چند پرسش و پاسخ درباره WPS و PQR_ بخش ۵

۵۴- آیاجوشکاری فولاد CK45 با ضخامت ۳۰میلیمتر (به شکل میلگرد) (استفاده از سیم جوش ER70S) نیاز به عملیات PWHT دارد؟ اطلاعات عملیات حرارتی بعد از جوش مربوط به این گونه فولاد هارا از کجا باید استخراج کرد؟ در صورتی که از ER309 استفاده شود، آیا به پیش گرم و عملیات حرارتی نیاز دارد؟ 

Sec. IX در مورد دماهای پیشگرم و PWHT برای آلیاژهای مختلف سخنی نگفته است. برخی از کدها  و استانداردها در این مورد راهنمایی هایی دارند مثلا برای دمای پیش گرم :

ASME Sec. VIII, Div. 1 Appendix R

AWS D1.1Annex I

ASME B31.3 table 330.1.1   :PWHT برای دما و زمان

ASME B31.3 Table 331.1.1

ASME Sec. VIII div. 1 UCS‐۵۶

ASME Sec. I  table PW‐۳۹ Item 5.8 of AWS D1.1

برای یافتن اطلاعات می توانید از کتابهای کاربردی نیز بهره ببرید. حتی می توانید با استفاده از اینترنت، بصورت آنلاین نیازتان را برطرف کنید از جمله با:

http://www.gowelding.com/weld/preheat/preheatcalc.htm

.محاسبات مربوط به پیش گرمایی را انجام می دهد EN1011 Part 2 که براساس

۵۵- P.No میله فولادی CK45 را چگونه باید تعیین کرد؟ 

چون CK45 در زمره متریال unassigned قرار دارد، نخست پیشنهاد می کنم پاسخ پرسش ۵۴  را ملاحظه فرمایید تا از الزامات کد Sec. IX در این مورد آگاه شوید. اما گفتنی است CK45 ( بر اساس  استاندارد آلمانی ۱۷۲۰۰ DIN) با شماره مواد ۱٫۱۱۹۱ یک فولاد عملیات حرارتی پذیر بسیار پر کاربرد است که در استاندارد جدید اروپایی ۱۰۰۸۳ EN به C45E تغییر نام یافته است. نزدیکترین فولاد به این گرید در استانداردهای آمریکایی همان فولاد معروف ۱۰۴۵ بر اساس استاندارد  SAEJ403 است که شماره UNS آن G10450 خواهد بود.

( بدین ترتیب با مبنا قرار دادن ترکیب شیمیایی  (۰٫۶۳ ≤ Cr+Ni+Mo و۰٫۵ ‐ ۰٫۴۲  C=) می توانید ۱ P No. را برای آن در نظر بگیرید) بر اساس شکل محصول شما می توانید مشخصات ۱۰۴۵ را در استانداردهای مختلف ASTM بیابید که دو مورد آنها به میله (bar) اختصاص دارند: A29 و A108.

فشرده بحث اینکه برای تکمیل فرمهای WPS و PQR بر اساس الزامات کد عمل کنید اما برای نوشتن دماهای پیشگرم یا PWHT می توانید با فرض ۱ P No. از جداول کد ساخت استفاده نمایید.

۵۶- آیا به هنگام تهیه PQR اگر عیبی نظیر porosity و یا گرده اضافی بوجود آمد، جوشکار مجاز به رفع عیوب خواهد بود؟ منظورم عیوبی است که به مهارت جوشکار مربوط  است و نه به pWPS تدوین شده.

زمانی که PQR تهیه گردید ابتدا مورد بازرسی چشمی (VT) قرار می گیرد تا مشخص شود که سطح جوش عاری از عیوب سطحی است. پس از این مرحله معمولا قطعه PQR برای انجام رادیو گرافی ارسال می شود. انجام رادیگرافی بر اساس کد الزامی نیست اما برای اطمینان از سالم بودن جوش از عیوبی که ممکن است در هنگام آزمونهای مخرب باعث مردود شدن نتیجه گردد، انجام می شود. چنانچه پس از رادیوگرافی مشخص شود بخشی از جوش PQR دارای عیب است، اگر PQR بر روی ورق یا لوله سایز بالا باشد معمولا اگر منطقه عیب کوچک باشد، ان منطقه با رنگ مشخص شده (mark‐up) و با آزمایشگاه هماهنگی می شود تا از منطقه رنگ شده، نمونه آزمایش تهیه نگردد اما اگر این منطقه بزرگ باشد یا اگر سایز لوله PQR معیوب کوچک باشد، قطعه PQR باید مردود اعلام گردد و دوباره PQR تهیه شود.

یادآور می گردد معمولا قطعه PQR تعمیر نمی شود هر چند کد در این مورد منعی اعلام نکرده است اما به دلیل اینکه شرایط PQR با شرایط واقعی باید یکی باشد بنابر این تعمیر نمی کنند هرچند در ۲۰۲٫۳‐QW به صراحت اعلام شده که PQR مربوط به جوشهای شیاری، جوشهای تعمیری و حالت buildup را تایید می کند که بنا بر این بند می توان اینطور نتیجه گرفت که وقتی PQR جوش سالم، جوش تعمیری را تایید می کند بنابراین عکس آن هم درست است به دلیل اینکه در کد منعی در رابطه با عدم تعمیر PQR نیست. برای تایید این سخن کافیست به پاراگراف زیر که در ابتدای کد در بخش FOREWORD آمده است، دقت کنیم:

This Code contains mandatory requirements, specificprohibitions, and nonmandatory guidance for construction activities. The Code does not address all aspects of these activities and those aspects which are not specifically addressed should not be considered prohibited .

ترجمه: کد حاوی الزامات اجباری، ممنوعیتهای خاص و راهنمایی های غیر الزام آور برای فعالیتهای ساخت می باشد. کد تمامی جنبه های این فعالیتها را مورد خطاب قرار نمی دهد، آن جنبه هایی که به طور ویژه مورد خطاب قرار نگرفته اندنباید به عنوان موارد ممنوعه در نظر گرفته شوند.

اما با تمام این توضیحات آنچه در عمل اتفاق می افتد این است که PQR را تعمیر نمی کنند اما چنانچه قرار شد PQR تعمیر شود بر اساس کد منعی وجود ندارد مگر اینکه بر پایه مشخصات فنی خاص یک پروژه، این کار منع شده باشد.

بد نیست به الزامات استانداردهای اروپایی در این مورد هم اشاره شود. بند ۷٫۲ استاندارد  EN ISO1‐۱۵۶۱۴ بیان می دارد:

It is acceptable to take the test specimens from locations avoiding areas which have imperfections within the acceptance limits for the NDT method(s) used.

که در عمل معیار پذیرش ناپیوستگی ها  که استاندارد ۵۸۱۷ ISO است معیار قرار گرفته و در صورت قابل پذیرش بودن، آن منطقه با رنگ مشخص شده (mark‐up) و با آزمایشگاه هماهنگی می شود تا از منطقه رنگ شده، نمونه آزمایش تهیه نگردد.

۵۷- بر اساس کد، مود انتقال short circuit در تهیه PQR فقط مود short circuit را پوشش می دهد و نه globular  را. دلیل این امر چیست؟ 

تغییر مود انتقال در فرآیند GMAW در استانداردهای دیگر نیز بعنوان متغیر اساسی محسوب می شود. (  مانند استاندارد ۱‐۱۵۶۱۴ EN ISO) دلیل آنهم اینست که پارامترها و تکنیک اجرایی و همچنین اشکالات احتمالی هریک از آنها متفاوت است. بعنوان مثال برخی از تفاوتهای همین دو مود را در ادامه آورده ام که با درنظر گرفتن اینها علت اساسی بودن تغییر آنرا می توان درک کرد.

در مود اتصال کوتاه همانطور که از        نامش پیداست، طول قوس کوتاه است و انتقال هر قطره با اتصال کوتاه و در نتیجه قطع قوس همراه است. در این مود حدود ۷۰ قطره در ثانیه انتقال داریم که منجر به ۷۰ بار قطع و وصل شدن قوس درهر ثانیه می شود. معنی آن اینست که حرارت ورودی در این حالت خیلی کمتر از مودهای دیگر است. برای همین است که مذاب در این مود سیالیت کمی داشته و با استفاده از این مود میتوان در همه وضعیتها جوشکاری کرد. البته مشکلاتی نیز دارد.

قطع و وصل مداوم قوس باعث ایجاد صدای زیاد و جرقه و پاشش خیلی زیاد در این حالت می گردد. همچنین در جوشکاری قطعات ضخیم بدلیل نیاز به طول قوس کوتاه، باید تورچ را درون شیار جوش فرو برد که در این حالت امکان دادن حرکت موجی جانبی به تورچ وجود ندارد در نتیجه با درنظر گرفتن حرارت ورودی کمتر این مود ریسک ایجاد نقص عدم ذوب دیواره بسیار بالا می رود.

در مود انتقال قطره ای طول قوس بالاست (نام دیگر این مود طول قوس بلند است) و فلز مذاب بصورت قطرات نسبتا درشت و با فرکانس ۷۰ تا ۱۰۰ قطره در ثانیه انتقال می یابند. در این حالت گاهی ب ه دلیل درشت شدن قطرات و نزدیک شدن سطح قطره با سطح حوضچه مذاب، در اثر کشش سطحی، قطره پیش از جدا شدن، جذب حوضچه شده و اتصال کوتاه ایجاد می شود. در این حالت میزان جرقه و پاشش کمتر ولی حرات ورودی بالاتر است. دراثر حرارت ورودی بالاتر، ویسکوزیته مذاب پایین آمده و نمی توان جوش را در وضعیت هایی غیر از تخت و گوشه انجام داد. در این حالت احتمال عیوبی مانند شره کردن، نفوذ اضافی و سررفتگی (overlap) بیشتر است.

۵۸- چرا براساس کد ASME میزان root gap جزو متغیر های غیر اساسی می باشد در حالی که مثلاً در ۲‐AWS WHB برای آن مقادیر حداقل و حدکثر قرار داده است؟  

اندازه دهانه ریشه جوش در فرایندهای مختلف متفاوت است. برای مشخص شدن این فاصله برای

فرآیندهای SMAW و SAW می توان به شکلهای ۳٫۳ Fig. و ۳٫۴ Fig. استاندارد ۱٫۱ AWS D  مراجعه نمود. در این شکلها اندازه دهانه ریشه جوش R بنا بر نوع فرآیند جوشکاری تعیین شده اند. برای تعیین این پارامتر در فرآیند GTAW به استاندارد ۲۰۷‐۱‐AWS B2.1 مراجعه شود.

بر اساس ۴۰۱٫۴‐QW تغییرات در شرایط جوشکاری که بر خواص مکانیکی قطعه جوشکاری شده تاثیری نداشته باشد را متغیرهای غیر اساسی می نامند ( مانند طرح اتصال، روش تمیز کاری و …) که بر اساس این تعریف،  root gap نیز در این زمره قرار می گیرد و ذکر دامنه مقادیر برای آن ( مثلا در   ۱٫۱ AWS D یا آنگونه که ذکر کرده اید در ۲‐AWS WHB) تغییری در این مفهوم  ایجاد نمی کند.

۵۹- استاندارد  یا کد مربوط به جوشکاری دو میلگرد جهت تهیه PQR با فرآیند SMAW چیست؟  

استاندارد AWS D 1.4 با عنوان Structural Welding Code‐Reinforcing Steel بهاین منظور وجود دارد که می توانید نمونه فرمها را در پیوست A این استاندارد بیابید. در مورد ملاحظات مربوط به جوشکاری میلگردهای تسلیح بتون دیدن استانداردهای زیر مفید خواهد بود:

پیوست الف استاندارد ملی ایران به شماره ۳۱۳۲( استانداردهای ملی ایران به رایگان از وبسایت موسسه استاندارد و تحقیقات صنعت ی ایران به آدرس www.isiri.org  قابل دریافت است). البته این استاندارد در دست تجدید نظر است و تا پایان سال با شماره جدیدی جایگزین خواهد گردید.

استاندارد ۳‐۶۹۳۵ ISO

استاندارد ۷‐۴۸۸

DIN استاندارد ۴۰۹۹ DIN

۶۰- می خواهم برای جوشکاری ناودانی و نبشی WPS بنویسم. معادل اینها به انگلیسی چیست؟ 

ناودانی برگردان واژه channel و نبشی برگردان واژه angle است. ترمینولوژی مقاطع فولادی را می توانید در ۱۰۰۷۹ EN و ۶ ASTM A بیابید.

۶۱- آیا ضخامت آزمونه خمش برای PQR می تواند کمتر از ضخامت فلز پایه باشد؟ 

یادمان باشد در تهیه آزمونه، گرده جوش و ورق پشت بند و یا رینگ پشت بند در صورت وجود، تا همسطح شدن با سطح فلز پایه باید برداشته شوند. ( QW‐۴۶۲٫۳(a) & (b) و همچنین ‐QW

۴۶۲٫۲). برای تهیه نمونه subsize در توضیح شکل ۴۶۲٫۲‐QW برای خمش جانبی آمده است:

زمانی که ضخامت فلز جوش رسوب یافته (t) کمتر از ضخامت نمونه (کوپن) (T) باشد ضخامت آزمونه خمش جانبی را می توان  t در نظر گرفت.

زمانی که ضخامت نمونه (کوپن) (T) برابر یا بیش از ۳۸ میلیمتر باشد، یکی از دو روش زیر به کار می رود: الف) از نمونه اصلی ۴ آزمونه با ضخامت y در اندازه های تقریبا برابر ( از ۱۹ میلیمتر تا ۳۸ میلیمتر) تهیه شود ؛ ب) آزمونه ممکن است از پهنایش خم شود.

برای لوله (pipe) همانگونه که در  ۱۶۱٫۴‐QW با عنوان  Subsize Transverse Face andRoot Bends آمده است برای آزمونه هایی که از لوله هایی با قطر کم تهیه می شوند، بر اساس توضیح b از QW‐(a)462.3 می توان عمل کرد.

بند (QW‐۴۶۲٫۳(a),(b را اگر ببینید استنباط من از جداول ارائه شده در بند مذکور به شرح زیر می باشد:

چنانچه ضخامت فلز پایه کمتر از ۱۰میلیمتر باشد ضخامت آزمونه باید برابر ضخامت فلز پایه باشد . چنانچه ضخامت فلز پایه بیش از ۱۰ مبلیمتر باشد ضخامت آزمونه می تواند برابر ۱۰ میلیمتر در نظر گرفته شود.

با توجه به توضیحات فوق یعنی ضخامت آزمونه خمش می تواند در ضخامتهای بالاتر از ۱۰میلیمتر برابر ۱۰میلیمتر تهیه گردد و صرفا در ضخامتهای کمتر از ۱۰میلیمتر الزام بر رعایت همسانی ضخامت آزمونه با ضخامت فلز پایه وجود دارد.

۶۲- عموماً در تهیه یک  .Spec شرایط سخت گیرانه تری نسبت به کد و استانداردهای مرجع لحاظ می گردد، حال سوال این است که با توجه به آنکه کدها و استانداردها معمولا مینیمم شرایط قابل قبول و امن را اعلام می کنند، آیا می شود در یک   Spec. تهیه شده برخی پارامترها به صلاحدید گروه فنی سهل گیرانه تر از کد و  استاندارد رایج مربوطه وضع شود؟ 

نخست آنکه چرا Spec نوشته می شود؟ اصولاً کد و استاندارد آگاهانه به تمام جزئیات نمی پردازند و جایگزین تجربه و تحصیلات دانشگاهی و قضاوت مهندسی نیستند. در حقیقت خیلی از آنها هندبوک نیستند بلکه این وظیفه technical specification است که ابهامات را روشن کند و ناگفته ها را بیان نماید و با در نظر گفتن شرایط کار، راهکارهای عملی ارائه دهد. تعاریف مختلفی از technical specification وجود دارد (از جمله در ۲ ISO/IEC Guide که عنوانش (Standardization and related activities ‐‐ General vocabulary) است.

از دیدگاه من می توان آن را اینگونه هم تعریف کرد:

Standard/Code + Engineering Judgment + Scope of work requirements

نکته مهم آن است که چون code الزام آور است، و به نوعی برخی موارد ایمنی و کارایی محصول را به طور ضمنی تضمین کرده است،  .Spec اگر بر مبنای آن نوشته شود نباید از حداقل های کد پایینتر بیاید.

برای شاهد این سخن می توانم به پیشگفتار ASME BPVC اشاره کنم:

Engineering judgments must be consistent with Code philosophy and such judgments must never be used to overrule mandatory requirements or specific prohibitions of the Code.

اما اگر .Spec بر مبنای استاندارد باشد می تواند بنا بر قضاوت مهندسی و نیز شرایط کار، عدول داشته باشد. می توان در این مورد استانداردهای نفت ایران IPS را مثال زد که در اندک مواردی( شاید حدود ۱ درصد) از حداقل های استاندارد پایین تر آمده اند ( مثلاً در مورد برخی از الزامات استانداردهای NACE)

۶۳- طبق استاندارد ۱‐EN15614 بند  ۸٫۴٫۵ این طور متوجه می شوم برای فرآیند MIG ، اگر سیم جوش ساخت شرکت ایساب را در تهیه PQR داشته باشیم و به هنگام جوشکاری از سیم جوش های شرکت هیوندای استفاده کنیم نیاز به PQR مجدد است. آیا این برداشت درست است؟ 

مطابق بند ۸٫۴٫۵ استاندارد آزمون ضربه برای فرایندهایی که مواد مصرفی آنها دارای پودر می باشد مثل الکترود دستی و زیر پودری و توپودری وقتی که سازنده الکترود تغییر می کند الزام می شود و نحوه آن  بدین صورت است که نمونه جدید با الکترود جدید جوشکاری شود و           آزمون ضربه از فلز جوش انجام گیرد. دلیل اینست که خواص مقاومت به ضربه در این نوع الکترودها از پودر تامین می شود که حتما قلیایی هستند.

این بند در مورد فرایندهایی مثل TIG و MIG/MAG که سیم جوش انها جامد است صدق نمی کند به شرطی که تغییر ترکیب شیمیایی سیم جوش را نداشته باشیم. پس نتیجه می گیریم که در پرسش  مطرح شده نیاز به PQR مجدد نیست.

۶۴- موقعیت آزمونه ضربه از نمونه PQR  چگونه باید باشد؟ منظور این که وقتی شما قطعه ای به ضخامت ۲۰میلیمتر دارید که می خواهید PQR بگیرید، نمونه های ضربه که ضخامت ۱۰میلیمتر دارند از کدام موقعیت نسبت به سطح یا ریشه جوش باید انتخاب شوند؟ آیا این مهم هست؟

ارزیابی آزمون ضربه برای نمونه با ضخامت ۵میلیمتر چگونه باید باشد؟ آزمونه با چه اندازه ای باید تهیه شود؟  

پرسش خوبی است است زیرا اکثر بازرسانی که درآزمونهای های مخرب حضور می یابند متاسفانه صرفا فقط به نتایج بسنده نموده و از بازرسی و بررسی مراحل آماده سازی و تاثیر آن بر نتایج غافل می مانند.

محل انتخاب آزمونه ضربه نسبت به ضخامت قطعه در استانداردی که PQR را بر اساس آن انجام می دهند یا SPEC پروژه ذکر شده است. طبق ASTM A370 در صورتی که ضخامت نمونه فلت کمتر از

۱۱میلیمتر باشد امکان تهیه آزمونه شارپی FULL SIZE مقدور نبوده و از آزمونه های شارپی  SUBSIZE استفاده می شود که سایز(ضخامت) آنها در استاندارد های مختلف از قبیل ASTM A370 و API 5L و ASME SEC IX و AWS D1.1 ذکر شده است. (A370 در اکثر استاندارد ها و اسپک ها رفرنس است) در خصوص قطعاتی که بصورت لوله بوده و آزمون و PQR بر حسب API 5L می باشند الزام به نمونه گیری و تعیین سایز نمونه بستگی به قطر و ضخامت لوله دارد که در  (۱۴ TABLE2004 REV) یا (۲۰۰۸ TABLE 22 REV) ذکر شده است. نمونه های SUB SIZE در استاندارد های مختلف متفاوت می باشد بعنوان مثال در API 5L ضخامت نمونه ها بصورت ۲/۱  و ۳/۲  ۴/۳ ضخامت نمونه FULL SIZE است در حالیکه در ASTM A370 بصورت ۱/۳ و ۱/۴ و ۱/۲ و ۲/۳ و ۳/۴ ضخامت نمونه FULL SIZE است.

باید از بزرگترین سایز ممکن استفاده نمود. طبق  ASME IXQW.171.3 محل نمونه گیری شارپی باید توسط هر section از ASME که این تست را الزام نموده است مشخص شود. بعنوان مثال طبق ASME VIII UG.84 سطح نمونه شارپی باید حدود ۱٫۵ میلیمتر زیر سطح قطعه اصلی باشد. این فاصله در بیشتر اسپک ها ۲ میلیمتر است. در صورتیکه جوش دو طرفه باشد معمولا نمونه بگونه ایی تهیه می شود که محل تلاقی جوش ها در نمونه قرار گیرد. همچنین اگر ضخامت قطعه بالا باشد نمونه از ROOT و CAP تهیه می شود.(مراجعه به اسپک)

شایان گفتن است اگر استاندارد اروپایی مرجع باشد ۸۷۵ EN انواع موقعیت آزمونه های شارپی را به خوبی توضیح داده است. در این مورد ۹۰۱۶ ISO با عنوان

Destructive tests on welds in metallic materials ‐ Impact tests ‐Test specimen location, notch orientation and examination

نیز وجود دارد که به صورت Identical از سوی سازمان ملی استاندارد پذیرفته شده و با شماره  ISIRI9016 ISO در خردادماه ۱۳۹۰ منتشر شده است.

نویسنده: آقای مهندس کامران خداپرستی