جوش میلگرد به روش فورجینگ چیست

امروزه در بسیاری از پروژه های عمرانی، اتصال میلگردها برای دستیابی به طول موردنیاز و اجرای آرماتوربندی اهمیت دارد. یکی از روش های انجام این اتصال، جوش سر به سر میلگرد یا فورجینگ است که با استفاده از حرارت و فشار انجام می شود.

فورجینگ چیست

جوش سر‌به‌سر میلگرد (فورجینگ) روشی با استانداردها و الزامات اجرایی مشخص است که برای اتصال انتهای دو میلگرد به یکدیگر استفاده می شود. این روش در پروژه های عمرانی کشورهای مختلف، از جمله ژاپن، سابقه استفاده دارد.

فورجینگ میلگرد نوعی اتصال در حالت جامد است که در آن دو سر میلگرد با حرارت و اعمال فشار به یکدیگر متصل می شوند، بدون آنکه فلز پایه ذوب شود. عدم نیاز به فلز پرکننده از ویژگی های مهم این روش نسبت به برخی روش های جوشکاری ذوبی است.

جوش میلگرد به روش فورجینگ

شکل دهی فلزات تحت فشار در دمای بالا، مبنای فورجینگ است. در جوش میلگرد به این روش، دو سر میلگرد پس از آماده سازی و هم راستاسازی، حرارت داده می شوند و با اعمال فشار محوری به یکدیگر اتصال پیدا می کنند. در این فرآیند، فلز در ناحیه اتصال به دمای مناسب برای تغییر شکل پلاستیک می رسد و تحت فشار، اتصال شکل می گیرد.

این فرآیند به دقت بالا و تجهیزات اختصاصی نیاز دارد. در کنار فورجینگ، روش هایی مانند اورلپ نیز برای اتصال میلگرد استفاده می شوند؛ با این تفاوت که فورجینگ به همپوشانی میلگردها نیاز ندارد.

جوشکاری سر‌به‌سر با شعله (اکسی‌استیلن)

در زیرشاخه‌ای از جوشکاری سر‌به‌سر، حرارت شعله‌ی اکسی‌استیلن به‌همراه فشار هیدرولیک باعث ایجاد پیوند مولکولی در سطح تماس میلگردها می‌شود. همانند فورجینگ، تمیزی سطوح انتهایی (عاری از گردوغبار و آلودگی) شرط اصلی کیفیت اتصال است.

مزایای فورجینگ میلگرد

• اتصال بسیار محکم و مقاوم در برابر زلزله به‌دلیل افزایش سطح مقطع در ناحیه جوش
• کاهش تراکم آرماتور و سهولت بتن‌ریزی با حذف اورلپ
• کاهش وزن مصرفی میلگرد به واسطه‌ی حذف طول‌های اورلپ
• صرفه‌جویی اقتصادی در میلگرد، دستمزد آرماتوربندی و زمان اجرا
• سبک‌تر شدن سازه به‌دلیل حذف بخش‌های اورلپی

از نظر اقتصادی، میزان صرفه جویی به تعداد اتصالات، هزینه تجهیزات، دستمزد اجرا و قیمت میلگرد بستگی دارد. بنابراین فورجینگ لزوماً در تمام پروژه ها ارزان تر از سایر روش های اتصال نیست.

معایب فورجینگ میلگرد

• حساسیت کیفیت اتصال به مهارت اپراتور و شرایط حرارت دهی و اعمال فشار
• نیاز به کنترل دقیق پارامترهای اجرایی و استفاده از تجهیزات مناسب
• تأثیر ترکیب شیمیایی، گرید و روش تولید میلگرد بر قابلیت اجرای اتصال
• ضرورت بازرسی و انجام آزمون های کنترل کیفیت متناسب با الزامات پروژه

کیفیت اتصال در روش فورجینگ به کنترل حرارت، فشار و آماده سازی سطح میلگرد وابسته است. این موضوع در سایر روش های جوشکاری میلگرد نیز اهمیت دارد، هرچند نوع تجهیزات، پارامترهای اجرایی و معیارهای پذیرش اتصال در هر روش متفاوت است.

روش ‌های اتصال میلگرد

• اورلپ (Overlap): قرار دادن دو میلگرد به صورت همپوشان و تثبیت موقعیت آن ها با سیم آرماتوربندی؛ انتقال نیرو از طریق پیوستگی میلگردها با بتن و با رعایت طول وصله تعیین شده در طراحی انجام می شود.

• کوپلینگ (Coupler): اتصال مکانیکی میلگردها با استفاده از کوپلر مناسب

• فورجینگ: حرارت دهی دو سر میلگرد و اتصال آن ها با اعمال فشار

هرکدام از روش های اتصال میلگرد شرایط اجرایی و محدودیت های خاص خود را دارند. انتخاب روش مناسب باید با توجه به نوع عضو سازه ای، مشخصات میلگرد و ضوابط طراحی انجام شود.

دستگاه جوش سر به سر میلگرد

دستگاه جوش فورجینگ میلگرد برای هم راستا نگه داشتن، حرارت دهی و اعمال فشار به دو سر میلگرد استفاده می شود. کیفیت اتصال به عملکرد صحیح مجموعه تجهیزات و تنظیمات اجرایی وابسته است. مهم ترین اجزای موردنیاز عبارت اند از:

• تجهیزات برش و آماده سازی سر میلگرد: برای ایجاد سطح انتهایی مناسب و عمود بر محور میلگرد، مطابق دستورالعمل اجرایی تأییدشده
• گیره نگهدارنده: برای ثابت نگه داشتن و هم راستاسازی میلگردها در طول فرآیند
• دستگاه اعمال فشار: شامل مجموعه هیدرولیکی و تجهیزات کنترل فشار برای ایجاد نیروی محوری موردنیاز
• سیستم حرارت دهی و مشعل: شامل مشعل، کپسول های اکسیژن و استیلن، رگلاتورها و تجهیزات کنترل جریان گاز

جوشکاری اکسی استیلن (Oxy-Acetylene Welding)

در این فرآیند، استیلن در کنار اکسیژن سوزانده می‌شود و گرمای لازم برای ذوب موضعی تأمین می‌گردد. گازها در دو مخزن جدا ذخیره و در محل شعله مخلوط می‌شوند. فلز پایه در ناحیه اتصال ذوب/نیمه‌مذاب شده و پس از آمیخته‌شدن و سردشدن، اتصال یکپارچه شکل می‌گیرد.

معرفی انواع روش ‌های جوش فورجینگ

انجام فورجینگ میلگرد به روش ‌های زیر صورت می گیرد:

• جوشکاری قوس الکتریکی: استفاده از این نوع جوشکاری در عصر امروز، طرفداران زیادی را به خود اختصاص داده، چراکه در انجام این فرآیند با بکارگیری قوس‌الکتریکی بین الکترود و قطعه کار، گوی‌ های ریز فلز مذاب از الکترود فلزی به درز جوش انتقال می ‌یابند.
• جوشکاری با قوس محافظ گاز: در این نوع فورجینگ میلگرد، از یک گاز بی ‌اثر مانند آرگون یا هلیوم برای انجام کار استفاده می ‌شود که باعث آلوده شدن هوا و آسیب به اتمسفر نمی ‌شود.
• فرایندهای ترموشیمیایی: این روش جزء یکی از جوشکاری‌ های گازی محسوب می‎ شود که امروز به دلیل بکار بردن در تولید یک نوع ورق خاص، استفاده از این روش جوش فورجینگ محدود شده است. جوشکاری گاز یا همجوشی، به وسیله سوزاندن اکسیژن و استیلن با گرما تامین می‌شود که برای جلوگیری از اکسیدشدن فلز پایه، یک شعله خنثی یا کاهنده به کار برده می‌شود.
• فورجینگ قالب باز: این روش جوش فورجینگ مناسب قطعات بزرگ با دارا بودن ظاهری نسبتا ساده است و معمولا استفاده از این روش در صنایعی چون فرم دادن به شمش‌های طلا و زرگری دیده می‌شود.
• فورجینگ پرِسی: این روش سرعت بالاتری نسبت به روش‌های فورجینگ قالب باز و فرآیندهای ترموشیمیایی دارد، زیرا برای انجام کار نیاز به فشار است.

مراحل اجرای جوش فورجینگ میلگرد

اجرای فورجینگ میلگرد به طور کلی شامل مراحل زیر است:

• آماده سازی انتهای میلگردها و پاک سازی سطوح از آلودگی، چربی و زنگ زدگی
• قرار دادن میلگردها در امتداد یکدیگر و تثبیت آن ها با گیره
• حرارت دهی ناحیه اتصال با مشعل مناسب
• اعمال فشار محوری هم زمان با حرارت دهی تا ایجاد اتصال و برآمدگی مشخص در محل جوش
• بررسی وضعیت اتصال و انجام کنترل های کیفی موردنیاز

پارامترهای اجرایی از جمله میزان فشار، شرایط حرارت دهی و معیارهای پذیرش اتصال باید مطابق روش اجرایی تأییدشده تعیین شوند.

فلزهای مناسب جوش فورجینگ

از مزایای جوش فورجینگ این است که بیشتر فلزات برای این نوع جوشکاری مناسب هستند.

• فولادهای آلیاژی و کربنی
• آلومینیوم
• برنج
• مس

کنترل کیفیت جوش فورجینگ میلگرد

کنترل کیفیت یکی از مراحل مهم اجرای فورجینگ است. وضعیت ظاهری برآمدگی محل اتصال، هم راستایی میلگردها و نبود عیوب قابل مشاهده باید بررسی شوند؛ با این حال، ظاهر مناسب به تنهایی برای تأیید مقاومت اتصال کافی نیست.

بسته به مشخصات فنی پروژه و ضوابط قابل اعمال، ممکن است انجام آزمون های مکانیکی یا بازرسی های غیرمخرب نیز ضرورت داشته باشد. نوع آزمون، تعداد نمونه ها و معیار پذیرش باید پیش از اجرا مشخص شوند.

کاربرد دستگاه جوشکاری فورجینگ

• اتصال میلگردهای ستون و فونداسیون
• اتصال میلگردها در سبدبافی و شمع‌ها
• اتصال و بازیافت میلگردهای ضایعاتی
• اصلاح و افزایش طول ریشه‌های کوتاه و بولت‌های آسیب‌دیده
• اتصال میلگردهای دیوار برشی
• کاربرد در تیرهای برق و سازه‌های مشابه

انتخاب روش مناسب برای اتصال میلگردها: جوش فورجینگ و عوامل موثر در آن انتخاب راهکار اتصال به عواملی مانند نوع سازه، نیروهای وارده، شرایط محیطی و هزینه پروژه بستگی دارد. فورجینگ با ایجاد اتصال محکم، سریع و تمیز گزینه‌ای مناسب برای بسیاری از پروژه‌هاست؛ با این حال، باید هزینه‌ی تجهیزات و نیاز به اپراتور ماهر را نیز در نظر گرفت.