چند پرسش و پاسخ درباره WPS و PQR_ بخش ۴

۴۳- آیا انجام تست میکرو طیق کد ASME می بایست همیشه انجام شود؟ با انجام تست میکرو چه چیزی باید محقق شده باشد؟ 

من دقیقا منظورتان را از “تست میکرو“ متوجه نشدم. حدس می زنم شاید منظورتان “بررسی های ماکرو“ باشد.

اگر چنین است باید گفت در آزمون ماکرواچ ابتدا مقطعی از نمونه بریده شده و توسط سنگ صاف می شود. سپس با سنباده زنی متوالی با سنباده های مختلف، سطح نمونه صیقلی می شود. برای اچ کردن محلولهای مختلفی(Etchant) وجود دارد که انواع آن در بند ۴۷۰‐QW ذکر شده است . برخی از استانداردهای انجام این آزمون عبارتند از:

 ASTM E 340, ASTM E 7, ASTM E 883

برای پذیرش نمونه ماکرواچ شده از طریق بازرسی چشمی نکات زیر را باید لحاظ کرد:(۱۸۳‐QW)  در ناحیه فلز جوش و HAZ، ذوب باید تا ریشه اتصالات انجام شده باشد و عاری از ترک باشد.

در جوشهای گوشه ای نباید اختلاف بیش از ۳ میلیمتر در اندازه های ساق وجود داشته باشد.

اگر نمونه ی PQR ی که تهیه می کنید با جوش گوشه (fillet) باشد، بر اساس ۱۸۱٫۱‐QW  باید  بررسی ماکرواچ روی آن انجام شود. معیار پذیرش را که در بالا به آن اشاره کردم می توانید در ‐QW183 ببینید. برای آگاهی بیشتر، بند ( QW‐۲۰۲٫۲(c را حتما مطالعه کنید.

باید بگویم آنچه بیشتر دیده ام، آزمون ماکرواچ نمونه های PQR سازه فلزی بر اساس AWS D1.1 بوده است. بررسیهای ماکرو در D1.1  با واژه Macroetch test معرفی شده است و برای تایید صلاحیت WPS در حالتهای جوش شیاری با نفوذ نسبی (PJP) و جوش گوشه (fillet) باید انجام شود.

برای آگاهی از تعداد نمونه ها و سایر الزامات، جداول ۴٫۳ و ۴٫۴ و نیز بندهای ۴٫۱۰٫۲ و ۴٫۱۰٫۳ و ۴٫۱۰٫۴ این استاندارد را ببینید. معیار پذیرش نتایج آزمون ماکرو اچ در بند ۴٫۸٫۴٫۱ بیان شده است.

۴۴- API 5L X65B به عنوان BASE METAL در WPS نوشته شده است. چگونه بفهمیم که چه آلیاژی است؟ 

API 5L X65B نداریم و آنچه وجود دارد API 5L X65 است که معرفی یک گرید از لوله های فولادی کربنی برای انتقال فرآورده های نفتی است. مشخصات آن را در استاندارد API 5L می یابید.

استاندارد API 5L در کشور ما کاربرد فراوانی دارد واگر بخواهید از لوله ی فولاد کربنی در پروژه (و WPS) استفاده کنید به احتمال بسیار زیاد یکی از ۳ نوع  API 5L‐B یا  ASTM A 106‐B یا  ASTM A 53‐B خواهد بود. اگر به مورد مشابه دیگری در WPS برخورد کردید  نخست آن را در جدول ۴۲۲‐QW از ASME Sec.IX جستجو کنید تا اطلاعاتی در مورد آن فلز پایه بدست بیاورید و سپس به استاندارد مربوطه مراجعه کنید، یا جستجو را از ابتدا در  ASME Sec.II انجام دهید.Part A  از Section II کد ASME مربوط به فلزات آهنی و Part B مربوط به فلزات غیر آهنی است. ممکن است در برخی از WPS ها از استانداردهای اروپایی فلز پایه نام برده شده باشد ( در صنعت ما این مورد رایج است بویژه در مورد فولادهای سازه ای نظیر ۳۷ St یا ۳‐۵۲ St و نیز برخی آلیاژهای آلومینیومی و سایر غیر آهنی ها) که در این صورت استفاده از گوگل می تواند شما را به استاندارد مربوطه هدایت کند تا اطلاعات بیشتری در مورد آن فلز پایه بدست آورید. با دیدن WPS های بیشتر و افزایش تجربه، با دیدن گرید یا کد نامگذاری فلز پایه، به راحتی خواهید دانست در کجا اطلاعات بیشتر را پیدا کنید.

۴۵- آیا PQR برای مخزنی که تنش زدایی خواهد شد باید حتما با PWHT باشد؟

هر مخزنی که عملیات حرارتی PWHT نیاز داشته باشد می بایست PQR آن نیز تحت عملیات حرارتی PWHT قرار گیرد زیرا بر اساس ۴۰۷٫۱‐QW عملیات PWHT در زمره متغیرهای اساسی قرار می گیرد یعنی انجام دادن یا انجام ندادن عملیات حرارتی PWHT نیاز به PQR جداگانه دارد.. بدین ترتیب مدرک PQR بدون PWHT نمی تواند WPS  را با PWHT پشتیبانی نماید.

اگر کد ساخت تجهیز ۱ ASME Section VIII‐Div. باشد چند پارامتر تعیین کننده ی لزوم انجام PWHT هستند:

سرویس مخزن مطابق با UW2 و۶۸‐UCS (اگر سرویس مخزن کشنده (lethal) باشد در هر ضخامتی نیاز به PWHT خواهید داشت اما اگر سرویس معمولی باشد برای P No.1 تا ضخامت ۳۸ میلیمتر نیازی به PWHT وجود ندارد.)

جنس متریال مخزن مطابق باUCS‐۵۶ PNo. 3 Gr.3

ضخامت بر اساس جنس متریال مخزن مطابق با۵۶‐UCS‐۵۶, UHA‐۳۲, UNF   عملیات فرمینگ سرد مطابق با ۷۹‐UCS   فرایند جوشکاری مطابق باUCS 56‐a

  ۴۶- در چند WPS دیده ام که الکترودهایی مانند ۷۰۱۸ را فقط با جربان DC مشخص کرده است. آیا استانداردی وجود دارد که بر اساس نوع الکترود، پلاریته مشخص شود؟ 

نوع پلاریته مناسب هر الکترود رابطه مستقیمی با ترکیبات به کار رفته در پوشش آن دارد. اغلب ترکیبات موجود در پوشش الکترود در قوس تجز یه می شوند و به صورت یون در م ی آیند. قابلیت حمل جریان متفاوت آنیونها و کاتیونهای حاصله است که تعیی ن می کند آن الکترود خاص در چه پولاریته ا ی قوسی پای دار ایجاد م ی کند.  در این مورد باید به مشخصات ذکر شده توسط سازنده الکترود مراجعه کنید تا ببینید برای چه موقعیت و پولاریته ای الکترود را توصیه کرده است. برای مثال یک سازنده ممکن است دو نوع ۶۰۱۰ تولید کند که یکی در DCEN  و دیگری در DCEP بهترین نتیجه را بدهد.

مورد مشابه دیگری که در دستور العملها یا مدارک جوشکاری پروژه استفاده از راهنمایی های سازنده الکترود توص یه می شود در مورد زمان و دمای خشک کردن الکترودهای کم هیدروژن (مانند E7018) است.

در پاسخ به پرسشتان در مورد معرفی استاندارد مرتبط با این بحث باید گفت انجمن جوشکاری آمریکا، مجموعه ای از چند استاندارد پر کاربرد و معروف دارد که سری A5  نامیده می شود و در آنها به مشخصات filler metal (الکترود و سیم جوش و فلاکس جوشکاری) پرداخته است. به عنوان مثال اگر از الکترودهای زنگ نزن با فرآیند SMAW استفاده می کنید برای تعیین پلاریته (قطبیت) الکترود باید به جدول ۲ از ۵٫۴ A مراجعه نمایید یا اگر فرآیند جوشکاری GTAW است باید جدول A.1 استاندارد ۵٫۱۲ A  را ببینید.

معمولا کتابها  و هندبوکهای جوشکاری نیز در معرفی هر فرآیند، بخشی را به انواع جریانها و پلاریته مناسب فیلرهای مختلف آن فرایند اختصاص می دهند. برای نمونه می توانم به ۲‐AWS WHB اشاره کنم. این کتابها و استانداردها در مواردی چند انتخاب پیش پای شما می گذارند مثلا DCEP و DCEN هردو مجاز است، پس آنطور که نوشته اید برای “اطمینان“ از درستی انتخابتان باید از تجارب موجود ( مطالعه ی کتابهای کاربردی در این زمینه، دیدن WPS های مشابه، مشورت با مهندسان باسابقه و …) استفاده نمایید.

۴۷- آیا برای گرفتن PQR دوجنس متفاوت مثل    SA‐۴۱۴ grade E و ۳۲۱ SA‐۲۴۰ TYP می توان از PQR موجود در آرشیو که از جنس P. No. ، S.S. 316 ، ST 37 و G.NO مشابه دارند استفاده نمود؟

می دانیم ۲‐۳۷ St از نوع assigned material  نیست یعنی در جداول  ۴۲۲‐QW وجود ندارد و معمولا با ید تایید کارفرما برای معادل بودن آن با  ۳۶‐SA گرفته شود. حدس می زنم با توجه به ۴۱۴‐SA و ۲۴۰ SA که ورقهای مخزن تحت فشار هستند، کد ساخت شما  ASME Sec.VIII  باشد. اگرچه این مورد درباره ی متریالهای فوق کاربردی ندارد ولی بد نیست به یاد داشته باشیم اگر آزمون ضربه الزامی باشد، بر اساس (۲) UG‐۸۴(h) باید علاوه بر یکسان بودن P No. و  G No.

شرایط عملیات حرارتی ( نرمالیزه بودن، کوئنچ- تمپر و…) دو متریال PQR و WPS نیزیکسان باشد. پاسخ پرسش شما  بلی است. با توجه به توضیحاتتان، اگر سایر متغیرهای اساسی ( و در صورت وجود لزوم آزمون ضربه، اساسی تکمیلی) نیز یکسان هستند شما می توانید از PQR آرشیوی مورد اشاره استفاده کنید. البته مانند همیشه کارفرما، قرارداد، دستور العمل فنی و… می توانند الزامات دیگری داشته باشند و مثلا به شما دیکته کرده باشند تا PQR را با فلزات پایه مشابه WPS ارائه نمایید. البته در این صورت هم یک روش مناسب می تواند استفاده از SWPS باشد.(Sec IX App.E)

شایان گفتن است اگر الزامی در کد ساخت برای آزمون ضربه وجود نداشته باشد، توجه به G No. ضرورتی ندارد زیرا اگر جداول  ۲۵۲‐QW تا ۲۶۵‐QW را برای فرآیندهای مختلف  ببینید، در بیشتر موارد supplementary essential variable یک متغیر اساسی تکمیلی G.NO است.

۴۸-با اینکه اصولا Sec.VIII div.1 برا ی سختی سنجی PQR الزامی ندارد، در چند مورد   PQR برای ساخت مخازن پالایشگاهی دیده ام که سختی سنجی انجام شده است. چرا؟ 

همیشه کارفرما، قرارداد، دستور العمل فنی و… می توانند الزامات دیگری داشته باشند و مثلا به شما دیکته کرده باشند تا PQR را با نتایج سختی سنجی ارائه نمایید.( اصطلاحا می گویند الزاماتی فراتر از استاندارد یا overrule). علاوه بر اینها جمله ی معروفی هست که می گوید“ صورتجلسات اجرایی با ضمانت حسن انجام کار، نافذ بر موارد پیمان است“ به عبارت ساده تر، کارفرما ( مشتری) یا نماینده اش

(مشاور) می تواند حتی موضوعی خارج از قرارداد را ( با پذیرش هزینه ها) درخواست نماید.

در مورد ساخت مخازن پالایشگاهی  مورد اشاره ی شما  نیز با توجه به سکوت Sec. VIII div.1 در مورد سختی سنجی، بدون گمان یکی از موارد بالا الزام را ایجاد کرده است. سختی سنجی در پروژه ها بسته به حساسیت کار ممکن است رایج باشد (مانند sour service) به عنوان مثال کارفرما ممکن است از پیمانکار بخواهد مدرک PQR با نتایج سختی سنجی را بر اساس بند ۱۲٫۶ استاندارد  API RP582 ارائه دهد که نباید سختی از HV10 248  بیشتر شود یا ممکن است برای معیار پذیرش عدد سختی به مرجعی مانند ۰۴۷۲ NACE RP ارجاع دهد. (جدول ۱ این استاندارد) روشن است در صورت الزام کارفرما به سختی سنجی PQR اگر عدد سختی بیش از حد تعیین شده باشد آن PQR غیر قابل پذیرش خواهد بود.

۴۹- آیا جدولی در ASME هست که بهترین محدوده آمپر را مشخص کرده باشد؟ محدوده جریان را خودم با توجه به تست   PQR که گرفتم می دانم چقدر هست اما میخواهم بدانم محدوده آمپری که در WPSنوشتم درست است یا نه.  تا آنجایی که می دانم طبق ASME بهترین آمپر از ضرب قطر خارجی الکترود به اینچ در هزار بدست می آید. 

بسته به نوع فرآیند، قطر الکترود، سرعت حرکت، میزان نفوذ و …. شدت جریان تعیین می شود. مراجعی که می توانید به آنها مراجعه کنید:

۱-به مشخصات ذکر شده توسط سازنده الکترود (دفترچه راهنما) مراجعه کنید تا ببینید چه آمپراژی را توصیه کرده است.

۲-انجمن جوشکاری آمریکا، مجموعه ای از چند استاندارد پر کاربرد و معروف دارد که سری A5 نامیده می شود و برای هر فرآیند می توانید مقادیر پیشنهادی استاندارد را در جدولی بیابید. برای SMAW با الکترود از جنس فولاد کربنی جدول ۴ استاندارد AWS A5.1 این مقادیر را داده است.

۳-معمولا کتابها و هندبوکهای جوشکاری نیز در معرفی هر فرآیند، بخشی را به شدت جریان مناسب اختصاص می دهند.

اگر زمانی به هیچ یک از موارد بالا دسترسی نداشتید به یاد داشته باشید  بصورت سرانگشتی در فرآیند SMAW به ازای هر ۱ میلیمتر از قطر الکترود حدود ۳۰- ۴۵ آمپر جریان مورد نیاز است. البته بر خلاف گفته ی شما این مورد در استاندارد ذکر نشده است.

۵۰- آیا درWPSی که درآن گاز مورد استفاده در فرآیند GMAW، آرگون بوده و تایید شده، می توان از گاز آرگون به همراه ۲٫۵% اکسیژن و یا _۲CO استفاده کرد بدون اینکه نیاز به تایید مجدد WPS با شد؟ 

اگر به ۲۵۵‐QW و ۲۵۶‐QW که نوع متغیرها را برای GMAW و GTAW مشخص کرده اند، مراجعه نمایید؛ ملاحظه خواهید کرد که در مورد GAS هر دو مشابه هستند. مورد پرسش شما که فرآیند GMAW را در بر دارد، بر اساس ۲۵۵‐QW متغیر اساسی به شمار می رود.( QW‐۴۰۸٫۲(b  بیان می دارد تغییراز یک گاز محافظ به مخلوطی از گازهای محافظ و برعکس  نیاز به PQR جداگانه ای خواهد داشت.به طور خلاصه ۴۰۸٫۲‐QW که مربوط به گاز محافظ است در زمره ی متغیرهای اساسی بوده و هر یک از موارد زیر نیاز به PQR جدید خواهد داشت:

تغییر گاز محافظ به گازی دیگر- تغییراز یک گاز محافظ به مخلوطی از گازهای محافظ و برعکس- تغییر در درصد مشخص شده ترکیب مخلوط گازهای محافظ- افزودن یا حذف گاز محافظ یاد آور می گردد برای انتخاب درست ترکیب گازهای محافظ می توان از جدول ۴ استاندارد  AWSA5.32 به عنوان راهنما بهره برد.

۵۱- آیا یک PQR با جوش شیاری می تواند یک WPS با جوش گوسه ای (فیلت) را پشتیبانی نماید؟ 

بر اساس جدول ۴۵۱٫۴‐QW که همراه QW‐۲۰۲ (c) به کار می رود، پاسخ مثبت است یعنی کد بیان می کند PQR با جوش شیاری می تواند برای پشتیبانی WPS جوش فیلت با هر اندازه ای (طول ساق)، هر ضخامت فلز پایه و هر قطر لوله به کار رود. همانگونه که می بینید این بند به هیچ روی سخت گیری نکرده و دست کاربر را کاملا باز گذاشته است. بهتر است در این وضعیت، عمر کاری و کاربرد تجهیز و قطعه جوشکاری شده بررسی گردد و الزامات محدود کننده ای در نظر گرفته شود.

۵۲- برای تایید یکWPS شیاری با ضخامت ورق های ۱۰میلیمتر و فلزات پایه غیر همجنس ۳۲۱ St‐۵۲+SA240 type  چه آزمایشهایی می بایست برروی نمونه انجام گیرد؟ ابعاد قطعه مورد آزمایش چه مقدار باید باشد؟ 

تلاش می کنم پرسش شما را در چند بند پاسخ دهم:

۱ – نمونه test coupon)PQR) لوله باشد یا ورق؟

بند ۲۱۱‐QW استاندارد ASME روشن می کند که انتخاب نوع مقطع نمونه آزمون به عهده پیمانکار است و ورق و لوله تفاوتی نداشته و پاسخ مثبت روی هر یک باعث تایی د دیگری نیز می شود.

۲-(test coupon PQR) ابعاد نمونه

در بند ۴۶۳٫۱‐QW استاندارد ASME به نمونه PQR با شکل ورق یا لوله پرداخته شده است اما سخنی از ابعاد آن به میان نیامده است. در این مورد شکلهای ۴٫۱۰ و ۴٫۱۱  استاندارد AWS D1.1 می تواند راهنمای مناسبی باشد.

۳- آزمایشهای مورد نیاز:

در ۴۵۱٫۱‐QW انواع آزمونهای لازم آمده است. توجه به این نکته لازم است که ممکن است کد ساخت یا دستورالعمل یا کارفرما علاوه بر این آزمونها، آزمونهای دیگری را نیز درخواست نماید مانند:

آنالیز شیمیایی، سختی سنجی، آزمون ضربه، آزمون SSC، آزمون HIC و … . شایان توجه است که اگر یکی از فلزات پایه از دیگری نرمتر باشد یا فلز پایه و فلز جوش دارا ی داکتیلیتی متفاوتی باشند، ‐QW161.5 این اجازه را می دهد که مطابق ۴۵۱٫۲‐QW از نمونه های خمش طولی استفاده گردد. به عبارت دیگر در صورتیکه جنس و خصوصیات مکانیکی دو فلز پایه یا الکترود و فلز پایه متفاوت باشد، بهتر است بجای آزمایش خمش عرضی (رویه و ریشه) از آزمایش های خمش طولی (longitudinal) رویه و ریشه استفاده شود.

۵۳- اگرجنس قطعه ای در استاندارد ذکر نشده باشد یعنی از نوع listed material نباشد (در جداول ۴۲۲‐QW وجود نداشته باشد) جهت تهیه WPS & PQR چه اقدامات و مراحلی باید انجام پذیرد؟

تا جایی که می دانم اصطلاح listed material در استانداردهای پایپینگ مانند B31.3 یا B31.1 کاربرد دارد. بر اساس بند ۴۲۴‐QW از ASME Sec.IX، موادی که در جداول ۴۲۲‐QW/QB آمده اند چون به آنها P No. اختصاص یافته است، با عبارت assigned metals معرفی شده و آنهایی که در این جداول نیستند، unassigned metals نامیده می شوند مگر متریالی که شماره ی UNS آن با هر یک از شماره های UNS مواد جداول ۴۲۲‐QW/QB یکسان باشد که در آنصورت می توان از آن P No. برای این متریال استفاده کرد.

(درباره ی UNS گفتنی است که متخصصان و کارشناسان ASTM و SAE در سال ۱۹۶۷ میلادی مطالعاتی را به منظور ایجاد سیستم شماره گذاری یکسان ( Unified Numbering SystemUNS ) برای فلزات و آلیاژها آغاز نمودند. این برنامه سه وجه مختلف را دنبال می کرد.

۱- ساده کردن سیستمهای نامگذاری متعددی که در طول سالهای گذشته به طور مستقل ایجاد شده بودند.

۲- اختصاص دادن شماره ای مشابه برای نامهای تجاری بویژه در مواقعی که چند شرکت، یک آلیاژ را تحت نام های تجاری گوناگون تولید می کنند.

۳- ایجاد یک سیستم جدید سازگار با رایانه توسط توسعه یک روش ثابت.

در سال ۱۹۶۹ میلادی ارتش آمریکا این پروژه را تحت حمایت قرار دارد. در سال ۱۹۷۵ میلادی نخستین چاپ UNS بطور مشترک توسط ASTM و SAE انجام شد. جزئیات نامگذاری به این روش در استاندارد

(ASTM E 527 : Standard Practice for Numbering Metals and Alloys in the Unified Numbering System UNS) آمده است.

در ادامه ی بند ۴۲۴‐QW می خوانیم که unassigned metals باید با درج  specification, type and grade یا درج آنالیز شیمیایی و خواص مکانیکی درWPS‐PQR مشخص شوند. اگر استحکام کششی فلز در Spec. آن مشخص نشده باشد، باید حداقل استحکام کششی توسط سازمانی(مرجع-استانداردی) که آن فلز را معرفی کرده است، معین گردد.

حال بازگردیم به پرسش شما: اگر شما یک متریال unassigned دارید، نخست باید شماره ی UNS آن را با موارد موجود در جدول مقایسه کنید و اگر مورد مشابهی یافتید از آن استفاده کنید. دوم اینکه می توانید موافقت با معادل سازی را از کارفرما بگیرید. آنچه در مورد سازه های فلزی (D1.1) رایج است معادل سازی ۲‐۳۷ St با A36 است. البته در بسیاری موارد اینکار انجام نمی شود و مثلا ۲‐۳۷ RSt در  WPS یا PQR نوشته شده و برای بررسی نتایج آزمون کشش از اعداد کلید فولاد یا

استاندارد مربوطه(۱۷۱۰۰ DIN) استفاده می شود ( گفتنی است ۱۷۱۰۰ DIN با ۱۰۰۲۵ EN جایگزین شده و نامگذاریها نیز تغییر کرده اند و ۲‐۳۷ RSt در استاندارد جدید به S235JR تغییر یافته است . خوشبختانه در ویرایش ۲۰۱۰  کد Sec.IX برخی از استانداردهای پایه اروپایی توسط ASME پذیرفته شده اند و بصورت SA/EN در جدول ۴۲۲‐QW/QB درج شده اند. اگر این جدول را ببینید S235JR را در کنار ۲‐۱۰۰۲۵ SA/EN خواهید یافت که به آن P No یک اختصاص یافته است.) در قسمت other فرم WPS نیز اگر اطلاعات دیگری از متریال unassigned دارید، مانند استاندارد یا نام تجاری و غیره ذکر نمایید.

پرسشی که ممکن است پیش بیاید این است که اگر که هیچکدام از  روشهای گفته شده نیز مشکل را مرتفع نکرد آنگاه چه مراحلی را باید پیش برد تا WPS&PQR جهت فلز مجهول صادر گردد؟ تا جایی که دیده ام در این مورد Sec.IX سخنی نگفته است اما در ASME Sec.VIII div.1 بخش۱۰‐UG  جایی که ویژگیهای مواد ساخت مخزن بیان شده است از سه حالت: دارا بودن گواهینامه،  صدور

recertificate توسط سازنده ی مخزن و ورقی که not fully identified است سخن به میان آمده است که با توجه به پرسش شما بد نیست(UG‐۱۰(c را مطالعه فرمایید و ببینید آیا امکان استفاده از الزامات آن برای کاربرد در WPS‐PQR وجود دارد یا خیر.

نویسنده: آقای مهندس کامران خداپرستی