طراحی شیاری و آماده سازی پخ برای جوشکاری

طراحی شیاری و آماده سازی پخ برای جوشکاری

آماده سازی برای جوشکاری گامی حیاتی در ایجاد اتصالات محکم و قابل اطمینان در جوشکاری و لحیم کاری است. ابعاد و زوایای درگیر در طراحی شیاری و اماده سازی پخ میتواند بسته به مشخصات رویه جوشکاری متغیر باشد. در این نوشتار ، به وجوه اصلی و کلیدی طراحی جوش شیاری و آماده سازی پخ خواهیم پرداخت که شامل زاویه پخ، وجه ریشه، شکاف ریشه، شعاع ریشه، زمینه و اصول بنیادین پشت آماده سازی لبه ای است.

زاویه پخAngle of Bevel

زاویه پخ اشاره به آماده سازی لبه ای از قطعه ای برای جوشکاری دارد. زاویه پخ یک زاویه شکل گرفته بین لبه آماده شده از یک عضو و صفحه عمود بر سطح این عضو است. زوایای معمول برای انواع رایج آماده سازی به شرح ذیل است

• 30 - 25 :V
• U : 8-12 
• 40-50 :J تک پخ
• J  بین 10 تا 20 درجه در جوش لب به لب اما 45-50 درجه در اتصالات سپری، T

مهم است که یادآور شد این مقادیر تنها جهت اشارت کلی بوده و زاویه واقعی و نوع شیاری بستگی به عواملی هم چون طراحی سازه ای، فرایند جوشکاری و ملاحظات هزینه ای دارد.

زاویه شیاری: Groove Angle

زاویه شیاری نمایانگر زاویه ترکیبی شیار شکل گرفته بین قطعاتی که بایستی به هم دیگر متصل شوند، می باشد. برای ترسیم این مطلب، اگر لبه های دو قطعه در زاویه سی درجه نسبت به همدیگر باشند، زاویه شیاری مقداری 60 درجه خواهد داشت. این معمولا به نام زاویه مشمول یا Included angle  خوانده می شود که بین قطعاتی است که بایستی از طریق یک جوش شیاری به همدیگر متصل شوند.

تصویر شماره 2

وجه ریشه: Root face

وجه ریشه بخشی از وجه ذوبجوش شده در ریشه است که پخ نخورده است. مقدار آن بستگی به فرایند جوشکاری به کار رفته، جنس فلز پایه و کاربری جوش دارد. برای جوشکاری نفوذ کامل در ورق فولاد کربنی، وجه ریشه معمولا مقادیری بین 1 تا 2 میلی متر دارد.

دهانه ریشه Root Gap, Root Opening

دهانه ریشه اشاره به کمینه فاصله بین لبه یا سطوحی که باید در هر سطح مقطع متصل شوند، دارد. این مقدار بستگی به فرایند و کاربری جوشکاری دارد. برای جوش نفوذ کامل در ورق فولاد کربنی، معمولا بین 1 تا 4 میلی متر است.

دهانه ریشه، که به عنوان شکاف ریشه نیز شناخته می شود، فاصله یا جدایی در ریشه اتصال قطعاتی است که بایستی به همدیگر متصل شوند. متغیر مهمی در جنوشکاری است و معمولا در استانداردها یا مشخصات رویه جوشکاری معین میشوند. دهانه ریشه نقشی حیاتی در تعیین کیفیت و استحکام اتصال جوش دارد. بر عواملی هم چون نفوذ، شکل مهره جوش و مقدار فلز پر کننده لازم اثر میگذارد.

شعاع ریشه Root Radius

شعاع ریشه بخش انحنانی از وجه جوش در آماده سازی قطعات به شکل های J تک، U تک، J دوتایی و یا U دوتایی است. در فرایندهای MMA, MIG, MAG و جوشکاری گاز سوخت اکسیژنی بر روی ورق فولاد کربنی، شعاع ریشه معمولا 6 میلی متر برای U تکی و دوتایی و 8 میلی متر برای J تکی و دوتایی است.

شعاع شیار Groove Radius

شعاع شیاری اشاره به شعاعی دارد که برای شکل اتصال جوشکاری شیاری U یا J به کار می رود. این معمولا در طراحی اتصال شیاری خاص در جایی که خطنمایه منحنی مطلوب است، به کار میرود. شعاع شیاری به توزیع تنشی و بهبود استحکام و یکپارچگی اتصال جوشکاری کمک میکند.با وارد کردن شعاع شیاری، اتصال هموارتر شده و احتمال تمرکز تنش و نقاط واماندگی بالقوه کاهش می یابد. این میتواند به ویژه در کاربری هایی که اتصال در معرض بار یا تنش است، اهمیت داشته باشد.

زمینه Land

زمینه اشاره به بخش مستقیم از وجه جوشی بین وجه ریشه ای و بخش انحنایی از آماده سازی J یا U دارد. در برخی موارد، زمینه ای میتواند صفر باشد، به ویژه در آماده سازی جوشکاری MIG برای آلیاژهای آلومینیمی.

اصول راهنمایی طراحی شیار جوشکاری

برای تعیین زاویه پخ، زاویه شیاری و دهانه ریشه در یک اتصال، چندین عامل وجود دارد که بایستی در نظر گرفته شود، شامل ضخامت جنس جوش، نوع اتصال، و فرایند جوشکاری. عموما جوشکاری گازی نیازمند به زاویه شیاری بزرگتری در مقایسه با جوشکاری قوسی دستی است.اندازه دهانه شیار عموما با قطر فلز پر کننده مشخص میشود هم متاثر ازصخامت فلز پایه و وضعیت جوشکاری است. داشتن یک دهانه ریشه بسنده برای تضمین نفوذ ریشه صحیح حیاتی است.تصویر زیر هم نفوذ ریشه و هم نفوذ اتصال جوش ها را نشان می دهد. آماده سازی ریشه اشاره به عمقی دارد که در آن جوش تا ریشه اتصال امتداد می یابد و در راستای خط محوری سطح مقطع ریشه اندازه گیری می شود.

از سوی دیگر، آمادگی اتصال اشاره به عمق کمینه ای دارد که در آن یک شیار یا یک جوش لبه ای از سطح آن تا یک اتصال امتداد می یابد، به استثنای گُرده جوش. در برخی موارد اصطلاحات نفوذ ریشه و نفوذ اتصال به صورت متقابلی به کار برده می شوند مانند آن چه در تصویر در A, C, E نشان داده شده است.با این حال نمای B تمایز بین نفوذ اتصال و نفوذ ریشه را نشان میدهد درحالی که در نمای D فقط نفوذ اتصال را نشان میدهد. گرده جوش اشاره به جوش اضافی فرای آن چه که نیاز است تا اتصال پر شود، دارد.

اصول لبه سازی Edge Preparation

لبه سازی نقشی حیاتی در افزایش استحکام یک جوش دارد. ناحیه ای از سطح فلز که در حین فرایند جوشکاری ذوب میشود به عنوان سطح تماسی faying surface نامیده می شود. با شکل دهی سطح تماسی از طریق لبه سازی، استحکام جوش را میتوان تقویت کرد. برخی از اصول کلیدی در آماده سازی سطح تماسی عبارتند از:

1. کدها و استانداردها:  کدها و استانداردها میتوانند لبه سازی خاصی را بر مبنای کاربری جوشکاری الزامی کنند
2. .فلزات:  برخی فلزات مانند چدن یا منیزیم ضخیم نیازمند آماده سازی لبه ای خاص برای رسیدن به جوشکاری موفق و کمینه سازی تنش پسماندجوشکاری یا احتمال وقوع ترک هستند.
3. ضخامت فلز:  زمانی که ضخامت افزایش می یابد، طراحی اتصال بایستی تصحیح شود تا جوش عالی تضمین شود. لوله یا ورق ضخیمتر اغلب نیازمند آماده سازی شیاری همانند پخ زنی، شیار V یا شیار J یا شیار U است.
4. نفوذ جوش عمیق تر: شیار زنی یا پخ زنی لبه فلزی امکان ذوب جوش راحت تر برای فلز جوش ذوب شده ازطریق اتصال را می دهد که امکان نفوذ عمیقتر و امکان جوش سراسر ضخامتی را میسر میکند.
5. ظاهر هموار: سنگزنی همواری سطح جوش با فلز پایه میتواند ظاهر را بهبود بخشیده و از تداخل با لغزش یا حرکت قطعات در راستای سطح پیشگیری کند.
6. استحکام افزایش یافته: یک جوش بایستی به همان استحکام یا مستحکمتر از فلز پایه باشد. رسیدن به ذوبجوش صد درصد اتصال و گرده جوش مناسب تضمین میکند که جوش الزامات استحکامی را تامین میکند.
7. وضعیت جوشکاری: وضعیت تخت اغلب برای جوشکاری ایده آل ترین حالت است، زیرا اجازه میدهد که حوضچه های ذوب بزرگتر کنترل شوند. با این حال طراحی های شیاری متفاوت میتواند برای جوشکاری های خارج از وضعیت بهتر/ out of position weldingکار کند.

Out of position welding به معنی خارج از وضعیت، مقصود وضعیت های جوشکاری غیر از تخت و افقی است

نتیجه گیری

طراحی شیاری و آماده سازی پخ برای رسیدن به جوش های قابل اتکا و مستحکم ضروری است. زاویه پخ، وجه ریشه، شکاف ریشه، شعاع ریشه، زمینه، اصول لبه سازی همگی در رسیدن به کیفیت و استحکام کلی جوش سهیم هستند. با پیروی از طراحی شیاری مناسب و آماده سازی لبه صحیح، جوشکاران میتوانند از یکپارچگی اتصالات جوش خورده، آسوده خاطر باشند