جوشکاری زیر آب
· مقدمه
بیش از یک صد سالاست که قوس الکتریکی در جهان شناخته شده و بکار گرفته می شود. اما اولین جوشکاریزیر آب توسط نیروی دریایی بریتانیا انجام شد- در آن زمان یک کارخانه کشتی سازی برایآب بند کردن نشت های موجود در پرچ های زیر کشتی که در آب واقع شده بود از جوشکاریزیر آبی بهره گرفت. در کارهای تولیدی که در زیر آب انجام می پذیرد، جوشکاری زیر آبییک ابزار مهم و کلیدی به شمار می آید. در سال 1946 الکترود های ضد آب ویژه ای توسطوان در ویلیجن1 در هلند توسعه یافت. سازه های فرا ساحلی از قبیل دکل های حفاری چاههای نفت، خطوط لوله و سکوهای ویژه ای که در آب ها احداث می شوند، در سالهای اخیر بهطرز چشمگیری در حال افزایش اند. بعضی از این سازه ها نواقصی را در عناصر تشکیلدهنده اش و یا حوادث غیر مترقبه از قبیل طوفان تجربه خواهند کرد. در این میانهرگونه روش بازسازی و مرمت در این گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشکاری زیر آبیاست.
طبقهبندی
جوشکاری زیر آبی را می تواندر دو دسته طبقه بندی کرد:

1. جوشکاری مرطوب
2. جوشکاری خشک
در روشجوشکاری مرطوب، عملیات جوشکاری در زیر آب اجرا شده و مستقیماً با محیط مرطوب سروکار دارد. در روش جوشکاری خشک، یک اتاقک خشک در نزدیکی محلی که می بایستی جوشکاریشود ایجاد شده و جوشکار کار خود را با قرار گرفتن در داخل اتاقک انجام میدهد.
· جوشکاری مرطوب:
نام جوشکاری مرطوب حاکی از آن است که جوشکاری که در زیر آب صورت می پذیرد،مستقیماً در معرض محیط مرطوب قرار دارد. در این روش از جوشکاری از نوعی الکترودویژه استفاده می شود و جوشکاری به صورت دستی درست مانند همان جوشکاری که در فضایبیرون آب انجام می شود، صورت می گیرد. آزادی عملی که جوشکار در حین جوش کاری از اینروش دارد، جوشکاری مرطوب را موثر تر و به روشی کارا و از نقطه نظر اقتصادی مقرون بهصرفه کرده است. تامین کننده نیرویجوشکاری روی سطح مستقر شده است و توسط کابل ها وشیلنگ ها به غواص یا جوشکار متصل می شود.
در جوشکاری مرطوب MMA (جوشکاری قوس فلزی دستی)2 دو مشخصه زیر بکار گرفته می شود:
تامین کننده نیرو: dc
قطبیت: قطبیتمنفی
اگر از جریان DC و قطب + استفاده شود، برقکافت روی داده وسبب خرابشدگی و از بین رفتن سریع اجزاء فلزی نگهدارنده الکترود می شود. برایجوشکاری مرطوب از جریان AC نیز بهدلیل عدم امنیت کافی و وجود مشکلاتی که در حفاظت از قوس در زیر آب وجود دارد،استفاده نمی شود.
منبع تغذیه میبایستی یک دستگاه جریان مستقیم که دارای رده بندی آمپر بین 300 تا 400 است، باشد. دستگاههای جوشکاری ژنراتور موتور اغلب برای جوشکاری مرطوب مورد استفاده قرار میگیرد. پیکره دستگاه جوشکاری می بایستی در پایین، زیر کشتی قرار داده شده باشد. مدارجوشکاری می بایستی شامل نوعی سوئیچ مثبت باشد که معمولاً از یک کلید تیغه ایاستفاده می شود و از جوشکار غواص فرمان می گیرد. کلید تیغه ای در مدار الکترود میبایستی در تمام طول جوشکاری در برابر شکسته شدن مقاوم باشد و نیز از امنیت کافیبرخوردار باشد. منبع تغذیه جوشکاری می بایستی در حین فرایند جوشکاری تنها بهنگهدارنده الکترود وصل باشد. در این روش از جریان مستقیم همراه با الکترود منفی ونیز از نگهدارنده الکترود ویژه ای که در برابر آب عایق هستند استفاده می شود. نگهدارنده های الکترود جوشکاری که در زیر آب بکار گرفته می شوند از یک سر خمیدهبرای گرفتن الکترود و نگه داشتن آن در خود بهره می برند و ظرفیت پذیزش دو نوعالکترود را دارد.
نوع الکترودی کهبه کار گرفته می شود بر طبق استاندارد AWS (انجمن جوشکاری امریکا) در طبقه بندی E6013 قرار گرفته است. این الکترود ها میبایستی ضد آب باشند و تمامی اتصالات نیز باید طوری عایق بندی شده باشد که آب نتواندبا قسمت های فلزی کوچکترین تماسی داشته باشد.اگر عایق بندی شکستگی داشته باشد و یاقسمتی از آن ترک داشته باشد، آنگاه آب می تواند با فلز رسانا تماس پیدا کرده ، موجبایجاد نقص و در نهایت کار نکردن قوس شود. به علاوه اینکه ممکن است خوردگی سریع مسدر قسمتی که عایق ترک خورده است، ایجاد شود.
· جوشکاری بیش فشار (جوشکاریخشک)
جوشکاری بیش فشار در اتاقکهای پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای که می خواهد جوشکاری شود، استفاده می شود. این اتاقک در یک فشار معمولی پر از گاز می شود (که معمولاً از هلیوم حاوی نیم باراکسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو واکسیژن که قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری که جوشکاری آنجا صورت می پذیرد و یافشاری بیشتر از آن اجرا می شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با کیفیتی ایجادمی شود به طوری که با اشعه ایکس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می شود. فرایند جوشکاریقوس گاز تنگستن در این قسمت بکار گرفته خواهد شد. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قراردارد. بنابراین جوشکاری در محل خشکی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیکی آب دریاکه در محیط مجاور آن قرار دارد.
· خطرات بغرنج
برای غواص یا جوشکار خطر شک الکتریک وجود خواهد داشت. اقدامات احتیاطی کهانجام شده اند عبارتند از عیق بندی مناسب و در حد کافی تجهیزات جوشکاری، بسته شدنمنبع الکتریسیته درست زمانی که قوس به پایان می رسد و نیز محدود کردن ولتاژ جوشکاریقوس فلزی دستی در مدار باز دستگاه جوشکاری. خطر دیگر تولید شدن هیدروژن و اکسیژن درجوشکاری مرطوب توسط قوس است.
اقدامهای احتیاطی می بایستی در مورد بلند کردن کپسول های گاز نیز رعایت شود. به این دلیلکه آنها به صورتی بالقوه توانایی زیادی برای منفجر شدن دارا هستند. خطر بعدی ای کهسلامت یا جان جوشکار را تهدید می کند نیتروژنی است که در فشار زیاد در معرض هواقرار گرفته و می تواند به وی آسیب برساند. اقدامات احتیاطی شامل فراهم آوری یک منبعگاز یا هوای اضطراری می شود که در کنار غواص قرار گرفته است و نیز اتاقک فشار زداییبرای جلوگیری از خفگی توسط نیتروژن که بعد از اشباع شدن روی سطح پخش میشود.
در سازه هایی که از جوشکاریمرطوبِ زیر آب استفاده می کنند، بازرسی بعد از جوشکاری ممکن است بسیار مشکل تر ازجوشکاری هایی باشد که در محیط بیرون و در معرض هوا انجام می پذیرد. اطمینان از بینقص بودن چنین جوشکاری هایی به مراتب اهمیت بیشتری پیداکرده و در واقع احتمال اینکهعیب و کاستیِ ناشناخته ای پدیدار شود، وجود دارد.
· مزایای جوشکاریخشک
1. ایمنی غواص – جوشکاری در یکاتاقک صورت گرفته که موجب مصون ماندن جوشکار از جریانات اقیانوسی و یا احتمالاًموجودات دریایی می شود. این جایگاه خشک و گرم از روشنایی مطلوبی برخوردار بوده و ازسیستم کنترل محیط خاصی نیز بهره می گیرد(ESC).
2. کیفیت خوب جوش – این روش توانایی ایجاد جوش هایی را دارد که حتی می توان آن را با جوش های موجد درفضای باز و در مجاورت هوا مقایسه کرد. دلیل این امر اینست که دیگر آبی وجود نداردکه بخواهد جوش را خاموش و یا قطع کند. و نیز اینکه میزان هیدروژن (H2) تولیدی آن خیلی کمتر از جوشکاری های مرطوباست.
3. کنترل سطح­ – آماده سازیاتصال، همترازی لوله، بررسی آزمایش ضد مخرب (NDT) و غیره به صورت عینی کنترل و تنظیم میشوند.
4. آزمون غیر مخرب (‌ NDT) – آزمون غیر مخرب برایمحیط خشک جایگاه تسهیل شده است.
معایب جوشکاری خشک
1. اتاقک یا جایگاه جوشکاری تجهیزات پیچیده و خدمات پشتیبانی زیادی را مستلزم می داندو خود اتاقک به طرز غیر متعارفی پیچیده است.
2. هزینه و ارزش مالی این اتاقک به صورت قابل ملاحظه ایبالا بوده و بسته به عمق محل کار هزینه آن افزایش می یابد. عمق محل جوشکاری در کارتاثیر می گذارد، طوری که در اعماق بیشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژ های بالترو متناسب با آن لازم و ضروری می باشد. انجام یک کار جوشکاری بدین شکل هزینه ای بالغبر 80000 دلار دارد. و نیز گاهی اوقات نمی توان از یک اتاقک برای چند کار مختلفاستفاده کرد، که البته این مشکل بستگی به نوع کارها و میزان تفاوت آنهادارد.
· مزایای جوشکاری مرطوب
جوشکاری مرطوب که در زیر آب به صورت دستی صورت می گیرد، در مرمت و بازسازیسازه های فراساحلی در سالهای اخیر به سرعت در حال رشد و گسترشاست.
· ازجمله فواید جوشکاری مرطوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. چند کاره بودن و داشتن هزینه کمتر در جوشکاری مرطوبباعث شده که میل و اشتیاق بیشتری به این روش وجود داشتهباشد.
2. برخورداری از سرعت مناسبدر هنگام اجرای طرح از دیگر مزایای این روش است.
3. در مقایسه با جوشکاری خشک هزینه کمتریدارد.
4. در این روش جوشکار میتواند به قسمت هایی از سازه های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روشهای دیگر قابل جوشکاری نیست.
5. احتیاج به هیچ نوع محصور سازی نبوده و بنابراین زمانی نیز برای آن تلف نخواهد شد. تجهیزات و دستگاههای استاندارد مرسوم به آسانی قابل استفاده است . به وسایل زیادیهم برای انجام یک کار جوشکاری مورد نیاز نیست.
· معایب جوشکاری مرطوب
اگر چه جوشکاری مرطوب کاربرد گسترده ای پیدا کرده است ولیهمچنان از وجود نواقصی رنج می برد، از آن جمله می توان به موارد زیر اشارهکرد:
1. آبدیدگی سریع فلز جوشکاری- دلیل این آبدیدگی آبی است که در اطراف آن وجود دارد. اگرچه آبدیدگی نیروی تنش پذیریرا در جوشکاری افزایش می دهد ولی میزان کش پذیری و موثر بودن جوش را کاهش داده،سختی و روزن داری آن را بالا می برد.
2. تولید زیاد هیدروژن- حجم بسیار زیادی از هیدروژن در منطقه جوشکاریایجاد می شود که بر اثر تفکیک بخار آب در منطقه قوس به وجود آمده است.H2 موجود در محیط تحت تاثیر گرما (HAZ) در فلز جوشکاریحل می شود که باعث ایجاد ترک خوردگی و شکاف های میکروسکوپیک میشود.
3. از دیگر معایب آن دیدپذیری کم است. گاهی اوقات جوشکار نمی تواند به درستی منطقه مورد نظر را جوشدهد
· نحوه عملکرد جوشکاری مرطوب
پروسهی جوشکاری مرطوب در زیر آب طی مراحل زیرصورت می پذیرد:
قطعه کاری که قراراست جوش داده شود به یک طرف مدار الکتریکی متصل بوده و الکترود فلزی در طرف دیگرمدار. این دوقسمت از مدار (الکترود و قطعه کار) کمی به یکدیگر نزدیک شده ولی بعد ازمدتی از یکدیگر فاصله می گیرند. در حین نزدیک شدن الکترود به قطعه کار، جریانالکتریکی وارد شکاف شده و باعث ایجاد یک جرقه الکتریکی پایستار می شود(قوس) و باعثذوب شدن فلز در آن ناحیه و شکل گرفتن حوضچه جوش می شود. در این زمان، نوک الکترودذوب شده و ذره های کوچک فلز در حوضچه مذاب جمع می شود. در طول این عمل جریان مذابی،نوک الکترود را پوشش داده و روکش الکترود گاز محافظ را ایجاد می کند. که موجباستحکام بخشیدن به قوس شده و همان طور که گفته شد از جریان فلز مذاب محافظت می کند. قوس در یک منطقه حفره مانند ذوب می شود و جوش را پدیدار میسازد.
پیشرفت های حاصل در زمینهجوشکاری در زیر آب
مدت های مدیدیجوشکاری مرطوب به عنوان یک تکنیک جوشکاری، در زیر آب مورد استفاده قرار می گرفته وهنوز هم ابن روش مرسوم است. اخیراً با پیشرفت هایی که در زمینه ساخت سازه های فراساحلی صورت گرفته، اهمیت جوشکاری زیر آبی را به طرز پیش بینی شده ای بالا برده است. این امر منجر به توسعه یافتن روش های جوشکاری دیگر از قبیل جوشکاری سایش، جوشکاری انفجاری و جوشکاری عمودی شده است کههم اکنون مطالب قابل قبول و کافی در این زمینه برای ارائه وجودندارد.
· گستره ی پیشرفت های آینده
جوشکاریقوس فلزی دستی مرطوب همچنان برای نوسازیو احیاء سازه های زیر آبی مورد استفاده قرار می گیرد اما کیفیت آن کافی نبوده ومستعد شکست هیدروژنی می باشداز این رو جوشکاری های بیش فشار خشک کیفیت بهتری نسبتبه جوشکاری های مرطوب دارند.امروزه گرایش و رویه میل به سوی اتوماسیوندارد.THOR-1 یا ربات تحت کنترلمدارِ بیش فشار که از گاز بی اثر تنگستن استفاده می کند، توسعه بخشیده شد تا درجاهایی که غواص عملیات لوله کشی و نصب خط لوله را انجام می دهد، بقیه پروسه کار رابر عهده گیرد.