جوشکاری لوله

جوشکاری لوله با چند مشعل همزمان

لوله های جوشکاری شده باید توانایی تحمل فشار و وزن مایعی که حمل می کنند را داشته باشند. به علاوه قابلیت تحمل شرایط خارجی احتمالی را که بر روی لوله توسط عوامل خارجی وارد می شود. نیاز لوله ها به استحکام بالا ، به خصوص در صنایع نفت و گاز، جوشکاری خط لوله را به چالشی برای مهندسین جوشکاری تبدیل می کند. به منظور افزایش قابل اعتماد بودن و سودآوری این صنایع، روش های جوشکاری خط لوله بایستی با بهترین پارامترها انجام شوند.

فرایند های جوشکاری لوله

از بین فرایند های مورد استفاده برای جوشکاری لوله می توان به موارد زیر اشاره کرد.

جوشکاری لوله با الکترود دستی

در روش جوشکاری الکترود دستی ، قوسی بین یک الکترود از جنس میله فلزی پوشش دار و قطعه کار زده شده که منجر به ایجاد گرمای بالا و ایجاد اتصال می شود. همچنین بر اساس گرمای فرایند، پوشش الکترود نیز ذوب شده و ایجاد گاز و سرباره ای می کند که از حوضچه جوش محافظت می کنند. به جوشکاری با الکترودهای پوشش دار، جوشکاری قوسی فلز پوشش دار نیز گفته می شود. بعد از پایان جوشکاری لوله ، سرباره از گرده جوش حذف می شود.

جوشکاری پاس ریشه لوله به همراه منطقه متاثر از حرارت

از مزایای این روش می توان به سادگی تجهیزات و هزینه پایین آن ها اشاره کرد. اما کیفیت این روش جوشکاری خط لوله به شدت به مهارت جوشکار لوله وابسته است و عمق نفوذ کمی دارد. همچنین نیاز به تعویض الکترود حین فرایند و تمیزکاری اتصال بعد از فرایند، سرعت آن را به شدت کاهش می دهد. این روش جوشکاری برای جوشکاری لوله استیل بسیار مناسب است.

جوشکاری لوله

در حال حاضر پر استفاده ترین الکترود جوشکاری لوله گاز ، الکترود 6010 برای جوشکاری پاس ریشه و الکترود جوشکاری لوله گاز 7018 برای جوشکاری پاس های بعدی است. الکترود جوشکاری لوله گاز 6011 نیز انتخاب مناسبی برای جایگزینی 6010 در کاربردهایی است که فقط جریان مستقیم در دسترس است. الکترود جوشکاری لوله گاز 6013 نیز نفوذ کمی دارد ولی برای جوشکاری پاس های بعدی مناسب است. ضخامت الکترود جوشکاری لوله گاز نیز پارامتر مهمی در انتخاب الکترود است. برای لوله هایی که ضخامت زیر 5 میلیمتر دارند، از الکترود جوشکاری لوله گاز با ضخامت 3 و برای لوله هایی ضخیم تر از الکترود جوشکاری لوله گاز با ضخامت 4 میلیمتر استفاده می شود.

جوشکاری لوله به روش میگ

جوشکاری میگ از یک الکترود سیمی پیوسته تشکیل شده است که به همراه اعمال گاز محافظ فلز را ذوب می کند و اتصال را شکل می دهد. گاز محافظ بسته به نوع فرایند می تواند از جنس دی اکسید کربن یا گازهای نحیب باشد. وظیفه این گاز، محافظت از حوضچه جوش، کمک به انتقال قطرات با حوضچه و جلوگیری از پاشش و ایجاد پلاسمای جوش است. این روش جوشکاری خط لوله برای طیف وسیعی از مواد مختلف مناسب است. به دلیل پیوسته بودن الکترود، سرعت بالایی دارد و میتوان پاسهای طولانی را به این روش جوش داد. با این وجود، تجهیزات جوشکاری میگ هزینه بالا و قابلیت حمل پایینی دارد و در همه شرایط قابل استفاده نیستند. همچنین در محیط های خارج از کارگاهی، جوشکاری خط لوله گاز به دلیل شرایطی مثل جریان های شدید هوا، با محدودیت بالایی مواجه است.

جوشکاری تیگ

جوشکاری تیگ از یک الکترود غیرمصرفی به همراه گاز محافظ تشکیل می شود و برای کاربردهای ظریف تر مناسب است. جوشکاری تیگ جوشهایی تمیز و با کیفیت بدون ایجاد دوده و پاشش، ایجاد می کند و برای طیف وسیعی از فلزات مناسب است. با این وجود، این روش جوشکاری خط لوله ، مشکلات جوشکاری میگ را نیز به همراه دارد و همچنین سرعت کمتری دارد.

مکانیزه کردن فرایند های جوشکاری لوله

می توان با مکانیزه کردن روش های جوشکاری لوله کارایی و کیفیت این اتصالات را افزایش داد. مکانیزه کردن جوشکاری لوله به وسیله دستگاههای معمول با تنظیمات دستی یا حتی به وسیله روبات های خودکار با هوش مصنوعی انجام می شود. همچنین تاثیر خطای انسانی و هزینه نیروی کار روی اتصالات و سودآوری فرایند اتصال دهی کم می شود و تکرار پذیری اتصالات بالا می رود. با این وجود، اعمال چنین سیستمی نیاز به سرمایه گذاری بسیار زیادی نیز دارد.

انتخاب روش جوشکاری لوله

به طور کلی، انتخاب بهترین روش جوشکاری خط لوله گاز به هندسه لوله، کاربرد خاص آن در خطوط لوله و محل موردنظر برای نصب آن بستگی دارد. برای مثال، جوشکاری قوسی با فلز پوشش دار، به طور کلی برای جوشکاری خط لوله فراساحلی مناسب است. چنین اتصالاتی باید توانایی تحمل شرایط بسیار ویژه، برای مثال اعماق چند هزار متری را داشته باشند. شرایط آب و هوایی نیز تاثیر به سزایی روی انتخاب نحوه جوشکاری دارند. موقعیت هایی مثل دمای بالا در مناطق صحرایی یا آب و هوای زیر صفر، فشار زیادی روی لوله اعمال می کنند و عمر اتصالات لوله را کاهش می دهند.

تکنیک های جوشکاری لوله

پاس ریشه، اولین پاسی است که جای خالی بین دو بخش لوله را پر می کند. پاس ریشه را معمولا با فرایند جوشکاری لوله که نفوذ بالایی داشته باشد، مثل جوشکاری تیگ انجام می دهند. سپس پاس های پر کننده بعدی روی پاس ریشه بین شیار های جوش زده می شوند. پاس های بعدی جوشکاری لوله را می توان با فرایند های دیگر جوشکاری خط لوله نیز انجام داد. پاس نهایی جوش به صورتی زده می شود که حداقل گرده روی سطح لوله به جا بماند. در صورت ابجاد گرده جوش روی لوله، می توان با سنگ زنی این عیب را از بین برد.

جوشکاری تعمیراتی لوله

موقعیت های جوشکاری لوله بر اساس موقعیت جوشکار لوله نسبت به لوله و ثابت یا متحرک بودن لوله تغییر می کند. موقعیت جوشکاری  1G هنگامی است که جوشکار لوله ثابت است و لوله در راستای محور افقی قرار دارد. در این حالت لوله توانایی چرخش داشته و نیازی به حرکت کردن جوشکار لوله روی سطح لوله نیست. این موقعیت جوشکاری ، ساده ترین موقعیت در جوشکاری لوله است. موقعیت 2G هنگامی است که لوله در راستای عمودی قرار دارد و قابلیت چرخش دارد. در این حالت، جوشکار لوله به طور افقی جوش می دهد و ثابت است.

موقعیت های مختلف جوشکاری لوله

موقعیت 5G هنگامی است که لوله توانایی حرکت نداشته و در راستای افقی قرار دارد. در این حالت جوشکار لوله باید دور لوله بچرخد. موقعیت 6G هنگامی است که لوله، شیب داشته و قابلیت چرخش ندارد. در این حالت، جوشکار لوله باید حول لوله بچرخد و جوش بدهد. این موقعیت پیچیده ترین موقعیت جوشکاری لوله است و نیاز به مهارت بالایی دارد.

آزمون های غیر مخرب جوشکاری لوله

آزمون های مختلف روی جوش های لوله به منظور اطمینان پیدا کردن از استحکام، ضعف و کیفیت کلی جوش لوله انجام می شوند. آزمون غیر مخرب معمول ترین آزمون کنترل کیفیت جوش لوله است. به این دلیل که بهتر است آزمون در شرایطی انجام شود که لوله ها از موقعیت عادی خود حرکت زیادی نداشته باشند.

تست چشمی لوله

به عنوان قدیمی ترین، سریع ترین و اقتصادی ترین روش تست غیر مخرب اتصالات لوله، بازرسی چشمی vt به منظور مطالعه بصری ساختار جوش لوله استفاده می شود. این روش تا حد خیلی زیادی به توانایی بصری جوشکار لوله وابسته است و برای تشخیص عیوب سطحی که ممکن است باعث تخریب جوش شود استفاده می شود. عیوبی که بازرسین چشمی جوش برای تشخیص آن تربیت می شوند شامل انواع ترک، آندرکات، حفره و Lack of fusion است.

جوشکاری تعمیری لوله به صفحه فلزی

واضح است که بررسی های چشمی قادر به تشخیص عیوب داخلی نیستند. بسیاری از عیوب سطحی نیز به دلایل مختلف قابل تشخیص با چشم غیر مسلح و حتی مسلح نیز نیستند. بنابراین از این روش، اغلب به همراه روش های دیگر تست غیر مخرب استفاده می شود.

بازرسی داخلی جوشکاری لوله ها

بازرسی داخلی جوشها، به خصوص در جوشکاری خط لوله توسط تجهیزات بازرسی متحرک انجام میشود. دوربین های عکس برداری و فیلم برداری HD یا سنسورهای لیزری بوسیله میله ها، کابل ها یا روبات های خزنده به درون لوله هدایت می شوند. داده های مرتبط جمع آوری می شوند و به منظور بررسی به بازرس برگردانده می شوند. یکی از مفیدترین قابلیت های این سیستم ها این است که توان دسترسی به مکان هایی با دسترسی بسیار مشکل یا خطرناک مثل لوله های زیر آبی را دارند. سنسورهای لیزر می توانند نقشه ای سه بعدی از درون لوله آماده کنند که تصویری جامع از هندسه جوش ها تدارک ببیند. سنسورهای لیزری در کنار دوربین های تشخیص حرارت می توانند ابزار بسیار مناسب و البته پر هزینه ای برای معاینه لوله ها باشند.

تست اولتراسونیک

تست اولتراسونیک از امواج فراصوت پر فرکانس برای تشخیص عیوب استفاده می کند. این روش آزمون غیرمخرب، تشخیص بسیار دقیقی دارد و عیوب را تا عمق مناسبی بررسی می کند. با این وجود نیاز به مهارت و هزینه بالایی دارد و برای بازرسی اجزایی با کیفیت سطحی و ساختار نامعمول، مناسب نیست.

تست مایع نافذ

در تست مایع نافذ pt ، مایعی رنگی روی سطح جوشکاری لوله اسپری می شود. معمولا، رنگ اضافی پاک شده و جوش در حال تست ، برای مدتی در مکانی خشک، خنک و دور از گرد و غبار نگه داری می شود. بعد از خشک شدن کامل رنگ، عیوب کاملا مشخص می شوند. این روش تست غیر مخرب موثرتر از تست چشمی است.

تست رادیوگرافی

تست رادیوگرافی RT اشعه ایکس یا اشعه گاما کاربردی ترین روش غیر مخرب برای تشخیص عیوب داخلی و خرابی های سیستم جوشکاری خط لوله است. این تست جزو مناسب ترین روش ها برای آزمون غیر مخرب جوش های حساس است. با این وجود، هزینه بالا و نیاز به مهارت زیاد در این روش مانع از کاربرد گسترده آن می شود. در ضمن در صورت آشنا نبودن اپراتور به نکات ایمنی، قرار گرفتن در معرض اشعه می تواند صدمات جبران ناپذیری وارد کند.

استانداردهای جوشکاری لوله

استانداردهای متعددی برای کنترل کیفیت اتصالات لوله وجود دارد که هر کدام مخصوص سازمان خاصی است و بعضی از آن ها صرفا روی فرایند جوشکاری لوله هایی با جنس خاص و کاربرد خاص نظارت می کنند. منابع زیادی روی اینترنت برای مطلع شدن از جزئیات این استانداردها وجود دارد.

شماتیک جوشکاری لوله

برای مثال AWS استانداردهای DS10.11 را برای جوشکاری پاس ریشه لوله و DS10.12  و 10.18 را برای جوشکاری لوله های فولاد کم آلیاژ و زنگ نزن ارائه می کند. استاندارد API 1104 برای جوشکاری خط لوله ارائه شده است. ASME B31.3 نیز برای فرایند های جوشکاری خطوط لوله ارائه شده است. سازمان های دیگری نیز مثل ISO ، DNV GL ، CEN و BSI استانداردهایی را برای مراحل مختلف جوشکاری لوله یا جوشکاری خط لوله گاز در شرایط خاص عرضه کردند.

قیمت جوشکاری لوله

تخمین قیمت جوشکاری لوله بر اساس جنس آلیاژ مورد استفاده در ساخت لوله، نوع جوشکاری استفاده شده و در نهایت محل قرارگیری خط لوله دارد. قیمت جوشکاری لوله استیل کم آلیاژ بسیار پایین بوده و به وسیله تکنیک های معمول انجام می شود. با افزایش شدت خوردگی و اعمال تنش های داخلی و خارجی روی لوله، نیاز به آلیاژ های مقاومتری احساس می شود که هزینه جوشکاری بیشتری نیز دارند.

فولادهای زنگ نزن ، گسترده ترین آلیاژهای مورد استفاده در خطوط لوله هستند که قیمت جوشکاری لوله بیشتری نسبت به فولادهای کم آلیاژ دارند. لوله های مسی نیز با وجود مقاومت به خوردگی ضعیف تر و استحکام کمتر در برخی کاربردهای خاص استفاده می شوند. قیمت جوشکاری لوله های مسی گاهی تا دو برابر بیشتر از قیمت جوشکاری لوله استیل است. در کاربردهای خیلی خاص و شرایط ویژه ای نیز از لوله کشی تیتانیومی استفاده می شود که هزینه اولیه بسیار بیشتر و قیمت جوشکاری لوله بسیار بالایی دارند. به طور کلی برای جوشکاری لوله های تیتانیومی از جوشکاری تیگ استفاده می شود.

نوع فرایند جوشکاری مورد استفاده نیز ارتباط مستقیم با هزینه دارد. توضیح مختصری در رابطه با انتخاب فرایند جوشکاری در بخش های قبلی داده شده است. به طور کلی جوشکاری با الکترود دستی کم ترین و جوشکاری تیگ بالاترین قیمت جوشکاری لوله استیل را دارد. در جوشکاری میگ به دلیل عدم لزوم استفاده از گاز نجیب و سرعت بیشتر جوشکاری ، قیمت جوشکاری لوله پایین می آید. گاهی از روش های حالت جامد مانند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نیز برای جوشکاری لوله استفاده می شود که کارکرد محدود و هزینه بسیار بالایی دارند.