دستور العمل جوشکاری WPS چیست ؟

دستور العمل جوشکاری WPS

هدف از دستورالعمل جوشکاری یا welding procedure specification (WPS) مشخص کردن جزئيات فرآيند جوشکاری يک قطعه يا ماده مورد نظر است. برخی کارخانه‌های سوله سازی و اسکلت فلزی برای توليدات خود يک گواهی کيفيت نيز تنظيم می‌کنند تا بوسيله آن شرايط آماده‌سازی، چک کردن و تأئيد مشخصات بيان شده در روش جوشکاری کنترل شود. مشخصات روش جوشکاری می‌بايست بر اساس نيازهای سازنده و بنا به تأئيد مشاور طرح تنظيم شود.سوله سازی 

مشخصات سربرگ فرم WPS

مطابق با کد ASME Sec. IX، در فرآيندهای مختلف جوشکاری، متغيرهای جوشکاری به صورت زير طبقه‌بندی می‌شوند:

الف) متغيرهای اساسی (Essential) : پارامترهائی هستند که در صورت تغيير آنها در يک WPS ، يک PQR جديد بايد تدوين و تهيه شود.

ب) متغيرهای غيراساسی (Nonessential): پارامترهائی هستند که صرفا” برای اطلاع در WPS قرار می‌گيرند و در صورت تغيير آنها، احتياج به انجام آزمايش مجدد و تهيه PQR جديد نمی‌باشد.

ج) متغيرهای مشروط (Supplementary Essential): پارامترهائی هستند که در صورتی باعث تغيير PQR مربوط به يک WPS می شوند که در مشخصات فنی نسبت به انجام تست ضربه جهت تعيين کيفيت، PQR ،  اشاره شده باشند.

مشخصات اوليه يک WPS عبارتست از:

1. شماره سری مشخصات روش جوشکاری (Welding Procedure Specification)
2. تاريخ تنظيم (Date) WPS
3. شماره بازبينی ها (Revisions)
4. تاريخ بازبينی
5. شماره سری گزارش کيفيت روش جوشکاری (Supporting PQR No.)
6. روش يا روشهای مورد استفاده جهت جوشکاری (Welding process (es))

بهتر است که فرآيندهای جوشکاری با نام اختصاری نشان داده شوند.

نحوه انجام فرآيند جوشکاری (Type)

بعنوان مثال: دستی (Manual) ، اتوماتيک ، نيمه اتوماتيک، ماشينی می‌توانند طرق مختلف اعمال يک فرآيند باشند. جوشکاری قوس با الکترود روپوش دار در صورت استفاده از الکترودهائی با طول محدود و به صورت دستی Manual تلقی می‌شود. روشهائی مانند FCAW در صورت جوشکــاری دستی، نيمه خودکار به حساب می‌آيند و اگر پيک آنها بر روی ماشين قرار گيرد و بطور خودکار حرکت کند، از آنجائيکه انتقال مفتول نيز خودکار بوده فرآيندی ماشينی (Machine) يا تمام اتوماتيک به حساب می آيد.

طرح اتصال (Joints)

مشخصات طرح اتصالی که روش جوشکاری برای آن نوشته می‌شود بر اساس کد (QW-402) می‌بايست در قسمتی از فرم WPS درج شود. در صورت تمايل و نياز، فرآيند پخ سازی مورد نظر نيز قابل ذکر است. معمولا” آماده‌سازی شيار يا پخ جوشکاری به يکی از روشهای برش اکسيژن، استفاده از الکترودهای کربنی، برش قوس پلاسما يا روشهای مختلف ماشين کاری انجام می‌شود. بهتر است ماشين کاری و سنگ زنی پس از آماده‌سازی به روشهای ديگر نيز اعمال شوند. در نهايت تميزکاری شيار يا پخ جوش باعث بهبود کيفيت کار می‌شود و اشاره بدان در اين قسمت از WPS امکان پذير است.

بهتر است که مشخصات شيار چه بصورت کامل و چه اختصاری نشانگر پارامترهای ذيل باشد:

• نوع اتصال جوشکاری
• نفوذ جوش و ضخامت قطعه مورد جوشکاری
• شکل شيار جوشکاری

پشت بند (Backing)

بنا به صلاحديد طراحی و به منظور مواردی چون جلوگيری از اکسيد شدن مذاب شيار جوش ، عدم ريزش مذاب از پشت شيار، افزايش يا کاهش سرعت انجماد در پشت جوش، اطمينان از خالی نماندن يا ايجاد زير برش در قسمت پشتی جوش و غيره از تسمه‌ای فلزی، جريان گاز يا فلاکس به عنوان پشت بند استفاده می‌شود. در اين قسمت از WPS با تأئيد يا عدم تأئيد در مورد استفاده از پشت بند اشاره می‌شود.

فلزات پايه (Base Metals)

ذکر نوع و ترکيب شيميائی فلز مورد جوشکاری از جمله مهمترين مطالب قابل ذکر در WPS است. عنوان نمودن شماره استاندارد تقسيم بندی، ترکيب شيميائی يا عمليات حرارتی خاص که قبل از جوشکاری بايد روی ورق انجام شود در انتخاب ساير مشخصات فرآيند جوشکاری منجمله پيشگرم، پس گرم، انتخاب الکترود و تکنيک کار دخيل است.

عدد مشخصه.PNo

جهت کاهش تعداد فرمهای WPS و PQR فلزات پايه تحت عددی بنام P تقسيم بندی می‌شوند. در صورتی که برای آزمايش کيفيت فولاد تست ضربه لازم باشد تقسيم بندی جزئی‌تر شده و Group No. نيز مطرح می‌شود اساس تقسيم بندی های فوق‌الذکر ترکيب آلياژ ، جوش پذيری و خصوصيات مکانيکی است. ليکن با استناد به عدد P يا Gr. مشابه نمی‌توان ادعا کرد که دو آلياژ از نظر خواص متالورژيکی، عمليات حرارتی پس از جوشکاری ، طراحی و برخی خواص مکانيکی قابل جايگزينی می‌باشند. در صورت نياز به آزمايش ضربه فلز پايه می‌بايست خصوصيات ويژه‌ای داشته باشد.

محدوديت ضخامت (Thickness Range)

ضخامــت مقطــع مورد جوشکاری در اين قسمت ذکر می‌شودبر اساس ASME برای کمتر شدن تعداد WPS می‌توان از محدوده ضخامت زير استفاده کرد :

• ضخامت کمتر از 1/16 اينچ
• 3/8> ضخامت < 1/16 اينچ
• 3/4 > ضخامت < 3/8 اينچ
• 1,1/2 >  ضخامت < 3/4 اينچ
• ضخامت بالای 1,1/2 اينچ

سيم جوشها (Filler Metals)

الکترودها می‌بايست قبل از مصرف خشک شوند. روکش تمام کلاسهای الکترود تقريبا” کم هيدروژن است. الکترودهای کلاس A5.1 AWS نيز به منظور عدم جذب هيدروژن توسط روکش بايد کاملا” عايق بسته بندی شوند. درصورت باز شدن روکش عايق اين الکترودها لازمست تا قبل از مصرف 2 ساعت در دمای 230-260 C° پيشگرم و خشک شوند. الکترودهای کلاس AWS A5.5 روکش کم هيدروژنی دارند از اينرو می‌بايست قبل از مصرف 1 ساعت در 370-430 C° خشک شوند. تمامی الکترودها بهتر است به محض باز شدن بسته بندی و قبل از مصرف در خشک کنی با حداقل 120 درجه سانتيگراه نگهداری شوند. پس از باز شدن درب بسته بندی يا خروج الکترودها از خشک کن الکترودها نبايد پيش از زمان مندرج در ستون A از جدول (1) در معرض اتمسفر قرارگيرند.

در صورتيکه الکترودی در محدوده زمانی ستون B جدول (1) در اتمسفر قرار گرفت لازمست تا از نظر جوشکاری، بازبينی ظاهری و خواص ديگری که در AWSA5.5 آمده آزمايش شود. الکترودی که با شرايط جدول (1) سازگار باشد لازم نيست بيش از يک بار خشک شود. الکترودهای خيس شده به هيچ وجه قابل استفاده نيستند. لازم به تذکر است که توليد کنندگان الکترود موظفند تا در صورت تمايل خريدار برگه تأئيديه (Certificate) محصولشان را در اختيار ايشان قرار دهند. (AWS/A5.5)

آناليز فلز جوش يا عدد ANo.

ANo. تنها در مورد آلياژهای آهنی کاربرد دارد. بر اساس کد ASME (QW-404.5) ابتدا آناليز جوش در هر فرآيند به روش زير بايد محاسبه شده و سپس بر اساس (QW-442) A-No. تشخيص داده شده و در قسمت مربوطه WPS درج گردد.

• برای PAW, GTAW, SMAW يا آزمايشی برای تشخيص آناليز جوش انجام می‌شود و يا بر اساس مدرک کيفيت جوش سازنده آناليز ارائه شده مورد قبول قرار می‌گيرد. در صورت انجام آزمايش، نمونه بايد مشابه آزمايش آناليز استاندارد سيم جوش صورت پذيرد.
• برای ESW, GMAW يا از مشخصات ارائه شده توسط سازنده استفاده می‌شود يا اينکه با شرايطی مشابه استاندارد نمونه آناليز تهيه می‌شود. در هر دو صورت گاز محافظ بايد گاز مورد استفاده در فرآيند باشد.
• بــرای SAW نيــز يا از مشخصات ســازنده تحت شرايط استفاده از فلاکس مشابه فرآيند اجرائی استفاده می‌شود و يا تحت شرايط کاری نمونه آناليز تهيه می شود.

سايز الکترود (Size of Electrode)

برای انجام با صرفه ترين جوش انتخاب اندازه الکترود (قطر ميله مغزی) با اندازه انتخاب نوع الکترود اهميت دارد. در انتخاب اندازه الکترود این موارد مورد توجه قرار می گيرند: طرح اتصال، ضخامت لايه های جوش، حالت جوشکاری، حرارت قابل تحمل توسط قطعه و مهارت جوشکار.

تعداد لايه ها يا پاسهائی که جوش احتياج دارد، بطور عمده بستگی به طرح اتصال، اندازه الکترود، ضخامت فلز پايه، حالت جوشکاری دارد. اندازه مناسب الکترود برای مصرف در جوشهای مختلف برای اتصالات و حالات جوشکاری مختلف ذيلا” بيان شده است:

• برای جوش لوله يا ساير اتصالاتی که احتياج به ذوب خوب در ريشه دارد و امکان جوشکاری از پشت جوش نيست، حداکثر الکترود به قطر 3.25 تا 4 ميليمتر برای پاس اول پيشنهاد می‌شود. برای جوشکاری پاسهای ديگر در تمام حالات الکترودهای قطر 4 تا 5 ميليمتر می‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. بــرای جوشکاری در حالت تخت از الکترودهای با قطر بالای 5 ميليمتر نيز استفاده می‌شود. در لوله های قطر کم پاس اول با الکترود قطر 2.5 و ساير پاسها با الکترودهای قطر 4 ، 3.25 قابل جوشکاری است.
• در جوشکاری اتصالات V شکل يا جناغی يک طرفه که دارای تسمه‌هایی در پشت اتصال می‌باشند در حالت تخت برای پاس اول می‌توان از الکترود قطر 5 و برای پاسهای ديگر از الکترود بزرگتر استفاده کرد.
• برای جوشکاری گوشه ای در حالت تخت و سربه سر غير تخت الکترود 5 ميليمتری حداکثر قطری است که عملا” مصـــرف مــی‌شود و در اين حالت نيز اغلب پاس اول با الکترود قطر 4 ميليمتر جوشکاری می‌شود.
• در مورد الکترودهائی که با روکش کم هيدروژن اندازه معمول برای جوشکاری عمودی و بالا سر قطرهای 4 ، 3.25 ميليمتر و برای جوشکاری تخت و افقی قطر 5 يا بزرگتر می‌باشد.

وضعيت جوشکاری (Position)

بر اساس کد ASME (QW-405) قطعات مورد جوشکاری در يکی از چهار وضعيت زير قرار دارند.

• تخت (Flat)
• افقی (Horizontal)
• عمودی (Vertical)
• بالای سر (Over head)

در  اشکال 1 تا 4 جهت و زوايائی که هر يک از چهار حالت فوق اتفاق می افتد نشان داده شده است.

تکنيک و روش کار (Technique)

نکات تکنيکی روش جوشکاری باتوجه به کد ASME (QW-410) بيان می شوند.

گرده زنجيری يا موجی (String or Weave Bead)

در اين قسمت شکل گرده موردنظر ذکر می‌شود. در مواردی که گرده‌های نازک کافی بوده و يا کمترين حرارت وارده به قطعه لازم است، از گرده‌های زنجير استفاده می‌شود زيرا سرعت حرکت دست در اين تکنيک بيشتر است. گرده‌های موجی به اشکال گردشی و هلالی اجرا می‌شوند.

سايز کلاهک، نازل يا سوراخ عبور گاز (Orifice or Gas Cup Size)

در فرآيندهای جوشکاری با گاز محافظ اشاره به موارد فوق لازم است.

تميزکاری اوليه و بين پاسی (برس زدن، سنگ زدن و غيره)

تميز کردن سطح قبل از انجام جوشکاری مانند زدودن زنگارها، چربی‌ها و کثيفی‌های قطعه باعث افزايش کاهش کيفيت جوش می‌شود. همچنين در حين عمليات جوشکاری چند پاسی و در اتمام کار تميزکردن سطح اعم از پاک کردن سرباره حاصله و غيره باعث کاهش و حذف عيوب جوش نظير سرباره محفوظ در مذاب و آخال و غيره خواهد شد. روشهای اعمالی معمولا” برس زدن ، استفاده از اسکنه و چکش، سنگ زدن، استفاده از فرز انگشتی و … است.

روش برداشتن پشت جوش (Method of Back Gouging)

در صورت نياز به جوشکاری از پشت جوش لازمست تا ابتدا پشت اولين پاس توسط يکی از روشهای زير برداشته شود:

• قوس حاصل از الکترود کربنی (Air Carbon arc Gouging)
• برداشتن بوسيله شعله اکسی استيلن (Oxy Acetylene Gouging)
• سنگ زدن يا تراشکاری Grinding or Chipping

جوش تک پاسی يا چند پاسی در هر طرف (Multiple or Single Pass [Per Side])

در صورتيکه هر طرف از طرح پخ نياز به يک يا چند پاس جوش داشته باشد در اين قسمت مطرح می‌شود. عنوان تک يا چند پاس در اين قسمت کافيست.

سرعت حرکت (Travel Speed)

اين فاکتور مخصوصا” درجوشکاريهای اتوماتيک اهميت فراوان دارد و عامل تعيين کننده ميزان حرارت وارد به قطعه است. در فرآيندهای دستی ذکر سرعت کم، متوسط يا زياد کافيست. اما در مورد دستگاه ههای خودکار سرعت حرکت با ديمانسيون (L/T) بيان می‌شود.

در اجرای wps باید به رواداری جوشکاری در ساخت سوله توجه داشت. در مراحل های مختلف ساخت سوله باید wps اجرا شود که این مراحل در مقاله مراحل ساخت سوله شرح داده شده است.سوله چیست؟