فورجینگ میلگرد چیست؛ اجرای فورجینگ میلگرد

در دنیای ساخت‌وساز، جایی که استحکام و ایمنی سازه حرف اول را می‌زند، نحوه اتصال میلگردها نقشی حیاتی ایفا می‌کند. فورجینگ میلگرد، یکی از کارآمدترین و قوی‌ترین روش‌ها برای ایجاد پیوند دائمی و مطمئن بین میلگردها شناخته می‌شود. این فرآیند که به آن جوشکاری سر به سر نیز گفته می‌شود، با استفاده از حرارت بالا و فشار، دو سر میلگرد را به یکدیگر پیوند می‌دهد تا یک اتصال یکپارچه و بسیار مقاوم ایجاد شود؛ اتصالی که می‌تواند حتی از خود میلگرد نیز قوی‌تر باشد. فورجینگ ممکن است در ظاهر ساده به نظر برسد، اما در عمل به مهارت، تجربه و دانش فنی نیاز دارد. در این مقاله ضمن تعریف تجربی و علمی؛ معرفی ابزار و دستگاه‌های موردنیاز برای اجرای فورجینگ میلگرد را شرح می‌دهیم. 

فورجینگ میلگرد چیست؟

به فرآیند اتصال دو میلگرد به یکدیگر از طریق اعمال فشار و حرارت بالا، فورجینگ (Forging) گفته می‌شود. در این روش، به جای استفاده از جوشکاری سنتی، میلگردها تحت دمای کنترل‌شده قرار گرفته و با ضربه یا پرس مکانیکی به هم متصل می‌شوند. نتیجه این فرآیند، یک اتصال یکپارچه با استحکام بالا است که در برابر فشار، کشش و ضربه مقاومت بیشتری دارد. 

از فورجینگ میلگرد معمولاً در سازه‌های ساختمانی، پروژه‌های عمرانی بزرگ، پل‌سازی و صنایع سنگین استفاده می‌شود؛ جایی که ایمنی و دوام سازه اهمیت ویژه‌ای دارد. این تکنیک علاوه بر افزایش کیفیت اتصال، باعث کاهش مصرف الکترود و انرژی نیز می‌شود و در نهایت، روشی اقتصادی و مطمئن برای اتصال میلگردها در پروژه‌های عمرانی به شمار می‌آید.

این تکنولوژی با ایجاد یک پیوند مولکولی قوی بین میلگردها، نقاط ضعف احتمالی ناشی از روش‌های سنتی اتصال مانند اورلپ یا کوپلینگ میلگرد را برطرف کرده و عملکرد بهتری در برابر نیروهای کششی و فشاری ارائه می‌دهد. به همین دلیل، امروزه در بسیاری از پروژه‌های عمرانی، از ساختمان‌های مسکونی گرفته تا پل‌ها و سدها، این روش جایگزین سایر روش‌های اتصال میلگرد شده است.

ابزار مورد نیاز برای اجرای فورجینگ

برای انجام فورجینگ میلگرد به ابزارها و دستگاه‌های زیر نیاز داریم:

دستگاه جوش

• کپسول اکسیژن و کنترل‌کننده آن
• کپسول گاز استیلن و کنترل‌کننده آن
• نازل اکسیژن
• نازل استیلن
• مشعل

دستگاه کمپرسور

• پمپ فشار
• پدال پمپ
• نازل فشار هیدرولیکی
• سیلندر RAM
• سیلندر خارجی
• گیره‌های نگهدارنده میله

• دستگاه برش

این دستگاه به‌منظور صاف و یکدست کردن مقاطع میلگردها قبل از جوشکاری استفاده می‌شود. برش لبه‌های میلگرد سبب می‌شود که هرگونه زنگ‌زدگی، له‌شدگی، ناصافی و خوردگی از بین رفته و ضمانت کیفیت عملیات بالا برود. 

روش انجام عملیات فورجینگ میلگرد

در روش فورجینگ میلگرد ابتدا دو سر میلگرد توسط دستگاه برش صاف و یکنواخت می‌شود. سپس با استفاده از گیره‌های نگهدارنده در یک راستا ثابت می‌گردند. در ادامه، شیر کپسول‌های اکسیژن و استیلن باز شده و گازها در نسبت مشخص ترکیب و از طریق نازل‌ها وارد مشعل می‌شوند. فشار هرکدام از گازها توسط فشارسنج کپسول‌ها قابل کنترل است؛ یکی فشار داخلی و دیگری فشار خروجی گاز را نشان می‌دهد. ترکیب این دو گاز از طریق شیلنگ به مشعل رسیده و با شیرهای رنگی روی مشعل نیز قابل تنظیم است. شعله حلقوی ایجادشده، میلگردها را به‌طور یکنواخت حرارت می‌دهد. پس از رسیدن به حالت نرم و خمیری، کمپرسور هیدرولیکی با فشار کنترل‌شده دو میلگرد را به هم متصل کرده و اتصال نهایی یا همان عملیات فورجینگ انجام می‌شود.

عملیات جوش فورجینگ

برای اجرای عملیات جوش فورجینگ میلگرد، 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 عملیات حرارتی 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 توسط گیره‌های مخصوص در برابر یکدیگر قرار گرفته و پس از تنظیم دقیق موقعیت، با پیچ و بست‌ها محکم می‌شوند تا حرارت‌دهی آغاز گردد. در مرحله بعد، از کپسول‌های گاز اکسیژن و اکسی‌استیلن استفاده می‌شود. گاز این کپسول‌ها از طریق نازل‌ها و شیلنگ مشترک به سمت مشعل هدایت شده و شعله لازم برای حرارت‌دهی ایجاد می‌شود. روی هر کپسول، تنظیم‌کننده و بارومتر فشار تعبیه شده است که دو مقدار را نمایش می‌دهد: فشار داخلی کپسول و فشار خروجی گاز به سمت نازل. آنچه در فرآیند فورجینگ اهمیت دارد، کنترل دقیق فشار گاز خروجی است تا شعله‌ای استاندارد و یکنواخت برای اتصال میلگردها فراهم شود.

طبق تجربه و استانداردهای بین‌المللی فشار گاز اکسیژن باید بین 5 تا 7 و فشار گاز اکسی‌استیلن باید روی 0.5 بار باشد. 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 جوش سر به سر میلگرد و به‌خصوص در مرحله حرارت‌دهی، تجربه، دقت و دانش فنی از اهمیت بسزایی برخوردار است تا زمان لازم برای قطع عملیات حرارت‌دهی و آغاز مرحله بعدی، مشخص شود. ایمنی کار نیز در این مرحله، از اهمیت بسزایی برخوردار است تا از خسارات جانی و مالی سنگین، جلوگیری کند.

• 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 و اجرای فورجینگ صورت می‌گیرد.
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.

• اعداد و ارقام در عملیات فورجینگ

دمای لازم برای نرم شدن میلگردها بین 1200 تا 1300 درجه سانتی‌گراد است. بنابراین، مشعل باید تا رسیدن میلگردها به این دما کار کند. این زمان به ضخامت میلگردها بستگی دارد. میلگردهای باضخامت کم به حدود 40 ثانیه تا یک دقیقه زمان نیاز دارند. میلگردهای نسبتا ضخیم یا ضخیم هم بین 1 تا 3 دقیقه زمان برای نرم شدن نیاز خواهند داشت. فشار گاز خارج‌شده از هریک از مخازن اکسیژن و استیلن هم باید به ترتیب بین 5 تا 7 و 0.5 bar باشد. درنهایت فشار دستگاه کمپرسور هم باید به ازای هر یک سانتی‌متر میلگرد 300 الی 400 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع باشد.

نکاتی مهم در اتصال فورجینگ

حرارت حاصل از سوختن گاز استیلن را نمی‌توان به شکل کامل کنترل کرد؛ بنابراین باید فرد مسئول انجام فورجینگ در رعایت فشار گاز و طی شدن زمان لازم برای رسیدن فلز به دمای موردنظر، دقت و تجربه لازم را داشته باشد.
مدت‌زمان‌های ذکرشده تقریبی هستند و به دمای محیط نیز بستگی دارند؛ بنابراین مسئول فورجینگ باید تجربه کافی در تشخیص ظاهری زمان مناسب برای اعمال فشار را داشته باشد.
این روش برای آب‌وهواهای مناطق سردسیر باید با دقت و حساسیت بیشتری انجام شود چراکه اتصالات فورجینگ مقاومتشان در دمای پایین کاهش می‌یابد؛ بنابراین لازم است که کنترل‌های کیفی بیشتری در این شرایط انجام شود.
باید دقت داشت که شیب بالا رفتن دمای میلگردها چندان بالا نباشد چراکه باعث شکنندگی آن پس از سرد شدن خواهد شد. همچنین، درصورتی‌که سرد شدن نیز با سرعت بالا اتفاق بیفتد، سبب ایرادات ساختاری در نقاط جوش خواهد شد. این امر به‌خصوص، در سازه‌های ساختمانی که نیاز به استحکام، امنیت و مقاومت در برابر زلزله دارند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
فشار واردشده توسط دستگاه فشار به سر هر دو میلگرد باید کاملا یکنواخت باشد. در غیر این صورت استحکام نقاط جوش تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.
روی مشعل شیرهای یک‌طرفه‌ای قرار دارند که وظیفه‌شان جلوگیری از بازگشت گاز به داخل مخازن است. اگر این شیرها به‌درستی عمل نکنند، خسارات جانی و مالی فراوانی به وجود خواهد آمد.

کنترل کیفیت عملیات فورجینگ میلگرد

پس از انجام عملیات فورجینگ و سرد شدن میلگرد به‌دست‌آمده، باید آزمایش‌هایی روی قطعه انجام داد تا از کیفیت جوش در نقطه اتصال اطمینان حاصل شود. لازم‌به‌ذکر است که ازآنجاکه میلگردهای فورجینگ شده عمدتا در عملیات ساختمانی، راه‌آهن و موارد مشابه به‌کاربرده می‌شوند، باید از استحکام آنها اطمینان حاصل کرد. برخی از کنترل‌های کیفی معمول در فورجینگ میلگرد عبارتند از:

• آزمایش کشش

در این ارزیابی قطعه موردنظر توسط دستگاه‌های کشش از دو سوی آن کشیده می‌شود. درصورتی‌که میلگردها با کیفیت پایینی به هم جوش خورده باشند، در محل اتصال ترک به‌وجود خواهد آمد.

• آزمایش اولتراسونیک

مزیت این روش و روش مشابه آن رادیوگرافی این است که در آن‌ها احتمال آسیب رسیدن به میلگردها وجود ندارد، بلکه تنها نقاط ناپیوستگی آنها مشخص می‌شود. در این روش‌ها از مطالعه رفتارهای پرتوهای نوری تابیده شده به میلگرد روی دستگاه‌های اندازه‌گیری مخصوص، نقاط شکننده و ضعیف را شناسایی می‌کنند. به این دو روش غیرتخریبی یا Non-Destructive می‌گویند. 

• آزمایش خم کردن

در این روش میلگرد به‌دست آمده از روش فورجینگ تحت زوایای خم تا 90 درجه قرار می‌گیرد. در صورت مشاهده هرگونه شکست در محل جوش مشخص می‌شود که کیفیت انجام فورجینگ پایین بوده و نباید از آن قطعه استفاده کرد. به این روش در کنار آزمایش کشش، روش‌های تست تخریبی یا Destructive گفته می‌شود.

عملیات فورجینگ یکی از عملیات رایج، ارزان و نسبتا مطمئن (در صورت انجام درست و اصولی) اتصال میلگرد است.در اجرای این روش که به اتصال سربه‌سر نیز معروف است دو سر دو میلگرد توسط گاز تشکیل‌شده از اکسیژن و استیلن به‌قدری گرم شده که پس از رسیدن به دمایی بین 1200 تا 1300 درجه سانتی‌گراد نرم و خمیری شوند. سپس دو میلگرد توسط دستگاه کمپرسور به یکدیگر فشرده شده و با برقرار شدن پیوند مولکولی اتصال فورجینگ انجام می‌شود.

اهمیت فورجینگ میلگرد در ساختمان‌سازی

این روش مزایای متعددی دارد اما باید در انجام آن دقت و تجربه کافی داشت. درغیراین‌صورت ممکن است جوش از استحکام مناسبی برخوردار نباشد که خسارت جانی و مالی، به‌خصوص برای کاربرد در سازه‌های ساختمانی درپی خواهد داشت. میلگردهای فورج‌شده را می‌توان تحت آزمایش‌های متعددی ازنظر کیفی قرار داد و از کیفیت جوش به‌وجود آمده اطمینان حاصل کرد. شما می‌توانید برای مشاهده قیمت میلگرد در سایز و برندهای مختلف به لیست قیمت مرتبط در سایت مراجعه کنید.