فورجینگ میلگرد یکی از قدیمی‌ترین روش‌ها برای اتصال این مقاطع فولادی است. این روش نسبتا ساده اما حساس بوده و نیاز به تجربه و دانش کافی دارد. فورجینگ (Forging)، به عملیاتی گفته می‌شود که طی آن دو میلگرد آن‌قدر حرارت می‌بینند که در ابتدا به حالت خمیری درآمده و سپس می‌توانند تحت‌فشار به‌هم پیوند بخورند.
در این مقاله ضمن تعریف تجربی و علمی فورجینگ به معرفی ابزارها و دستگاه‌های موردنیاز برای انجام آن و شرح خود این عملیات می‌پردازیم. ازآنجاکه این روش حساسیت‌های خاص خودش را دارد، نکاتی را هم درباره کیفیت و اصول انجام این فرآیند مطرح خواهیم کرد. در پایان نیز روش‌های مرسوم برای حصول اطمینان از کیفیت جوش حاصل‌شده را شرح می‌دهیم. 
در پایان این مقاله دیدی جامع نسبت به این روش، مزایا و حساسیت‌های آن به دست خواهید آورد. پس تا پایان با ما همراه باشید. 

 

تعریف فورجینگ میلگرد 

استفاده از این روش برای اولین بار در کشور کانادا و حدود 90 سال پیش مطرح شد. صنعت‌گران این کشور از این روش برای ساختن ریل‌های راه‌آهن و سازه‌های ساختمانی استفاده می‌کردند. همان‌طور که در دهه پنجاه میلادی در ایران نیز در ساخت خط راه‌آهن سراسری، از این روش استفاده شد.
فورجینگ یا اتصال سربه‌سر میلگرد، روشی است که در آن دو سر میلگرد تحت حرارت به حالت خمیری درآمده و سپس تحت‌فشار مکانیکی پرس شده و به هم جوش می‌خورند. ازنظر شیمیایی، در این روش پیوند مولکولی اتفاق می‌افتد که طی آن مولکول‌های دو سر میلگردها با یکدیگر پیوند خورده و هیچ‌گونه تغییر فازی در آنها ایجاد نمی‌شود. 

ابزار موردنیاز برای فورجینگ

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

1- دستگاه جوش که شامل موارد زیر است:

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

2- دستگاه کمپرسور که شامل موارد زیر است:

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

3- 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 این روش پس‌ازاینکه دو سر میلگردها توسط دستگاه برش صاف و یکدست شد، توسط گیره‌های نگهدارنده در یک راستا قرار می‌گیرند. میله‌های نگهدارنده، خود شامل بخش‌های ثابت، متحرک و انواع پیچ‌ها هستند که به‌وسیله آنها می‌توان زاویه قرارگیری دو میلگرد در برابر یکدیگر را تنظیم کرد. 
در مرحله بعد شیر دو کپسول اکسیژن و استیلن باز شده و گازها در تناسبی که باید رعایت شود با یکدیگر ترکیب شده و هرکدام وارد نازل‌های خود می‌شوند. فشار هرکدام از گازها را می‌توان توسط فشارسنج‌های دو کپسول تنظیم کرد. 
لازم به ذکر است که هر کپسول دو فشارسنج دارد. یکی از آنها فشار گاز خارج‌شده و دیگری فشار داخل کپسول را نشان می‌دهد. بدیهی است که رابطه این دو با یکدیگر معکوس است. مقادیر لازم فشار گاز خروجی برای هرکدام از این دو گاز را در بخش بعدی شرح خواهیم داد.
این دو نازل درنهایت با یکدیگر یکی می‌شوند و یک گاز خروجی ترکیبی وارد شیلنگ مشعل می‌شود. با استفاده از شیرهای تنظیم روی مشعل نیز می‌توان تناسب دو گاز را تغییر داد. معمولا از دو رنگ متفاوت برای شیرهای تنظیمی هر یک از دو گاز استفاده می‌شود. نازل، شعله را به‌صورت حلقوی روی میلگردها می‌گیرد که باعث می‌شود آنها به‌صورت یکنواخت گرم شوند.
در مرحله بعد و پس از نرم شدن میلگردها به‌اندازه لازم، دستگاه کمپرسور وارد عمل می‌شود. این دستگاه با فشار هیدرولیکی خود دو میله را در هم فرو می‌برد که به آن فورجینگ می‌گویند. فشار کمپرسور را می‌توان با استفاده از شیرهای تنظیم فشار روی آن به‌صورت دستی کنترل کرد.

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.

مزایای فورجینگ میلگرد

• یکی از اولین مزایای فورجینگ میلگرد مقرون‌به‌صرفه بودن آن است. همچنین، پیدا کردن کارگاهی که بتواند این عملیات را انجام دهد نیز ساده است چراکه افراد بسیاری بخصوص در کشور ما به آن می‌پردازند.
• درصورتی‌که عملیات فورجینگ بی‌نقص انجام شود نقطه‌ای که دو میلگرد به یکدیگر جوش خورده‌اند، مقاومت بیشتری نسبت به خود میلگردها دارد.
• محدودیت طول میلگردها در این روش برداشته شده و میلگردهایی با هراندازه طولی را می‌توان به هم متصل کرد.
• در فورجینگ میلگرد، ضایعات بسیار کمی تولید می‌شود. همچنین، نسبت به دیگر روش‌ها، میلگرد کمتری برای به‌دست آوردن یک سازه با طول مشخص، مصرف می‌شود. این امر به این دلیل است که در روش‌هایی مانند اورلپ (Lap Splicing) و دیگر روش‌های مکانیکی، بخش‌هایی از دو سر میلگرد روی یکدیگر قرار می‌گیرند. این موضوع در کنار ضایعات پایین این روش، منجر به اقتصادی‌تر شدن فورجینگ میلگرد شده است. 
• اتصال تکه‌های میلگرد غیرقابل استفاده به یکدیگر و استفاده مجدد از آنها
• کاهش وزن سازه و بالا رفتن مقاومت آن
• سرعت بالا در اجرا
• کاهش حجم اضافی میلگردها در نقاط جوش و درنتیجه افزایش درگیری آنها با بتن در سازه‌های ساختمانی

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 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.

فورجینگ میلگرد در یک نگاه

فورجینگ یکی از عملیات رایج، ارزان و نسبتا مطمئن (در صورت انجام درست و اصولی) اتصال میلگرد است.
در 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.
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.