جوش فورجينگ سر به سرمیلگرد

روش جوش فورجينگ سر به سر ميلگرد  که زیر مجموعه جوشهای خمیری در مبحث نهم آیین نامه ملی  ساختمان ایران می باشد باعث حذف اورلپ در ميلگردها ميگردد. از مزايای اصلی اين روش ميتوان، صرفه جويی قابل ملاحظه در ميلگرد مصرفي ( تا 30 درصد) و حذف ضايعات ميلگرد و همچنين ايمن سازی  و مقاوم سازی ساختمان ها در مقابل زلزله بدليل استحکام بالا در نقاط اتصال ميلگرد ها را نام برد.در اين روش دوسر ميلگرد به کمک شعله  و حرارت حاصل از سوختن گاز اکسيژن و استيلن کاملا سرخ شده و به حالت خميری در آمده(بدون تغیر در کریستالوگرافی ) و با فشار هیدرولیکی درهم آميخته و فورج ميشوند.نکته قابل توجه در اين روش ، افزايش مقاومت 25 درصدي در نقطه اتصال نسبت به ساير نقاط در طول ميلگرد ميباشد به طوری که  در تست مخرب کشش هيچگاه ميلگرد از نقطه اتصال گسيخته نمی شود.

 همواره به دليل وجود بارهاي کششی، خمشی و گاها پيچشی در سازه ها نحوه درست اتصال ميلگردها در درون بتن از اهميت بسيار بالايي برخوردار مي باشد.

انواع اتصال های رايج در ميلگرد ها به روش های زير تقسيم بندی مي شود :
1- اتصال روی هم -اورلپ (Overlap)
2- اتصالات مکانيکی-کوپلر (Coupler)
3- فورجينگ با جوشکاری فشار گاز( Gas Pressure welding of rebar)

اتصال روی هم یا اورلپ  تاکنون به عنوان روشی مهم و کاربردی برای ميلگرد های قطر پايين مورد استفاد قرار مي گرفت ولی به دليل دارا بودن معايبی همچون عدم استحکام محل اتصال، پيچيده بودن آرايش ميلگرد ها ، ايجاد مقطع ثانويه بزرگتر از حالت پايه و همچنين افزايش هزينه ، استفاده از آن براي ميلگرد های با قطر بالا دراغلب استانداردها  و آیین نامه ها ممنوع شده است.
با توجه به معايب زياد در روش اتصال روی هم به کاربردن روش اتصال مکانيکی یا کوپلر جايگزين مناسبی برای حذف روش اتصال روی هم گرديد ولی بالا بودن هزينه،  غير قابل اجرا بودن اين روش در بعضي از مقاطع ،سنگینی و پرتابل نبودن تجهیزات  و زمانبر بودن  اجرای این تکنولوژی ، منجر به توسعه نیافتن آن، در صنعت ساختمان گردیده است.

 روش جوش فشار گاز یا جوش سر به سر میلگرد ( Gas Pressure Welding Of Rebar)با گاز اکسی استيلن علاوه بر نداشتن معايب روشهای فوق , بسيار مستحکم تر و اقتصادی تر از روش اتصال روی هم و اتصالات مکانیکی می باشد.

  جوشکاری با گاز اکسی استيلن :

يکي از روش های مرسوم جوشکاری، جوش با گاز اکسی استيلن است. اين نوع جوش ازترکیب شيميايی برای تامين انرژی استفاده مي شود. در اين روش با استفاده از يک گاز سوختنی در کنار گاز اکسيژن، فرآيند سوختن شکل می گيرد و شعله حاصل از سوختن به عنوان منبع گرما برای جوشکاری مورد استفاده قرار می گيرد.

 يکي از گازهايی که به صورت فراوان براي انجام عمل جوشکاری گاز مورد استفاده قرار مي گيرد گاز استيلن است.

روش جوشکاری با گاز اکسی استيلن : دو مخزن گاز استيلن و اکسيژن توسط شيرها و فشار سنج های تعبيه شده بر روي مخزن ها ،فشار لازم هر گاز را تامين مي کنند و از طريق شيلنگ هاي مجزا گاز را به يک مشعل مي رسانند. گازها درون مشعل با هم مخلوط شده و به صورت مخلوط از آن خارج مي گردند. گاز خارج شده قابليت اشتعال دارد. گاز خارج توسط يک فندک مشتعل شده و با تنظيم نسبت گازهاي استيلن و اکسيژن بر روی بدنه مشعل می توان ويژگی های شعله را که وابسته به کاربرد مي تواند بسيار مهم باشد تنظيم نمود.

با ايجاد شعله مناسب مي توان محل اتصال را گرم و به تدريج ذوب نمود. در اين روش جوشکاری از مفتول های همجنس با قطعات ،برای کمک به شکل گيری جوش و پرکردن فضای خالی ميان قطعات استفاده مي شود. شعله,مفتول و محل اتصال قطعات را ذوب نموده و با امتزاج مذاب ها اتصال را ممکن مي نمايد. بديهی است که پس از سرد شدن مذاب ها، يک اتصا

ل محکم شکل خواهد گرفت .

جوش فورجينگ  سر یه سر میلگرد و آرماتور با گاز اکسی استيلن:

اين روش يکی از روشهای جوشکاری با گاز اکسی استيلن می باشد که در آن دو سر ميلگرد ، جهت اتصال در شرايط دمايی پايين تر از دمای ذوب فلز (دمای خمیری شدن فلز-جوش خمیری)قرار گرفته و توسط فشار وارده در هم ادغام می گردند. در اين روش حرارت حاصله جهت رسيدن به اين دما ناشی از سوختن گاز اکسی استيلن در مشعل هايی شامل چند خروجی شعله(نازل) جهت يکنواخت کردن حرارت در کليه سطوح مقطع گرد ميلگرد حاصل می شود.
تصاوير انواع سر مشعل(حلقه آتش) قابل استفاده در فورجينگ با گاز اکسی استيلن :

 روش فورجينگ با گاز اکسی استيلن جزء روش هاي جوشکاری ذوبی کامل به شمار نمي آيد، بلکه نوعی روش جوشکاری فاز جامد است که عمل اتصال را بدون ذوب کردن کامل فلز پايه به انجام مي رساند . پيکربندی مجدد اتم ها با حرارت دهی سطحی در دمايی بالاتر از دمای تبلور مجدد رخ داده و اتصال به کمک تغيير فرم پلاستيک به وجود آمده از بهم فشردگی ايجاد مي شود .روش جوش  فورجينگ  سر به سر میلگرد با گاز اکسی استيلن نسبت به روش های اتصال روی هم (اورلپ میلگرد ها) و انواع اتصال مکانيکی -کوپلر  (جوشی ،رزوه ای و...) از صرفه اقتصادی بيشتری برخوردار بوده و همچنين استحکام ناحيه اتصال، بيشتر از خود ماده اوليه مي باشد. از مزايای ديگر مي توان به سرعت اجرايی بيشتر و راحتتر اشاره کرد  که اين عامل مهم در پروژه های سد سازی , سازه های بتنی , مترو , پل سازی و... بسيار حائز اهميت مي باشد.

اجزاء دستگاه فورجينگ سربه سر  ميلگردها:

اره یا دستگاه برش سرد میلگرد:

در جوشکاری با دستگاه جوش فورجینگ سربه سر میلگرد  دو سر ميلگردهایی که قرار است در هم فورج شوند بايد کاملا صاف و صيقلی, بدون خوردگی، له شدگی،زنگ زدگی و خلل وفرج باشند تا دو لبه ميلگردها در هنگام فورج شدن کاملا بهم چسبيده شوند.در روش جوش سربه سر میلگرد ها فقط و فقط باید ازدستگاه  برش سرد میلگرد که جهت جوش سر به سر میلگرد ها طراحی و ساخته شده  استفاده گردد و سایر تجهیزات برش مانند سنگ فرز،اره لنگ ،اره آتشی و... قابل استفاده نبوده و برش آنها مردود می باشد .ودر صورت استفاده خسارات جبران ناپذیری بر جای خواهند گذاشت.

 کلمپ جوشکاری میلگرد یا گيره نگهدارنده ميلگرد:

این تجهیز از دو فک(ثابت و متحرک)،کلگی .پیچهای نگهدارنده،پیچهای تنظیم و فنر تشکیل شده که وظیفه آن در راستای هم قرار دادن دو سر میلگرد فورج شونده می باشد.

يونيت هيدروليک یا دستگاه اعمال فشار :

 اين يونيت هیدرولیک  برقی (با شيرفرمان سلونوييد)که از يک محفظه روغن- پمپ هيدروليک دو طبقه- شير کنترل جريان وشير کنترل فشار تشکيل شده است و وظيفه آن ايجاد نيرو به وسيله فشار روغن ، توسط سیلندر  هيدروليک مي باشد. اين پمپ دارای يک درجه است که مقدار فشار توليدي را برحسب مگاپاسکال ، psi  یا Bar نشان ميدهد. فشار توليدی توسط اين پمپ بسته به قطر ميلگرد ها بايد تنظيم گردد.شیر تنظیم فشار باید الزاما به صورت مکانیکی و دستی بوده و پرشر سوئیچها و سایر شیرها که فرمان برقی دارند  به علت حساسیت بالا و ایجاد نوسان در فشار مردود می باشند.در کنار اين پمپ يک گيج روغن وجود دارد که ميزان روغن موجود در دستگاه را نشان ميدهد .در اين پمپ يک ورودی در بالا که برای ريختن روغن هيدروليک داخل مخزن  و یک خروجی در پایین جهت تخلیه و خروج (جهت تعویض روغن مستهلک) تعبيه شده است.

بر اساس استاندارد های موجود از جمله JIS  ژاپن استفاده از پمپهای دستی و غیر اتوماتیک غیر مجاز و ممنوع می باشد.

   سيلندر هيدروليک:
اين سيلندر از يک پوسته – پيستون وفنر تشکيل شده و داراي سه زائده می باشد که درون کلگی  فک متحرک گيره کار قرارمی گيرد.اين سيلندر از طريق يک شيلنگ فشار قوی حاوی روغن به يونيت هيدروليک و دستگاه ایجاد فشار متصل می شود.

 مشعل جوش سر به سر میلگرد و متعلقات آن :

وظيفه اين بخش از دستگاه اختلاط دو گاز اکسيژن و استيلن و تنظيم مقدار گازها به کمک شيرهای تنظيم روی آن می باشد. برروی مشعل  جوش دستگاه، دو شير وجود دارد. شير آبی رنگ  برای تنظيم دبی خروجی اکسيژن ، شير قرمز رنگ  برای تنظيم دبی خروجی گاز استيلن مي باشد. مشعل توسط دو شيلنگ به کپسول های اکسيژن و استيلن متصل مي شود.

1-فلاش بکها یا شیر های یکطرفه: الزاما در ابتدای مشعل نصب می شوند و وظیفه آنها ممانعت از ورود شعله به داخل شیلنگها و مخازن گاز می باشد.در صورت عدم استفاده و استفاده از مشعلهایی که قابلیت اتصال این تجهیز به آنها وجود ندارد عواقب خطرناکی متوجه دستگاه جوش سربه سر میلگرد و اوپراتور آن خواهد بود.

2-شیر اصلی مشعل: این تجهیز جهت راحتی کار و همزمانی  درباز و بسته کردن گازهای استیلن و اکسیژن می باشد.

3-لوله اختلاط: این تجهیز جهت مخلوط کردن و ایجاد جریان بدون اغتشاش گازهای مصرفی به کار می رود.

4- دسته مشعل و کلید فرمان: این تجهیز جهت تسلط اوپراتور جوش به عملیات جوشکاری و صدور فرمان به پمپ هیدرولیک جهت اعمال فشار در مراحل مختلف عملیات فورجینگ طراحی و ساخته شده است.

5-حلقه آتش یا نازل جوش: این تجهیز به گونه ای طراحی شده که شعله های خروجی از آن کاملا دور میلگرد های فورج شونده را احاطه کرده و دمای یکنواختی را در آنها ایجاد می نماید. بسته به قطر میلگرد ها سایزهای مختلفی از این تجهیز(5 نازل،8 نازل و 10 نازل ) طراحی و ساخته شده است.

نکات ايمني حين کار :
- محل اتصال شيلنگ های گاز و شير کپسول ها را پيش از شروع کار با آب و کف چک کرده و از نشتی نداشتن آن ها اطمينان حاصل کنيد.
- در زمان کار با دستگاه از دستکش چرمی و يا نخي استفاده کنيد.
- در زمان ترک دستگاه از بسته بودن شير های کپسول اکسيژن و استيلن اطمينان بعمل آوريد.
- شيلنگ های گاز و همچنين شيلنگ های روغن و کابل های اتصال به نحوي در محل جوش مسقر شوند که برخورد با آنها به حداقل برسد.
- هرگز با دست چرب به مشعل , شیلنگ هوا , مانومترها , کپسول هوا دست نزنيد.
- هنگام تعويض تيغه اره حتما برق دستگاه را به طور کامل قطع کنيد.

کپسول های گاز اکسيژن و استيلن و مانومترها:
در جوشکاری با دستگاه فورجینگ میلگرد حرارت مورد نياز از طريق سوختن مخلوط گازهای اکسيژن و استيلن به دست مي آيد. برروی هر کپسول يک مانومتر نصب ميشود و هر مانومتر داراي دو درجه است .درجه اول که به سمت خود کپسول است فشار گاز داخل کپسول را نشان ميدهد و درجه دوم که به سمت بيرون است فشار خروجی گاز را نشان مي دهد. "توجه " در هنگام انجام عمليات جوشکاری سر به سر میلگرد  عقربه فشار خروجی کپسول اکسيژن بايد بين 5 تا 7 bar و عقربه فشار خروجی کپسول استيلن بايد 0.5 bar باشد.

تيغه اره برش سرد:
تيغه اره از جنس سخت و ترد ساخته شده که به ضربه ناگهانی حساس مي باشد. هنگام کار با اره می بايست از وارد کردن ضربه ناگهانی به تيغه خوداري نمائيد.
توجه : هنگام تعويض تيغه اره ،برق دستگاه را حتما  قطع کنيد.

   ساير متعلقات:
عبارت است از کابل برق، شيلنگ هيدروليک ، سوکت های هوا و گاز ، آچار مخصوص سفت کردن گيره ها , جرقه زن , بست شيلنگ , سوزن تمیزکننده نازلها و ساير اتصالات.

    نحوه اتصال اجزاء دستگاه جوش سر به سر آرماتور به يکديگر:

نحوه اتصال کلي اجزاء دستگاه فورجينگ سر به سر ميلگرد به شرح تصاوير زير مي باشد:

1-پمپ هیدرولیک

2-سیلندر هیدرولیک

3-گیره نگهدارنده

1-   مانومتر اکسیژن

2-   مانومتر استیلن

3-   شیلنگ انتقال گاز

4-   مشعل

تئوری کار دستگاه فورجينگ ميلگرد :

اين دستگاه با ايجاد فشار و حرارت بالا ( در حدود 1200 تا 1300 درجه سانتيگراد) در دو سر ميلگرد,باعث ايجاد يک پيوند بين دو ميلگرد شده بطوری که اتم ها در دو لبه ميلگرد در اثر حرارت و فشار بالا بدون ايجاد تغيير ساختاری اتمی با هم آميخته ميشوند و اتصال يکپارچه ای را فراهم مي آورند. و اتصال یکنواخت و از جنس فلز اصلی میلگرد(Base Metal) حاصل میگردد.

دستورالعمل اجرايي فورجينگ ميلگرد :

ميلگرد را در دهانه گیره دستگاه برش سرد میلگرد  قرار داده . بر روي دستگاه يک پيچ براي تنظيم دهانه گيره برای سايزهای مختلف تعبيه شده است . (مدل ATK.34 D) دستگاه را با يک دست در حالت عمود بر زمين گرفته و کلید ON را فشار می دهیم و با دست ديگر شروع به پايين بردن دسته برش دستگاه برش میلگرد ميکنيم تا  لبه تیغه برش با میلگرد به صورت آرام برخورد نموده  و با ادامه فشار به اهرم برش ،دستگاه شروع به بريدن ميلگرد کند ،در اين مرحله بايد دقت کنيم که سرعت برش  طوري تنظيم شود که به تيغه دستگاه آسيب نرسد و برشی یکنواخت و کاملا عمودی  داشته باشیم.

 (مثلا برای برش ميلگرد قطر20 به حدود 6 ثانيه زمان احتياج می باشد و به همين نسبت زمان نيز براي برش سايز های ديگر)

رديف        سايز ميلگرد        زمان برش         تعداد برش
1               16                                5                          1500

 2            20                                 7                         1300
3             22                                 8                         1200
4            25                                10                            900
5            28                               12                           750
6           32                                15                         500

7         34                                20                            350

8         18                                 6                          1400

توضيح اينکه : افزايش يا کاهش تعداد برش توسط يک تيغه به دقت اپراتور ، جنس و میزان سختی ميلگرد بستگي دارد.

دو سر ميلگردهای بريده شده را درون گيره قرارداده ، به طوري که محل اتصال آنها در مرکز گيره باشدودقيقا روبروی يکديگر قرار گيرند. بعد بوسيله آچار مخصوص (آچار جغجغه ای)پيچ های نگهدارنده ميلگرد را میبندیم. بايد دقت کنيم که نوک پيچ برروی آج ميلگرد بسته نشود و حتما بايد بين دو آج قرار گيرد. در غير اينصورت ممکن است در زمان وارد آمدن فشار ، ميلگرد ها در جای خود لغزيده شده و عملیات جوشکاری متوقف شده و یا جوش از حالت استاندارد خارج شده و مورد پذیرش واقع نگردد.

سپس سیلندر هیدرولیک را در کلگی گیره کار طوری قرار میدهیم که زائده های سیلندر در تو رفتگیهای گیره کاملا ثابت شوند.
مشعل را به دست گرفته سپس بوسيله کليد نصب شده بر روی دسته فرمان ، به پمپ هيدروليک فرمان ميدهيم تا سيلندر هیدرولیک ما  شارژ شده و به انتهای کورس حرکتی خود برسد. کليد را چند ثانيه نگه داشته تا عقربه گیج  پمپ هيدروليک بر روی عدد مورد نظر برسد (اين عدد بسته به سايز ميلگرد متغير است) . در اين مرحله بايد دقت داشته باشيم که قبل از فشار دادن کليد و شارژ سيلندر ، جک هيدروليک کاملا در جاي خود در گيره ها قرار گرفته باشد. سپس شير هاي گاز اکسيژن و استيلن بر روي مشعل را به ميزان لازم باز کرده و به وسيله فندک مخصوص مشعل را روشن ميکنيم. شعله از لحاظ ظاهری بايد طوری باشد که سر شعله ها با هم تماس پيدا کرده و در مرکز سر مشعل يک خط آتش افقی تشکیل گردد. يکی ديگر از راه های تجربی تنظيم شعله گوش کردن به صدای آن مي باشد. که این امر وقتی حاصل می گردد که اوپراتور جوشکار آموزشهای لازم را دیده باشد و تجربه کافی کسب کرده باشد.
دسته مشعل را با يک دست گرفته و انگشت خود را بر روي کليد فرمان پمپ هيدروليک قرار مي دهيم و دست ديگر را به صورت تکيه گاه در محل شير اکسيژن گرفته و انگشت شصت را روی شير آن ميگذاريم سپس شروع به حرارت دادن درز اتصال ميکنيم. بايد دقت کنيم که شعله کاملا عمود بر ميلگرد باشد و ميلگرد در مرکز شعله قرار گيرد.

حرارت دادن را تا زماني ادامه ميدهيم که محل اتصال به حالت خميری و سرخ درآيد در همين زمان کليد فرمان پمپ هيدروليک را به مدت 5 ثانيه نگه داشته تا فشار دوم بر ميلگرد ها وارد شود در همين موقع دبی خروجی اکسیژن را با بازتر نمودن شیر آن افزایش داده تا شکل شعله ها کوتاه و حرارت آن زياد شود بعد شعله را به طرفين محل اتصال ( در طول ميلگرد ) گرفته و با يک مکث کوتاه حرارت دادن را ادامه ميدهيم تا طرفين محل اتصال نيز بصورت سرخ شده و خميري درآيد.در اين حالت بايد به درجه فشار روي پمپ هيدروليک نيز توجه داشته باشيم تا هر زمان که عقربه در حالت برگشت ، به عدد مورد نظر رسيد(بسته به سايز ميلگرد) دوباره کليد روي دسته مشعل را فشار داده تا فشار نهايی بر روي ميلگرد ها وارد شودو محل اتصال ما به حالت بر آمده و مشابه تصویر ذیل گردد.مقدار فشار سوم بايد به قدري باشد که قطر محل جوش به اندازه مناسب 1.4 برابر قطر برسد.قطر محل جوش را بصورت چشمي بايد کنترل کرد تا به اندازه استاندارد باشد.   (ویدئو اجراء جوش سر به سر میلگرد)
توجه: اندازه استاندارد قطر جوش در محل اتصال درز ها بايد 1،4 برابر قطر ميلگرد و طول جوش نيز بايد 1،1 برابر قطر ميلگرد باشد.مثلا قطر جوش براي ميلگرد سايز20 بايد 25 ميليمتر و عرض آن بايد22 ميليمتر باشد.

پس از اتمام جوشکاري شعله را از محل جوش خارج کرده و دوباره مقدار اکسيژن را کم ميکنيم تا شعله به حالت اول درآيد.سپس شير اکسيژن و استيلن را به آرامي ميبنديم تا شعله خاموش شود. کليد کنترل فشار جک را به به مدت 5 ثانيه نگه داشته تا فشار از روي ميلگردها برداشته شود.سپس بوسيله آچار پيچ های گيره را باز نموده  و گیره را از میلگردهای فورج شده جدا می نماییم.

 هرگز بر روی جوش گرم آب و يا مواد خنک کننده ديگر نريزيد اين کار باعت وارد آمدن تنش و شوک حرارتی و تغيير ساختار مولکولی و ایجاد ترک بر روی میلگرد و جوش مي گردد.

کنترل کيفی محل جوش خورده :

کليه عمليات جوشکاری و آماده سازی در اين روش می بايست زير نظر افراد آموزش ديده و داراي گواهينامه آموزشی معتبر انجام گيرد. متخصصين و بازرسين آموزش ديده تنها مجاز به کنترل کيفيت و تشخيص موارد و عيوب رايج در حين کار مي باشند.
اولين راه کنترل کيفيت جوش کنترل عينی آن ميباشد يعنی با نگاه کردن به شکل ظاهری جوش می توان تا حدودی از کيفيت ظاهری آن اطمينان حاصل کرد.

شکل جوشهای معیوب : عدم داشتن شیب ملایم از قطور ترین قسمت یا درز جوش تا قطر اصلی میلگرد که این در حالتی رخ میدهد که فشار پمپ تنظیم نبوده و یا اینکه حرارت داده شده زیاد تر از حد استاندارد باشد .علت دیگری که می توان برای این عیب بر شمرد استاندارد نبودن  پمپ و یونیت هیدرولیک می باشد. نتیجه این عیب در تست کشش میلگرد کاملا مشخص می گردد که شکست در ناحیه (HAZ) یا همان اطراف جوش ،اتفاق می افتد.(ویدئو تست کشش)

يکی ديگر از راههای کنترل کيفيت جوش میلگرد ها ، تست خمش ميباشد که بوسيله دستگاه خمکن هيدروليکی انجام می پذيرد بطوری که ميلگرد از محل جوش تا 90 درجه خم ميشود. در اين صورت هيچ گونه ترک يا شکستگی در نقطه جوش شده نبايد حاصل شود.

تست کشش يکی ديگر از آزمايشها مي باشد که توسط دستگاه کشش صورت مي گيرد. نمونه جوش داده شده در داخل دستگاه کشش قرار گرفته و کشيده مي گردد.محل شکست می بایست خارج از نقطه اتصال و به صورت تصادفی در طول نمونه باشد.

نکته:در صورتیکه محل شکست در تست کشش در چند نمونه آزمایشی و پیوسته ،در منطقه  حرارت دیده شده ،باشد روش کار ویا تجهیزات ایراد دارند و باید در آنها تجدید نظر گردد.

 نگهداری و تعميرات دستگاه فورجينگ ميلگرد :

- در زمان اتمام کار با دستگاه شيلنگها ي گاز و شيلنگ هيدروليک و کابل هاي رابط را بطور مرتب جمع کرده و درپوش سرشيلنگ روغن و همچنين درپوش روغن هيدروليک را حتما ببنديد. هرگز از روغن هيدروليک متفرقه و غير استاندارد استفاده ننمائيد.
- گيره ميلگرد را در دوره هاي زماني مشخص باز کرده ، تميزکاري و با گريس نسوز گريس کاري کنيد.
- هميشه پيش از شروع کار مقدار روغن پمپ هيدروليک را چک کرده تا درصورت کمبود به آن روغن اضافه شود.