آشنایی با ضوابط جوشکاری ساختمان اسکلت فلزی (2)

در شماره آگوست 2015 نشریه Modern Steel Construction این سوال را مطرح کردیم که “چه کارهایی باعث ایجاد یک اتصال جوشی خوب می شود” و 7 اصل را که می تواند به تولید جوش های بهتر و کارآمدتر کمک نماید را در پست قبلی ارائه نمودیم، در این پست 7 اصل باقیمانده از ضوابط جوشکاری ساختمان معرفی می گردد.

اصل 8 : یک اتصال جوشی خوب، دارای گلوگاه (چاله) واضح و معین است.

مقاومت جوش به ابعاد گلوگاه و نیز به طول و مقاومت مواد جوش رسوب کرده در گلوگاه وابسته است. گاهی اوقات چاله جوش واقعی مطابق آنچه به نظر می رسد، نبوده و بنابراین جوش هم، ظرفیت مورد انتظار را نخواهد داشت. از ضوابط جوشکاری ساختمان این است که مهندسان باید در هنگام محاسبه و تهیه جزئیات اتصال جوشی، از این موضوع آگاه باشند. در ادامه از دو مثال برای تجسم بهتر این اصل استفاده می شود، اگرچه مثال های زیادی در این زمینه وجود دارد.

به جوش های لب به لب نشان داده شده در تصویر شماره 1 توجه کنید. در قطعه A جوش نفوذی کامل با علامت CJP، جوشی است که گلوگاه آن در کل ضخامت قطعه امتداد یافته است (چنانچه در قطعه B به تصویر کشیده شده است) همچنین جوشی که در قطعه C دیده می شود، یک جوش شیاری گونیایی که اصطلاحا پیش تایید کیفیت Pre-qualifed نشده، انتخاب گردیده است. در هنگام جوشکاری روی یک قطعه ضخیم، جوش تا عمق قطعه نفوذ نخواهد کرد، حتی اگر در دو طرف قطعه جوشکاری انجام شود. اگر چه در ظاهر و به صورت چشمی، جوش های دو قطعه B و C  ممکن است شبیه هم به نظر بیایند ولی با این وجود، تفاوت های قابل توجهی در ابعاد چاله جوش واقعی و مقاومت حاصل از اتصال جوشی وجود خواهد داشت.

پیشنهاد مطالعه : بخش اول ضابطه های جوشکاری ساختمان اسکلت فلزی

شکل 1- ضوابط جوشکاری ساختمان فلزی

اتصال سپری با جوش گوشه نشان داده شده در شکل 2، از دیگر ضوابط جوشکاری ساختمان (مثال دیگری از گلوگاه و چاله جوشی) است که ممکن است به طور قابل توجی کمتر از آن باشد که در ظاهر قابل رویت است. در قطعه A، اتصال سپری به خوبی چفت شده وابعاد گلوگاه جوش هم مطابق انتظار است. قطعه B هم در ظاهر و به صورت چشمی همانند قطعه A بوده و ابعاد ساق آنها هم اندازه می باشد، ولی گلوگاه واقعی جوش در حد صفر بوده و تنها متکی بر یک پیوند و ارتباط ضعیف به عضو فوقانی اتصال سپری است. طراحان و محاسبان اتصالات جوشی خوب، امکان رخ دادن این وضعیت ها را پیش بینی می کنند. ایین نامه جوشکاری سازه های فولادی (AWS-D1.1) این پتانسیل جوش لب به لب تصویر شماره 1 را تشخیص داده و متعاقب آن، جزئیات اتصال از نوع قطعه C را تایید کیفیت ننموده است. در مورد مشکل چفت شدگی نشان داده شده در تصویر شماره 2، D1.1 ضوابطی را برای محدود کردن درز و شیار و همچنین جبران مشکلات مربوط به درزهای بیش از اندازه ارائه داده است.

شکل 2- ضوابط جوشکاری ساختمان اسکلت فلزی

اصل 9 : یک اتصال جوشی خوب، خواص مواد را به رسمیت می شناسد.

فولاد غالبا از خود رفتاری ایزوتروپیک نشان می دهد و البته از جهات زیادی هم این مطلب درست است. ایزوتروپیک بودن فولاد قطعا نسبت به بسیاری از دیگر مصالح ساختمانی بیشتر است. در شرایط عمومی، فولاد بهترین ترکیب خواص را در امتداد نورد شده دارد. از منظر تسلیم و مقاومت کششی، خواص در جهت عرض و نیز در امتداد ضخامت، معمولا حداقل 80 درصد جهت طولی آنهاست. به خاطر داشته باشید که معمولا در کارخانه، گزارش آزمایش خواص مواد تنها در امتداد طولی گزارش می شود. خوشبختانه برای اکثر اعضا نورد شده، نیروهای اصلی و مهم وارد شده بر عضو، در امتداد و جهت نورد شده و مطابق و هم جهت با بهترین خواص فولاد می باشد.

گرچه، داستان در مورد اتصالاتی که اعضا آن به صورت عمود بر امتداد نورد شده به هم متصل می شوند، اینگونه نیست و در مورد اتصالات جوشی بعضا بزرگترین کرنش ها در امتداد ضخامت قطعه، اعمال می گردند. این کرنش ها می تواند ناشی از جمع شدگی و انقباض در جوش یا از طریق اعمال بارهای بهره برداری باشد.

با آنکه خواص مقاومتی در سه جهت عمود بر هم شبیه هستند، شکل پذیری ممکن است متغیر باشد. یک شاخص شکل پذیری، (R.A) یا درصد کاهش مساحت است. مقادیر بالای R.A بیانگر شکل پذیری بالاتر قطعه می باشد. اختلافات و تفاوت های شکل پذیری در جهت عرضی  نیز در راستای ضخامت در مقایسه با امتداد طولی باید در هنگام طراحی و ترسیم جزئیات اتصالات جوشی مد نظر قرار گیرد.

داده های مندرج در شکل های شماره 3 و 4 بر پایه کارهای Barsom و Korvink می باشد.

شکل 3- نکات مهم جوشکاری ساختمان

شکل 4- ضوابط جوشکاری در ساختمان

در شرایط عمومی مقادیر R.A در جهت طولی در حدود 60 تا 80 درصد بود. مطابق شکل شماره 3، مقدار R.A برای اکثر داده ها در جهت عرضی در محدوده 40 تا 80 درصد و مطابق شکل شماره 4، مقدار R.A برای اکثر داده ها در راستای ضخامت، در محدوده 5 تا 80 درصد متغیر است که در نمونه های بسیاری، این مقدار کمتر از 20 درصد می باشد. اگرچه این نکته هم قابل توجه است که شکل پذیری در راستای ضخامت تقریبا نزدیک و مشابه جهت طولی می باشد.

این تغییرات در خواص مواد باید هنگام طراحی اتصال مورد توجه باشد. کاهش شکل پذیری در راستای ضخامت یکی از عوامل مشارکت کننده در گسیختگی لایه ای است.

در صورت استفاده از فولادی با شکل پذیری اصلاح شده در راستای ضخامت، قطعا جزئیات اتصال و جوشکاری های بهتری می تواند به کار گرفته شود تا نیاز به شکل پذیری در راستای ضخامت کاهش یابد.

خاصیت دیگر مصالح که باید مورد توجه قرار گیرد، پتانسیل کاهش سختی شکاف است که در برخی نواحی مانند ناحیه موسوم به k، ناحیه “هسته”مقاطع نورد سنگین و گوشه های قوطی ها و لوله های سرد نوردشده مستعد بروز است. مانند آنچه برای شکل پذیری مواد و مصالح نورد شده بیان شد، تغییرات قابل توجه در استحکام در سه جهت عمود بر هم مشاهده شده است.

اصل 10 : یک اتصال جوشی خوب، برای ساخت و نصب، دارای دو خصوصیت اقتصادی بودن و سهولت اجرا می باشد.

اصطلاح آسان معمولا به “اقتصادی” و پیچیده معمولا به “گران قیمت تعبیر می شود. مساله هزینه می تواند توسط مهندس به صورت دغدغه پیمانکار مورد ملاحظه قرار گیرد. گرچه در موارد بسیاری، اسان بودن و اقتصادی بودن به طور مستقیمی به کیفیت و قابلیت اعتماد منجر می شود.

به جزئیات ورق های پوششی تقویتی نشان داده شده در شکل های 5 و 6 توجه کنید. جوش های گوشه طولی مربوط به ورق تقویتی پهن تر در وضعیت افقی انجام شده (با فرض چرخاندن تیر به اندازه 180 درجه نسبت به آنچه در تصویر می بینید) و سپس برای ایجاد جوش های عرضی، تیر نیاز به چرخیدن دارد. اما در مورد ورق تقویتی کم عرض تر، کل جوشکاری بدون نیاز به چرخاندن تیر قابل انجام است.

شکل 5- ضوابط جوشکاری سازه

شکل 6- نکات و ضوابط جوشکاری سازه

اصل 11 : یک اتصال جوشی خوب، به آسانی قابل بازرسی است.

معمولا بازرسی جوش هایی که به سختی اجرا می شوند، سخت است. اگر جوشکار برای دسترسی به محل اتصال نیازمند این باشد که الکترودگیر (انبر جوشکاری) را به انتهای یک دسته جارو ببندد، متعاقبا چطور بازرس می تواند محل جوش را بازرسی و نظارت کند ؟ گاهی ممکن است بازرسی یک مورد جوشکاری در یک مرحله از کار اسان باشد ولی با افزایش سایر مولفه ها، بازرسی به تدریج سخت و حتی غیر ممکن می شود. یک اتصال جوشی با طراحی خوب به چگونگی بازرسی، چه به صورت چشمی و چه به صورت غیر مخرب، توجه داشته و امکان پذیر بودن آنها را مد نظر قرار می دهد.

یک مثال از طراحی لرزه ای، این مفهوم را به نمایش می گذارد. اتصال لنگر گیر که به Pre-Northridge موسوم است، شامل برخی نواقص از جمله سختی نظارت مطمئن بر آزمایش های فراصوتی بود. باقی ماندن پشت بند در اجرا، باعث سختی در تشخیص “پاس” جوش ریشه با کیفیت از ناقص گردیده بود. همچنین وجود جان تیر، بازرسی تمام طول جوش بال پایینی به بال ستون را دشوار می نمود. مشکل نظارت و بازرسی اتصال لنگرگیر Pre-Northridge در AISC 358 حل شد: اتصالات پیش تایید کیفیت شده Pre-qualified برای قاب های خمشی فولادی با شکل پذیری ویژه و متوسط برای کاربردهای لرزه ای، با الزام استفاده از پشت بندهای قابل حذف، (که ناپیوستگی صفحه ای طبیعی ایجاد شده در ریشه جوش و چالش های UT متناظر با آن را حذف کرده است) و تکیه بر شیارزنی از پشت برای بازرسی چشمی کیفی ریشه جوش

اصل 12 : یک اتصال جوشی خوب، ضوابط تجاری را به رسمیت می شناسد.

فایل های ترسیم شده به کمک کامپیوتر می توانند نقشه اعضا را با اندازه گیری عالی و با مقیاس دقیق ارائه دهند. ولی در مسیر انتقال و تبدیل مندرجات نقشه به اجرای سازه (ساخت مقاطع فولادی)، ضوابط تجاری این اندازه گیری های عالی را به تقریب های نزدیک تبدیل می کنند. در ادامه از دو مثال برای این ضوابط و واقعیت های تجاری در مورد تغییرات مجاز ناشی از جوشکاری در شکل سازه همراه با تصاویر استفاده می شود.

مقدار تغییرات مجاز در ابعاد اعضا سازه های نورد شده توسط ASTM A6 کنترل گردیده است. در شرایط مطلوب، بال ها همیشه بر جان عمود نیستند. مطابق شکل شماره 7 کل ناگونیائی مجاز (T و ‘T) برای مقاطع W با عمق بیشتر از 12 اینچ، فقط 0/31 اینچ می باشد. در مورد انتهای تیری هم که قرار است با ستون تشکیل قاب بدهد، در اغلب ساخت و سازها، برش ها کاملا بر امتداد محور طولی تیر عمود است.

شکل 7- ضوابط جوشکاری ساختمان

حال اگر تیر به صورت عالی (با برش گونیا و در طول مناسب) و همراه با تدارک پخ انتهایی مناسب برای جوش شیاری آماده شده باشد ولی ستون در حالت حداکثر ناگونیائی مجاز خود باشد، در یک انتها، جوش شیاری با شکاف ریشه معادل 0/16 اینچ بیش از حد باریک و کم عرض بوده ولی در انتهای دیگر با همان 0/16 اینچ بیش از حد باریک و کم عرض بوده ولی در انتهای دیگر با همان 0/16 اینچ، بیش از حد پهن خواهد بود. (به عبارت دیگر حتی ناگونیایی مجاز ستون هم به تنهایی، در ابعاد جوش شیاری قابل تامین بسیار موثر است) در این مثال فرض شده بود که انتهای تیر به نحو بسیار خوب و شایسته آماده شده است و خود تیر هیچ انحرافی در مقدار ابعاد یا برش انتهایی ندارد. در صورتی که تیر هم در طول مناسبی بریده نشده و ستون هم عالی نباشد (ولی به اندازه مجاز ناگونیا باشد)، این تغییرات و انحراف های بیشتر به ابعاد اتصال جوش باز هم اضافه می شود. کیفیت جوش اتصالاتی که بیش از حد به هم چسبیده هستند ممکن است کاهش یافته و نیازمند جوش های اضافه باشند که این کار ممکن است مجددا به افزایش پیچیدگی و بالا رفتن تنش های پسماند بینجامد. پیچیدگی ها و اعوجاج های ناشی از جوشکاری هم از دیگر واقعیت های تجاری است.

پیشنهاد مطالعه : بخش اول ضابطه های جوشکاری ساختمان اسکلت فلزی

این پست در حال تکمیل است.