جوش فورجینگ چیست
جوشکاری فشاری گازی یا به اصطلاح فورجینگ، یک روش جوشکاری حالت جامد است که در آن پس از حرارت دادن به دو بخش متصل شونده تا دمایی بسیار زیاد دو قطعه را تحت فشار هیدرولیکی در هم ادغام یا به اصطلاح فورج می‌کنند. این نوع اتصال به‌دلیل استحکام و دوام بالایی که دارد، یک روش رایج و پرطرفدار است. امروزه از جوشکاری فورجینگ برای جوش سر به سر میلگرد و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. در این مقاله کاربردها، معایب، چگونگی اجرا و ابزارهای مورد نیاز برای جوش فورجینگ را بررسی می‌کنیم.
این نوع جوش شامل حرارت‌دادن دو فلز است تا زمانی که به حالت چکش‌خواری و خمیری برسند پس از آن با توجه به فشار هیدرولیکی به یکدیگر متصل می‌شوند و یک پیوند محکم ایجاد می‌کنند.
چگونگی اتصال میلگرد به روش فورجینگ
در جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد، از یک گاز مانند استیلن یا بوتان به‌عنوان منبع حرارت استفاده می‌شود تا میلگردها هرچه سریع‌تر به دمای مورد نظر برای اتصال برسند. استفاده از گاز، یک منبع گرمای کنترل‌شده و ثابت را فراهم میکند که به شما اجازه می‌دهد تا میلگردها را به‌طور یکنواخت و دقیق گرم کنید. دمای مورد نیاز برای فورجینگ میلگرد حدود ۱۱۰۰ تا ۱۳۷۰ درجه سانتی‌گراد است.
هنگامی که سرهای میلگرد به دمای مورد نظر رسیدند، شکل‌پذیر می‌شوند و می‌توان آن‌ها را شکل‌دهی کرد. در این زمان، سرهای دو میلگرد به یکدیگر چسبانده می‌شوند و با دستگاه هیدرولیک تحت فشار قرار می‌گیرند. اعمال فشار به ایجاد یک پیوند محکم در میلگردها کمک میکند و در نتیجه یک اتصال قوی و بادوام به دست می‌آید. البته باید توجه داشته باشید که جوش در اینجا، یک اصطلاح است و در‌واقع سرهای میلگرد از طریق حرارت و بدون استفاده از الکترود جوشکاری به یکدیگر پیوند می‌خورند یا به اصطلاح فورج می شوند.
آموزش جوش فورجینگ نیاز به دوره های عملی و کسب تجربه میدانی دارد. در بخش بعد مراحل جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد را با هم بررسی می‌کنیم.
7 مرحله اجرای فورجینگ میلگرد
در این قسمت صفر تا صد مراحل اجرای جوش فورجینگ را با هم مرور می‌کنیم.
- جوشکار، دو سر میلگردهایی را که قرار است به یکدیگر جوش داده شوند، به‌خوبی تمیز میکند تا هرگونه زنگ‌زدگی یا آلودگی روی آن‌ها از بین برود.
- اپراتور منبع گاز و رگولاتور را به مشعل جوش وصل میکند. فشار گاز باید با توجه به نیازهای خاص فرآیند جوشکاری تنظیم شود. سپس مشعل روشن می‌شود تا یک شعله پایدار و مناسب به دست آید.
- میلگردهایی که قرار است به یکدیگر جوش بخورند، در موقعیت مورد نظر تراز و با استفاده از گیره یا فیکسچر در جای خود ثابت می‌شوند.
- اکنون جوشکار، شعله را روی ناحیه اتصال یعنی سرهای میلگردها به‌صورت کاملا یکنواخت هدایت میکند. دما برای ذوب میلگرد باید مناسب باشد.
- هنگامی که ناحیه اتصال به دمای مناسب رسید، جوشکار با استفاده از یک دستگاه هیدرولیکی، سرهای میلگرد به یکدیگر می‌چسباند. این فشار کمک میکند تا میلگردها به یکدیگر جوش بخورند و یک پیوند قوی ایجاد شود.
- فشار و حرارت اعمال‌شده به ناحیه اتصال، باید برای مدت‌زمان معینی حفظ شود تا میلگردها به‌طور موثر به یکدیگر متصل شوند.
- پس از اتمام فرآیند جوش فورجینگ، به زمان نیاز است تا محل جوش به‌آرامی و به‌صورت طبیعی خنک شود. در نهایت بازرسی‌های لازم برای اطمینان از کیفیت مطلوب جوش انجام می‌شود.
تجهیزات مورد نیاز جوش فورجینگ
برای اینکه این جوش انجام شود، به یکسری دستگاه‌ها و ابزارها نیاز است که در ادامه انواع لوازم و دستگاه جوش فورجینگ را معرفی می‌کنیم.
- دستگاه برش
- گیره نگهدارنده میلگرد
- پمپ هیدرولیک
- سیلندر هیدرولیک
- نازل و حلقه آتش
- مشعل و لوله اختلاط
- کپسول‌های گاز
دستگاه برش
برای جوشکاری به‌روش فورجینگ باید دو سر میلگرد، صاف و صیقلی باشد تا یک اتصال باکیفیت و بدون نقص ایجاد شود. برای همین با استفاده از یک دستگاه برش، کمی از سر هرکدام از میلگردها را برش میدهند.
گیره نگهدارنده میلگرد
این نوع گیره از یک قسمت ثابت و یک قسمت متحرک تشکیل شده است. با استفاده از آن می‌توان میلگردها را به‌گونه‌ای تنظیم و ثابت کرد که در یک راستا قرار گیرند.
پمپ هیدرولیک
با استفاده از این پمپ، نیروی لازم برای چسباندن میلگردها و ایجاد پیوند بین آن‌ها ایجاد می‌شود.
سیلندر هیدرولیک
این سیلندر دارای یک پیستون فشار و یک محفظه روغن است که به‌وسیله یک شلنگ به پمپ هیدرولیک متصل می‌شود.
مشعل و لوله اختلاط
این قسمت از دستگاه فورجینگ وظیفه دارد که دو گاز اکسیژن و استیلن را با یکدیگر مخلوط کند. همچنین امکان تنظیم مقدار هرکدام از گازها به‌وسیله شیرهایی که روی مشعل تعبیه شده است، وجود دارد. مشعل به وسیله دو لوله به سیلندرهای اکسیژن و استیلن متصل می‌شود.
نازل و حلقه آتش
این نازل به‌صورت یک حلقه است تا شعله به‌شکلی یکنواخت در اطراف میلگرد پخش شود و آن را به شکل خمیری درآورد.
کپسول‌های گاز
این کپسول‌ها حاوی گاز اکسیژن و استیلن هستند.
نکات مهم جوش فورجینگ در میلگردها
- در روش جوش فورجینگ این موضوع که سطوح انتهایی قطعات عاری از لایه اکسیدی و آلودگی سطحی باشند حائز اهمیت است به نحوی که وجود ناخالصی اکسیدی در فصل مشترک جوش، باعث عدم استحکام این نوع اتصال می گردد. استفاده از تجهیزات برش کاری و لبه سازی با اره تنگستنی مخصوص دور پایین در این روش جوشکاری الزامی می باشد و داشتن گواهینامه جوشکاری برای اپراتور ضروری است.
- توجه داشته باشید که برای هر سایز میلگرد بابد فشار هیدرولیکی متناسب با همان سایز وارد شود. زیرا در صورت کم‌و‌زیادشدن فشار، در کیفیت فورجینگ تاثیر می‌گذارد. خوشبختانه به‌تازگی دستگاه‌های هیدرولیکی دیجیتال مانند دستگاه Sky Bosch وارد بازار شده‌اند که نیازی به تنظیم دستی ندارد و با تنظیم سایز میلگرد، به‌صورت اتوماتیک فشار مناسب را اعمال می‌کنند.
کاربرد جوش فورجینگ چیست؟
این نوع جوش کاربردهای مختلفی دارد که عبارتند از:
• ساخت و ساز
• صنعت خودرو
• سازه‌های فلزی
• لوله‌کشی
• گرمایش و تهویه مطبوع
• فلزکاری هنری
ساخت‌وساز
این روش جوشکاری در پروژه‌های ساختمانی برای اتصال قطعات فولادی سازه، میلگردها و سایر سازه‌های فلزی استفاده می‌شود.
صنعت خودرو
جوش فورجینگ برای اتصال اجزای خودرو، مانند سیستم‌های اگزوز، مخازن سوخت و پانل‌های بدنه به‌کار می‌رود.
سازه‌های فلزی
از این نوع جوشکاری، به‌طور گسترده در کارگاه‌های تولید محصولات فلزی از جمله دروازه، نرده، چارچوب و … استفاده می‌کنند.
لوله‌کشی
جوشکاری فورجینگ یک روش پرکاربرد در لوله‌کشی برای اتصال لوله‌ها و اتصالات مسی است.
گرمایش و تهویه مطبوع
این نوع جوش برای اتصال اجزای فلزی در سیستم‌های HVAC، مانند کانال کشی و خطوط تبرید به کار می‌رود.
فلزکاری هنری
هنرمندان و مجسمه‌سازان از جوشکاری به‌روش فورجینگ برای خلق آثار هنری و مجسمه‌های فلزی پیچیده استفاده می‌کنند.
مزایا و معایب جوش فورجینگ
این نوع جوشکاری دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
مزایا
از جمله مزایای این مدل جوشکاری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- جوشکاری به‌روش فورجینگ را می‌توان برای اتصال طیف گسترده‌ای از فلزات از جمله فولاد، استیل ضد زنگ، مس و آلومینیوم استفاده کرد.
- تجهیزات آن قابل حمل هستند و به‌همین دلیل برای تعمیرات در محل و مکان‌های دوردست مناسب است.
- تجهیزات جوش با روش فورجینگ معمولا در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری ارزان‌تر و برای عملیات در مقیاس کوچک قابل دسترس‌تر هستند.
- در این جوشکاری، امکان کنترل دقیق گرمای ورودی وجود دارد و به جوشکار اجازه می‌دهد تا با متریال و ضخامت‌های مختلف به نتایج دلخواه دست یابد.
- افزایش مقاومت در محل اتصال به علت افزایش قطر
- حذف اورلپ در میلگردها و صرفه جویی 30% در مصرف میلگرد
- این سیستم خطاهای انسانی را به شدت کاهش میدهند (بسیار مشاهده شده که پرسنل اجرایی آرماتور بند برای کاهش پرت میلگردها از طول اورلپ ها می کاهند)
- منجر به افزایش مقاومت کششی آرماتورها می‌گردد
- کاهش وزن سازه به علت حذف اورلپ ها
- افزایش مقاومت سازه در برابر نیروهای خارجی مانند زلزله به دلیل کاهش وزن سازه
- افزایش اختلاط بتن با میلگردها به علت کاهش حجم میلگردها
- حفظ یکپارچگی آنالیز بار در محل اتصال
معایب
از جمله معایب فورجینگ می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت:
● این نوع جوشکاری، به مهارت و تجربه بالایی جهت دستیابی به جوش‌های باکیفیت نیاز دارد. با توجه به این که سازمان فنی و حرفه‌ای کشور، دوره جوش فورجینگ برگزار میکند، شما می‌توانید از مجری، گواهینامه آن را درخواست کنید.
● این روش جوشکاری تا میلگرد سایز ۳۲ انجام می‌شود و برای میلگردهای سایز ۳۶ و ۴۰ روش دیگری به‌نام اتصال کوپلر به کار می‌رود.
● این نوع جوشکاری با گازهای قابل اشتعال و دماهای بالا سروکار دارد. برای همین اقدامات احتیاطی مناسب برای جلوگیری از حوادث مهم است.
کنترل کیفیت در جوش سر به سر میلگرد چگونه است؟
بازرسی اتصال فورجینگ فرآیند مهمی برای اطمینان از کیفیت جوش است. چند روش برای کنترل کیفیت این جوش وجود دارد که عبارتند از:
- تست غیرمخرب (NDT)
- بازرسی بصری
- تست کشش
- تست سختی
تست غیرمخرب (NDT)
تکنیک‌های NDT مانند توموگرافی کامپیوتری (CT) و رادیوگرافی کامپیوتری (CR) را می‌توان برای تشخیص خطاها در اتصالات جوشکاری فورج استفاده کرد.
بازرسی بصری
این روش، رایج‌ترین روش بازرسی این اتصال است. جوش باید عاری از ترک، تخلخل و سایر عیوب باشد.
تست کشش
این آزمایش برای تعیین استحکام جوش انجام می‌شود.
تست سختی
این آزمایش برای تعیین سختی جوش انجام می‌شود.
جوش فورجینگ یکی از تکنیک‌هایی است که برای اتصال قطعات فلزی به یکدیگر استفاده می‌شود. این جوشکاری از طریق اعمال گرما و فشار، یک پیوند قوی و بادوام بین ۲ فلز ایجاد میکند. اتصال فورجینگ میلگرد مزایای مختلفی چون تطبیق‌پذیری، هزینه مقرون‌به‌صرفه، تجهیزات قابل‌حمل و ... دارد. بااین‌حال، نیازمند مهارت، تجربه و توجه دقیق به جزئیات برای دستیابی به نتایج مطلوب است.
منابع:
https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-forge-welding
https://makeitfrommetal.com/what-is-forge-welding-a-comprehensive-beginners-guide/
https://blog.thepipingmart.com/other/gas-pressure-welding-advantages-and-disadvantages/
https://blog.thepipingmart.com/other/what-is-gas-pressure-welding-machine-uses-and-working/
