صفر تا صد جوش سر به سر میلگرد

صفر تا صد جوش سر به سر میلگرد

امروزه به دلیل برتری‌های متعددی که روش جوش سر به سر میلگرد یا فورجینگ نسبت به دیگر روش‌ها دارد، از آن در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. در طول بیش از نزدیک به صد سال که از عمر این صنعت می‌گذرد، روش‌های متعددی هم برای کنترل کیفیت آن ایجاد شده است.
فورجینگ میلگرد از حدود سال‌های 1930 و برای اولین بار در کشور کانادا به کار گرفته شد. مهندسین این کشور از جوش سر به سر، به‌ویژه در خطوط ریلی استفاده می‌کردند. جوش سر به سر میلگرد اما در کشورهای آمریکا و به‌خصوص ژاپن، بیشترین توسعه را یافته است. ژاپنی‌ها بخصوص راه‌های کنترل کیفیت خلاقانه‌ای برای فورجینگ ابداع کرده‌اند که به‌ویژه در 30 سال اخیر بسیار موفقیت‌آمیز بوده‌اند.
در ابتدای این مقاله، به تعریف جوش سر به سر میلگرد می‌پردازیم و بیان می‌کنیم که در این روش دقیقاً چه اتفاقی رخ می‌دهد. همچنین، تفاوت‌های آن را با دیگر جوش‌های میلگرد، بررسی خواهیم کرد. در قدم بعدی لازم است که با دستگاه‌ها و ابزارهای جوش سر به سر آشنا شویم که مقدمه‌ای برای توضیح روش انجام آن در قسمت بعدی است. مزایا و برتری‌های جوش فورجینگ را در بخش بعدی شرح خواهیم داد.
ازآنجاکه یکی از اصلی‌ترین کاربردهای جوش فورجینگ، در ساختمان‌های مسکونی است، لازم است که کیفیت جوش آن ارزیابی شود. روش‌های کنترل کیفی جوش فورجینگ را هم در سرفصلی جداگانه توضیح می‌دهیم. درنهایت هم کاربردهای این تکنولوژی را در صنایع و سازه‌های مختلف، مرور می‌کنیم.
در پایان این مقاله صفرتاصد جوش سر به سر میلگرد را خواهید آموخت و می‌توانید در خصوص انتخاب این روش برای پروژه خود تصمیم‌گیری کنید. تا پایان مقاله با ما همراه باشید.

 

جوش سر به سر میلگرد

 

جوش سر به سر میلگرد چیست؟

به‌طورکلی سه روش زیر برای اتصال میلگرد وجود دارد:

• اتصال همپوشانی یا اورلپ (Lap Joint)
• اتصالات مکانیکی (Mechanical Joint)
• اتصالات جوش سر به سر یا فورجینگ

عملیات اتصال همپوشانی عمدتاً برای جوش میلگردهایی با قطر کمتر از 16 میلی‌متر، به کار می‌رود. درحالی‌که دو روش دیگر، برای اتصال میلگردها با مقاطع بیشتر از 16 میلی‌متر استفاده می‌شود.
از میان این دو اتصال هم جوش سر به سر یا فورجینگ، در بیش از 90 درصد پروژه‌ها به جوش مکانیکی یا کوپلینگ ترجیح داده می‌شود. دلیل این موضوع، به‌طور ساده، برتری کیفی و دیگر مزایای جوش سر به سر میلگرد نسبت به دیگر روش‌هاست که آن‌ها را در بخشی جداگانه شرح خواهیم داد.
لازم به یادآوری است که جوش سر به سر نیز خود شامل روش‌های متنوعی است اما روشی که بیش از همه استفاده می‌شود، جوش با استفاده از فشار و حرارت است. درواقع امروزه منظور از جوش فورجینگ روشی است که ما در این مقاله شرح خواهیم داد.

 

ماهیت جوش فورجینگ

جوش فورجینگ، ازنظر علمی، یک روش پیوند حالت‌جامد است. اساس این جوش بر پیوند مولکولی دو میلگرد، بنانهاده شده است. درواقع در این جوش هیچ ماده جدیدی تولید نمی‌شود اما نقطه اتصال دو سر میلگرد درصورتی‌که فرآیند به‌درستی انجام‌شده باشد، از دیگر نقاط میلگردها مقاوم‌تر و محکم‌تر است. جوش فورجینگ سه مرحله اساسی دارد:

• قرار دادن دو سر میلگرد درست روبه روی یکدیگر
• حرارت دادن میلگردها تا موقعی که به حالت خمیری دربیایند
• متوقف کردن حرارت دهی و فشار دو میلگرد از دو طرف، به‌منظور ادغام قسمت‌های ذوب‌شده با یکدیگر

همان‌طور که گفته شد، جوش سر به سر میلگرد، مانند دیگر جوش‌های معمول، از نوع فیوژن نیست. در این فرآیند میلگردها، تاکمی بیش از دمای تبلور مولکولی‌شان داغ می‌شوند. در این نقطه، فلز، اصطلاحاً، وارد حالت پلاستیکی خود می‌شود. حالتی که با فلز ذوب‌شده هنوز فاصله زیادی دارد. سپس به‌وسیله فشار، پیوند مولکولی بین مولکول‌های دو میلگرد ایجاد می‌شود.
یکی از حساسیت‌های جوش سر به سر میلگرد این است که حتی در طول فرآیند جوش نیز ممکن است، اکسیدهای روی سطوح لبه‌های میلگردها تشکیل شوند. درواقع این اتفاق به کیفیت و پیوستگی حرارت دهی، دما و شرایط محیطی بستگی دارد. درصورتی‌که این اکسیدها وارد بافت منطقه جوش داده شده بشوند، به‌شدت بر کیفیت و مقاومت آن تأثیر خواهند گذاشت.

 

مزایای جوش سر به سر

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 میلگردها 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 میلگرد در فرآیند جوش از بین می‌رود. به‌طور تقریبی گفته می‌شود که در روش جوش سر به سر 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 سر به سر میلگرد، مقرون‌به‌صرفه بودن آن است. ابزار این روش، معمول و فراوان است و سرعت اجرای آن نسبتاً بالاست. همچنین کاهش ضایعات و مصرف میلگرد نیز به اقتصادی‌تر شدن این روش افزوده است.
 

جوش سر به سر میلگرد یا جوش فورجینگ


 

اجرای عملیات جوش فورجینگ

برای انجام عملیات جوش سر به سر میلگرد یا فورجینگ، علاوه بر خود میلگردها به ابزار و دستگاه‌هایی نیاز داریم. این عملیات شامل سه مرحله است که آن‌ها را در این بخش شرح خواهیم داد.

 

تمیز کردن مقاطع میلگرد

به‌منظور به حداقل رساندن احتمال به‌وجود آمدن اکسیداسیون در بافت جوش، لازم است که قبل از شروع به‌کار به‌خوبی سطح آن‌ها را از هرگونه زنگ‌زدگی، خوردگی و مواد دیگر پاک کنیم. به‌این‌منظور، می‌توان مقاطع را با انواع مواد شوینده استاندارد، شستشو داد که از هرگونه چربی زدوده شوند.
بااین‌حال، مطمئن‌ترین روش این است که سطح مقطع بسیار کوچکی از هر دو میلگرد را به استفاده از دستگاه برش به‌صورت صاف و یکدست ببریم. می‌توان گفت این مرحله تنها مرحله‌ای است که در طول فرآیند، منجر به تولید ضایعاتی هرچند اندک می‌شود.
لازم به‌ذکر است که برش را باید تنها کمی قبل از شروع مرحله بعد که حرارت دهی است، انجام دهیم. درصورتی‌که فاصله زمانی این مرحله و مرحله بعدی زیاد شود، ممکن است سطح مقطع میلگرد مجدداً اکسید شود یا به‌هرنحو آلودگی‌هایی به خود جذب نماید.

 

مرحله حرارت دهی

در این مرحله، دو میلگرد، با استفاده از گیره‌های نگه‌دارنده، درست روبه روی یکدیگر قرار می‌گیرند. این میله‌ها در ابتدا متحرک بوده که پس از تنظیم موقعیت میله‌ها به‌صورت دلخواه و محکم کردن بست و پیچ‌های آن، ثابت شده و آماده حرارت‌دهی می‌شوند.
دو کپسول پر از گاز اکسیژن و اکسی‌استیلن در مرحله بعد وارد فرآیند می‌شوند. این دو کپسول دارای نازل‌هایی هستند که گاز داخل آن‌ها را به سمت مشعل هدایت می‌کند. درواقع، دو نازلی که هرکدام از یک کپسول می‌آیند، در میانه راه با هم یکی شده و توسط یک شیلنگ به مشعل می‌رسند.
روی هرکدام از این کپسول‌ها تنظیم‌کننده‌هایی وجود دارد که به‌وسیله آن‌ها می‌توان، فشار آن‌ها را تنظیم کرد. بارومتر روی هرکدام از کپسول‌ها، دو عدد را به‌عنوان فشار نشان می‌دهد. یکی از این اعداد، فشار داخل کپسول و دیگری فشار گاز واردشده به نازل است. هرکدام از این اعداد با یک رنگ نشان داده می‌شوند. آنچه برای ما بیشتر مهم است، فشار گاز خارج‌شده از هر کپسول است.
طبق تجربه و استانداردهای بین‌المللی فشار گاز اکسیژن باید بین 5 تا 7 و فشار گاز اکسی‌استیلن باید روی 0.5 بار باشد.
پس از ترکیب دو گاز در نازل مشعل، عملیات حرارت دهی شروع می‌شود. روی خود مشعل نیز تنظیم‌کننده‌هایی برای تنظیم میزان ورود هر گاز، وجود دارد. معمولاً اجراکنندگان حرفه‌ای از رنگ شعله متوجه می‌شوند که ترکیب دو گاز در وضعیت درستی قرار دارد یا خیر.
دمای لازم برای خمیر شدن میلگردهای فولادی، بین 1200 تا 1300 سانتی‌گراد است. حرارت شعله باید به‌اندازه‌ای باشد که این روند، نه زیاد کند انجام شود و نه با سرعت بیش‌ازحد. در غیر این صورت، ساختار جوش ایجادشده شکننده خواهد بود.
زمان حرارت دهی، رابطه مستقیمی با قطر میلگردها دارد؛ یعنی هرچه میلگردها قطورتر باشند، زمان بیشتری هم برای پلاستیکی شدن نیاز دارند. حداقل زمان لازم برای نازک‌ترین میلگردها، حدود 40 ثانیه است. این زمان می‌تواند تا سه دقیقه یا کمی بیشتر هم ادامه یابد.
به‌طورکلی، در عملیات فورجینگ و به‌خصوص در مرحله حرارت‌دهی، تجربه، دقت و دانش فرد مجری عملیات، بسیار مهم است. او باید شیب بالا رفتن دما را کنترل کند و بتواند به‌خوبی زمان لازم برای قطع عملیات حرارت‌دهی و رفتن به مرحله فشار هیدرولیکی را تشخیص دهد.
در این مرحله، ایمنی کار بسیار اهمیت پیدا می‌کند. باید همواره از سالم بودن تمامی نازل‌ها و کنترل‌کننده‌ها به‌خصوص کنترل‌کننده‌های روی مشعل، اطمینان حاصل کرد. در صورت بازگشت گاز از مشعل به کپسول، انفجار رخ خواهد داد که پیامد آن خسارات سنگین جانی و مالی است؛ بنابراین، همواره باید از قرار داشتن این کنترل‌کننده‌ها در وضعیت درست و سالم بودن آن‌ها اطمینان حاصل کرد.

 

مرحله اعمال فشار هیدرولیکی

دستگاه اعمال فشار از چند پمپ هیدرولیکی و شیرهای اعمال فشار، تشکیل شده است. پس از پایان مرحله حرارت‌دهی و با خمیری شدن میلگردها، نوبت به استفاده از این دستگاه می‌رسد. این دستگاه به انتهای دو میلگرد فشار وارد کرده و باعث می‌شود که دو سر خمیری شده آن‌ها در یکدیگر ادغام شوند.
در کار کردن با دستگاه اعمال فشار، باید این نکته را در نظر داشت که فشار اعمال شده باید از هر دو طرف یکسان باشد. فشار کمپرسور را می‌توان با استفاده شیرهای تعبیه‌شده روی آن تنظیم کرد. در این مرحله هم تجربه و مهارت فرد مسئول جوش سر به سر میلگرد، بسیار مهم است. طبق برخی استانداردها گفته می‌شود که به ازای هر سانتی‌متر مربع از مقطع میلگرد، به حدود 300 الی 400 بار فشار هیدرولیکی، نیاز است.

 

جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد

 

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 میلگرد 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 به بار بیاورد. در اینجا، چند روش سنتی و جدید کنترل کیفیت جوش سر به سر 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.

 

جوش فورجینگ میلگرد

 

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 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 سر به سر 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

 

سخن آخر درباره جوش سر به سر

روش‌های متفاوتی برای اتصال میلگرد وجود دارد که جوش سر به سر میلگرد، به دلایل مختلف محبوب‌ترین آن‌ها، به‌ویژه در ایران است. در نظام‌مهندسی کشور ما استفاده از جوش سر به سر میلگرد، به‌جای دیگر روش‌ها در بسیاری از موارد اجباری شده است. استحکام بالا، هزینه کم و کاهش مصرف میلگرد سه مزیت اصلی این روش هستند.
در جوش سر به سر هیچ‌گونه تغییر شیمیایی یا ساختاری در نقطه اتصال، نسبت به دیگر نقاط اتفاق نمی‌افتد. این روش بر پیوند مولکولی بین مولکول‌های دو میلگرد، استوار است. این پیوند به‌گونه‌ای است که در صورت اجرای استاندارد جوش، مقاومتی بالاتر نسبت به خود میلگردها در برابر فشار، ضربه و کشش خواهد داشت.
در این روش از سه دستگاه استفاده می‌شود؛ دستگاه برش سرد، دستگاه حرارت‌دهی و دستگاه فشار هیدرولیکی. در ابتدا مقاطع دو سر میلگرد به‌منظور عاری شدن از آلودگی و زنگ‌زدگی توسط دستگاه برش سرد بریده می‌شوند.
در مرحله حرارت‌دهی، میلگردها توسط دو کپسول حاوی اکسیژن و اکسی‌استیلن و یک مشعل تا دمای بالاتر از دمای تبلورشان حرارت داده می‌شوند. این دما کمتر از دمای ذوب است و فلز در این حالت به شکل خمیری یا پلاستیکی درمی‌آید.
پس از پایان مرحله حرارت‌دهی، سریعاً دو میلگرد توسط دستگاه فشار هیدرولیکی در هم فرو می‌روند و جوش سر به سر میلگرد، تحت این فشار، شکل می‌گیرد.
این فرآیند، ازنظر کیفی، به‌شدت به مهارت مجریان عملیات و شرایط محیطی بستگی دارد؛ بنابراین باید از کیفیت آن مطمئن شد. انواع روش‌های تخریبی؛ مانند کشش و خمش و غیر تخریبی؛ مانند اولتراسونیک و برش گرم، برای ارزیابی کیفیت جوش سر به سر میلگرد وجود دارند. جوش سر به سر میلگرد کاربردهای فراوانی به‌ویژه در ساختن خطوط ریلی و ساختمان‌سازی دارد.

دیدگاه شما

آخرین دیدگاه ها

چگونه میشود دستگاه رو خرید

30 تیر 1399

روش تست التراسونیک با استفاده از عبور دادن امواج مافوق صوت هست نه موج نوری.ضمنا نیازی به نمونه گیری و برش میلگرد و حمل به آزمایشگاه در این روش تست نیست و دستگاه تست پرتابل است و در محل انجام می شود، ضمنا سرعت تست بسیار بالاست و در کمتر دو دقیقه هر ستون به صورت رندوم چک میشود

02 بهمن 1400