پخ چیست؟ راز اتصالات نشکن در جوشکاری

آیا تا به حال فکر کرده‌اید چرا لوله‌های گاز فشار قوی یا اسکلت‌ فلزی برج‌های عظیم با یک ضربه از هم متلاشی نمی‌شوند؟ راز این استحکام در چیزی نیست جز یک برش زاویه‌دار ساده اما مهم به نام پخ. در صورتی که در صنعت فلزات فعالیت دارید و همچنان تفاوت دقیق بین یک برش ساده و یک پخ مهندسی شده را نمی‌دانید، سرمایه و امنیت سازه خود را به خطر انداخته‌اید.

پخ چیست؟

پخ در مهندسی و جوشکاری، به معنای ایجاد یک برش زاویه‌دار در لبه قطعه کار بوده که عمود بر سطح (90 درجه) نباشد. این فرآیند که به آن پخ زنی یا آماده‌سازی لبه (Edge Preparation) هم می‌گویند، با هدف افزایش سطح تماس، ایجاد فضای کافی برای نفوذ الکترود و دستیابی به جوش نفوذی کامل انجام می‌شود. بدون پخ، اتصال دو فلز ضخیم تنها سطحی بوده و مغز قطعه خام می‌ماند.

چرا باید از پخ استفاده کنیم؟ 

شاید بپرسید چرا دو قطعه فلز را صاف به هم نمی‌چسبانیم؟ به دلیل نفوذ. زمانی که ضخامت ورق یا لوله فلزی از حد خاصی (اغلب 3 میلی‌متر) فراتر می‌رود، قوس الکتریکی و حوضچه مذاب نمی‌توانند به عمق قطعه برسند.

در صورتی که پخ‌سازی انجام نشود، اتفاقات زیر ممکن است رخ می‌دهد:

• عدم ذوب ریشه: بخش مرکزی اتصال سرد و جدا باقی می‌ماند.
• تمرکز تنش: نیروها تنها به لبه‌های بیرونی وارد شده و شکستگی رخ می‌دهد.
• ظاهر عالی: جوش از بیرون سالم به نظر می‌رسد، اما از درون کاملا پوک است.

فرآیند پخ زنی با تراشیدن لبه‌ها تحت یک زاویه شیار مشخص، کانالی ایجاد می‌نماید تا جوشکار بتواند فلز پرکننده (فیلر) را لایه به لایه از ریشه تا سطح تزریق نماید.

همچنین پیشنهاد می‌شود‌ مقاله جوشکاری TIG و MIG: راهنمای کامل تفاوت‌ها، کاربردها و انتخاب بهترین روش را نیز مطالعه نمایید.

تفاوت پخ و پخ‌لبه در چیست؟

در زبان کارگاهی، واژه پخ برای هر دو استفاده می‌شود، اما از نظر مهندسی باهم تفاوت دارند:

پخ جوشکاری

کل لبه ورق زاویه‌دار می‌شود تا با قطعه دیگر یک شیار بسازد. هدف اصلی آن اتصال سازه‌ای است.

پخ‌لبه یا کونیک

اغلب زاویه 45 درجه کوچکی است که تنها در گوشه تیز قطعه ایجاد می‌شود. هدف اساسی آن ایمنی دست اپراتور، زیبایی ظاهری یا سهولت در مونتاژ (جا رفتن بلبرینگ یا پیچ) خواهد بود.

کدام طرح پخ برای کدام پروژه مناسب است؟

انتخاب هندسه مناسب، هنر یک مهندس جوشکار خواهد بود. بیایید باهم این مدل‌ها را بررسی کنیم.

• پخ V شکل

این مدل رایج‌ترین و محبوب‌ترین نوع در صنعت است. در این روش، هر دو لبه قطعه کار زاویه‌دار می‌شوند. وقتی کنار هم قرار می‌گیرند، شکلی شبیه حرف V لاتین می‌سازند. این مدل در ورق‌های با ضخامت 3 تا 20 میلی‌متر استفاده می‌شود. مزیت اصلی آن آماده‌سازی آسان (حتی با سنگ فرز دستی) و دسترسی خوب الکترود است.

• پخ یک‌طرفه

در این حالت، تنها یکی از قطعات تراش می‌خورد و دیگری صاف (گونیا) باقی می‌ماند. این مدل در اتصالات سپری (T-Joint) یا گوشه کاربرد دارد. اما باید بدانید که نفوذ کامل در این مدل دشوارتر است و نیاز به مهارت بالای اپراتور دارد.

• پخ X شکل یا جناغی دوطرفه

برای ورق‌های سنگین (بالای 25 میلی‌متر)، استفاده از پخ V ساده منجر به مصرف بسیار زیاد سیم جوش و اعوجاج حرارتی می‌شود. راه حل، ایجاد پخ از هر دو طرف ورق است. این روش حجم جوش را تا 50% نسبت به V یک‌طرفه کاهش می‌دهد.نیاز به دسترسی به پشت قطعه برای جوشکاری یا سنگ‌زنی مجدد دارد.

• پخ‌های منحنی U و J 

زمانی که ضخامت از 50 میلی‌متر فراتر می‌رود، زاویه باز پخ‌های V و X دیگر اقتصادی نیست. در اینجا از ماشین‌کاری برای ایجاد انحنا در لبه استفاده می‌شود.

پخ U

شبیه V است اما با کفی گرد. این هندسه اجازه می‌دهد با زاویه تنگ‌تر، الکترود به ته درز برسد.

پخ J

نوعی پخ یک‌طرفه با انحنا. اگرچه هزینه ماشین‌کاری این پخ‌ها بالاست، اما کاهش شدید مصرف مواد مصرفی در پروژه‌های عظیم پتروشیمی، آن را جبران می‌کند.

پارامترهای مهم در هندسه پخ چیست؟

یک پخ استاندارد دارای اجزای زیر است:

1. زاویه پخ: زاویه‌ای که لبه تراشیده شده با خط عمود بر سطح می‌سازد (مثلا 30 یا 37.5 درجه).
2. زاویه شیار: مجموع زاویه پخِ دو قطعه‌ای که کنار هم قرار گرفته‌اند (مثلاً اگر هر دو 30 درجه باشند، زاویه شیار 60 درجه است).
3. پیشانی ریشه: قسمت کوچکی از لبه که تراشیده نمی‌شود و صاف می‌ماند (اغلب 1.5 تا 3 میلی‌متر). این بخش مانع از سوختن و ریزش مواد مذاب از پشت کار می‌شود.
4. فاصله ریشه: فاصله‌ای که بین دو قطعه پیش از انجام جوشکاری لحاظ می‌شود تا انقباض ناشی از حرارت جبران گردد.

اهمیت اقتصادی پخ زنی در پروژه‌های صنعتی

چرا یک مدیر پروژه باید به پخ اهمیت دهد؟

• کاهش مصرف فیلر: انتخاب زاویه درست (به عنوان مثال کاهش از 60 به 45 درجه در ضخامت‌های بالا) حجم شیار را کم نموده و مصرف الکترود را تا 30% کاهش می‌دهد.
• سرعت اجرا: پخ صحیح یعنی پاس‌های جوش کمتر و اتمام سریع‌تر پروژه.
• تست‌های غیرمخرب (NDT): اتصالات بدون پخ تقریبا در تمام تست‌های رادیوگرافی و اولتراسونیک مردود می‌شوند.

الزامات قانونی و استانداردهای جهانی پخ

در دنیای حرفه‌ای، چشمی کار کردن هیچ جایی ندارد. زمانی که درباره استاندارد پخ جوش صحبت می‌شود، در حقیقت به کتاب‌هایی ارجاع می‌دهیم که دارای این اطلاعات است. کد AWS D1.1 برای سازه‌های ساختمانی و پل‌ها، تلورانس‌های دقیقی برای زاویه پخ (مثلاً 5+ و 0- درجه) تعیین نموده است. رعایت نکردن این اعداد منجر به ایجاد عیوبی مثل عدم ذوب دیواره می‌شود که در اسکن‌های پیشرفته به راحتی قابل تشخیص است.

تکنولوژی‌های اجرای پخ از سنگ فرز تا لیزر

1. روش سنتی (سنگ‌زنی)

همچنان هم در کارگاه‌های کوچک یا برای تعمیرات در محل استفاده می‌شود. کند است، گرد و خاک زیادی دارد و دقت آن کاملا به دست کاربر وابسته است.

2. برش حرارتی 

• هوابرش: برای فولادهای کربنی عالی است. دستگاه‌های CNC امروزی می‌توانند همزمان با برش ورق، لبه آن را نیز پخ بزنند.
• پلاسما: سرعت بالاتر و دقت بیشتر برای استنلس استیل و آلومینیوم.

3. دستگاه پخ زن مکانیکی

این ابزارها که پخ زن ورق یا پخ زنِ لوله نامیده می‌شوند، مانند یک رنده نجاری عمل می‌کنند اما روی فولاد! آن‌ها براده‌برداری سرد انجام می‌دهند.

مزیت اصلی ان عدم ایجاد منطقه متاثر از حرارت (HAZ) است. این یعنی ساختار متالورژیکی لبه تغییر نمی‌کند و جوش با کیفیت‌تری حاصل می‌شود. این روش برای صنایع هسته‌ای و دارویی که حساسیت بالایی دارند، اجباری است. برای خرید CNC پرس پانچ تک کار کلیک کنید.

سخن پایانی

در‌ نهایت، پس از پخ زنی، لایه اکسیدی، روغن یا رنگ را تا فاصله 2 سانتی‌متری از لبه پاک نمایید؛ چرا که اکسیدها دشمن اصلی جوش هستند. همچنین، از ابزاری ساده به نام گیج کمبریج یا گیج جوشکاری برای کنترل زاویه استفاده نمایید. سطح پخ می‌بایست صاف و صیقلی باشد (اغلب زبری سطح یا Surface Roughness باید زیر 12.5 میکرون باشد). سطوح ناهموار منجر به گیر افتادن سرباره (Slag) می‌شوند.

منبع: wikipedia