با جوشکاری زیر آب و چالش های آن آشنا شوید

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم، هنگامی بوجود آمد که کشتی های خسارت دیده باید به سرعت و در آب تعمیر می شدند. امروزه این فرایند کاربردهای دیگری در زمینه انجام تعمیرات خطوط لوله دریایی و نیز سکوهای استخراج نفت و گاز پیدا کرده است، به طوری که امروزه جوشکاری زیر آب به نوعی با صنعت نفت و گاز گره خورده است.

برای جوشکاری که ماهیت قوس الکتریکی دارد، روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی به نظر می رسد اما در واقع چنین نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا و برای جوشکاری در آب، از بخار آب یونیزه استفاده می‌شود.

روش های جوشکاری زیرآب

همانند سایر روش های جوشکاری در خشکی، روش زیر آب نیز به چندین روش صورت میگیرد. جوشکاری خشک و جوشکاری مرطوب که در ادامه بطور جداگانه به هریک از آن ها میپردازیم.

جوشکاری مرطوب زیر آب

جوشکاری مرطوب زیر آب عبارت است از “انجام فرایند جوشکاری حین تماس مستقیم جوشکار با آب به منظور اتصال مواد به یکدیگر.”

برای این کار تجهیزاتی شامل الکترودهای ضدآب و سامانه مخصوص تامین برق مورد نیاز است. در این فرآیند قوسی بین الکترود و قطعه کار برقرار می شود که ضمن ایجاد حرارت، انتقال ذرات مذاب از طریق حباب های گازی را تسهیل می نماید. تشکیل سرباره حاصل از قسمتی از پوشش الکترود به انجماد حوضچه مذاب شکل گرفته در زیرآب کمک می کند.

برای ایجاد اتصالات جوشی با کیفیت در شرایط هایپرباریک (Hyperbaric)، روش خشک به روش مرطوب ترجیح داده می شود، زیرا در روش مرطوب حصول اطمینان از رعایت الزامات کیفی دشوار است. هرچند که تحقیقات اخیر امکان انجام نوعی از روش های آزمون غیرمخرب را فراهم آورده است.

در روش جوشکاری مرطوب، جوشکار با لباس غواصی به عمق آب فرو رفته و در آب به جوشکاری می پردازد. در این روش تجهیزات جوشکاری به طور تقریبی مشابه تجهیزات جوشکاری در خشکی به انضمام تجهیزات غواصی برای جوشکاران است. از جوشکاری مرطوب زیرآب برای تعمیر سازه های دریایی سنگینی استفاده می شود که یا امکان انتقال آنها به خشکی برای اجرای فرایندهای جوشکاری مرسوم وجود نداشته و یا فاقد صرفه اقتصادی می باشد. این روش اغلب جهت تعمیر بدنه کشتی ها، اجزای سازه های سنگین و خطوط انتقال نفت و گاز به کار برده می شود.

ایرادات جوشکاری مرطوب زیر آب

•    ترک خوردگی سرد یا هیدروژنی
•    نرخ بالای سرد شدن و تغییرات نامطلوب ساختاری حاصل از آن

جوشکاری خشک زیر آب

 روش خشک، جوشکاری در اتاقکی داخل آب انجام می گیرد. برای این منظور اتاقک را دو تکه ساخته و درون آب و روی محل مورد نظر به یکدیگر متصل کرده و سپس آب درون آن را تخلیه می نمایند. لوله ای رابط بین کشتی و اتاقک قرار داشته که از طریق آن وسایل مورد نیاز به اتاقک فرستاده می شود.

جوشکاری خشک زیر آب برای نخستین بار در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت اما چون بسیار پرهزینه است، تامین کنندگان و شرکت های مطرح در این حوزه ترجیح دادند که روی جوشکاری مرطوب که هم ارزانتر است و هم سریعتر تمرکز کنند.

فناوری جوشکاری و برشکاری زیرآب (Underwater Welding and Cutting) ضمن آنکه در ارتباط با تعمیر بخش های زیرآب کشتی ها، اسکله ها و پایه های سازه های دریایی لازم می باشد، بطور خاص در زمینه نصب سکوهای حفاری نفت، سکوهای استخراج، خطوط لوله زیرآب و نیز تعمیر آنها به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد.

جوشکاری زیرآب اغلب به دو روش خشک (Dry) و مرطوب (Wet) صورت می گیرد. در روش خشک، جوشکاری در اتاقکی بسته با محیط خشک، بر روی موضع مورد نظر اجرا می شود و در نوع مرطوب، جوشکاری در محیط آب و به کمک تجهیزات ویژه مربوطه انجام می شود.

چالش های جوشکاری زیر آب

تلاش هایی برای بهبود کیفیت جوش های ایجاد شده در زیرآب و تحت شرایط مرطوب انجام شده است اما هنوز مشکلاتی وجود دارد که به شدت بر کیفیت این نوع از جوش تاثیرگذار است. در ادامه به برخی از مشکلاتی که در این نوع جوشکاری وجود دارد، به طور خلاصه اشاره شده است.

دید جوشکار

اولین و مهمترین الزام جوشکاری زیرآب، دید جوشکار (Welder’s Visibility) است. جوشکار می بایست قادر به دیدن و با مهارت کارکردن در درون آب باشد. در سال های اخیر پیشرفت هایی در مورد تجهیزاتی که دید بهتری را به جوشکار می بخشد، ایجاد شده است.

انتقال حرارت

در طول فرایند جوشکاری مرطوب زیرآب، محیط قوس و فلز پایه توسط آب احاطه شده است. این امر موجب ازدیاد سرعت سرد شدن و افت در انعطاف پذیری اتصال جوشکاری میشود که در نهایت خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار میدهد.

تخلخل

در این روش، محیط جوشکاری با حجم زیادی از بخار آب احاطه شده که می تواند باعث افزایش احتمال رخداد خلل و فرج و نیز ترک خوردگی هیدروژنی شود. برای اجتناب از این موارد، منطقه جوش می بایست دور از بخار آب نگه داشته شود.

ایمنی

گذشته از کیفیت جوش، جوشکاری زیرآب در مقایسه با جوشکاری در هوا، نیاز به ارزیابی ریسک و ایمنی دارد. لذا استفاده از نگهدارنده های ضدآب الکترود و نیز یک قطع کننده اضطراری به نام کلید چاقویی (Knife Switch) ضروری است. کابل ها، الکترودها و اتصالات باید ضدآب و دارای عایق بندی مناسب بوده تا مانع تماس با آب شوند.

انواع جوشکاری زیر آب

فرآیند جوشکاری در محیط های تحت فشار زیاد، با عنوان جوشکاری هایپرباریک (Hyperbaric) شناخته شده که یکی از موقعیت های جوشکاری زیر آب است. جوشکاری زیر آب اغلب به یکی از دو روش ذیل صورت می گیرد:

• جوشکاری خشک (داخل اتاقی خشک و ایمن زیر آب)

• جوشکاری مرطوب (جوشکاری در محیط آب)

در ادامه خلاصه ای در مورد ” انواع جوشکاری زیر آب و اطلاعات مربوط به آن ” آورده شده است.

جوشکاری هایپرباریک (Hyperbaric)

در این حالت از اتاقکی خشک و دارای فشاری متعادل جهت ایجاد محیطی ایمن و ضدآب برای جوشکاری زیرآب استفاده می شود. این اتاقک ها محیط مطبوعی را به منظور تنفس گروه جوشکاری فراهم می کنند و گازهای سمی که در نتیجه فرآیند جوش ایجاد می شود را به طور مرتب به بیرون تخلیه می نمایند. تمامی انواع مرسوم فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی از جمله الکترود پوشش دار (SMAW)، الکترود تنگستنی (GTAW) و سیم جوش توپودری (FCAW) را می توان با این روش اجرا نمود.

اما این روش نیز دارای محدودیت هایی است، زیرا ازدیاد فشار می تواند مشکلاتی را به وجود آورد. از این رو فرآیند جوشکاری هایپرباریک (hyperbaric) محدود به عمق خاصی از آب است که در آن جوشکار بتواند خود را برای انجام کار به سهولت و بدون مشکلات مرسومی که با افزایش فشار رخ می دهد، نگاه دارد.

جوش خشک – مرطوب

نوع دیگری از جوشکاری زیر آب فرآیند جوش خشک – مرطوب است که در آن جوشکار در تماس با آب قرار دارد ولی قسمتی که باید جوشکاری شود، توسط اتاقک کوچک خشکی احاطه شده است. در این روش، محوطه یا فضاهای خاصی برای حفظ تجهیزات جوشکاری در شرایط خشک در نظر گرفته شده و نیز فشار گاز محافظ بالا نگه داشته می شود تا شرایط حفاظتی لازم تامین گردد و آب پیش از هر تماسی به بیرون تخلیه شود.

متداول ترین فرآیند این روش، جوشکاری قوس الکتریکی روی سیم جوش مصرفی (GMAW – MIG/MAG) است که در روش خشک – مرطوب و برای جوشکاری زیرآب تا عمق 120 فوت به کار می رود. جوشکار به راحتی قادر به دیدن و جوشکاری است.

برای جوشکاری خشک – مرطوب، جوشکارانی مورد نیاز هستند که به خوبی در هر دو مهارت آموزش دیده باشند، تا ضمن اطلاع از موارد ایمنی و مشکلات مربوط به قرارگیری در محیط هایی با فشار بالا، بتوانند جوشکاری نموده و اتصالی با کیفیت قابل قبول را به وجود آورند. این روش از یک طرف نیازی به اتاقک های خشک بزرگ و پرهزینه، مانند آنچه در روش جوشکاری هایپرباریک (Hyperbaric) به کار می رود، ندارد و از سوی دیگر در مقایسه با روش جوشکاری مرطوب، کیفیت بهتری را به دست می دهد.

کاربردهای جوشکاری زیر آب

این روش در اغلب صنایع دریایی از جمله احداث خطوط لوله انتقال سیال و نیز انجام تعمیرات سازه های دریایی مانند کشتی، شناور، اسکله و سکوهای اکتشاف و استخراج نفت و گاز کاربرد دارد. این روش در مناطق کم عمق به سهولت قابل اجرا بوده و با ازدیاد فشار بر دشواری آن افزوده می شود.

ملاحظات ایمنی برای جوشکاری زیر آب

• در این روش ممکن است جوشکار در معرض شوک های الکتریکی مختلفی قرار گیرد. به همین دلیل تجهیزات جوشکاری باید ضدآب و عایق بندی شده باشند. همچنین ارتباط مناسبی می بایست میان جوشکار و همیار خارج از آب او، به منظور پایش جریان جوشکاری وجود داشته باشد.
• یک جوشکار زیر آب باید مهارت های غواصی را به طور کامل آموزش دیده و آگاهی کافی از مشکلاتی که می تواند در ارتباط با تنفس گازهای سمی برای جوشکار غواص به وجود آید، داشته باشد. این مشکل زمانی ایجاد می شود که غلظت گازهای محلول بی اثر در داخل بدن، از شرایط تعادل بیشتر شده و تمایل به خروج از بدن به شکل حباب داشه باشند.
• یکی از مشکلاتی که جوشکاران غواص آب های عمیق با آن مواجه هستند، فرایند فشارزدایی (Decompression) است. عدم اجرای صحیح این فرایند می تواند منجر به مرگ غواص شود. از این رو مراحل فشار زدایی می بایست با استفاده از عمق سنج و یا رایانه به دقت مورد پایش قرار گیرد.

از اینکه این مقاله را مطالعه نمودید متشکریم، اگر انتقاد و پیشنهادی در پیرامون این مقاله دارید در قسمت دیدگاه بنویسید.