روش‌های جوشکاری تیرآهن و نکات کلیدی اجرای آن

روش های جوشکاری تیرآهن برای ایجاد اتصال میان اعضای فولادی در سازه های ساختمانی و صنعتی به کار می روند. کیفیت این اتصالات به عواملی مانند جنس فولاد، ضخامت مقطع، نوع اتصال، روش جوشکاری و نحوه اجرا بستگی دارد. انتخاب فرآیند مناسب باید بر اساس نقشه سازه و دستورالعمل جوش انجام شود تا اتصال بتواند نیروهای وارد شده را به شکل مناسبی منتقل کند.

نوع و سایز مقطع نیز بر هزینه اجرای سازه تاثیر دارد؛ بنابراین در زمان برآورد پروژه، مشخصات فنی محصول باید در کنار قیمت تیرآهن بررسی شود.

تیرآهن و ویژگی های آن

تیرآهن از یک جان عمودی و دو بال تشکیل شده است. جان بیشتر در تحمل نیروهای برشی نقش دارد و بال ها بخش مهمی از تنش های ناشی از خمش را تحمل می کنند. این ساختار باعث شده است تیرآهن در ساخت تیر، ستون، قاب های فولادی، پل ها و سازه های صنعتی کاربرد داشته باشد.

در جوشکاری تیرآهن، محل، طول و نوع جوش اهمیت زیادی دارد و باید مطابق جزئیات طراحی اجرا شود. جوشکاری نامناسب روی جان یا بال می تواند باعث تمرکز تنش، اعوجاج یا کاهش کیفیت اتصال شود.

جنس تیرآهن ها

تیرآهن های ساختمانی معمولا از فولادهای سازه ای کربنی یا کم آلیاژ تولید می شوند. ترکیب شیمیایی، ضخامت مقطع و کربن معادل فولاد می توانند بر قابلیت جوشکاری تاثیر داشته باشند.

به همین دلیل نوع الکترود، سیم جوش، مقدار پیش گرم و پارامترهای فرآیند باید متناسب با فولاد پایه و مشخصات پروژه انتخاب شوند.

روش های جوشکاری تیرآهن

جوشکاری قوسی با الکترود روکش دار SMAW

جوشکاری SMAW یکی از روش های رایج برای اتصال تیرآهن در کارگاه و محل پروژه است. در این فرآیند از الکترود روکش دار استفاده می شود و قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه، فلز پایه و مغزی الکترود را ذوب می کند.

این روش به دلیل تجهیزات نسبتا ساده، قابلیت اجرا در وضعیت های مختلف و امکان استفاده در محل پروژه کاربرد زیادی دارد.

جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ GMAW

در فرآیند GMAW از سیم جوش پیوسته و گاز محافظ استفاده می شود. تغذیه مداوم سیم می تواند سرعت اجرای جوش را افزایش دهد و به همین دلیل این روش در ساخت کارگاهی قطعات فولادی کاربرد دارد.

در جوشکاری فولادهای ساختمانی ممکن است از گازهای فعال یا ترکیبی استفاده شود که در این حالت فرآیند با عنوان MAG نیز شناخته می شود.

جوشکاری قوسی توپودری FCAW

در روش FCAW از سیم جوش لوله ای حاوی مواد فلاکس استفاده می شود. این فرآیند نرخ رسوب مناسبی دارد و برای جوشکاری مقاطع نسبتا ضخیم و سازه های فولادی قابل استفاده است.

برخی سیم های توپودری به گاز محافظ خارجی نیاز دارند و برخی دیگر به صورت خودمحافظ تولید می شوند.

جوشکاری زیرپودری SAW

در جوشکاری زیرپودری یا SAW، قوس الکتریکی زیر لایه ای از پودر فلاکس تشکیل می شود و سیم جوش به صورت پیوسته وارد منطقه جوش می شود.

این روش به دلیل نرخ رسوب و سرعت بالا، بیشتر برای جوش های طولانی، قطعات ضخیم و تولید کارگاهی مورد استفاده قرار می گیرد.

SAW با جوشکاری زیر آب متفاوت است و واژه Submerged در نام این فرآیند به قرار گرفتن قوس زیر لایه پودر فلاکس اشاره دارد.

جوشکاری تنگستن با گاز محافظ GTAW

جوشکاری GTAW یا TIG از الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز محافظ استفاده می کند و امکان کنترل دقیق حوضچه مذاب را فراهم می سازد.

با این حال، به دلیل سرعت پایین تر و نرخ رسوب کمتر، TIG معمولا انتخاب اصلی برای جوشکاری تیرآهن های ساختمانی نیست و بیشتر در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

الکترود مناسب برای جوشکاری تیرآهن

انتخاب الکترود به نوع فولاد، ضخامت تیرآهن، وضعیت جوش و مشخصات اتصال بستگی دارد. یکی از الکترودهای رایج در بسیاری از اتصالات سازه ای، E7018 است که به دلیل روکش کم هیدروژن و خواص مکانیکی مناسب فلز جوش مورد استفاده قرار می گیرد.

در انتخاب این الکترود باید قطر، محدوده آمپر، شرایط نگهداری و الزامات دستورالعمل جوشکاری پروژه بررسی شود. همچنین قیمت الکترود 7018 با توجه به برند، قطر، وزن بسته بندی و شرایط بازار متفاوت است و بهتر است در کنار مشخصات فنی محصول مورد مقایسه قرار گیرد.

نکات مهم در جوشکاری تیرآهن

• آماده سازی محل جوش: سطح اتصال باید از روغن، رنگ، زنگ زدگی شدید و آلودگی هایی که می توانند بر کیفیت جوش تاثیر بگذارند پاک شود. در اتصالات ضخیم ممکن است آماده سازی لبه نیز لازم باشد.
• پیش گرم کردن: پیش گرم برای تمام تیرآهن ها الزامی نیست. نیاز به آن به ضخامت مقطع، ترکیب شیمیایی فولاد، کربن معادل، دمای محیط و الزامات دستورالعمل جوش بستگی دارد.

پیش گرم مناسب می تواند سرعت سرد شدن را کاهش دهد و در برخی شرایط احتمال ایجاد ترک های هیدروژنی را کنترل کند.

• ترتیب اجرای جوش: اجرای نامناسب پاس های جوش می تواند باعث اعوجاج یا ایجاد تنش های پسماند شود. در اتصالات بزرگ، ترتیب و جهت اجرای جوش باید مطابق دستورالعمل پروژه کنترل شود. برای آماده سازی مقطع پیش از اتصال نیز می توانید با روش های برش تیرآهن و نحوه آماده سازی لبه ها آشنا شوید.

بازرسی و کنترل کیفیت جوش تیرآهن

پس از جوشکاری، اتصال باید از نظر شکل ظاهری، ابعاد جوش و وجود عیوب بررسی شود. ترک، تخلخل، ذوب ناقص، نفوذ ناکافی، بریدگی کنار جوش و حبس سرباره از جمله عیوبی هستند که می توانند کیفیت اتصال را کاهش دهند.

بازرسی چشمی معمولا نخستین مرحله کنترل است. در صورت نیاز و بر اساس اهمیت اتصال، می توان از روش های آزمون غیرمخرب مانند UT، MT، PT یا RT نیز استفاده کرد.

استانداردهای مرتبط با جوشکاری تیرآهن

یکی از استانداردهای شناخته شده در زمینه جوشکاری سازه های فولادی AWS D1.1/D1.1M است که الزاماتی درباره اجرای جوش، تایید روش جوشکاری، صلاحیت جوشکار و بازرسی ارائه می دهد.

ISO 3834 نیز به الزامات کیفیت در جوشکاری ذوبی مواد فلزی می پردازد. در پروژه های اروپایی، EN 1090 نیز در اجرای سازه های فولادی و کنترل کیفیت آنها کاربرد دارد.

استاندارد قابل استفاده باید بر اساس مشخصات پروژه و الزامات طراح تعیین شود.

انتخاب روش مناسب برای جوشکاری تیرآهن

هیچ روش واحدی برای تمام اتصالات تیرآهن مناسب نیست. نوع فولاد، ضخامت جان و بال، محل اجرا، نوع اتصال و حجم جوشکاری باید پیش از انتخاب فرآیند بررسی شوند.

SMAW برای بسیاری از عملیات اجرایی انعطاف پذیری مناسبی دارد، در حالی که GMAW و FCAW در تولید کارگاهی می توانند سرعت بیشتری ایجاد کنند. SAW نیز برای جوش های طولانی و مقاطع ضخیم گزینه قابل استفاده ای است.

در نهایت، کیفیت اتصال تنها به انتخاب روش جوشکاری وابسته نیست و آماده سازی سطح، انتخاب فلز پرکننده، تنظیم پارامترها، مهارت جوشکار و بازرسی نهایی نیز باید مطابق الزامات پروژه انجام شوند.