توضيحاتي پيرامون WPS & PQR

در نظر بگيريد در کارخانه ي بزرگ که تعداد زيادي پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاري برخورد ميکنيم ....انواع الکترودها، ورقها با ضخامتهاي متفاوت، ماشينهي مختلف که تحت شريط خاصي تنظيم شده است  ،جوشكاران كه اغلب به  روش سنتي(بدون رعايت اصول علمي)جوشكاري ميكنند را در نظر بگيريد. بهترين کار چک کردن کار با کتابچه ي  است که به عنوان WPS (Welding Procedure spcification)معروف است. هر چند کاربرد اصلي ين دفترچه بري  پرسنل توليد است اما در واقع زبان مشترک توليد کننده  و بازرس و ناظر ميباشد که در بعضي مواقع کارفرماهي بزرگ  خودشان WPSمورد قبول خود را به  سازنده اريه ميکنند و بني بازرسي  ها را بر اساس آن قرار ميدهند. فکر ميکنم تا حدودي مفهوم را  ساده کرده باشم.

استاندارد مرجعAWSَ  حدود 170 نوع اتصال را با پوزيشنهي متفاوت معرفي کرده و انواع پارامترهي جوشکاري را بري تمامي انواع فريندها(SMAW-MIG/MAG-TIG-SAW-…)معرفي کرده ين متغيرها شامل محدوده ضخامت مجاز بري نوع اتصال –دامنه تغييرات  مجاز بري آمپر- ولتاژ-قطر الکترود-نوع پودر-زاويه کونيک کردن-روش پيشگرم و پسگرم-و ... ميباشد. که بخشي از وظيفه QC_MAN کنترل ميزان تطابق روش جاري جوشکاري با روش مشخص شده در WPSاست. در بعضي از موارد خاص که استاندارد روش خاصي اريه نداده اغلب يک طراح جوش بنا به تجربيات خود پروسيجري اريه ميدهد. در بعضي شرکتهي بزرگ بري هر پروژه ي يک دفترچهWPS موجود است اما از آنجا  که  روشها و امکانات موجود هر کارخانه اغلب ثابت است لذا بنظر ميرسد که نيازي به  -WPS هاي متفاوت نباشد. و تجربه نشان داده که بري کارهي مشخص و ثابت  بهتر است يک WPS تهيه شود و از تعدد يجاد مدارک و مستندات دست و پا گير جلوگيري شود. يک WPS معمولي ميتوانيد  در حدود 200-250 صفحه  باشد.يعني به همين تعداد اتصالات مختلف را نشان داده و روش جوشکاري مربوطه  را  توضيح داده  است.

PQR (Procedure Qualification Record)

ابتدا توضيح کوتاهي در مورد خود PQR لازم است که بيد گفت PQR نتيج آزميشات  مخرب و غير مخرب در مورد يک نوع مشخص جوش است.که از طرف آزميشگاههي معتبر بيد اريه شود.

حال به ين سوال ميرسيم که از کجا اعتبار يک WPS را بفهميم؟ و مديران خط توليد يا تضمين کيفيت و يا ناظران و کنترل کيفيت  چطور از اعتبار WPS اطمينان حاصل  ميکنند؟

قطعا آن قسمت از  WPSکه از متن استاندارد استخراج شده نياز به ينکار ندارد چراکه تمامي موارد پيشنهادي  استاندارد هم حاصل تجربيات گروه زيادي از متخصصان بوده  است و فلسفه استفاده از استاندارد کوتاه کردن مسير تجربه است تا زودتر  به نتيجه  دلخواه برسيم.ولي جدا از نحوه برداشت ما از استاندارد در ستاندارد  AWS مشخصا  به ين موضوع اشاره شده که بري موارد پيشنهادي استاندارد  نيازي به PQR نيست.

اما بري آن مواردي که از استاندارد  استخراج نشده و پيشنهاد واحد طراحي و يا مشاور طرح بوده بيد   حتما PQR تهيه شود.

 روش تهيه PQR:

فرض کنيم نياز داريم بري 70 نوع از انواع اتصالات PQR تهيه کنيم.يا بيد 70نمونه تهيه  کنيم؟ و يا ين کار عاقلانه است؟ مسلما خير.

بنابر جداول مربوط به تهيه نمونه بري PQR ميتوان تعداد بسيار کمتري بري تييديه روش جوشکاري (PQR)  تهيه  کرد به ين ترتيب که در جداول  مربوطه بنا بر تغييرات ضخامت قطعات در اتصالات شبيه به هم تعداد نمونه و نوع و تعداد آزميشات بري آن نمونه  معرفي شده. که پس از فرستادن قطعات به  ازميشگاههي ذيصلاح و گرفتن جواب مثبت ميتوان به آن WPS اعتماد کرد و جوشکاري را آغاز کرد.

مثال:

فرض کنيد دفترچه WPS  را براي تهيه PQR  در اختيار داريد.مراحل زير بري تهيه PQRپيشنهاد ميشود.

1-اتصالاتي که  در استاندارد وجود دارد را تنها  با متن استاندارد مطابقت دهيد تا چيزي از قلم نيفتاده باشد و تلرانسها دقيقا استخراج شده باشد و نظير ين...

2-در مورد اتصالات شبيه به هم با مراجع  به  استاندارد يکي از پرکاربردترين ضخامتها را انتخاب کنيد.بري کارهي سازه ي و اتصال نوع Grooveفرض كنيد که 45 نوع ضخامت مختلف به شما معرفي شده  .بهترين کار ين است که با مراجعه به جداول استاندارد بهترين نمونه بري تهيه PQRانتخاب كنيم كه اين بهترين انتخاب اغلب پرکاربردترين يا حساسترين اتصال است.مثلا Grooveبا ضخامت 30-30که بنابر جدول استاندارد ميبينيم که ين نوع اتصال محدوده ضخامتيmm 3 تاmm60 را با اعتبار ميبخشد يعني بري ضخامت 2 تا 60 ديگر نيازي به تهيه PQR نداريم و ين از مزيي استفاده از استاندارد است.

3-حال که نمونه مورد نظر را انتخاب کرديم بيد در ابعاد مشخص(طول و عرض) که باز هم در استاندارد  آمده است آنرا تهيه کنيم و توسط يک جوشکار که داري کارت صلاحيت جوشکاري در  حالت مربوطه(1G-2G-1F-2F و غيره) است جوشکاري انجام  شود.

4-قطعه مور نظر را به آزميشگاههي معتبر ارسال ميکنيم  تا تحت تستهي مختلف قرار  گيرد. ين تستها اغلب خمش کناره-راديوگرافي-ماکرواچ-شکست و ... است.

5-پس از اعلام نتيجه مثبت آزميشگاه ميتوان  جوشکاري را آغاز نمود.

 نکاتي در  مورد  جوشکاري فولادهي ضدزنگ و ضدخوردگي

خصلت اصلي  فولادهي استنلس(ضد زنگ) مقاومت در برابر زنگ خوردگي است (داشتن کرم بيش از 12% مويد همين مطلب است).نيکل موجود در ين فولادها حتي به مقدار زياد هم نميتواند به تنهيي مقاومت در برابر خوردگي را زياد کند.ولي با  حضور  کرم ميتواند تا  حد زيادي ين  وظيفه  را بخوبي انجام دهد.مزيت اصلي  نيکل تسهيل  يجاد فاز آستنيت و بهبود خاصيت مقاوم به ضربه فولادهي کرم نيکل دار است. موليبدن شرائط خنثي سازي ين فولاد را تثبيت مي کند و عموما عامل افزيش مقاومت به خوردگي موضعي(Pitting) است.

به منظور اطمينان از تشکيل کاربيدهي پيدار که باعث افزيش مقاومت  به خوردگي بين دانه ي ميشود افزودن Ti  و Nb به انواع معيني از فولادهي کرم-نيکل دار ضروري است.

1-فولادهي ضد زنگ

کرم و کربن عناصر  اصلي ينگونه از فولادها را  تشکيل ميدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از  04/0درصد است تاثير کرم بر استحکام کششي حتي در مقادير 13 و 17و 20درصد بسيار ناچيز است. در حاليکه  در مقادير زيادتر کربن با عمليات حرارتي مناسب امکان دستيابي  به استحکام کششي مناسب و عمليات مکانيکي مورد نظر فراهم ميشود.

با توجه به ريزساختار فولادهي کرم دار را به شرح زير ميتوان دسته بندي کرد:

الف-فولادهي کرم دار-فريتي(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)

ب- فولادهي کرم دار-نيمه فريتي(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)

ج-فولادهي کرم دار-مارتنزيتي(12 تا 18 درصد کرم و بيش از 3/0 درصد کربن)

د- فولادهي کرم دار-قابل عمليات حرارتي(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

ين دسته بندي را در مورد جوش پذيري نيز ميتوان تکرار کرد.

تحت شريط حرارتي نامناسب فولادهي فريتي(گروه الف) تميل به تشکيل دانه هي درشت نشان ميدهند. انرژي حرارتي ناشي از جوشکاري منجر به رشد دانه بندي ميشود که نميتوان آنرا با پس گرميش برطرف نمود.در نتيجه کاربيد رسوب ميکند و در مرز دانه هي فريت باعث شکنندگي و کاهش شديد مقاومت به ضربه فلز جوش ميشود.بري غلبه بر ين حالت بيد از الکترود آستنيتي تثبيت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نيکل استفاده نمود.فلز جوشي که بدين ترتيب حاصل ميشود داري خاصيت آستنيتي و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشي که بدين طريق حاصل  ميشود از نظر مقاومت به خوردگي مطابق فولددهي ضدزنگ فريتي ميباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتيکه اجبار در يکرنگي باشد بيد از فيلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمي Ti)استفاده شود.Tiدر مقادير جزيي نقش موثر در ريز دانه  کردن فلز جوش دارد.

بعلت رابطه  گريز ناپذير بين رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه ي چاره ي جز کاستن از تنش هي حرارتي ناشي از عمليات جوشکاري وجود ندارد و بري نيل به ين منظور تمهيداتي نظير الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاري بيشتر و پيش گرميش 200تا 300 درجه سانتيگراد بيد به کار رود.

پس گرميش در حدود 700 تا 800 درجه سانتيگراد خاصيت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود ميدهد.

همچنين آنيلينگ(Annealing)به مدت کم نيز باعث تجمع کاربيد شده و تا حدي شکنندگي فلز جوش را جبران ميکند و همينطور به تنش گيري نيز کمک ميکند. ولي هرگز باعث رفع کامل درشت دانگي HAZ نميشود.

اقدامات مشابهي حين جوشکاري فولادهي نيمه فريتي و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نيز ضروري است. ميدانيم که سرد کردن سريع باعث تشکيل فاز شکننده مارتنزيتي ميشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حين انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پيش گرم ميشود.درجه حرارت بين پاسي((Inter pass 300 درجه مناسب است و از ين کمتر نبيد شود.ضمنا قطعه کار بيد بلافاصله در دمي 700 تا 760 درجه پس گرم شود.ين سيکل حرارتي در مجموع باعث يجاد فلز جوشي با ساختار يکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش ميشود و خطر شکنندگي و رشد دانه ها را تا حدود زيادي مرتفع ميکند.

فولادهي کرم دار مارتنزيتي (دسته ج)معمولا قابل جوش نيستند و صرفا به منظور تعمير و اصلاح عيوب جوشکاري بر روي آنها انجام ميپذيرد. بري جوشکاري فولادهي کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فيلر متال نبيد از 25/0درصد تجاوز کند.ين نوع فولاد در هوا سخت ميشود.از ينرو هيچ اقدام پيشگيرانه موثري به منظور غلبه بر سخت شده  HAZوجود ندارد.اما  با اعمال پيش گرم زياد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد ميتوان تاحدودي مشکل را برطرف کرد و سختي نامطلوب را در حد پييني نگاه داشت.دمي پس گرم 750 تا 800 توصيه ميشود و کمتر از ين دما ممکن است باعث تاثير منفي در مقاومت به خوردگي شود.

آنيلينگ در حرارتي بين650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربيد و بروز خوردگي بين دانه ي شود.

2-فولادهي مقاوم به خوردگي

 فولادهي آستنيتي مقاوم به خوردگي کرم-نيکل دار عموما داري خواص جوشکاري مطلوبي هستند(جوش پذيرند). اما خصوصياتي چند از ين فلزات بيد مدنظر قرار گيرد.

  الف-ضريب هديت حرارتي کم.

  ب- ضريب انبساط حرارتي زياد.

 ج-سرشت انجماد اوليه ين نوع فولادها که تاثير مهم و تعيين کننده ي بر مکانيزم وقوع ترک گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصي از فريت در فلز جوش بيانگر مقاومت آن به ترک گرم است.

به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعيين ريز ساختار بر اساس ترکيبات فلز جوش ممکن است.

نمودار شفلر-دولانگ کمکي عملي در تعيين مقدار تقريبي فريت(فريت دلتا)و سرشت ريز ساختار تشکيل شده حين جوشکاري فولادهي آليازي غير همجنس اراوه ميدهد.علاوه بر ين برآوردي کلي از تاثيرات مقادير کم فريت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنيتي را مقدور ميسازد.تجربه ثابت کرده که روشهي متفاوت تعيين درصد فريت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهاني به جي درصد فريت  تعداد فريت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار ميدهند .

بعضي از دوستان احتمالا از مطالب مربوط به نمودار شفلر آنچنان برداشت منسجم و دقيقي نداشتند کاملا حق دارند و پيشنهاد ميکنم به کتب و منابع معتبر بري فهم بهتر مطلب مراجعه کنند.

3-فولادهي مقاوم به حرارت

 الف-فولادهي فريتي يا فولادهي فريتي-پرليتي از نوع (Cr يا Cr-Si  و Cr-Si-Al) و فولدهي فريتي-آستنيتي

ب-فولادهي مقاوم به حرارت از نوع آستنيتي از نوع Cr-Ni-Si

در حاليکه در جوشکاري قطعات فولادي از نوع آستنيتي با الکترودها ي همجنس آن پيشگرم قطعه ضرورتي ندارد فولادهي مقاوم به حرارت از نوع فريتي کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پيش گرم و در 750 درجه هم پس گرم  و آنيل ميکنند.علت ينکار هم غلبه بر درشت دانگي و تميل به ترد شدن HAZ  است.

قطعات ريختگي از جنش فريت_آستنيت را بيد در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدريج سرد گردد.

جوشکاري فولادهي فريتي و فريتي-پرليتي با الکترودهي هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه ي فلز جوش را نشان ميدهد لذا  پيشنهاد ميشود ين نوع فولادها را باالکترودهي آستنيتي مقاوم به حرارت جوش داد.در ين حالت نيز بيد توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش  آستنيتي در محيط احتراق با گازهي اکسيد کننده با هوا تقويت ميشود و طبيعتا ين مقاومت به حرارت در محيط گازهي احيا کننده به مقدار زيادي کاهش مي يابد بري غلبه بر محيط احتراق با مقدار زياد گاز گوگرد استفاده از الکترودهيي با کرم زياد توصيه ميگردد.

تقسیم‌بندی تاریخی ربات‌ها

a.       ربات‌های برنامه‌ناپذیر یا ربات‌های نسل صفر

b.       ربات‌های برنامه‌پذیر یا ربات‌های نسل اول: این نوع ربات‌ها دارای محرک‌های قابل کنترل‌اند که توان تکرار یک برنامه را به این ترتیب دارا هستند. از این ربات‌ها در کاربردهای صنعتی مانند خطوط مونتاژ ساده استفاده می‌شود.

c.        ربات‌های آداپتیو یا ربات‌های نسل دوم: این ربات‌ها به سیستم بینایی نیز مجهزند و عملا با به‌کارگیری نرم‌افزارهای خاص که توانایی پردازش داده‌های میکروپروسسوری را دارند، نوعی هوش‌مصنوعی برای ربات فراهم می‌سازند که قابلیت تصمیم‌گیری برای آن‌ها امکان‌پذیر می‌شود.

سنسورها در ربات:

در اتوماسیون سخت(Hard Automation) که درآن یک ماشین وظیفه مشخص را همان‌گونه که در صنعت مورد نیاز است انجام می‌دهد، نیازی به هوشمند بودن سیستم نیست. اما برای رسیدن به اتوماسیون هوشمند (Intelligent Automation) به دو جز کلیدی نیازمندیم: هوش‌مصنوعی و سیستم سنسوری.

به کمک این دو می‌توان به ربات‌های صنعتی با کاربردهایی در نقاشی، جوشکاری، حمل‌و‌نقل و مونتاژ رسید که قدرت انجام کارهای پیچیده، تشخیص و تفکیک را دارا هستند.

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

 سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم که در ذیل می‌آید:

a.  سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می‌نمایند.

b.  سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.

c.   سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.

d.   سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هستند.