جوشکاری ماوراء صوت

بخش اول
جوشكاري ماوراء صوت
فنون جوشكاري لوله ها:
اگر چه در بعضي از کاربردهاي خاص براي جوشکاري خود کار استفاده ميشود ، اما در حال حاضر بخش عمده عمليات جوشکاري لوله با استفاده از يکي از فرايند هاي جوشکاري دستي انجام ميشود .

لوله هايي که در کاربرد هاي صنعتي در وضعيتهاي افقي نصب ميشوند معمولاً در وضعيت عمودي ، بالا تر از وضعيت ساعت ۶ به طرف ساعت ۱۲ جو شکاري ميشوند .

لبه لو له ها معمولاً با زا ويه پخ ۶۰ تا ۷۰ درجه ودرز اتصال تا ۳ ميلي متر آماده ميکنند تا نفوذ جوش تضمين شود . روش مورد استفاده براي جوشکاري لوله در وضعيت عمودي بالا رو همان است که در مورد جوشکاري عمودي ورق ديديم و در آن يک سوراخ کليد در ريشه جوش حفظ ميشود . در
کاربرد هايي که به خط جوش بسيار دقيق مرغوب نياز است ميتوان پاس ريشه را با فرايند تيک (آرگون) جوش داد و براي پاسهاي بعدي از فرايند جوشکاري قوس دستي استفاده کرد.

روش ديگري که غالباً براي جوشکاري خط لوله هاي سراسري به کار مي رود روش جوشکاري سرازير است . در هنگام کار با فرايند جوشکاري قوس دستي براي جوشکاري سرازير بايد از الکترود روپوش سلولزي يا سلولزي با پودر آهن استفاده کرد و وجوشکاري را در وضعيت پايين رو از وضعيت ساعت ۲ به طرف وضعيت ساعت ۶ و در چند پاس انجام داد .

براي جوشکاري سرازير از فرايند ميگ (co2) نيز ميتوان استفاده کرد . از اين فرايند در يک روش تلفيقي نيز استفاده ميشود . در اين روش پاس ريشه را عمودي به طرف پايين و پاس هاي بعدي و پاس آخر را عمودي از پايين به بالا جوش ميدهند .
در جوشکاري سرازير نيازي نيست که پهناي پاس ريشه به همان اندازه اي باشد که در جوشکاري عمودي بالا رو هست . معمولاً پيشاني پخ و درز اتصال معادل ۵/۱ ميليمتر کافي است .

پاس ريشه وقتي در وضعيت عمودي يا سرازير جوش داده شود ، بدون چپ و راست بردن الکترود انجام ميشود . اما براي يکنواخت شدن نفوذ بايد سوراخ کليدي کوچکي را در لبه جلوي خط جوش حفظ کرد . سپس پاسهاي بعدي و آخر را در وضعيت عمودي سر بالا جوش مي دهند .
در هنگام جوشکاري پاس ريشه در وضعيت عمودي سر بالا که در فرايند هاي جوشکاري قوسي دستي ، تيک و اکسي استيلن متداولتر است . سوراخ کليدي را بايد حفظ کرد تا نفوذ لازم حاصل شود . براي کسب مهارت در اين کار بايد خيلي تمرين کرد .

 

بايد توجه داشت وقتي به خط جوشها يي با کيفت بسيار بالا نياز باشد ميتوان تلفيقي از فرايند هاي مختلف را بکار گرفت . مثلاً پاس ريشه را مي توان با استفاده از فرايند تيک جوش داد و براي پاسهاي بعدي از فرايند جوشکاري قوس دستي استفاده کرد . همچنين براي انتقال صفحه به لوله نيز ميتوان از روش فوق استفاده کرد .
تذکر : استفاده از فرايند اکسي استيلن براي جوشکاري لوله هنوز بسيار متداول است در حاليکه دسترسي به برق وجود نداشته باشد ميتوان از آن استفاده کرد .
انتخاب روشي مناسب براي اتصال لوله ها
________________________________________

پيشينه سامانه لوله کشي و اتصالات لوله به پيدايش تمدن برمي گردد.اولين سامانه لوله کشي شايد در نتيجه تلاش انسانهاي نخستين براي تغيير مسير نهر به منظور رساندن آب به اردوگاه خود ، يا هدايت آن از اردوگاه به بيرون به وجود آمده باشد.مصالحي که براي اين کار مصرف مي شد شامل صخره ها ، خاک رس و خود بستر رود بود.روشهاي اتصال نيز شامل حفر گودالها و ايجاد سدها و خاکريزهايي بود که اتصال داخلي بين نهرها را ايجاد مي نمودند.روميهاي باستان براي هدايت جريان آب به شهرهاي خود به يک سامانه گسترده لوله کشي تکيه داشتند.در حقيقت برخي از مورخان استفاده از لوله هاي سربي را نقل کرده اند و

يکي از عوامل سقوط امپراتوري روم را عقب ماندگي هوشي در اثر مسموميت ناشي از سرب مي دانند.اگرچه راهي براي اثباط قطعي اين نظريه وجود ندارد،ولي به ما هشدار مي دهد که انتخاب نادرست مصالح مي تواند پيامدهاي ژرف و پيش بيني نشده اي داشته باشد.اين مقاله در مورد روشهاي اتصال امروزي براي انواع مختلف سامانه هاي لوله کشي بحث خواهد کرد.در اين بحث به روشهاي اتصال خاص مانند روشهايي که در فرايندها و صنايع نفت استفاده مي شود ، کاربردهاي خاص و تبديل بين سامانه هاي مختلف پرداخته نشده است.

 

روشهاي اتصال لوله
اتصالات رزوه اي
اتصالات رزوه اي براي لوله هاي کوچک (قطر بين يک هشتم تا ۲ اينچ)استفاده مي شود.رزوه لوله و اتصالات طبق استانداردASMEB1.20.1-1983 با عنوان “رزوه لوله ، کاربرد عام ،اينچ”ساخته مي شود.ماشينهاي رزوه تراشي براي ايجاد رزوه روي لوله تا قطر اسمي ۲ اينچ موجود است.ابزار رزوه تراشي بزرگتر نيز وجود دارد،ولي با استفاده از تبديل دنده Gear reducer کار مي کند و به نيروي انساني زيادي نياز دارد.از آنجايي که اتصالات رزوه اي با ماشين يا با دست ايجاد مي شوند ، بايد توصيه هاي توليد کننده با دقت دنبال شود.شکل رزوه هاي لوله بايد به گونه اي باشد که با شکل اتصالات تطبيق داشته باشد.

اگر رزوه لوله بيش از اندازه بلند باشد،قبل از اينکه شيب رزوه ها اتصال را آب بندي کند ، از پيش روي درون اتصال باز مي ماند.اگر رزوه ها بيش از اندازه کوتاه باشند ، به طور کامل اتصال را جفت نکرده و موجب نشت اتصال مي شوند.لوله اي که به درستي متصل شده باشد،محکم بوده و يک رزوه بالاي اتصال ديده خواهد شد .هر چيزي بيشتر يا کمتر ، نشان دهنده اين است که رزوه ها به طور مناسبي تراشيده نشده اند.

يکي ديگر از اجزاي مهم اتصال رزوه اي ، خمير لوله کشي Pipedope است که رزوه ها را قبل از اتصال با آن مي پوشانند.خمير لوله کشي دو وظيفه را انجام مي دهد.نخست آنکه در زمان پيوند خوردن اتصال ،سطوح جفت شونده را روانکاوي مي کند.دوم اينکه موجب آب بندي اتصال مي شود. خمير لوله کشي بايد با ويژگيهاي کاربرد سازگاري داشته باشد.ابزارهايي که به سامانه هاي لوله کشي رزوه اي متصل مي شوند،بايد براي تعمير و سرويس در دسترس قرار داشته باشند .

براي دسترسي به اتصالات رزوه اي که در نقاط مياني سامانه لوله کشي نصب مي شوند و امکان باز کردن آنها جهت تعويض يا تعمير، بايد به صورت راهبردي از مهره ماسوره ها و يا فلنج ها استفاده نمود.مهندس،محل قرار گرفتن ابزار (به طور معمول يک کنترل کننده يا شير قطع يا يک صافي)را انتخاب کرده و براي صهولت باز کردن يا تعمير اين ابزار يک مهره ماسوره يا فلنج به آن اضافه مي کند.اتصالات رزوه اي اغلب در سامانه هاي لوله کشي آهني يا فولادي به کار مي روند.ولي لوله هاي برنجي،برنزي،ABS،CPVC و PVC نيز با اتصالات رزوه اي عرضه مي شوند.جنس بر اساس استحکام اتصال نهايي،سيال درون لوله و ملاحظات نگهداري انتخاب مي شود.

جنس اتصالات رزوه اي فولادي به سه دسته تقسيم مي شود:چدني،آهن چکش خوار و فولاد ريخته گري.اتصالات چدني در دو کلاس عرضه مي شوند:کلاس۱۲۵ و کلاس ۲۵۰ اتصالات کلاس ۱۲۵ به طور عمده در لوله کشي بخار ، گاز ، مايع و نفت با دماي کمتر از ۴۵۰ درجه فارنهايت استفاده مي شوند.اتصالات کلاس ۲۵۰ با دماها و فشارهاي بالاتري سازگاري دارند.

استانداردASMEB16.4._1998 با عنوان “اتصالات رزوه اي چدن خاکستري”،حاوي رده هاي فشار و دما مي باشد که بر حسب اندازه اتصال براي اتصالات چدني متفاوت مي باشد.اتصالات آهني چکش خوار نيز به صورت ريخته گري ساخته مي شوند ولي براي ايجاد رده فشاري بالاتر تحت عمليات حرارتي تابکاري Annealed قرار مي گيرند.اين نوع اتصالات در دو کلاس ۱۵۰ و ۳۰۰ عرضه مي شوند.کلاس ۱۵۰ اين اتصالات براي لوله کشيهاي مايع ، هوا و گاز در دماي کمتر از ۵۰۰ درجه فانهايت به کار مي رود.اتصالات کلاس ۳۰۰ با دماها و فشارهاي بالاتري سازگاري دارند.

استانداردASMEB16.3-1998 با عنوان “اتصالات رزوه اي آهن چکش خوار “حاوي رده بندي فشار و دما براي اين اتصالات مي باشد.اتصالات چدن چکش خوار همچنين در سامانه هاي لوله کشي که در معرض بارهاي تکانه اي شديد باشند،ترجيح داده مي شوند.از نظر ابعادي ، اتصالات چدني و آهن چکش خوار مشابه هستند.(کلاس ۱۲۵ چدني در برابر کلاس ۱۵۰ آهن چکش خوار و کلاس ۲۵۰ چدني در برابر کلاس ۳۰۰ آهن چکش خوار).اتصالات چدني را مي توان با علامت کلاسي که روي بدنه آنها حک شده است از اتصالات آهن چکش خوار تشخيص داد.اتصالات رزوه اي فولادهاي کربني ريخته گري شده را بسته به رده بندي تنظيم شده در استانداردASMEB16.3-1998،مي توان در خطوط لوله بخار،آب،قدرت،پالايشگاه و گاز با دماي ۷۵۰ درجه فارنهايت و بيشتر به کار گرقت.
اتصالات جوشي فولادي

اتصالات جوشي،با لوله هاي فولادي قطر اسمي (NPT) 2 اينچ يا در نقاطي که فشارهاي کاري بيش از psi450 مورد نياز باشد،استفاده مي شوند.جوشکاري از در هم آميزي دو يا چند قطعه فلزي در حالت مذاب يا مذاب و بخار ، بدون اعمال فشار مکانيکي تشکيل شده است.جوشکاري ذوبي fusion welding مي تواند به صورت جوشکاري با گاز و يا با برق باشد.هنگامي که جوشکاري کامل شده،اتصال به وجود آمده اغلب قوي تر از اجزاي فلزي متصل شده به هم مي باشد.بعضي از آيين نامه ها ملزم مي کنند که نصاب داراي گواهينامه تاييد شده باشد و کار نهايي نيز آزمايش شده و تاييد شود. مشخصات فني براي لوله هاي جوش شده بايد طبق سري آيين نامه هاي B31 “انجمن مهندسان مکانيک آمريکا”(ASME) باشد.آيين نامه هاي محلي ممکن است قوانين ايمني بيشتري براي سامان دهي نصب لوله هاي جوش خورده داشته باشند.

اتصالات جوشي پلي اتيلن
جوشکاري ذوبي در لوله هاي گاز با چگالي بالا و لوله کشي مدار زميني سامانه هاي زمين گرمايي به کار مي رود.در جوشکاري ذوبي،انتهاي لوله هاي پلي اتيلن بعد از تميز شدن،تا تشکيل حالت پلاستيکي گرم شده و به هم فشرده ميشوند و تا زماني که پيوند شکل بگيرد،در همان وضعيت نگاه داشته مي شوند.
اتصالات فلنجي

اتصالات فلنجي را تقريبا در تمام سامانه هاي اتصال مي توان به کار گرفت.اين اتصالات اغلب به جاي مهره ماسوره ها به کار مي روند.وقتي از اين نوع اتصالات براي به هم بستن سامانه هاي لوله کشي متفاوت استفاده مي شود،سامانه هاي رده بندي فلنج ها ، قطر پيچ ها ،دايره پيچ ها ،و واشرها بايد با هم تطبيق داشته باشند.سامانه هاي پيچ و مهره اي و انبساطي مي توانند در مواقعي که روشهاي مختلف با هم ترکيب مي شوند،مشکلات احتمالي مربوط به تنش بيش از حد مفاصل را کاهش دهند.

اتصالات مکانيکي
بعضي از سامانه هاي لوله کشي-معمولا آنهايي که براي کاربرد هاي خاص مانند تخليه فاضلاب بهداشتي و مسيرهاي هواکش (ونت ها)به کار مي روند-را ميتوان با اتصالات مکانيکي به هم پيوند داد.اين اتصالات معمولا داراي بست و واشر يا مواد آب بندي مي باشند که براي آب بندي از سمت بيرون لوله تحت فشار قرار گرفته اند.معمولا اين اتصالات تنها براي يک سامانه مشخص مناسب مي باشند،زيرا واشرها و مواد آب بندي آنها براي يک سيال عامل خاص طراحي مي شوند.

اتصالات پرسي مسي
اتصالات پرسي مسي ،يک نوع اتصال مکانيکي هستند که در يک بخش از لوله و يک اورينگ آب بندي تشکيل مي شوند.اين پيوند با قرار گرفتن اتصال،اورينگ و لوله در جاي خود به صورت خشک ساخته مي شود.سپس يک ابزار کنگره زن (crimping)در اطراف مفصل قرار گرفته و آن را تحت فشار قرار ميدهد و اتصال را در جاي خود چين دار مي نمايد.اورينگ بايد از يک ماده EPDM ساخته شده باشد.اين روش يکي از سريع ترين روشهاي اتصال مي باشد،ولي تنها در کاربردهاي کم فشار مانند خطوط لوله آب خانگي يا سامانه هاي سرمايش و گرمايش آبي (هيدرونيک)کم فشار مي توان آن را به کار گرفت.
اتصالات لحيم کاري

براي ايجاد يک اتصال لحيم کاري ، يک سر لوله درون يک مادگي جفت کننده قرار داده مي شود و بين سطوح لحيم اعمال مي شود.لوله و مادگي قبل از پيوند داده شدن،توسط يک روغن لحيم سايشي تميز مي شوند.روغن لحيم اکسيدها را برداشته و سطوح را از اکسيد شدن در طول گرمايش محافظت مي کند سپس لوله درون مادگي قرار داده شده و گرم مي شود.هنگامي که لحيم به نقطه ذوب خود مي رسد،در اثر خاصيت مويينگي به درون اتصال کشيده مي شود.سپس گرما دور شده و براي حذف لحيم اضافي ،سطح خارجي اتصال تميز مي شود.براي اتصالات کوچکتر منبع گرما مي تواند يک مشعل پروپان باشد.ولي اتصالات بزرگتر به خروجي گرماي بيشتري مانند يک مشعل استيلن نياز دارند.تصميم گيري در مورد اينکه اتصال جزو بزرگتر يا کوچکتر محسوب شود،به مهارت جوشکار بستگي دارد.به طور کلي اتصالات بزرگتر از قطر اسمي ۳ اينچ ، به جوشکار ماهرتري نياز دارند.

براي جلوگيري از تخلخل ، سرتاسر اتصال قبل از اعمال لحيم بايد به طور يکسان گرم شود.انتخاب لحيم به نوع سيال و کاربرد،حداکثر دما و حداکثر فشار سيال بستگي دارد.از گذشته Sn50 به دليل محدوده وسيع شکل پذيري و کاربرد آسان به عنوان اولين انتخاب براي لحيم کاري مطرح بوده است.اين ماده از ۵۰ درصد قلع و ۵۰ درصد سرب تشکيل شده است.اين ماده را مي توان براي سامانه هاي آب و بخار کم فشار(psi15 و دماي ۲۵۰ درجه فارنهايت) به کار گرفت.ولي درصد سرب بالاي آن موجب مي شود براي کاربردهاي آب خانگي و سامانه هاي آب آزمايشگاهي مناسب نباشد زيرا آيين نامه هاي لوله کشي ، استفاده از لحيم هايي که حاوي بيش از ۲ درصد سرب هستند را در سامانه هاي آب آشاميدني ممنوع کرده است.قبل از انتخاب يک لحيم براي سامانه هاي آب آشاميدني،ابتدا آيين نامه هاي لوله کشي محلي و اطلاعات توليد کننده را بررسي کنيد.

اتصالات برنجي
اتصالات برنجي شبيه به اتصالات لحيم کاري هستند با اين تفاوت که براي فشارها و دماهاي بالاتر قابل استفاده مي باشند.پرکننده هاي برنجي در دماهاي بين ۱۱۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه فارنهايت ذوب مي شوند.استحکام اين اتصالات به اندازه استحکام خود لوله هاي متصل شده مي باشد.براي اتصالات و لوله هاي مسي بايد از پرکننده هاي مس فسفردار استفاده نمود،در حالي که براي لوله هاي مسي و اتصالات برنزي يا فولادي بايد از آلياژهاي حاوي نقره استفاده شود.براي اتصال خطوط لوله مسي در سامانه هاي تبريد ، آلياژ۳۵ تا ۴۰ درصد نقره توصيه مي شود.
اتصالات لب بر گشته(flared joints)

اتصالات لب برگشته با مس نرم و ساير مواد لوله چکش خوار نرم و پلاستيکي به کار مي رود.اتصالات لب برگشته در نقاطي به کار مي روند که ابزارها براي تعمير،آزمايش و يا کاليبره کردن از هم جدا مي شوند.بايد دقت کنيد که لوله هاي نرم را بيش از اندازه خم نکنيد ، زيرا ميتواند موجب بروز پديده خستگي و شکنندگي قطعه شود.

اتصالات شياردار(grooved joints)
اتصالات شياردار با نورد کردن يا برش دادن يک شيار در انتهاي لوله ها و اتصال دو انتها با استفاده از کوپلينگ خاردار ايجاد مي شوند.اين کوپلينگ که از يک بست،و يک ماده آب بندي تشکيل شده است،روي اتصال پيچ مي شود.بست، ماده آب بندي را فشرده کرده و لوله را قفل مي کند.کوپلينگ ها با آرايشهاي انعطاف ناپذير و انعطاف پذيري محدود ساخته مي شوند.

هنگام مشخص کردن کوپلينگهاي انعطاف پذير و انعطاف ناپذير ، تحليل تنش و خمش بايد مورد توجه قرار گيرد.کوپلينگ با انعطاف پذيري محدود را مي توان به جاي اتصالات انبساطي استفاده نمود،ولي اين کار بايد در طراحي مهندسي لوله کشي مورد بررسي قرار گيرد.نصب اتصالات شيار دار سريع تر از ساير روشها انجام مي گيرد.اين اتصالات براي لوله هاي فولادي،لوله هاي فولاد ضد زنگ،لوله هاي پلاستيکي و لوله هاي مسي وجود دارند.کوپلينگهاي شيار دار را ميتوان به جاي مهره ماسوره ها ،اتصالات جوشي،فلنجي،رزوه دار و لحيم کاري به کار گرفت.بايد از سازگاري مواد آب بندي و مواد کوپلينگ با لوله و سيالي که در حال انتقال است مطمئن شويد.

اتصالات حلالي
اتصالات حلالي براي لوله ها و اتصالات ABS,CPVC و PVC مناسب هستند.لوله هاي پلاستيکي بايد به طور مناسبي نگه داشته شوند زيرا در غير اين صورت احتمال شکم دادن(Sagging) وجود خواهد داشت.مشخصات فني بايد حداکثر فاصله بين پايه ها را نشان دهد.بايد از توصيه هاي توليد کننده در مورد بريدن ، تميز کردن و متصل کردن پيروي نمود.

جمع بندي
انتخاب روش مناسب اتصال لوله معمولا مي تواند در کاهش هزينه ها تاثير داشته باشد.بدون به کار گيري مشخصات فني قدرتمند و کاملا تحليل شده،ممکن است سامانه اي با کمترين هزينه هاي اوليه نصب کرد،ولي اين احتمال وجود دارد که تعمير و نگهداري و اتکا پذيري سامانه مورد توجه کامل قرار نگيرد.

بخش دوم :

فنون جوشكاري لوله ها

جوشكاري ماوراي صوت چيست؟
جوشكاري ماوراي صوت يك تكنيك صنعتي است كه از طريق آن دو قطعه پلاستيك يا فلز بدون درز از طريق ارتعاشات صوتي فركانس بالا به هم متصل مي شوند. يكي از اجزاي جوشكاري بر روي يك سندان ثابت قرار مي گيرد و جزء ديگر روي آن قرار
مي گيرد. اتصال(شاخك) متصل شده به ترانسفورماتور پائين بر روي جزء بالايي آورده مي شود، و يك ارتعاش صوتي نوسان پائين(۲۰,۰۰۰khz) براي يك قسمت كوچك جوشكاري بكار مي رود. انرژي صوتي توسط اصطكاك به انرژي گرمايي تبديل
مي شود، و اين قسمت ها در ظرف كمتر از يك ثانيه به همديگر جوش داده مي شوند.