انواع جوش و حالتهای جوشکاری
یکی از راههای اتصال دائمی انواع فلزات به یکدیگر در سازههای مهندسی جوشکاری است. بدون شک یکی از مباحث مهم در جوشکاری، مسلط بودن به انواع وضعیت جوشکاری میباشد. جوشکاری به طور متداول با ایجاد حرارت بالا و ذوب شدن فلز پایه و سپس سرد شدن آن برای به وجود آمدن اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر انجام میشود. برای پر کردن فضای خالی بین دو قطعه فلزی از ماده پرکنندهای به نام الکترود استفاده میشود و علاوه بر پر کردن این فضا موجب استحکام و مقاومت بیشتر فلز حتی بیشتر از فلز پایه خواهد شد. نتیجه عملیات جوشکاری علاوه بر ایجاد یک اتصال بین قطعات مربوطه در سازههای فولادی وظیفه انتقال بار و تنش وارده به کلیه قطعات سازه را به نحوی که تمامیت سازه در مقابل تنشهای وارده و مقاومت کلی سازه افزایش یابد ایفا میکند.
انواع جوش و حالتهای جوشکاری
مطابق نظر تیم تخصصی علمی ACE، در اتصالات قطعات سازههای فولادی جوش گوشه بیشترین کاربرد و جوش شیاری بعد از آن پرکاربردترین نوع جوش و پس از آن دو نوع جوش دیگر به نام جوش کام و جوش انگشتانه کمتر مورد استفاده قرار میگیرد. جوشهای کام و انگشتانه در صورت عدم تامین مقاومت کافی در جوش لبهها انجام میشود.
الف) جوش گوشه (Fillet):
جوش گوشه متداولترین نوع جوش در سازههای فولادی (وجوه جانبی دو قطعه مجاور هم) است. تقریبا بیش از 80 درصد از اتصالات جوشی در سازههای فولادی از نوع جوش گوشه هستند. صفحات، اتصالات، مهاربندها و تیرورقها و مقاطع نورد شده در سازههای فولادی از این نوع جوش و به دو صورت محدب و مقعر متصل میشوند. مقاومت فولاد در جوش گوشه به طور کامل حفظ میشود. در جوش گوشه پارامترهای ساق و اندازه جوش، میزان تحدب و تقعر جوش، گلوی واقعی موثر و گلوی تنوری جوش در طراحیها به صورت کامل و دقیق محاسبه و در مقام عمل به اجرا در میآیند. ضخامت و طول جوش در جوش گوشه مهم است. در جوش گوشه نیازی به آمادهسازی لبه صفحات نبوده و بسیار اقتصادی است و با سرعت زیاد انجام می شود. به دلیل سهولت کار نیازی به فرد ماهر برای اجرای جوش گوشه نیست. با این حال جوش گوشه برای انتقال نیروهایی با بزرگی زیاد چندان مناسب نیست. در اتصالات بادبندها، نبشیها و ورقهای اتصال از جوش گوشه استفاده میشود. زمانی که قطعه فولادی دارای تنش قائم باشد نیز این جوش مورد استفاده قرار میگیرد.
برای تعیین مقاومت جوش گوشه نیازمند تعیین سطح مقطع مؤثر جوش (سطح مقطع مؤثر= طول مؤثر جوش × ضخامت گلوگاه مؤثر) مطابق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان (سال 1401) هستیم. برای تعیین مقاومت جوش گوشه ابتدا باید تشخیص دهیم که جوش تحت اثر تنش داخلی برشی نیازمند طراحی است و تحت تاثیر تنشهای کششی، فشاری و موازی با محور جوش نیازمند طراحی نیست.
در اتصال تسمههای کششی با دو خط جوش موازی نیرو یا در اتصال مهاربند به ورق اتصال، نیروی منتقل شده به جوش در راستای موازی محور جوش بوده و در صورت لغزیدن سطوح اتصال روی هم باعث ایجاد تنشهای برشی در جوش گوشه میگردد. برای تعیین مقاومت جوش باید هم فلز جوش (الکترود) و هم فلز پایه بررسی شود و کوچکترین مقاومت، ملاک محاسبه قرارگیرد.
در ستونهای ساختهشده از ورق که دارای جوش سرتاسری اتصال بال به جان هستند و تحت تاثیر بارمحوری فشاری خالص قرار دارند، به دلیل عدم لغزش بین قطعات اتصال جوش گوشه عملکرد برشی نخواهد داشت. در این مورد، تنها کنترل حداقل و حداکثر بعد جوش گوشه کفایت میکند و جوش گوشه طراحی خاصی ندارد. بنابراین رفتار فلز پایه حاکم بر طراحی اتصال است و باید برای فلز پایه کنترل کشش یا فشار طبق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان انجام گیرد. مطابق مبحث دهم برای تعیین ظرفیت اتصال جوشی باید دو معیار فلز جوش و فلز پایه بررسیشده و کوچکترین آنها را بهعنوان مقاومت جوش گوشه تعیین نماییم.
ب) جوش شیاری(Groove):
برای اتصال صفحات و مقاطعی که در امتداد هم هستند معمولا˝ از جوش شیاری استفاده میشود. این جوش در در مقاطع عرضی ورقها و صفحات مجاور هم (اتصال لب به لب) و اتصال T استفاده میشود. برعکس جوش گوشه، در جوش شیاری به آمادهسازی و پخ زدن صفحات قبل از فرآیند جوشکاری نیاز است و به دلیل نیاز به آمادهسازی لبهها قبل از جوش و پخ زدن آنها نسبت به جوش گوشه گرانتر است و بعد از اجرای جوش نیازمند تستهای پیچیدهتری بوده و اجرای آن نیز نیازمند فرد ماهر و متخصص میباشد. جوش شیاری با توجه به میزان نفوذ جوش در صفحات پایینی و پایه به جوش کامل و یا جوش با نفوذ نسبی تقسیم بندی میشود. جوش شیاری با نفوذ کامل تمام مقاومت مقاطع و صفحات را انتقال میدهند. جوش شیاری میتواند از دو طرف صفحات یا یک طرف آنها انجام شود. اگر جوشهای شیاری از دو طرف انجام شوند موجب افزایش مقاومت شده و اثر اعوجاج را تا حد زیادی خنثی میکنند. عمق نفوذ جوش شیاری به صورت کامل یا نسبی بستگی به ضخامت گلوی جوش داشته و با توجه به استانداردهای موجود در مواقع خستگی سازه یا بارگذاری متناوب (پلها) استفاده از جوش با عمق نفوذ ناقص مجاز نیست. در جوش شیاری حجم زیادی از فلز جوش انباشته میشود و موجب افت کیفیت جوش شده و در نتیجه موجب افزایش تنش پسماند میشود. این جوش باید با قطعات متصل یافته مقاومت برابری داشته باشد به دلیل اینکه قطعاتی که با این جوش متصل میشوند، کل نیرویی که دارند را منتقل میکنند.
جوش شیاری به آسانی طراحی و اجرا میشود. مقاومت نهایی صفحات متصل شده به هم در حد مقاومت اصلی صفحات پایه خواهد بود. جوش شیاری مشخصات خستگی بهتری در مقایسه با جوش گوشه داشته و ظاهر بهتر و زیباتری نیز دارد. لبه درز جوش در انواع جوش شیاری باید آماده سازی مناسبی داشته باشد و نکات مهم در طراحی این جوش را باید مدنظر قرار داد. نوع جوش شیاری با توجه به هزینه عملیات جوشکاری، هزینه آمادهسازی لبهی درز جوش و روند جوشکاری مشخص میشود. جوش شیاری شامل سطح، دانه، جوش پشت، فاصله، پنجه، سطح تقویتی، ریشه تقویتی، ناحیه تحت تاثیر حرارت و سطح ریشه خواهد بود. مهمترین بخش جوش شیاری ناحیه تحت تاثیر حرارت است چون بر اثر حرارت خاصیت میکروسکوپیک فولاد تغییر میکند و آغاز خوردگی از این ناحیه خواهد بود. در صنعت ساختمان جوش شیاری برای تیر ورقها، یکسره کردن ورقها، ستونهای ساخته شده از ورق، اتصال ورقهای زیر سری و رو سری به ستون و اتصالات صلب تیر به ستون مورد استفاده قرار میگیرد.
برای اتصال بین دو صفحه لب به لب برای اینکه مطمئن شویم فلز جوش نفوذ مناسبی داشته است، سطح تماس را انحنا میدهند تا جریان مناسبی را از فلز جوش در ناحیه اتصال داشته باشیم. طراحی و ساخت آسان جوش شیاری منجر به مقاومت بالای عضو متصل میشود. جزئیات این جوش آسان است و کاهش طول اتصال را به طور قابل توجهی خواهیم داشت. ضخامت و هندسه قطعات اتصال در انتخاب نوع جوش شیاری مانند جناقی لبه گرد، لاله ای، لبه گونیایی، نیم جناغی، لبه اریب و نیم لالهای تاثیرگذار است. به طور مثال قطعاتی که ضخامتشان از ده میلیمتر کمتر است، جوش شیاری لب به لب لبه گونیایی مناسب خواهد بود، اگر ضخامت از ده میلیمتر بیشتر باشد، جوش شیاری لب به لب جناغی انتخاب میشود. نوع فرآیند جوشکاری نیز مهم است، اگر درز اتصال بین صفر تا پنج میلیمتر باشد، الکترود دستی را در فرآیند جوشکاری خواهیم داشت و در ضخامتهای بیشتر از پنج میلیمتر فرآیند زیر پودری مطرح خواهد بود. باید به دسترسی دو طرف قطعه و درز توجه داشت. اگر به دو طرف قطعه دسترسی نداشته باشیم از جوشهای دوطرفه نمیتوانیم استفاده کنیم.
سطح مقطع مؤثر در طراحی جوش شیاری همانند جوش گوشه حاصل ضرب طول مؤثر در ضخامت گلوگله مؤثر جوش به دست میآید. طول مؤثر جوش همان مقدار طول جوششده است و ضخامت مؤثر جوش شیاری با نفوذ کامل برابر با ضخامت قطعه نازکتر در اتصال لب به لب و ضخامت قطعه جوششده در اتصال کنج و سپری در نظر گرفته میشود.
ضخامت مؤثر در جوش شیاری با نفوذ نسبی را معادل عمق شیار جوش منهای ۳ میلیمتر در نظر میگیرند. استفاده از جوش شیاری با نفوذ نسبی در وضعیتی که بارگذاری متناوب (اثر خستگی) وجود داشته باشد مجاز نیست. مطابق مبحث 10 ضخامت مؤثر جوش شیاری که بین دو لبه گرد (مانند شیار بین دو میلگرد) یا بین یک لبه گرد و لبه تخت (مانند میلگرد در مجاورت ورق) داده میشود، مانند شکل زیر است:
ضخامت مؤثر در جوش شیاری با نفوذ نسبی نباید از مقادیر درج شده در جدول زیر کمتر باشند یا به عبارتی حداقل ضخامت جوش شیاری مطابق جدول 10-2-9-1 مبحث دهم است: حداقل ضخامت مؤثر با توجه به ضخامت قطعه نازکتر تعیین میشود و ضخامت این اتصال نباید از ضخامت نازکترین قطعه متصل شونده بیشتر شود.
میزان تنش مجاز در جوش شیاری با نفوذ کامل و ناقص در جدول 10-2-9-3 مبحث دهم بیان شده است.
برای تغییر این متن بر روی دکمه ویرایش کلیک کنید. لورم ایپسوم متن ساختگی با تولید سادگی نامفهوم از صنعت چاپ و با استفاده از طراحان گرافیک است.
ج) جوش کام (Slot):
جوش کام در داخل یک شکاف به صورت توپر اجرا میشود. در سوراخهای دایرهای شکل یا لوبیایی شکل و بلند ایجاد شده در قطعات روی هم قرار داده شده باید از این نوع جوش استفاده میشود تا سوراخ ها توسط جوش پر شود و قطعات مربوطه به هم متصل میشوند. از این نوع جوش برای انتقال برش و جلوگیری از خم شدن و یا پیچ خوردن و جدا شدن قطعات از یکدیگر و اتصال اجزای قطعات ساخته شده استفاده میشود. جوش کام برای مقاومت در برابر تنشهای خارجی قابل استفاده نبوده و اجرا نمیگردد. جوش کام نیز همانند جوش انگشتانه به صورت محدود در سازههای سوله مورد استفاده قرار میگیرد. جوش کام کاربرد کمی دارد و به تنهایی یا همراه با جوش گوشه مورد استفاده قرار میگیرد.
د) جوش انگشتانه (Pluge):
جوش انگشتانه (جوش گوشه تمام دور) همانند جوش کام در سوراخهای دایرهای شکل و متوالی و به صورت توپر انجام میشود و تنها برای انتقال برش و جلوگیری از انقباض و یا جدا شدن قطعات لبه اجرا میگردد. جوش انگشتانه نسبت به جوش گوشه و جوش شیاری از سختی بیشتری در اجرا برخوردار بوده و کمتر در سازههای سوله مورد استفاده قرار میگیرد. جوش انگشتانه از انواع جوش در جوشکاری هستند که کاربرد کمی دارند و به تنهایی یا همراه با جوش گوشه مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از کاربردهای این نوع جوش در انتقال برش در اتصالات پوششی میباشد طوری که طول جوش گوشه یا دیگر انواع جوش در جوشکاری پاسخگوی آن نباشد. همچنین این جوش برای مقابله کردن با کمانش قسمتهایی است که روی هم گذاشته شده اند استفاده میشود.
مقدار تنش مجاز در جوشهای کام و انگشتانه به صورت زیر است.
نتیجهگیری
سطح آگاهی و اطلاعات یک جوشکار از انواع جوش او را در تصمیم بهتر که منجر به کیفیت بالای کار در کنار کاهش وقت و هزینه کمک میکند. بر حسب کاربرد پروژه و تغییرات دمایی در حین بهرهبرداری می افتد و مواردی مانند بودجه و نیروی کار، مهندسین پیمانکار باید همه مزایا و معایب انواع روشهای جوش را بررسی کرده و بهترین روش را انتخاب کرد. شناخت انواع جوش برای هر جوشکار ضروریست همانطور که شناخت عیوب جوشکاری و موقعیتهای جوش حائز اهمیت است تیم تخصصی علمی ACE در این مقاله تلاش کرد به زبانی ساده و صریح اطلاعات مورد نیاز شما را گردآوری کرده تا با مهارت و تجربه بهتری به پروژههای خود بپردازید.
منابع
- کتاب راهنمای جوشکاری
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
گردآورنده:
