جوشکاری سر به سر میلگرد + راهنمای جامع و نکاتی که باید بدانید

جوش فورجینگ چیست؟

امروزه از جوش فورجینگ در فرآیند اتصال میلگردها به هم استفاده‌ می شود، معمولا برای آن که بتوان جوش فورجینگ را به کار گرفت، شعله ای را از ترکیب گاز اکسیژن با گاز سوختنی همانند گاز استیلن ایجاد می کنند تا بتوان با استفاده از این شعله دوسر میلگردها را گرما بدهند تا حالت نرم و خمیری شکل بدست آورند، اکنون میلگردهای که حالت نرمی به خود گرفته اند را با اعمال کردن فشار به هم متصل می کنند. به طور کلی جوشکاری فورجینگ در حقیقت نمونه ای از روش های جوشکاری حالت جامد محسوب می شود که ابتدای کار دو قطعه فلزی را حرارت می دهند تا حالت گداخته به خود بگیرند و سپس با پرس کردن دو قطعه بر روی یکدیگر، این دو قطعه با هم می پیوندند یا فورج می شوند. امروزه از جوش فورجینگ بیشتر جهت فورجینگ سر به سر میگلردها استفاده می شود.

تاریخچه جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد

ایالات متحده آمریکا و ژاپن در دهه ۱۹۳۰ از جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد به عنوان یکی از زیرشاخه های جوشکاری گاز سی استیلن استفاده می کردند که آن را به نام gas pressure welding (gpw) معرفی نمودند. سپس این شیوه جوشکاری کاربرد گسترده تری یافت به طوری که از آن برای جوشکاری ریل ها، لوله ها، میلگردهای فولادی و... استفاده گردید. کشورهای آلمان، روسیه و ژاپن بر روی این شیوه جوشکاری تحقیقات زیادتری انجام دادند، به گونه ای که در ژاپن جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد بیشتر جهت جوش میلگردهای فولادی مورد استفاده قرار گرفت، از آنجایی که این روش جوشکاری نسبت به سایر روش های اتصال، مزیت های بیشتری داشت، کشور ژاپن برای حمایت از این نوع جوشکاری به تأسیس انجمن جوشکاری فورجینگ سر به سر میلگرد پرداخت که ۲۰۰ پیمانکار و صنعتگر در آن عضویت داشتند تا از این روش جوشکاری در صنایع مختلف خود استفاده کند. این نوع جوشکاری در سال ۱۳۵۱در خط آهن ایران مورد استفاده قرار گرفت و همچنان با توجه به مزیت های فراوانی که دارد، جایگاه ویژه ای در صنعت ساخت و ساز بدست آورده است.

نحوه کار جوش فورجینگ به چه صورتی است؟

اصل کار جوش فورجینگ به این صورت است که دو قطعه فلز را گرم می کنند، به طوری که به زیر دمای ذوب برسند، در حقیقت فلزات را به گونه ای گرم می کنند که به شرایط پلاستیکی خود نزدیک شوند. دمای گرمایش در این نوع جوش زیر ۱۰۰۰ سانتی گراد است که البته بستگی به نوع فلزات نیز دارد و برای برخی از فلزات بالاتر از ۱۰۰۰ سانتی گراد می رسد. مثلا برای برخی از فلزات دمای گرمایش به قرار زیر است:
•    آهن فرفورژه: در این نوع فلز، دمای حرارت مقدار ناچیزی از ۱۲۹۰ سانتی گراد کمتر می باشد.
•    فولاد کربن بالا و آلیاژ: در این نوع فلزات، دمای گرمایش بین ۱۱۰۰ تا ۱۱۴۰ سانتی گراد خواهد بود.
•    فولاد کربن نرم: این فلز نیز دارای دمای گرمایشی در حدود ۱۲۵۰ ۱۳۰۰ است.  

بعد از آن که فرآیند گرمایش انجام شد، عملیات چکش کاری مورد نیاز است، اکنون قطعات فلزی را به گونه ای چکش می زنند که به حالت انتشار یا پخش نزدیک شوند، همچنین در برخی از مواقع به جای چکش کاری، با اعمال یک نیروی خارجی به فلزات، آنها را به هم متصل می کنند.
این نکته را باید مد نظر داشت چه از روش چکش کاری استفاده شود یا اعمال نیروی خارجی، نیاز به یک جوش بسیار محکم در محل اتصال فلزات است، زمانی که از این روش جوشکاری استفاده می شود، ممکن است فرآیند اکسیداسیون در سطح جوش حاصل شود، بنابراین بهتر است از یک شار استفاده نمود تا اکسیداسیون رخ ندهد.

نکات مهم در استفاده از جوشکاری فورجینگ

همان طور که بیان شد یکی از حساسیت های مهم در جوش فورجینگ، احتمال بوجود آمدن اکسید بر روی لبه های جوش است که تاثیر زیادی بر مقاومت منطقه جوش می گذارد. بنابراین برخی از نکات مهم جهت استفاده از این نوع جوشکاری به قرار زیر است:
•    قبل از انجام حرارت دهی حتما سطح فلزات را با استفاده از مواد شوینده استاندارد از هر گونه زنگ زدگی، خوردگی، چربی و... تمیز کرد.
•    در هنگام حرارت دهی باید به میزان دما، قطر میلگرد، فشار گازها و... توجه نمود.‌

•    باید فرد جوشکار دارای دانش فنی، تجربه و دقت بالایی باشد تا هنگامی که در معرض حرارت بالا قرار می گیرد، توانایی کنترل شیب گرما و قطع حرارت را داشته باشد.
•    ایمنی کار بسیار اهمیت دارد، بنابراین باید به طور دائم نازل ها و کنترل کننده ها از نظر سلامت مورد بررسی قرار گیرند تا از بروز حوادث مالی و جانی جلوگیری شود.  
•    فرد مسئول جوش فورجینگ باید تجربه لازم و مهارت بالایی در مورد کار با دستگاه فشار فورجینگ داشته باشد تا بخوبی بتواند فشار لازم را به انتهای دو میلگرد اعمال نماید.

مزایای جوشکاری فورجینگ

جوشکاری فورجینگ با توجه به مزایای که دارد، بسیاری از صنایع را بر آن داشته تا در صنعت خود از این روش جوشکاری استفاده کنند. برخی از مزایای جوشکاری فورجینگ به قرار زیر هستند:
•    از آنجایی که میزان مواد مصرفی در این نوع جوشکاری بسیار ناچیز است، از این رو هزینه های حمل و نقل بسیار کاهش می یابد.
•    برای انجام جوشکاری فورجینگ هیچ نیازی به برق سه فاز نیست.
•    بکارگیری این شیوه جوشکاری موجب می شود تا با حداقل میزان طول، امکان برقراری اتصال صورت گیرد.‌
•    با حذف اورلپ در جوشکاری فورجینگ، شاهد کم شدن وزن سازه ها هستیم.
•    در این شیوه جوشکاری امکان حمل تجهیزات به راحتی توسط کارگر وجود دارد.
•    جوشکاری فورجینگ با استانداردهای بین المللی مطابقت دارد.
•    با بکارگیری این شیوه جوشکاری، میزان خطای انسانی کاهش می یابد.‌

•    در جوشکاری فورجینگ میزان مصرف میلگرد کم می شود، بنابراین با کاهش وزن سازه، شاهد کم شدن نیروی ثقلی جانبی خواهیم بود، در نتیجه مقاومت سازه بالاتر می رود.
•    در این شیوه جوشکاری وصله پوششی حذف می شود اما انسجام و یکپارچگی که بین قطعات فلزی ایجاد می گردد، منجر به بالا بردن میزان مقاومت سازه در برابر زلزله می شود.
•    امکان استفاده از جوشکاری فورجینگ در هر کدام از قسمت های سازه وجود دارد.
•    این شیوه جوشکاری منجر به افزایش قطر میلگرد در محل اتصال می شود که مقاومت آن را نیز بالا می برد.
•    معمولا هدف از جوشکاری آن است که در محل اتصال جوشی با کیفیت بالا ایجاد شود که جوشکاری فورجینگ در مدت زمان کم و با سرعت بالا یک اتصال مفصلی را ایجاد می کند.
•    میزان سرو صدای ایجاد شده در این نوع جوشکاری بسیار کم است، به همین دلیل در فرآیند جوشکاری جوش فورجینگ به عنوان یکی از بهترین ها شناخته می شود.
•    در این نوع جوشکاری نیازی به فلز پرکننده وجود ندارد.
•    مقاومتی کششی و فشاری که جوش فورجینگ ایجاد می کند، بسیار بالا است که منجر به افزایش ایمنی سازه ها می شود.
•    صرفه جویی سی درصدی در مصرف میلگرد و امکان استفاده از میلگردهای کوتاه به عنوان ضایعات میلگرد و بکارگیری دوباره آنها

معایب جوش فورجینگ

در دهه شصت میلادی یکی از پرکاربردترین روش های جوش، جوش فورجینگ بود چرا که کارشناسان بر این باور بودند که این روش مزایایی همچون مقاوم شدن سازه، کاهش هزینه ها و... را دارد. با گذشت زمان و انجام بررسی های مختلف، معایب جوش فورجینگ نیز شناسایی گردید که موجب کاهش استفاده از این نوع شیوه جوش گردید. اما در ایران این نوع جوشکاری همچنان به عنوان بهترین روش جوشکاری بکار گرفته می شود.

برخی از معایب جوشکاری فورجینگ شامل موارد زیر هستند:
•    با توجه به این که از گاز استیلن جهت حرارت سر به سر میلگرد استفاده می شود، به همین جهت کنترل میزان حرارت آن نیاز به مهارت بالای فرد جوشکار دارد که کار سختی است، اگر جوشکار دارای تسلط لازم نباشد، کیفیت کار پایین می آید که از معایب بزرگ جوش فورجینگ محسوب می شود.
•    نیروی که با دستگاه جوش فورجینگ کار می کند، باید تخصص بالایی داشته باشد تا کیفیت سازه بالا برود، به همین دلیل افراد تازه کار نمی توانند سازه باکیفیتی تولید کنند.
•    هنگامی که به دو فلز حرارت لازم داده می شود، زمان قطع حرارت تقریبی بوده که نیاز به تجربه دارد، بنابراین هیچ گونه قانون و روند ثابتی در زمان حرارت دهی وجود ندارد، لذا اگر کوچکترین تغییری در روند حرارت دهی اتفاق بیفتد، تاثیر زیادی بر کیفیت و نتیجه نهایی کار می گذارد، بدین ترتیب برای ایجاد نتیجه مطلوب باید از نیروی مجرب استفاده کرد.
•    استفاده از جوش فورجینگ در آرماتوربندی میلگردها باعث می شود تا در ساختار میلگرد تغییراتی ایجاد شود و تا حد زیادی مقاومت آن کاهش یابد، بدین ترتیب میلگردهای که با این شیوه به یکدیگر متصل می شوند در مقابل باد مقاومت چندانی ندارند.
•    یکی دیگر از عوامل موثر بر کیفیت جوش فورجینگ، آب و هوایی منطقه جوشکاری است. مناطقی که آب و هوایی سردی دارند، معمولا کیفیت جوش فورجینگ مناسب نیست و امکان شکنندگی بالا می رود، بنابراین همین موضوع باعث تفاوت فورجینگ در مناطق سردسیر و گرمسیر گردیده است.
•    همچنین میزان فشاری که بر دو سر میلگرد به کار گرفته می شود، باید یکسان باشد، در غیر این صورت جوش خوردن فلزات یکسان انجام نمی شود و در نتیجه مقاومت سازه کاهش می یابد.
•    این فرآیند جوشکاری بسیار آهسته انجام می گیرد و زمان بر است.
•    احتمال بوجود آمدن آلودگی جوش به کک یا همان سوخت در این شیوه جوشکاری بالا است.

کاربرد جوش فورجینگ

جوش فورجینگ از جمله فرآیندهای می باشد که دو قطعه فلز را از طریق آن به راحتی به هم می چسبانند، از این رو در طول تاریخ از این نوع جوش جهت ساخت ابزارآلات مختلف استفاده می کنند. جوش فورجینگ در گذشته در ساخت بسیاری از وسایل فلزی به صورت سنتی استفاده می شد اما امروزه تغییراتی زیادی در این نوع جوشکاری بوجود آمده است. با استفاده از جوشکاری فورجینگ می توان طیف وسیعی از فلزات همانند آهن، مس، برنج، فولاد و... را به هم متصل کرد. از این رو برخی از کاربردهای جوشکاری فورجینگ شامل موارد زیر است:
1.    ساخت انواع ابزارآلات کشاورزی
2.    از این شیوه جوشکاری در صنعت هوافضا استفاده می شود.
3.    در تولید انواع دوچرخه و اتومبیل بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
4.    بکارگیری جوشکاری فورجینگ در ساخت لوله های تفنگ
5.    ساخت انواع وسایل پخت و پز
6.    تولید درب های محافظ و سلول های زندان
7.    استفاده در تولید تیر برق ها
8.    بکارگیری در صنعت ساختمان سازی جهت اتصال سر به سر میلگرد
9.    جوشکاری آرماتورهای غیر قابل استفاده

ابزارآلات مورد نیاز برای جوش فورجینگ

برای آن که جوش فورجینگ با کیفیتی انجام گیرد باید ابزارآلات مناسب برای این‌ نوع جوشکاری وجود داشته باشد که برخی از این ابزارها به قرار زیر هستند:
•    فلزات: این نوع جوش بر روی فلزات مشابه یا متفاوتی انجام می پذیرد.
•    منبع گرما: منبع گرما برای این جوشکاری ذغال گرم می باشد.
•    ابزار هادی: برای آن که فلزات را به دمای لازم جهت خم شدن برسانند از این ابزار استفاده می گردد.
•    مواد شار: وجود این مواد مانع از ایجاد اکسیداسیون می شود.
•    چکش قدرت یا پرس هیدرولیکی: این ابزارآلات جهت شکل دهی و مسطح سازی فلز داغ به کار گرفته می شوند.

نتیجه گیری

جوشکاری فورجینگ یکی از متداول ترین راه ها جهت متصل نمودن و سر به سر کردن میلگردها به یکدیگر می باشد، به همین دلیل امروزه در صنعت از جوش فورجینگ استفاده های فراوانی می کنند. همچنین جوشکاری فورجینگ یکی از پرکاربردترین روش های جوشکاری در ایران به شمار می آید، از این رو در این مطلب به تعریف این شیوه جوشکاری، مزایا و معایب آن و... پرداختیم و سعی کردیم اطلاعات جامعی از جوشکاری فورجینگ به مخاطبان ارائه دهیم.