خطاهاى جوشکارى اتصالات در ساختمانهاى فولادى

با فرمت ورد قابل ویرایش به همراه تصاویر

خطاهاى جوشکارى اتصالات در ساختمانهاى فولادى
1- مقدمه
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله هاى اخیر مانند زلزله هاى منجیل و بم (تصویر 1)، احتمال جدى وقوع زمین لرزه هاى بزرگ در بیشتر مناطق پر جمعیت کشور و نیاز جدى به اعمال کنترل کیفى در طراحی و اجرای ساختمانها، متاسفانه هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است . از نظر علم مهندسى زلزله ، در حال حاضر ساخت بناهای مقاوم در برابر زلزله امکان پذیر است ، لیکن عملا به دلیل یکسری مشکلات اجرائی رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد
شکل 1) تخریب شدید یک ساختمان فولادی در زمین لرزه بم به علت وجود طبقات نرم در امتداد نیروى جانبی زلزله .
مشکل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. دستورالعملهای اتصالات جوشکاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مکانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.
ساختمانهای فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل میدهند و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی، کنترل جوشکاری آن میباشد (تصاویر 2و 3). اهمیت این امر در زلزله های اخیر نتمان داده شده است که خسارات اساسی پس از بریدن جوش اتصال عضو سازه ای مدید میآید(شکل 4).
شکل 2) عمده ساختمانهای بلند در تهران با اسکلت فولادی و اتصالات گیردار اجرا میشوند که نیاز به تامین شرایط ویژه کنترل کیفی جوش دارند
شکل 3) ضعف جوشکاری اتصالات که یکی از علل اصلی تخریب یک ساختمان فلزی قدیمی در تهران بوده است .
جوشها در همه بخشها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش (شکل 5) و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. در استاندارد 2800 ، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافى براى کنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه اجباری شده است که البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات حتی در ساختمانهای معمولی نیز باید انجام گردد. در این مقاله ، ضمن مروری بر عیبهای معمول جوشکاری در اجرای ساختمانهای فولادی، روشهای بازرسی و کنترل کیفیت جوش ارائه میگردد.
شکل 4) خسارت لرزه ای وارد بر یک ساختمان فولادی در زلزله بم که پس از بریدن جوش اتصال عضو مهاربندی پدید آمده است .
شکل 5) جزئیات ضعف طول و کیفیت جوشکاری در یک ستون قوطى و اتصال گیردار تیر به ستون ساختمان فلزی.
2. عیبها و ناپیوستگى های معمول در جوشکاری
یکی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش ، ارزیابی حقیقی جوشها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده که عموما ناپیوستگى نامیده میشود میباشد. در حالیکه یک ناپیوستگى، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می کند، یک عیب ناپیوستگى وپژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شکل ناپیوستگى را میتوان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگى هاى خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانیکه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گیرند، یک ناپیوستگى خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می کند، چرا که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهد بود.
3. ناپیوستگیهاى فلز جوش و فلز پایه
3-1 . ترکها
بحرانی ترین ناپیوستگى ها، ترکها هستند. شرایط اضافه بار باعث ایجاد ترکها و تمرکز تنش می شود. یک روش گروه بندی ترکها با مشخص کردن آنها به صورت گرم یا سرد است . همچنین ترکها را میتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولی جوش توصیف نمود. ترکهای طولی بعلت تنشهای انقباضی عرضی جوشکاری یا تنشهای سرویس ایجاد می شوند. ترکهای عرضی عموما به علت اثر تنشهای انقباضی طولی جوشکاری روی جوش یا فلز پایه با انعطاف پذیرى کم ایجاد می شوند (شکل 6). انواع مختلف ترک با توصیف دقیق موقعیتهای اجزا مختلف شامل : ترکهای گلویی، ریشه ، کناره ، چاله جوش ، زیر گرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پایه هستند.
ترکهای گلویی که از میان گلویی جوش یا کوتاهترین مسیر در سطح مقطع جوش گسترش می یابد، از نوع ترکهای طولی بوده و اغلب در طبقه بندی ترک گرم قراردارند.
شکل 6) ترکهای طولی و عرضی در جوشهای شیاری و گوشه ترکهای ریشه در فلز پایه یا در خود جوش نیز در زمره ترکهای طولی هستند. ترکهای کناره جوش در فلز پایه ایجاد شده و در کناره جوش توسعه ما یابند. ترکهای چاله جوش درنقطه پایانی ردیفهای منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشکار ایجاد می شوند. دسته بعدی ترکها، ترک زیر جوش به علت حضور هیدرورن است .
این نوع ترک بجای فلز جوش در ناحیه تحت تاثیر حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.
3-2. ذوب و نفوذ ناقص
طبق تعریف ، ذوب ناقص یک ناپیوستگى در جوش است که ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب و یا لایه های جوش رخ نداده باشد. بعلت خطی بودن و انتهای نسبتا تیز آن ، ذوب ناقص از ناپیوستگى های بارز در جوش است و در وضعیتهای مختلف در منطقه جوش تشکیل می شود. نفوذ ناقص معرف حالتی است که فلز جوش به طور کامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است . ذوب و نفوذ ناکافی به علت عدم مهارت جوشکار، شکل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد می شود.
3-3. سرباره های محبوس شده
مناطقی در سطح مقطع یا در سطح جوش هستند که سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مکانیکی درون فلز منجمد شده محبوس میشود. این سرباره منجمد شده بخشی از مقطع جوش را نمایش می دهد که فلز جوش بخوبی ذوب نمی شود. این پدیده خود سبب ایجاد بخشى ضعیف در نمونه خواهد شد. در حقیقت سرباره های محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.
3-4. تخلخل
این نوع ناپیوستگی در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ایجاد می شود. بنابراین تخلخل را بسادگى میتوان ، حفره های گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست . به علت طبیعت کروى شکل آنها، تخلخل کمترین خطر را در میان دیگر ناپیوستگی ها داراست ولی در زمانیکه جوش باید تحمل فشارهای بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناک خواهد بود. منابع مختلفی براى حضور رطوبت یا آلودگى وجود دارد که میتوان الکترود فلز پایه ، گاز محافظ یا محیط اطراف را در این میان نام برد، تغییر در تکنیک جوشکاری نیز می تواند سبب ایجاد تخلخل شود.
3-5. بریدگی کنار جوش
بریدگی کنار جوش یک ناپیوستگی سطحی است که در فلز پایه مجاور فلز جوش رخ میدهد. در شرایطی عیب را داریم که فلز پایه شسته شده ولی با فلزی پر کننده جبران نمی شود. نتیجه ، ایجاد یک شیار خطی با شکلی نسبتا تیز است که در فلز پایه تشکیل می شود. این عیب بعلت سطحی بودن ماهیت آن براى بارگذاری خستگی خطرناک است . بریدگی کنار جوش عموما به علت تکنیک جوشکاری نامناسب ایجاد می گردد، به ویژه اگر سرعت حرکت جوش زیاد باشد. علاوه بر این اگر گرمای جوشکاری بسیار بالا باشد می تواند سبب ذوب شدن بیش از حد فلز پایه گردد.
3-6 . پرشدن ناقص
این مورد مشابه بریدگی کنار جوش ، یک ناپیوستگی سطحی است که به علت کمبود ماده در مقطع عرضی ایجاد میشود. تنها تفاوت در این میان این است که پرشدن ناقص در فلز جوش ولی بریدگی کنار جوش در فلز پایه یافت می شود. به بیان ساده ، پرشدن ناقص ، زمانی رخ می دهد که فلز پر کننده به اندازه کافی براى پرکردن اتصال جوش در دسترس نباشد (شکل 7). مشابه بریدگی کنار جوش ، پرشدن ناقص نیز هم در سطح رویى و هم در ریشه جوش ظاهر می شود. دلیل اولیه پرشدن ناقص ، تکنیک غلط جوشکاری است . مثلا سرعت زیاد جوشکاری اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمی دهد.
شکل7 پر شدن ناقص در فلز جوش .