از ماسک برای غواص و تزریق هوای تنفسی نیست. این موضوع هم در مورد جوشکاریهای در عمق ۳۰ متر با روش دستی صادق است وهم در مورد جوشکاری های بالاتر از عمق ۳۰ متر که بیشتر با روش MIG/MAG انجام میشود. گاز محافظ در این حالت گاز HELIOX میباشد. در اتاقهای جوشکاری مدرنتر علاوه برسیستم تصفیه هوای داخل سیستم LIFE-SUPPORT نیز وجود دارد. به دلیل آنکه غواص جوشکار در هنگام عبور از اتاق فشار غواصی به اتاق جوشکاری زیر آب تجهیزات خود را از داخل آب شور عبور ندهد و براحتی وارد اتاق جوشکاری شود مطابق شکل ۱۰ از یک سیستم انتقال غواص به صورت خشک استفاده می شود. بدین صورت که اتاق فشار غواصی به اتاق جوشکاری زیرآب از طریق یک دریچه وصل می شود و غواص مستقیم وارد اتاق جوشکاری میشود. تجهیزات برای هم راستانمودن لوله هادر زیراب برای جوشکاری یادرخوداتاق جوشکاری وجودداردیاازطریق یک H شکل دربستردریاازقبل قرارداده میشود.اگراتاق جوشکاری به چنین تجهیزاتی مجهزشودتفاوت قیمت ان از۴ /۰ میلیون دلاربه۶/۱ میلیون دلارخوا هد بود.

درموردهزینه های جوشکاری درزیرآب می توان تقریبا”این طور برآورد نمود (سال۱۹۸۰ )درجوشکاری عمق ۳۰ مترهزینه روزانه تقریبی برای یک مورد جوشکاری روزانه ۱۵۰۰۰ تا۳۰۰۰۰ دلار است درصورتیکه برای خطوط لوله درعمق زیار بین ۶۰۰۰۰ تا ۱۳۰۰۰۰ دلار در روز خواهد بود که این هزینه غواص تجهیزات وکشتی غواصی است. این رقم را می توان این طور تقسیم بندی نمود: ۴۰ تا۶۰ درصد برای کشتی غواصی با تجهیزات مخصوص اشباع ۲۰ تا۳۵ % برای پرسنل و ۲۰ تا۲۵ % برای موا د مصرفی و تجهیزات لازم برای تعمیر پایلها و شیت پایلها تا عمق ۱۵ متر نیز از اتاق جوشکاری استفاده می شود.

۲-۴ جوشکاری زیر آب در اتاق های یک آتمسفری

۱-۲-۴ اتصال رایزرهای سکوی دریایی با خطوط لوله

بر مبنای تجربیاتی که از نصب اتاقهای یک اتمسفری روی چاههای نفت برای استخراج و تکمیل چاه بدست آمده بوداتاقهای جوشکاری یک اتمسفری ساخته شد که در آنها رایزر های سکوی دریایی به خطوط لوله نفتی در فشار یک اتمسفر به صورت خشک جوش داده میشد. پس از آنکه ۱۴ واحد از این اتاقها درسال ۱۹۷۵ برای سکوهای دریای شمال THISTLE A” سفارش داده شد ه و به رایزرهای مربوطه متصل گردید و در بستر دریا نصب شد در سه واحد آنها عملیات جوشکاری انجام گرفت. عمق آب ۱۶۲ متر بود. تصویر شماره ۳a ساختمان یک نمونه از این اتاق هارا نشان میدهدکه به سکوی دریایی متصل شده و یک خط لوله به داخل آن کشیده مشود.

تصویر ۳b یک اتاق کار را که بایک کپسول غواصی یکپارچه شده نشان میدهد که در آن یک رایزر در حال جوش شدن به خط لوله است. برا ی اتصال رایزر و خط لوله از یک قطعه رابط استفاده شد جهت جوشکاری این قطعات ابتدا با یک ماشین برش هیدرولیک لبه های لوله و رایزر یخ زده شد و سپس با روش MIG/MAG جوشکاری انجام گرفت. قطعات به مدت ۲۰ دقیقه قبل از جوشکاری در دمای ۱۲۰ درجه پیش گرم شدند تا رطوبت احتمالی آنها گرفته شود ماتریال لوله فولاد API-5LX-52 واز نوع DN-400 با ضخامت دیواره ۵/۱۶ MM بود.

علت مزیت جوشکاری MIG/MAG در مقایسه با جوشکاری دستی قوس الکتریکی تولید کمتر دود ضمن داشتن سرعت جوش مشابه است زیرا تولید دود کمتر دریک اتاق کارزیر آب که تخلیه هوای آن مشکل می باشد پارامتر مهمی محسوب می شود. چنانچه بتوان در اتاق جوشکاری هوای داخل اتاق را از لحاظ تنفسی مرتب با هوای مناسب و تازه تغذیه نمود دیگر نیازی به ماسک غواصی و لباس مخصوص نیست. همچنین غواص نیز داخل این اتاق ها آن مهارت و تجربه ای که غواصان در اتاقهای هیپر بار بایستی داشته باشند لازم ندارد و لذا می توان از غواصان ارزانتر استفاده نمود. اولین اتصال رایزر به خط لوله به ۱۴۹ ساعت زمان نیاز داشت. در حالیکه سومین اتصال با ۸۷/۵ ساعت جوشکاری به پایان رسید که این به دلیل تجربه ای بود که از جوشکاریهای اول و دوم حاصل شد جدول شماره ۲ این مقایسه را نشان می دهد. این جوشها توسط لویدزآلمان تست شد و استاندارد ASME-CODE و API 1104 بخش VIII درمورد آنها صادق بود.

(برگرفته از دانشنامه تخصصی مهندسی ایران)