جوش فورجینگ چیست؟ صفر تا صد جوش سر به سر میلگرد
در پروژههای عمرانی مدرن، یکپارچگی و پیوستگی میلگردها، نقش مهمی در استحکام سازه و مدیریت هزینه ایفا میکند. زمانی که طول شاخههای میلگرد پاسخگوی نیاز اجرایی نباشد، روشهای مختلفی برای اتصال آنها به کار گرفته میشود که در میان آنها، جوش فورجینگ بهعنوان یکی از مقاومترین و مطمئنترین شیوهها شناخته میشود. این روش با ایجاد اتصال یکنواخت با مقاومت یکسان با بدنه اصلی میلگرد، عملکرد سازه را دربرابر نیروهای کششی و فشاری بهبود میبخشد.
جوش سر به سر میلگرد؛ درواقع فرآیندی است که در آن دو سر این مقطع فولادی تحت حرارت و فشار کنترلشده و به یکدیگر متصل میشوند تا مقطعی یکپارچه ایجاد گردد. در این میان، اجرای صحیح جوش فورجینگ اهمیت بالایی دارد؛ زیرا کیفیت نهایی اتصال مستقیماً بر ایمنی سازه تأثیر میگذارد. بههمیندلیل، استفاده از تجهیزات استاندارد و نیروی متخصص در اجرای جوش فورجینگ یک الزام فنی محسوب میشود. در این مقاله قصد داریم جوش میلگرد به میلگرد را مورد بررسی قرار دهیم.
جوش سر به سر میلگرد چیست؟
جوش سر به سر میلگرد یا فورجینگ میلگرد، یکی از روشهای اتصال دو میلگرد به یکدیگر است که در آن با استفاده از حرارت و فشار کنترلشده، دو سر میلگردها بهصورت یکپارچه به هم متصل میشوند. این روش برخلاف جوشهای معمولی، بر پایه ایجاد پیوند حالت جامد انجام میشود؛ به این معنا که میلگردها تا دمای مشخصی گرم شده و بدون رسیدن به حالت مذاب، تحت فشار قرار میگیرند تا اتصال مولکولی بین دو مقطع شکل بگیرد.
در فرآیند جوش فورجینگ، ابتدا دو سر میلگرد بهصورت دقیق روبهروی یکدیگر قرار گرفته و هممحور میشوند. سپس با استفاده از حرارت ناشی از گازهای صنعتی، محل اتصال به حالت خمیری میرسد و در مرحله بعد، با اعمال فشار از دو طرف، اتصال نهایی ایجاد میشود. نتیجه این فرآیند، اتصالی با مقاومت مناسب و نزدیک به مقاومت خود میلگرد است که میتواند نیاز به طولهای همپوشانی در روش اورلپ را کاهش دهد.
جوش سر به سر میلگرد بهدلیل کاهش مصرف میلگرد و امکان استفاده بهتر از فضای آرماتوربندی، در بسیاری از پروژههای عمرانی مورد توجه قرار گرفته است. این موضوع باتوجهبه نوسانات قیمت میلگرد و اهمیت مدیریت هزینههای ساخت، باعث شده استفاده از این روش در پروژههایی با حجم بالای آرماتوربندی افزایش پیدا کند.
مزایای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد
همانطور که گفته شد، بیش از نود درصد از پروژههای اتصال میلگرد با قطر بیش از 16 میلیمتر، در کشورهای صنعتی مانند ژاپن، از روش جوش سر به سر میلگرد، استفاده میکنند، دلیل این استقبال گسترده مزایای زیر است.
- ساده، آسان و قابل دسترس
اولین مزیت جوش سر به سر میلگرد، سهولت انجام آن، سادگی فرآیند و دسترسی آسان به آن است. کل این فرآیند ساده است اما باید این نکته را در نظر داشت که انجام بیعیب و نقص آن، بستگی زیادی به مهارت کارکنان و حساسیت و دانش آنها از شرایط ایدهال جوش سر به سر دارد.
وابستگی زیاد به مهارت اجراکنندگان را بسیاری بهعنوان یکی از نقاط ضعف این روش در نظر میگیرند. در پاسخ باید گفت که در دیگر روشها هم در صورت عدم مهارت جوشکارها، نتیجه لازم به دست نخواهد آمد.
- اطمینان و امنیت بالا
درصورتیکه جوش بهدستآمده، مراحل کنترل کیفیت را بهدقت و با حساسیت پشت سر بگذارد، میتوان گفت که این روش بسیار مطمئن و کارآمد است. جوش حاصلشده از این روش، مقاومت فشاری و کششی بیشتری نسبت به دیگر قسمتهای میلگردها دارد.
- کاهش حجم محل جوش
در این روش، برخلاف روشهای همپوشانی، مکانیکی یا روشهای جوش فیوژن، محل اتصال دو میلگرد اختلاف سطح چندانی نسبت به خود میلگردها ندارد. این مزیت خود شامل مزیتهای دیگری است. اول اینکه باعث کاهش وزن سازه شده که در امنیت آن مؤثر خواهد بود. دوم اینکه پیوند بین این مقاطع فولادی و بتن بیشتر و یکنواختتر خواهد شد که این موضوع هم باعث استحکام بهتر بتن و انتقال بهتر انواع فشار به میلگرد خواهد شد.
- صرفه جویی در مصرف میلگرد
در دیگر روشها همواره بخشی از طول این مقطع فولادی در فرآیند جوش از بین میرود. بهطور تقریبی گفته میشود که در روش جوش فورجینگ مصرف میلگرد تا 30 درصد کاهش مییابد. علاوه بر این، با این روش راحتتر میتوان میلگردهای کوتاه شده را بهجای دور ریختن بهعنوان ضایعات، به هم جوش داد و مجدداً استفاده کرد.
- مقرون به صرفه بودن
یکی از مهمترین مزیتهای جوش فورجینگ میلگرد، مقرونبهصرفه بودن آن است. ابزار این روش، معمول و فراوان است و سرعت آن نسبتاً بالاست. همچنین کاهش ضایعات و مصرف آن نیز به اقتصادیتر شدن این روش افزوده است؛ در واقع نرخ میلگرد 12 متری تهیهشده از کارخانه در برندهای مختلف، نسبت به تکههای ضایعاتی آن بالا است. برای مثال قیمت میلگرد بناب در شاخه 12 متری نسبت به طولهای کوتاهتر و به اصطلاح ضایعات آن، که میتوان در عملیات جوش سر به سر استفاده کرد، بالاتر است.
مقایسه جوش فورجینگ، اورلپ و کوپلر
انتخاب روش مناسب برای اتصال میلگرد، به عواملی مانند شرایط پروژه، میزان تراکم آرماتورها، محدودیتهای اجرایی و نیازهای سازهای بستگی دارد. جوش فورجینگ، اورلپ و کوپلر هرکدام با روش متفاوتی میلگردها را به یکدیگر متصل میکنند و از نظر میزان مصرف میلگرد، تجهیزات موردنیاز، وابستگی به مهارت نیروی اجرایی و نحوه کنترل کیفیت تفاوتهایی دارند. در روش اورلپ، اتصال با همپوشانی دو میلگرد انجام میشود که سادگی اجرا از مزایای آن است، اما مصرف میلگرد بیشتری دارد و در نواحی با تراکم بالای آرماتور ممکن است فضای بیشتری اشغال کند.
در مقابل، فورجینگ با ایجاد اتصال متالورژیکی از طریق حرارت و فشار، امکان کاهش مصرف میلگرد و ایجاد اتصال یکپارچه را فراهم میکند، اما به تجهیزات تخصصی و اجرای دقیق نیاز دارد. کوپلر نیز با استفاده از اتصال مکانیکی، بدون نیاز به همپوشانی میلگردها انجام میشود و میتواند در پروژههایی با محدودیت فضا یا تراکم بالای آرماتورها گزینه مناسبی باشد. در تصویر زیر، این سه روش براساس معیارهایی مانند روش اتصال، مصرف میلگرد، تراکم آرماتورها، وابستگی به مجری اجرا، تجهیزات تخصصی و کنترل کیفیت با یکدیگر مقایسه شدهاند.
نحوه اجرای صحیح جوشکاری سر به سر میلگرد
اجرای میلگرد فورجینگ یا جوش سر به سر، عوامل و پارامترهای تاثیرگذاری محسوب میشوند که در هنگام اجرا میبایست از قوانین خاصی پیروی کرد و در هر مرحله تحت کنترل و نظارت دقیق قرار گیرد. بهعبارتی در زمان بهرهمندی از این روش باید از کیفیت جوشها اطمینان حاصل کنید، بهطوریکه در هر 200 جوش انجام شده باید 30 مورد را به واسطه تست التراسونیک بررسی شود تا درصورت وجود ایراد برطرف شود.
روشهای کنترل کیفیت جوش سر به سر میلگرد
همانطور که گفته شد، در جوش سر به سر میلگرد، حساسیتهای زیادی وجود دارند. هرگونه عدم مهارت از سوی مسئول انجام عملیات، عوامل محیطی مخرب و یا عواملی که باعث بروز اکسیداسیون در محل اتصال دو مقطع فولادی رد شوند، از کیفیت جوش خواهند کاست. ازآنجاکه بیشتر مصارف میلگردهای جوشخورده با روش فورجینگ، در ساختمانسازی و ریلهای خط آهن است، عدم کیفیت آنها میتواند، خسارات جبرانناپذیری بهبار بیاورد. در اینجا، چند روش سنتی و جدید کنترل کیفیت فورجینگ میلگرد را مرور میکنیم.
- روش های تخریبی (Destructive)
آزمایشهای کشش یا خمش ازجمله این روشها هستند. به دلیل اینکه ممکن است، در طول این آزمایشها به میلگردها آسیب برسد، به آنها تخریبی میگویند. در روش کشش، دو سر سازه بهدستآمده از جوش سر به سر میلگرد را تحت کششهای متفاوتی قرار میدهند. در صورتی که میلگردها از نقاط جوش از هم جدا شوند، کیفیت جوش پایین بوده و باید مجدداً بهصورت استاندارد انجام شود. در روش خمش هم سازه را از نقطه اتصال تا 90 درجه، خم میکنند. در صورت عدم شکست نقطه اتصال، میتوان از کیفیت آن مطمئن بود. نقطهضعف این روشها این است که ممکن است، خود میلگردها از نقاط دیگری آسیب ببینند. همچنین، آنها مقاومت جوش سر به سر را در برابر عواملی مانند ضربه یا فشارهای شدید در زلزلهها، نمیتوانند تضمین کنند.
- روش های غیر تخریبی (Non-Destructive)
در زلزلهای که سال 1995 در ژاپن رخ داد، مشخص شد که بسیاری از ساختمانهایی که با میلگردهای فورجینگ ساخته شده بودند، به علت شکستگی میلگردها از نقطه اتصال، آسیب دیدهاند. ازآنپس بسیاری از مهندسین بهویژه در ژاپن، سعی در ابداع روشهایی جدیدتر برای سنجش کیفیت جوش سر به سر یا فورجینگ میلگرد، داشتهاند.
این روشها مدرنتر از روشهای تخریبی بوده و در آنها امکان آسیب رسیدن به خود میلگردها در نقاطی غیر از اتصال، وجود ندارد. آنها همچنین، مطمئنتر هستند و اطلاعات بیشتری در خصوص کیفیت نقطه اتصال به ما میدهند. دو روش اصلی غیر تخریبی را در این بخش معرفی میکنیم.
- روش برش گرم یا Hot shearing
پس از جوش فورجینگ میلگرد، همواره محل اتصال، کمی برآمدهتر از نقاط دیگر است و در دقایق اولیه همچنان حالت پلاستیکی دارد. دستگاه برش گرم اینگونه عمل میکند که کمی از این سطح برآمده را از تیغه برش خود عبور میدهد. درصورتیکه در حین یا پس از عبور این تیغه و جدا کردن قسمت برآمده از نقطه اتصال، ترکی روی محل اتصال ایجاد شود، مشخص میشود که کیفیت جوش پایین بوده و احتمالاً دچار اکسیداسیون شده است. میتوان دستگاه برش گرم را روی گیرههای نگهدارنده دستگاه حرارت دهی نیز نصب نمود. این روش مزیتهای فراوانی نسبت به دیگر روشها دارد که عبارتاند از:
- اطمینان از استحکام محل جوش
- مقرونبهصرفه بودن نسبت به دیگر روشهای غیر تخریبی
- سرعت بالا
- سادگی در اجرا
- کاهش حجم نقطه اتصال و یکدست شدن آن با طول میلگردها و درنتیجه ادغام بهتر با بتن
- روش اولتراسونیک
شاید بهترین و مطمئنترین روش آزمایش کیفیت جوش سر به سر میلگرد، این روش باشد. در روش اولتراسونیک امواج نوری را به سمت نقطه اتصال سر به سر تابانده و از بررسی الگوهای موجهای برگشتی و عبوری، کیفیت جوش را میسنجند. بااینحال، این روش علیرغم دقت بالایش محدودیتهایی دارد.
- برای انجام آن باید میلگردها را تا محل آزمایشگاه حمل کرد
- این روش نسبت به دیگر روشها زمان بیشتری میبرد
- هزینه اولتراسونیک نسبتاً بالاست.
جوش میلگرد ستون
یکی از بخشهای کلیدی در اجرای سازههای بتنی، جوش میلگرد ستون است که نقش مهمی در انتقال صحیح نیروهای فشاری و کششی بین طبقات ایفا میکند. در پروژههایی که طول میلگرد برای ادامه ستون کافی نیست یا نیاز به وصله میلگرد وجود دارد، اجرای صحیح جوشکاری مطابق آییننامه و تحت نظارت مهندس ناظر اهمیت بالایی دارد. استفاده از روش مناسب جوش، مانند: جوش فورجینگ، انتخاب الکترود استاندارد و کنترل کیفیت پس از اجرا، از عواملی هستند که مستقیماً بر مقاومت نهایی ستون و ایمنی کل سازه تأثیر میگذارند. رعایت فاصله مناسب محل وصله از ناحیه بحرانی ستون و پرهیز از جوشکاری غیراصولی نیز از بروز ترک، ضعف سازهای و کاهش دوام بتن جلوگیری میکند. بنابراین آگاهی از اصول فنی جوش میلگرد ستون نهتنها یک الزام اجرایی، بلکه تضمینی برای افزایش عمر مفید ساختمان و کاهش ریسکهای سازهای محسوب میشود.
کنترل کیفیت با تست جوش فورجینگ میلگرد
همانطورکه میدانید مقاومت یک ساختمان یا یک سازه به مقاومت میلگردهای بهکاررفته در آن و همچنین کیفیت اتصال آنها به یکدیگر بستگی دارد. بنابراین، زمانیکه از روش جوش فورجینگ میلگرد برای اتصال آنها استفاده کردید، میتوانید با تست کیفیت از مقاومت کافی آنها مطمئن شوید. اگر تست کیفیت جوش سر به سر میلگرد را جدی نگیرید در آینده بیشک با خسارات مالی و جانی زیادی روبهرو خواهید شد.
ازجمله انواع تست جوش فورجینگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تست دیداری
اولین روش تست این جوش به شکل ظاهری و دیداری است که میتوانید عیبهای احتمالی وارد شده بر جوش میلگرد را بهطور عینی تشخیص دهید؛ اگر جوش شما بهدرستی انجام شده باشد باید شیب ملایمی از قسمت جوش که قطورترین قسمت در سرتاسر میلگرد است تا قطر طبیعی خود میلگرد را شاهد باشید.
این شیب ملایم در دو حالت ایجاد نمیشود؛ اگر میزان حرارت وارد شده بیشتر از حد طبیعی و استاندارد باشد یا اگر فشار پمپ با اختلال مواجه شده و بهخوبی تنظیم نشده باشد شیب ملایم مد نظر ایجاد نشده و میلگرد با هرگونه فشار یا کشش از محل جوش شکسته و جدا میشود.
- تست کششی
در این روش تست کیفیت جوش میگلرد دو سر انتهایی میلگردها را با کمک یک دستگاه میکشند؛ اگر میلگرد از قسمت جوش دچار شکستگی یا کشیدگی شود از کیفیت خوبی برخوردار نیست، اما اگر شکستگی در محل جوش نباشد و تنها قسمتی از بدنه میلگرد جدا شود، کیفیت جوش فورجینگ بسیار مطلوب و ایدهآل است.
- تست خمش
از بهترین روشهای تست کیفیت جوش سر به سر میلگرد میتوان به تست خمش اشاره کرد که اکثر افراد برای تست کیفیت از این روش استفاده میکنند؛ در این روش میلگرد با استفاده از دستگاه خمکن هیدرولیکی از محل جوش بهاندازه 90 درجه خم میشود و اگر در زمان خمشدن هرگونه ترک یا شکستگی در محل جوش مشاهده نشود به این معنی است که کیفیت اتصال و جوش فورجینگ بسیار بالا است، اما اگر شاهد ترک یا شکستگی از ناحیه جوش بودید باید به کیفیت جوش میلگرد شک کنید.
نکات مهم در زمان اجرای فرآیند فورجینگ
اگر میخواهید برای اتصال میلگردهای ساختمانها و سازههای مختلف خود از روش نوین و اقتصادی جوش سربهسر میلگرد یا جوش فورجینگ میلگرد استفاده کنید، باید علاوه بر گذراندن دورههای مخصوص این روش جوشکاری نکاتی را نیز در زمان اجرا مد نظر داشته باشید که در ادامه این نکات کلیدی را برای شما شرح خواهیم داد:
- پمپ هیدرولیک جوشکاری و قدرت آن
پمپ هیدرولیکی مورد استفاده شما در این روش جوش باید از امکان افزایش فشار تا 40 مگاپاسکال برخوردار بوده و همچنین یک شیر تنظیم فشار نیز داشته باشد تا امکان تنظیم فشار در اندازه دلخواه را برای مصرفکنندگان فراهم کند.
- اره جوشکاری
ارهای که در این روش جوشکاری استفاده میکنید باید از دقت بسیار بالایی برخوردار باشد تا هیچگونه لطمه و آسیبی در حین کار ایجاد نشود.
- گیره جوشکاری
برای ایجاد کردن همراستایی بین میلگردها باید از گیرههای جوشکاری استفاده کرد؛ امروزه بیشتر شرکتها از گیرههایی استفاده میکنند که خودشان تولید کردهاند، اما فرقی نمیکند که از تولیدات خودتان استفاده میکنید یا خیر درهرصورت باید به کیفیت مطلوب گیرههای جوشکاری توجه ویژه داشته باشید.
- آلیاژ مشعل دستگاه جوشکاری
در زمان استفاده از دستگاه جوشکاری فورجینگ باید دقت داشته باشید که آلیاژ مورداستفاده برای ساخت مشعل بهنوعی باشد که بهخاطر وجود حرارت بسیار بالا باعث برعکس سوختن گاز استیلن در مشعل نشود.
اگر میخواهید در ساختوساز خود از روش جوشکاری تضمینی مانند جوش فورجینگ استفاده کنید که از بالاترین کیفیت اتصال میلگردها برخوردار شوید، باید تمامی این نکات ذکر شده را مو به مو و دقیق اجرا کرده و بیاهمیت و ساده از کنار آنها رد نشوید.
