تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری فرایندی است که در راستای کسب اطمینان از کیفیت جوشکاری انجام می شود. جوشکاری جزو فرایندهای ویژه یا به عبارت دیگر فرایندهایی است که کنترل و تایید خروجی آن ها به آسانی امکان پذیر نیست و در بسیاری موارد نیاز به تخریب قطعه دارد. بنابراین تولید کیفیت در این فرایندها، باید به وسیله تمهیداتی خاص و بر اساس استاندارد های تدوین شده انجام شود. پوشش دهی سطح ، عملیات حرارتی و لحیم کاری تعدادی از فرایندهای ویژه دیگر در حوزه متالورژی هستند.

بازرسی جوش

مبنای فرایند تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری تدوین اسنادی است که شامل welding procedure qualification یا WPS و procedure qualification record یا PQR می شود. WPS یک دستورالعمل برای انجام یک جوشکاری موفق است. تمامی اطلاعاتی که برای دستیابی به یک جوش با خواص مکانیکی مناسب و مطابق با کدها و استانداردها نیاز است، در نوشتن WPS آورده می شود. PQR دستورالعمل دیگری است که صحت WPS را تایید می کند. ابتدا یک WPS مقدماتی تدوین می شود و سپس بر اساس دستورالعمل جوشکاری تدوین شده، جوشکاری عملیاتی انجام می شود. سپس بعد از انجام تمامی تست های مورد نیاز، گزارش موفقیت یا عدم موفقیت این تست ها در PQR آورده می شود. در نهایت، نوشتن WPS نهایی بر اساس PQR تدوین شده انجام می شود.

نحوه تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

فرایند معمول تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری شامل نوشتن WPS یا دستورالعمل جوشکاری و نوشتن PQR یا گزارش تایید دستورالعمل جوشکاری می شود. نوشتن این اسناد بر اساس مجموعه ای از الزامات و استانداردهای مشخص انجام می شود.

نوشتن WPS

تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری شامل دو دسته نوشتن WPS های استاندارد و نوشتن WPS هایی برای کاربرد خاص می شوند. نوشتن WPS های استاندارد برای طرح اتصال های مشخص با مواد مشخص و فیلر و فرایند مشخص انجام می شود. جزئیات این فرایندها برای تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری بر اساس استاندارد هایی انجام می شود که فهرستی از WPS های استاندارد دارند. تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری برای کاربردهای خاص، در مواردی انجام می شود که جوش ایجاد شده نیاز به خواصی معین داشته باشد. برای مثال، مقاومت به خوردگی بالایی مد نظر باشد که در این صورت، تمامی آزمایش ها در شرایط واقعی انجام شده و سپس نوشتن WPS شروع می شود.

فرم WPS

در نوشتن WPS توجه به جزئیات از اهمیت زیادی برخوردار است. پرداختن به جزئیات بیشتر، هر چند الزامی نیست، اما موجب تهیه دستورالعمل جوشکاری کامل تری می شود. به طور کلی متغیرهای WPS به دو دسته متغیرهای ضروری و غیر ضروری تقسیم می شوند و  دانستن نحوه دسته بندی متغیرهای مختلف در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری از اهمیت بالایی برخوردار است.

متغیر های ضروری برای تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

کنترل این دسته از متغیرها در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری ، برای دستیابی به کیفیت جوش قابل قبول اهمیت بسیار زیادی دارد. این دسته از متغیرها تاثیر قابل توجهی رو خواص مکانیکی جوش دارند و در صورت تغییر آن ها، جوش حاصله دچار تغییر شدید می شود.

مشخصات فلز پایه (ترکیب شیمیایی و جوش پذیری) اولین متغیر ضروری در نوشتن WPS است. هر فلزی بر اساس شباهت در دو پارامتر ذکر شده در گروهی جای میگیرد که دستورالعمل جوشکاری مخصوص به خود را دارد. برای مثال استاندارد ASME دسته بندی فلزات پایه را بر اساس p-number و AWS بر اساس M-number انجام می دهد. این دسته بندی ها به این منظور انجام شده است که برای هر تغییر کوچکی در ترکیب شیمیایی به نوشتن WPS مجزایی نیاز نباشد.

فرم PQR

فرایند جوشکاری متغیر ضروری دیگری است که شامل جزئیات فرایندهای جوشکاری متنوع است. واضح است که هر فرایند جوشکاری ، الزامات مخصوص به خود را دارد. برای مثال جوشکاری آرگون با جوشکاری زیرپودری تفاوت قابل توجهی دارد. فلز پر کننده هم جزو متغیر های ضروری در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری است. دسته بندی فلزات پرکننده بر اساس پارامتر F-number انجام می شود.

برخی از متغیرها مانند طرح اتصال، در صورتی ضروری محسوب می شوند که تغییر آن ها موجب تغییر قابل توجهی در ترکیب شیمیایی حوضچه جوش بشود. در این صورت، پارامتری برای فلزات آهنی تعریف می شود که ترکیب منطقه ذوب شده را کنترل می کند و به آن A-number گفته می شود. این متغیر تابع درجه رقت جوشکاری (میزان مشارکت فلز پایه در ترکیب جوش) است. تغییرات شدید در طرح اتصال موجب تغییر درجه رقت و در نتیجه، ترکیب جوش میشوند. در این شرایط، طرح اتصال ( برای مثال، زاویه پخ) جزو متغیر های ضروری محسوب میشود.

متغیر های غیر ضروری برای تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

این دسته از متغیرها تاثیر به سزایی روی خواص مکانیکی ندارند. برای مثال، بخشی از این متغیر ها تابع مهارت جوشکار هستند و چون تایید صلاحیت جوشکاری پیش از نوشتن WPS انجام شده است، بنابراین اهمیت زیادی ندارند. بر اساس استاندارد ASME (IX) تغییر متغیرهای غیر ضروری منجر به الزام نوشتن PQR مجدد برای تایید دستورالعمل جوشکاری نمی شود.

طراحی اتصال

متغیرهای غیر ضروری در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری شامل ولتاژ قوس، آمپر جوشکاری و سرعت حرکت می شود. لازم به ذکر است که هر سه این متغیر ها روی حرارت ورودی و سرعت سرد شدن تاثیر می گذارند و خواص مکانیکی و ریزساختار را تغییر می دهند. با این وجود، فرض اولیه در نوشتن WPS این است که جوشکار یا اپراتور دستگاه جوشکاری ماهر است و از نوع متغیرهای لازم برای هر فرایند اطلاع کافی دارد. بنابراین جزئیات این متغیرها معمولا در نوشتن WPS نمی آید و با تغییر آن ها فرایند متوقف نمیشود. با این وجود محدوده این متغیر ها در نوشتن WPS می آید و میزان دقیق متغیرهای جوشکاری آزمایشی نیز در PQR گزارش می شود.

دسته ای از متغیرها نیز در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری ضروری تکمیلی به شمار می آیند، یعنی در حالت عادی غیر ضروری هستند مگر اینکه شرایط خاصی روی قطعه حاکم باشد. برای مثال در صورتی که انرژی ضربه اهمیت داشته باشد، حرارت ورودی نیز اهمیت پیدا میکند. به این دلیل که روی اندازه دانه تاثیر می گذارد. در اینجا ولتاژ و آمپر قوس و همچنین سرعت جوشکاری می توانند جزو متغیر های ضروری باشند.

فرم اسناد مورد استفاده در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

در ابتدای فرم WPS ، اسم شرکت مربوطه، نویسنده و بازبینی کننده دستورالعمل جوشکاری و شماره WSP ذکر می شود. بهتر است که شماره WPS روندی سیستماتیک داشته باشد. تاریخ نوشتن WPS اولیه و بازبینی های آتی نیز باید ذکر شود و شماره PQR های تایید کننده نیز لازم است که ذکر شود.

موارد ذکر شده در WPS مربوط به فرایند جوشکاری

نام فرایند انتخابی و اتوماتیک بودن یا نبودن فرایند، مطلب بعدی است که در نوشتن WPS ذکر می شود. سپس اعداد مربوط به فلز پایه برای مثال P-number و محدوده ضخامت جوشکاری انجام شده در سند می آید. انتخاب فلز پرکننده و تمامی اطلاعات مد نظر در باره فلز پر کننده یا الکترود مورد استفاده، گزینه بعدی است که در نوشتن WPS ذکر می شود.

برخی فرایندهای جوشکاری ، مواد مصرفی دیگری دارند که ذکر شدن نوع ماده و مقدار آن نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. فلاکس جوشکاری در فرایند زیر پودری مثالی از این نوع موارد است. حرارت ورودی مورد نظر نیز از متغیرهایی است که در موارد خاص باید در فرم اعلام شود. الزامات انرژی ضربه و جوشکاری فولادهای کوئنچ تمپر شده جزو این موارد خاص هستند. در صورت الزام انجام سیکل های حرارتی اعم از پیش گرم یا عملیات حرارتی پس از جوشکاری ، این موارد نیز باید در WPS ذکر شوند.

انواع پارامترهای مختص فرایندهای مختلف جوشکاری موارد بسیار مهم دیگری هستند که در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری و نوشتن WPS و PQR مهم تلقی می شوند. هر فرایند طیف بسیار وسیعی از این پارامتر ها دارد که در مواردی، بین چند فرایند جوشکاری ، مشترک بوده و در مواردی نیز مختص آن فرایند هستند. نوع جریان و قطبیت، سایز و پوشش الکترود، نوع و دبی گاز محافظ نمونه ای از این متغیرهای فرایندی هستند.

موقعیت جوشکاری و طرح اتصال در تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

تغییر موقعیت های جوشکاری نیز موجب تغییر بسیاری از الزامات و استانداردهای جوش با کیفیت می شوند، بنابراین ذکر کردن آن ها اهمیت دارد. این پارامترها شامل تخت، افقی ، عمودی رو به بالا و پایین و بالای سر می شود. در برخی از موارد، جوشکار فقط برای یکی از این موقعیت ها آموزش دیده است. به طرح اتصال و شرایط ذکر شدن طرح اتصال در نوشتن WPS نیز اشاره می شود. البته طرح اتصال، مفهومی کلی تر از زاویه پخ دارد. نوع طرح اتصال (سپری، لب به لب، لبه روی هم)، نوع جوش (بات یا فیلت) ، تعداد ردیف های جوشکاری و ترتیب انجام جوشکاری ، پارامتر های مهم در بحث طرح اتصال هستند.

هزینه تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری

تدوین PQR و نوشتن WPS مناسب بر اساس آن، کاری بسیار وقت گیر و پرهزینه است. بنابراین هزینه تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری در هر حالت نسبتا بالا می باشد. در برخی حالات می توان از WPS های استاندارد استفاده کرد و در هزینه تهیه و تایید دستورالعمل جوشکاری صرفه جویی نمود، اما این موارد محدود به جوشکاری های معمولی می شود که شرایط محیطی نامساعد یا بار مکانیکی خاصی شدیدی را تجربه نمی کنند.