صفرتا صد اصول جوشکاری زیر آب
جوشکاری زیر آب چیست و چگونه انجام می‌شود؟
جوشکاری در زیر آب در بسیار موارد شبیه جوشکاری برقی است که در هوا انجام می‌شود. در جوشکاری برقی، حرارت لازم برای ذوب فلزات و جوش دادن آن‌ها به همدیگر از طریق ایجاد قوس الکتریکی حاصل از تخلیه الکتریکی بین الکترود و قطعه فلزی انجام می‌گیرد. هنگامی که الکترون‌ها از الکترود به سمت قطعه کار پرش می‌کنند، موجب یونیزه (باردار) شدن هوا شده و الکترون‌ها از فاصله هوایی بین الکترود و قطعه عبور می‌کنند. این پدیده درون آب هم قابل اجراست. با این تفاوت که درون آب، به جای هوا مخلوط گازی شامل بخار آب و گازهای هیدروژن و اکسیژن حاصل برقکافت آب (تجزیه آب به عناصر سازنده)، یونیزه می‌شود.
برای انجام این نوع جوش نیاز به غواصی و تجهیزات خاصی است؛ که به جوشکارها کمک می‌کند در عمق دریا و اقیانوس اقدام به جوشکاری نمایند. این نوع جوشکاری از زمان جنگ جهانی اول برای تعمیر سریع کشتی‌های آسیب دیده به کار گرفته شد و در حال حاضر برای ساخت و تعمیر خطوط لوله انتقال نفت و گاز، اسکله‌ها، سکوها و سازه‌های دریایی کاربردهای بی‌شماری دارد.
انواع جوشکاری زیر آب
برای جوشکاری زیر آب از روش ها‌ی گوناگونی استفاده می‌شود که این روش‌ها از لحاظ محیط اطراف جوش به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: جوشکاری مرطوب و جوشکاری خشک. در جوشکاری مرطوب فرآیند در تماس کامل با آب صورت می‌گیرد. در حالی که در جوشکاری خشک، تجهیزاتی به منظور ایجاد فضای خشک درون آب به کار گرفته می‌شوند. در ادامه این دو روش به تفصیل شرح داده می‌شوند.
جوشکاری مرطوب
جوشکاری مرطوب مربوط به حالتی می‌شود که فرآیند جوشکاری کاملا در مجاورت و در معرض تماس کامل با آب صورت می‌گیرد. ساده‌ترین مدل برای این نوع جوشکاری، چوشکاری قوس الکتریکی با الکترود می‌باشد که همانند اتفاقی که در خشکی می‌افتد، زیر آب هم قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود برقرار می‌شود. حرارت زیادی که در اثر جوشکاری رخ داده و همچنین پدیده قوس الکتریکی که در مجاورت آب رخ می‌دهد، موجب برقکافت آب شده و تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن می‌کند. از طرف دیگر، در اثر حرارتی که به الکترود وارد می‌شود، پوشش آن بخار شده و تولید گاز می‌کند و نهایتا مجموعه این گازها یک محیط گازی اطراف قوس الکتریکی ایجاد کرده و مانع تماس مستقیم آن با آب می‌گردند. به این شکل از قوس الکتریکی، محافظت می‌شود.
روش جوشکاری دیگری که در این مورد به کار می‌آید جوشکاری قوسی توپودری است که درآن پودر موجود در سیم جوش پس از ذوب شدن ایجاد بخاری می‌کند که مانع تماس قوس الکتریکی و آب می‌گردد. روش دیگر جوشکاری اصطکاکی (جوشکاری دو قطعه با حرارت ناشی از اصطکاک مکانیکی حاصل از چرخش و فشار یک قطعه روی قطعه دیگر) است. در این حالت بیش‌تر سطوح قطعه چرخان واسط، هیچگونه تماس مستقیمی با آب ندارند. با این حال، این روش در دسته جوشکاری خیس قرار می‌گیرد چرا که دو قطعه‌ای که قرار است جوش بخورند تماس کامل با آب دارند.
مزیت جوشکاری مرطوب
مزیت عمده جوشکاری مرطوب در آزادی عمل جوشکار و آسان بودن و قابل اجرا بودن درون محیط آبی بوده و ایراد عمده آن‌ها مربوط به کیفیت پایین این نوع جوشکاری‌ها در مقایسه با جوشکاری در هوا است. از این رو، بیش‌تر برای اهداف تعمیراتی از دسته مرطوب استفاده می‌گردد.
معایب جوشکاری مرطوب
در مورد معایب جوشکاری قوس الکتریکی زیر آب با جوشکاری در هوای آزاد یا جوشکاری خشک به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:
۱-به دلیل اثر خنک کنندگی آب، جوشکاری به سرعت خنک شده که موجب سخت و ترد شدن جوش می‌گردد.
۲-از آنجایی که انرژی جوشکاری بسیار زیاد است، بخشی از آب حوالی قوس الکتریکی بخار شده و تشکیل یک حفره حبابی نسبتا پایدار می‌دهد. این حباب‌ها از یک طرف از قوس الکتریکی، محافظت کرده و به دلیل کاهش تماس قطعه با آب موجب کاهش خنک شوندگی سریع فلز مذاب می‌گردند، ولی از طرف دیگر، بعد از اتمام جوشکاری و سرد شدن آن، ایجاد تخلخل در فلز جوش می‌کنند.
۳-هیدورژن موجود در حباب یا آب‌های اطراف موجب پدیده ترک خوردگی هیدروژنی در قطعه می‌گردد. بدین گونه که پس از خشک شدن جوش، هیدروژنی که درون فلز نفوذ کرده واکنش شیمیایی داده و موجب ایجاد ترک می‌شود.
لازم به ذکر است که مشکلات بالا در عمق زیاد دریا و فشار بالای آب و همچنین در مواردی که شوری آب بیش‌تر است تشدید می‌شوند.
در صورتی که از روش جوشکاری قوس الکتریکی با گازهای حفاظتی استفاده شود، گازهای حفاظتی تولید شده با حباب برخورد می‌کنند و قدرت اثر گذاری آن‌ها در مقایسه با جوشکاری در هوای آزاد کاهش می‌یابد. به علاوه، گازهای موجود درون حباب، چه گازهای حفاظتی و چه گازهای اکسیژن و هیدورژن حاصل از برقکافت و چه گازهای حاصل از بخار شدن پوشش الکترود در این شرایط می‌توانند عامل بروز تخلخل و ترک در شیار جوش شوند.
با توجه به مشکلات فوق ذکر، فولادهای کربنی برای جوشکاری زیر آب به خصوص نوع مرطوب بسیار مناسب هستند، چراکه حساسیت کمتری نسبت به سخت شدن در اثر خنک شدن با سرعت بالا دارند.
تجهیزات و شرایط مورد نیاز برای جوشکاری مرطوب
الکترودهای جوشکاری باید مخصوص این کار طراحی شده و دارای خاصیت ضد آب باشند. به علاوه، باید گازهای بیشتری تولید کنند. از آنجایی که آب رسانای الکتریسیته است، برای جوشکار باید تجهیزات متناسب با اینکار شامل عایق بندی برای کابل‌ها، اتصالات و لباس جوشکار و قطع کننده اضطراری جریان به کارگرفته شود تا خطر برق گرفتگی کاهش پیدا کند. در صورتی که عایق بندی مناسب نبوده و دارای ترک باشد، آب با فلز رسانا تماس پیدا کرده و موجب توقف جریان قوس الکتریکی می‌شود.
برای حفظ پایداری قوس الکتریکی در فشار و عمق بالا، نیاز به ولتاژ و شدت جریان بالاتری است که موجب سخت‌تر شدن کنترل جریان قوس الکتریکی توسط جوشکار می‌گردد. به علاوه جوشکاری در این شرایط، خطر برق گرفتگی و انفجار حاصل از تجمع مقدار زیاد هیدروژن را در پی دارد. به همین دلیل، فقط از جریان برق مستقیم استفاده شده و از متناوب استفاده نمی‌شود. به علاوه به منظور جلوگیری از برقکافت آب و آسیب دیدن تجهیزات، بهتر است از قطبیت منفی برای جوشکاری استفاده شود. شدت جریان جوشکاری معمولا بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ آمپر متغیر است. از کلید تیغه‌ای برای قطع و وصل جریان قوس الکتریکی استفاده شده که به وسیله جوشکار انجام می‌گیرد. به دلیل حساس بودن، کلید تیغه‌ای به کار گرفته شده باید بسیار مقاوم بوده و امنیت بالایی داشته باشد.
جوشکاری خشک
جوشکاری خشک مربوط به حالتی است که فرایند جوشکاری به طور کامل یا در بخشی از زمان یا مکان، انجام جوشکاری بدون تماس با آب صورت می‌گیرد. این نوع جوشکاری حالت‌های مختلفی دارد که در ادامه توضیح خواهیم داد. به طور کلی یک اتاقک به درون آب برده شده که آب بندی شده و فضای درونی آن خشک می‌ماند. سپس قطعاتی که باید جوشکاری شوند به درون آن برده شده، و فضای درونی آن با گازهایی همچون هلیوم، آرگون و اکسیژن پر شده تا مانع ورود آب به داخل اتاقک شوند.
حالت اول: جوشکاری کاملا خشک
در این حالت حجم اتاقک به اندازه کافی بزرگ است تا جوشکار بتواند شخصا وارد اتاقک شده و عمل جوشکاری را انجام دهد. این حالت شباهت زیادی به جوشکاری در هوا دارد. کیفیت آن به اندازه جوشکاری در هوا بالا بوده و برای کارهای حساس مانند اتصال دو خط لوله زیر آب به کار می‌رود. به علاوه، امنیت جوشکار در این حالت بیش‌تر بوده و نظارت و کنترل بهتری روی کار دارد. همچنین، انجام تست غیرمخرب و عملیات حرارتی در این حالت امکان پذیر است.
در جوشکاری کاملا خشک، به دلیل وجود گاز کافی در مخزن گاز متصل به اتاقک، نیازی به دود حاصل از ذوب الکترود نبوده و بالعکس، دود حاصل از آن می‌تواند موجب آلودگی اتاقک شود. بنابراین برای این نوع جوش بیش‌تر از روش جوشکاری قوس الکتریکی با گاز حفاظتی استفاده می‌شود. ایراد عمده این نوع فرآیندها هزینه بالای آن‌ها به ویژه زمانی که در عمق بسیار زیادی از آب انجام می‌گیرند؛ است.
حالت دوم: جوشکاری هایپرباریک
در این حالت فشار داخل و خارج اتاقک تقریبا برابر و بسیار بالاتر از فشار اتمسفر است. در مورد این فرآیند می‌توان گفت تنها تفاوتی که در مکانیزم جوش آن با حالت جوشکاری در هوای آزاد وجود دارد این است که فشاری که در آن عملیات جوش انجام می‌گردد بیش‌تر است. در این حالت هوای داخل اتاقک قابل تنفس نبوده وتنفس جوشکار از طریق ماسک مخصوص انجام می‌گیرد.
حالت سوم: جوشکاری یک اتمسفر
در برخی موارد می‌توان فشار اتاقک را به کمک تجهیزات موجود تا یک اتمسفر کاهش داد. به این روش جوشکاری یک اتمسفر می‌گویند. در این حالت شرایط جوشکاری به شرایط جوشکاری در هوا نزدیک تر بوده و کیفیت جوش بالاتر خواهد بود. همچنین لزومی به استفاده از ماسک تنفسی برای جوشکار نیست. ولی به دلیل پیچیدگی و هزینه بالای تجهیزات (بیش‌تر از همه انواع جوشکاری خشک و مرطوب)، کمتر از این روش استفاده می‌شود.
حالت چهارم: جوشکاری به اصطلاح خشک جزیی
در جوشکاری به اصطلاح خشک جزیی، به جای اتاقک از محفظه‌ای کوچک استفاده شده و تنها دست جوشکار و قوس الکتریکی و قطعه کاری درون محیط خشک قرار می‌گیرند و خود جوشکار درون محیط آبی می‌ماند. در این حالت باید راه هایی برای دسترسی به داخل محفظه برای جوشکار تعبیه شده باشد. این نوع فرآیندها خصوصیاتی بین فرآیندهای مرطوب و کاملا خشک دارند. در مقایسه با فرآیندهای کاملا خشک، هزینه این نوع فرآیندها کمتر و کیفیت آن‌ها هم پایین‌تر است.
به طور کلی برای جوشکاری خشک (برای تمام انواع آن) می‌توان گفت کیفیت جوشکاری از جوشکاری مرطوب بسیار بیش‌تر بوده اما در مقابل هزینه بسیار بالاتری دارد. لازم به ذکر است که یکی از مشکلات جوشکاری مرطوب، مسئله ایجاد بخار آب در اطراف ناحیه جوش و عدم رویت صحیح جوشکاری توسط جوشکار است که در جوشکاری خشک این مشکل برطرف می‌شود.