هر آنچه در مورد جوشکاری زیر آب لازم است بدانید
جوشکاری در زیر آب در نگاه اول ممکن است پدیده عجیبی به نظر بیاید. چرا که جوشکاری همراه با نور و جرقه و حرارت بوده و امکان دارد تصور شود که آب میتواند موجب خاموش شدن جرقه و سرد شدن حرارتی که موجب جوش قطعات میشود گردد. از طرفی دیگر برای جوشکاری‌های برقی از آنجایی که آب رسانای الکتریسیته است، خطر برق گرفتگی برای جوشکار وجود دارد. با وجود تمام این مسائل، جوشکاری زیر آب کاربرد زیادی در صنعت پیدا کرده و به دفعات زیاد قابل انجام است
جوشکاری زیر آب چیست و چگونه انجام میشود؟
جوشکاری در زیر آب در بسیار موارد شبیه جوشکاری برقی است که در هوا انجام میشود. در جوشکاری برقی، حرارت لازم برای ذوب فلزات و جوش دادن آنها به همدیگر از طریق ایجاد قوس الکتریکی حاصل از تخلیه الکتریکی بین الکترود و قطعه فلزی انجام می‌گیرد. هنگامی که الکترون‌ها از الکترود به سمت قطعه کار پرش می‌کنند، موجب باردار شدن هوا شده و الکترون‌ها از فاصله هوایی بین الکترود و قطعه عبور می‌کنند. این پدیده درون آب هم قابل اجراست. با این تفاوت که درون آب، به جای هوا مخلوط گازی شامل بخار آب و گازهای هیدروژن و اکسیژن حاصل برقکافت آب (تجزیه آب به عناصر سازنده)، یونیزه میشود.
برای انجام این نوع جوش نیاز به غواصی و تجهیزات خاصی است؛ که به جوشکارها کمک می‌کند در عمق دریا و اقیانوس اقدام به جوشکاری نمایند. این نوع جوشکاری از زمان جنگ جهانی اول برای تعمیر سریع کشتی‌های آسیب دیده به کار گرفته شد و در حال حاضر برای ساخت و تعمیر خطوط لوله انتقال نفت و گاز، اسکله‌ها، سکوها و سازه‌های دریایی کاربردهای بیشماری دارد.
جوشکاری زیر آب در کجا استفاده می شود؟
در شرایطی که نتوان قطعات و سازه را به محیط خشک انتقال داد یا هزینه بسیار زیادی برای انتقال دارد، جوشکاری در زیر آب انجام می شود. از موارد جوشکاری زیر آب عبارتند از:
• تعمیر بدنه کشتی
• نصب و تعمیرات سکوهای حفاری نفت
• نصب و تعمیر سکوهای استخراج
• نصب و تعمیرات خطوط لوله زیر آب
• تعمیر اسکله ها و پایه های سازه های دریایی
• پیاده سازی سازه های سنگین در بستر آب مانند خطوط انتقال نفت و گاز
گاهی اوقات حوادث طبیعی مانند طوفان و زلزله، ممکن است سازه ها در بستر آب نیاز به تعمیر داشته باشد و جوشکاری زیر آب بهترین راه حل می باشد.
تاثیر حباب در جوشکاری زیر آب
به خاطر تمرکز حرارتی در ناحیه‌ی قوس، مقداری از آب‌های اطراف قوس تبخیر شده و حباب‌های پایدار در اطراف قوس را ایجاد می‌کنند.
این حباب‌ها اثرات متفاوتی بر جوش دارند. از یک سو آنها می‌توانند به عنوان گاز محافظ برای قوس عمل کنند. از طرفی هم هیدروژنی هم که به خاطر دمای بالای قوس ایجاد می شود و در حباب‌ها موجود است، می تواند منبع اصلی تخلخل در جوش باشد. این هیدروژن پس از جذب شدن می تواند روی جوش تاثیر منفی گذاشته و باعث ایجاد ترک سرد هیدروژنی در جوش یا منطقه‌ی کنار جوش بشود.
•• نکته مهم در جوشکاری زیر آب حرکت دائمی حباب‌های گاز و بخار آب به سمت بالا و متعاقباً تاثیر این پدیده بر تعادل قوس است. به همین دلیل است که الکترودهای بدون پوشش و سیم جوش‌های معمولی به هیچ وجه در زیر آب کاربرد ندارد.
• برای بالا نگهداشتن کیفیت جوش باید مواردی چون جرقه زدن، برقراری قوس الکتریکی، تعادل در قوس و آرام بودن پیشرفت مذاب در جوش را تضمین کرد.
انواع جوشکاری زیر آب
برای جوشکاری زیر آب از روش های گوناگونی استفاده میشود که این روش‌ها از لحاظ محیط اطراف جوش به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: جوشکاری مرطوب و جوشکاری خشک. در جوشکاری مرطوب فرآیند در تماس کامل با آب صورت می‌گیرد. در حالی که در جوشکاری خشک، تجهیزاتی به منظور ایجاد فضای خشک درون آب به کار گرفته می‌شوند
جوشکاری مرطوب
جوشکاری مرطوب مربوط به حالتی میشود که فرآیند جوشکاری کاملا در مجاورت و در معرض تماس کامل با آب صورت می‌گیرد. ساده‌ترین مدل برای این نوع جوشکاری، جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود می‌باشد که همانند اتفاقی که در خشکی می‌افتد، زیر آب هم قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود برقرار میشود. حرارت زیادی که در اثر جوشکاری رخ داده و همچنین پدیده قوس الکتریکی که در مجاورت آب رخ می‌دهد، موجب برقکافت آب شده و تولید گازهای هیدروژن و اکسیژن می‌کند. از طرف دیگر، در اثر حرارتی که به الکترود وارد میشود، پوشش آن بخار شده و تولید گاز می‌کند و نهایتا مجموعه این گازها یک محیط گازی اطراف قوس الکتریکی ایجاد کرده و مانع تماس مستقیم آن با آب می‌گردند. به این شکل از قوس الکتریکی، محافظت میشود.
روش جوشکاری دیگری که در این مورد به کار می‌آید جوشکاری قوسی توپودری است که درآن پودر موجود در سیم جوش پس از ذوب شدن ایجاد بخاری می‌کند که مانع تماس قوس الکتریکی و آب می‌گردد. روش دیگر جوشکاری اصطکاکی (جوشکاری دو قطعه با حرارت ناشی از اصطکاک مکانیکی حاصل از چرخش و فشار یک قطعه روی قطعه دیگر) است. در این حالت بیشتر سطوح قطعه چرخان واسط، هیچگونه تماس مستقیمی با آب ندارند. با این حال، این روش در دسته جوشکاری خیس قرار می‌گیرد چرا که دو قطعه‌ای که قرار است جوش بخورند تماس کامل با آب دارند.
مزیت جوشکاری مرطوب
مزیت عمده جوشکاری مرطوب در آزادی عمل جوشکار و آسان بودن و قابل اجرا بودن درون محیط آبی بوده و ایراد عمده آنها مربوط به کیفیت پایین این نوع جوشکاری‌ها در مقایسه با جوشکاری در هوا است. از این رو، بیشتر برای اهداف تعمیراتی از دسته مرطوب استفاده میشود
معایب جوشکاری مرطوب
در مورد معایب جوشکاری قوس الکتریکی زیر آب با جوشکاری در هوای آزاد یا جوشکاری خشک به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:
• به دلیل اثر خنک کنندگی آب، جوشکاری به سرعت خنک شده که موجب سخت و ترد شدن جوش می‌گردد.
• از آنجایی که انرژی جوشکاری بسیار زیاد است، بخشی از آب حوالی قوس الکتریکی بخار شده و تشکیل یک حفره حبابی نسبتا پایدار می‌دهد. این حباب‌ها از یک طرف از قوس الکتریکی، محافظت کرده و به دلیل کاهش تماس قطعه با آب موجب کاهش خنک شوندگی سریع فلز مذاب می‌گردند، ولی از طرف دیگر، بعد از اتمام جوشکاری و سرد شدن آن، ایجاد تخلخل در فلز جوش می‌کنند.
• هیدورژن موجود در حباب یا آب‌های اطراف موجب پدیده ترک خوردگی هیدروژنی در قطعه می‌گردد. بدین گونه که پس از خشک شدن جوش، هیدروژنی که درون فلز نفوذ کرده واکنش شیمیایی داده و موجب ایجاد ترک میشود.
لازم به ذکر است که مشکلات بالا در عمق زیاد دریا و فشار بالای آب و همچنین در مواردی که شوری آب بیشتر است تشدید می‌شوند.
جوشکاری خشک
جوشکاری خشک مربوط به حالتی است که فرآیند جوشکاری به طور کامل یا در بخشی از زمان یا مکان، انجام جوشکاری بدون تماس با آب صورت می‌گیرد. این نوع جوشکاری حالت‌های مختلفی دارد که در ادامه توضیح خواهیم داد. به طور کلی یک اتاقک به درون آب برده شده که آب بندی شده و فضای درونی آن خشک می‌ماند. سپس قطعاتی که باید جوشکاری شوند به درون آن برده شده، و فضای درونی آن با گازهایی همچون هلیوم، آرگون و اکسیژن پر شده تا مانع ورود آب به داخل اتاقک شوند.
عوارض و خطرات جوشکاری زیر آب
1.شوک الکتریکی
یکی از بزرگترین تهدیدها علیه جوشکاران زیرآبی خطر برق گرفتگی است. آب مقاومت بسیار کمی در مقابل الکتریسیته دارد و در صورتی که مانعی در مقابل برق نباشد، به آسانی از درون آب عبور می‌کند. این مسئله در مورد جوشکاری مرطوب پررنگ‌تر است. در صورتی که تجهیزات مورد استفاده برای محیط آبی تطبیق داده نشده باشند، امکان وقوع برق گرفتگی بسیار زیاد است. تجهیزات برقی باید دارای عایق بندی بوده و الکترودها باید ضد آب باشند. تمامی تجهیزات قبل از استفاده باید تست شوند. در محیط آبی، قوس الکتریکی رفتار نامنظم و ناپایداری دارد که برای این مسئله باید جوشکاردارای تجربه کافی باشد تا بتواند آن را کنترل کند. در غیر این صورت؛ خطر شوک الکتریکی بسیار زیاد است. برای جوشکارانی که در نزدیکی سطح آب کار می‌کنند این خطر بسیار بیشتر است. چرا که امواج آب پی در پی درکارشان ایجاد مزاحمت کرده و می‌توانند تعادل آنها را به هم زده و موجب رها شدن سیم زمین شود.
۲. انفجار
در طی فرآیند جوشکاری، در اثر برقکافت آب گازهای هیدروژن و اکسیژن زیادی تولید می‌شوند که ترکیب آنها میتواند منجر به شکل گیری توده‌های گازی بیشماری شده و با یک جرقه به انفجار مرگبار بیانجامد. در صورتی که جوشکاری حین فرآیند جوشکاری صدای ترکیدن حباب را بشنود باید فورا کار را متوقف کرده و مکانی که گازها تجمع می‌یابد را پیدا کرده و اقدامات لازم را انجام دهد.
۳. بیماری فشار
گاهی این حالت زمانی رخ می‌دهد که غواص از نواحی عمیق با فشاربالای آب، با سرعت زیاد به نواحی کم عمق با فشار پایین حرکت کند. در این حالت، حباب‌های نیتروژن وارد جریان خون فرد شده، در بدن وی گسترش می‌یابد، و میتواند موجب بروز اختلالاتی همچون درد مزمن، سوزش و خستگی درپوست، شش‌ها، گوش‌ها، مغز، نخاغ و مفاصل شده و در برخی موارد موجب مرگ فرد میشود
۴. غرق شدگی
حتی با تجربه ترین غواصان با وجود تجهیزات مناسب هم با خطر غرق شدگی مواجه اند. ولی معمولا دلیل آن فرسودگی یا نگهداری نامناسب تجهیزاتی چون ماسک، شلنگ ویا مخزن اکسیژن است. از آنجایی که غواص از مخزن آبی که در سطح آب قرار دارد تنفس می‌کند، شلنگ‌های رابط می‌توانند پیچیده و پاره شوند. این مسئله زمانی که عمق آب بیشتر باشد خطرناک‌تر است چون غواص زمان بیش‌تری برای رساندن خود به سطح آب نیاز دارد. بنابراین قبل از غواصی لازم است تمامی تجهیزات به دقت بررسی شوند تا اگر شکستی یا ایرادی در عملکرد آنها وجود دارد مشخص شود. قبل از شروع کار مخزن اکسیژن باید پر باشد. دلیل دیگر وقوع غرق شدگی، گیر کردن لا به لای موانعی همچون خطوط لوله یا تجهیزاتی که به عمق آب متنقل می‌شوند، چرا که هرچه عمق آب بیشتر شود توانایی دید غواض ضعیف‌تر میشود.
۵. سرما زدگی
دمای زیر آب میتواند بسیار سرد شده به گونه‌ای که موجب هدایت گرمای بدن به بیرون شود. حضور طولانی مدت غواص در آب بسیار سرد موجب بروز مشکلات متابولیسمی، تنفسی و حتی موجب از کارافتادگی اندام‌ها شده و نهایتا مرگ غواص می‌گردد. از این رو ضروری است تا از یک پوشش لاستیکی مناسب به عنوان عایق گرما برای لباس و دستکش غواص استفاده شود.
۶. مشکلات شنوایی
حضور طولانی مدت در نواحی عمیق آب با فشار بالا میتواند منجر به مشکلات شنوایی کوتاه مدت یا دائمی گردد.
کاربرد جوشکاری زیر آب
• صنعت نفت و گاز: تعمیر و ساخت خطوط لوله و سازه‌های دریایی.
• ساخت و تعمیر کشتی ها: جوشکاری و تعمیر بدنه کشتی ها و زیرساخت های دریایی.
• پروژه های زیربنایی: تعمیر و ساخت سازه‌های پل و دیگر سازه‌های زیر آب.
• پژوهش های علمی: پروژه های اکتشافی و تحقیقاتی در زمینه اقیانوس شناسی.
تجهیزات لازم برای جوشکاری زیر آب
جوشکاری زیر آب یک فرآیند پیچیده است که نیازمند تجهیزات خاص و مهارت‌های ویژه است.
1)دستگاه های جوشکاری
| جوشکاری الکتریکی
• روش: این روش از جریان الکتریکی برای ذوب کردن الکترود و جوش دادن فلزات استفاده می‌کند.
• نوع دستگاه: دستگاه‌های جوشکاری با قابلیت تنظیم جریان و ولتاژ، به ویژه برای محیط‌های زیر آب.
• مزایا: امکان جوشکاری در عمق های مختلف و قابلیت کنترل کیفیت جوش.
| جوشکاری گازی
• روش: این نوع جوشکاری از گازهای سوختی مانند استیلن استفاده می‌کند.
• کاربرد: بیشتر برای تعمیرات سریع و کم هزینه در زیر آب استفاده میشود.
• مزایا: تجهیزات نسبتاً ساده و قابل حمل.
2)الکترودها و سیم های جوشکاری
• الکترودهای خاص زیر آب: این الکترودها معمولاً دارای پوشش مقاوم به آب و فشار هستند.
• نوع سیم ها: سیم های جوشکاری برای جوشکاری با روش‌های MIG یا TIG که مخصوص استفاده زیر آب طراحی شده‌اند.
• انتخاب صحیح: نوع و اندازه الکترودها باید با توجه به جنس فلزات و شرایط محیطی انتخاب شود.
3)محفظه های خشک
• شرح: محفظه های خشک، سازه هایی هستند که جوشکاران در آنها قرار می‌گیرند و محیط خشک را فراهم می‌کنند.
• مزایا: کیفیت جوش بالا و ایمنی بیشتر برای جوشکار.
• کاربرد: در پروژه های بزرگ و حساس که نیاز به دقت بالا دارند.
4)دستگاه‌های تنفس
• کپسول های هوای فشرده: این دستگاه‌ها هوای تنفسی را تأمین می‌کنند و معمولاً در عمق های زیاد استفاده می‌شوند.
• دستگاه‌های تنفس تحت فشار: برای جوشکارانی که در شرایط زیر آب کار می‌کنند، این دستگاه‌ها باید مجهز به سیستم‌های ایمنی و هشدار باشند.
• مخزن های هوای قابل حمل: برای تسهیل حرکت جوشکار در زیر آب و کاهش وزن.
5)تجهیزات ایمنی
• لباس‌های ضد آب: این لباس‌ها باید مقاوم به فشار و دما باشند و در برابر خطرات آب کشندگی محافظت کنند.
• کلاه‌خود جوشکاری: کلاه‌خود های مجهز به شیلد های ضد نور و لنزهای خاص برای حفاظت از چشمان جوشکار.
• دستکش های مقاوم: دستکش های ضد آب و مقاوم به حرارت برای جلوگیری از آسیب به دست ها.
6)دوربین‌ها و تجهیزات نظارتی
• دوربین‌های زیر آب: برای نظارت بر فرآیند جوشکاری و اطمینان از کیفیت کار.
• تجهیزات اندازه‌گیری: ابزارهایی برای اندازه‌گیری دما، فشار و کیفیت جوش.
• سیستم‌های ارتباطی: برای ارتباط میان جوشکار و تیم های پشتیبانی در سطح آب. دستگاه‌های جانبی و ابزارهای دستی
• دریل های زیر آب: برای سوراخ کاری و آماده‌سازی فلزات قبل از جوشکاری.
• ابزارهای برش: ابزارهایی برای برش فلزات که باید مقاوم به شرایط زیر آب باشند.
• ابزارهای تنظیم و کنترل: ابزارهایی برای تنظیم دستگاه‌های جوشکاری و کنترل دقت جوش.
در پایان
جوشکاری در زیر آب در نگاه اول ممکن است پدیده عجیبی به نظر بیاید. چرا که جوشکاری همراه با نور و جرقه و حرارت بوده و امکان دارد تصور شود که آب میتواند موجب خاموش شدن جرقه و سرد شدن حرارتی که موجب جوش قطعات میشود گردد. از طرفی دیگر برای جوشکاری‌های برقی از آنجایی که آب رسانای الکتریسیته است، خطر برق گرفتگی برای جوشکار وجود دارد. با وجود تمام این مسائل، جوشکاری زیر آب کاربرد زیادی در صنعت پیدا کرده و به دفعات زیاد قابل انجام است