بازرسی فنی جوش به روش بازدید چشمی (Visual Test)

مقدمه
در بسیاری از برنامه‌های تدوین شده توسط سازنده جهت کنترل کیفیت جوش محصولات سازه‌ای در مهندسی عمران، از آزمون چشمی (Visual Test که به اختصار VT نیز گفته می‌شود) به عنوان اولین تست و یا در بعضی موارد به عنوان تنها متد ارزیابی بازرسی فنی جوش، استفاده می‌شود. اگر آزمون چشمی در جوشکاری و اتصالات جوشی به طور مناسب اعمال شود، ابزار ارزشمندی می‌تواند واقع گردد. بعلاوه یافتن محل عیوب سطحی جوش، بازرسی چشمی می‌تواند به عنوان تکنیک فوق‌العاده کنترل پروسه برای کمک در شناسایی مسائل و مشکلات ما بعد از ساخت بکار گرفته شود. آزمون چشمی روشی برای شناسایی نواقص و معایب سطحی جوش در سازه می‌باشد. نتیجه حاصل شده، هر برنامه کنترل کیفیت که شامل بازرسی چشمی می‌باشد، باید محتوی یک سری آزمایشات متوالی انجام شده در طول تمام مراحل کاری جوش در ساخت سازه باشد. بدین گونه بازرسی چشمی سطوح معیوب جوشکاری شده که در مراحل ساخت اتفاق می‌افتد، میسر می‌شود.
کشف و تعمیر این عیوب در زمان فوق، کاهش هزینه قابل توجهی را در بر خواهد داشت. به طوری که نشان داده شده است بسیاری از عیوبی که بعدها با روش‌های تست‌های پیشرفته‌تری کشف می‌شوند، با برنامه بازرسی چشمی قبل، حین و بعد از عملیات جوشکاری به راحتی قابل کشف می‌باشند. سازندگان فواید یک سیستم کیفیتی که بازرسی چشمی منظمی داشته است را به خوبی درک کرده‌اند. میزان تأثیر بازرسی چشمی جوش هنگامی بهتر می‌شود که یک سیستمی تمام مراحل پروسه جوشکاری (قبل، حین و بعد از جوشکاری) را بپوشاند و نهادینه شود.

قبل از عملیات جوشکاری
مواردی که قبل از جوشکاری نیاز به توجه بازرسی فنی به روش چشمی دارد به صورت زیر است:
مرور طراحی‌ها و مشخصاتWPS
چک کردن تأییدیه پروسیجرها و پرسنل مورد استفادهPQR
بنا نهادن نقاط تست
نصب نقشه‌ای برای ثبت نتایج
مرور مواد مورد استفاده
چک کردن ناپیوستگی های فلز پایه
چک کردن فیت آپ و تراز بندی اتصالات جوش
چک کردن پیش گرمایی در صورت نیاز

اگر بازرس جوش توجه بسیار دقیقی به این آیتم‌های مقدماتی داشته باشد، به طور یقین می‌تواند از بسیاری مسائل که بعدها ممکن است اتفاق بی افتد، جلوگیری نماید. مسئله بسیار مهم این است که بازرس فنی باید بداند چه چیزهایی کاملاً مورد نیاز می‌باشد. این اطلاعات را می‌توان از مرور مستندات مربوطه بدست آورد. با مرور این اطلاعات، سیستمی باید بنا نهاده شود که تضمین کند رکوردهای کامل و دقیقی را می‌توان به طور عملی ایجاد کرد. پس بازرس علاوه بر دانش بازرسی فنی نیز می‌بایست در مورد هدف جوش و محل‌های استفاده دانش لازم و کافی نیز داشته باشد، به عنوان مثال یک بازرس فنی جوش در سازه علاوه بر دانش فنی جوش می باست دانش مهندسی عمران نیز داشته باشد تا بتواند با شناخت خود از سازه و شناسایی نقاط حساس و بحرانی توجه بیشتری بر بازرسی خود در این نواحی داشته باشد.

نقاط نگهداری
باید بنا نهادن نقاط تست یا نقاط نگهداری جایی که آزمون باید قبل از تکمیل هر گونه مراحل بعدی ساخت انجام شود، در نظر گرفته شود. این موضوع در صنعتی سازی، پروژه‌های بزرگ ساخت یا تولیدات جوشکاری انبوه، بیشترین اهمیت را دارد.

روش‌های جوشکاری
مرحله دیگر مقدماتی این است که اطمینان حاصل کنیم آیا روش‌های قابل اعمال جوشکاری، ملزومات کار را برآورده می‌سازند یا نه؟ مستندات مربوط به تایید یا صلاحیت‌های جوشکاران هر کدام به طور جداگانه باید مرور شود. طراحی‌ها و مشخصات معین می‌کند که چه فلزهای پایه‌ای باید به یکدیگر متصل شوند و چه فلز پرکننده باید مورد استفاده قرار گیرد.
برای جوشکاری سازه و دیگر کاربردهای بحرانی،جوشکاری به طور معمول بر طبق روش‌های تایید شده‌ای که متغیرهای اساسی پروسه را ثبت می‌کنند و به وسیله جوشکارانی که برای پروسه، ماده و موقعیتی که قرار است جوشکاری شود، تایید شده‌اند، انجام می‌گیرد. در بعضی موارد مراحل اضافی برای آماده سازی مواد مورد نیاز می‌باشد. به طور مثال در جاهایی که الکترودهای از نوع کم هیدروژن مورد نیاز باشد، وسایل و ابزار ذخیره آن باید به وسیله سازنده در نظر گرفته شود.

مواد پایه
قبل از جوشکاری ، شناسایی نوع ماده و یک تست کامل از فلزات پایه‌ای مربوطه باید انجام گیرد. اگر یک ناپیوستگی همچون جدالایگی صفحه‌ای وجود داشته باشد و کشف نشده باقی بماند روی صحت ساختاری کل جوش تأثیر دارد. در بسیاری از اوقات جدالایگی در طول لبه ورقه قابل رویت می‌باشد به خصوص در لبه‌هایی که با گاز اکسیژن برش داده شده است.

مونتاژ اتصالات
برای یک جوش، بحرانی‌ترین قسمت ماده پایه، ناحیه‌ای است که برای پذیرش فلز جوشکاری به شکل اتصال، آماده سازی می‌شود. اهمیت مونتاژ اتصالات قبل از جوشکاری را نمی‌توان به اندازه کافی تاکید کرد. بنابراین آزمون چشمی مونتاژ اتصالات از تقدم بالایی برخوردار است. مواردی که قبل از جوشکاری باید در نظر گرفته شود شامل زیر است :
مونتاژ اتصالات جوشی زاویه شیار (Groove angle)
دهانه ریشه (Root opening)
تراز بندی اتصال (Joint alignment)
پشت بند (Backing)
الکترودهای مصرفی (Consumable insert)
تمیز بودن اتصال (Joint cleanliness)
خال جوش‌ها (Tack welds)
پیش گرم کردن (Preheat)

هر کدام از این فاکتورها رفتار مستقیم روی کیفیت جوش به وجود آمده، دارند. اگر مونتاژ ضعیف باشد،کیفیت جوش احتمالاً زیر حد استاندارد خواهد بود. دقت زیاد در طول اسمبل کردن یا سوار کردن اتصال می‌تواند تأثیر زیادی در بهبود جوشکاری داشته باشد. اغلب آزمایش اتصال قبل از جوشکاری عیوبی را که در استاندارد محدود شده‌اند را آشکار می‌سازد، البته این اشکالات، محل‌هایی می‌باشند که در طول مراحل بعدی به دقت می‌توان آن‌ها را بررسی کرد.
برای مثال، اگر اتصالی از نوع T (T-joint) برای جوش‌های گوشه‌ای (Fillet welds)، شکاف وسیعی از ریشه نشان دهد، اندازه جوش گوشه‌ای مورد نیاز باید به نسبت مقدار شکاف ریشه افزوده شود. بنابراین اگر بازرس بداند چنین وضعیتی وجود دارد، مطابق به آن، نقشه یا اتصال جوش باید علامت گذاری شود، و آخرین تعیین اندازه جوش به درستی شرح داده شود.

حین عملیات جوشکاری
در حین جوشکاری، چندین آیتم وجود دارد که نیاز به کنترل دارد تا نتیجتاً جوش رضایت بخشی حاصل شود. آزمون چشمی جوش اولین متد برای کنترل این جنبه از ساخت سازه می‌باشد. این می‌تواند ابزار ارزشمندی در کنترل پروسه باشد. بعضی از این جنبه‌های ساخت که باید کنترل شوند شامل موارد زیر می‌باشد:
حین عملیات جوشکاری1) کیفیت پاس ریشه جوش weld root bead
2) آماده سازی ریشه اتصال قبل از جوشکاری طرف دوم
3) پیش گرمی و دماهای میان پاسی
4) توالی پاس‌های جوش
5) لایه‌های بعدی جهت کیفیت جوش معلوم
6) تمیز نمودن بین پاس‌ها
7) پیروی از پروسیجر کاری همچون ولتاژ، آمپر، ورود حرارت، سرعت.
هر کدام از این فاکتورها اگر نادیده گرفته شود سبب به وجود آمدن نا پیوستگی‌هایی می‌شود که می‌تواند کاهش جدی کیفیت را در بر داشته باشد.

پاس ریشه جوش
شاید بتوان گفت بحرانی‌ترین قسمت هر جوشی پاس ریشه جوش می‌باشد. مشکلاتی که در این نقطه وجود دارد...
در نتیجه بسیاری از عیوب که بعدها در یک جوش کشف می‌شوند مربوط به پاس ریشه جوش می‌باشد، بازرسی چشمی خوب روی پاس ریشه جوش می‌تواند بسیار موثر باشد.
وضعیت بحرانی دیگر ریشه اتصال در درزهای جوش دو طرفه هنگام اعمال جوش طرف دوم به وجود می‌آید. این مسئله معمولاً شامل جداسازی سر باره(slag) و دیگر بى نظمی‌ها توسط تراشه برداری (chipping)، رویه برداری حرارتی(thermal gouging) یا سنگ زنی(grinding) می‌باشد. وقتی که عملیات جداسازی کاملاً انجام گرفت آزمایش منطقه گودبرداری شده قبل از جوشکاری طرف دوم لازم است. این کار به خاطر این است که از جدا شدن تمام ناپیوستگی ها اطمینان حاصل شود. اندازه یا شکل شیار برای دسترسی راحت‌تر به تمام سطوح امکان تغییر دارد.

پیش گرمایش و دماهای بین پاس‌های جوش
پیش گرمایش و دماهای بین هر پاس جوش می‌توانند بحرانی باشند و اگر تخصیص یابند قابل اندازه گیری می‌باشند. محدودیت‌ها اغلب به عنوان حداقل (Min)، حداکثر (Max) و یا هر دو بیان می‌شوند. همچنین برای مساعدت در کنترل مقدار گرما در منطقه جوش، توالی و جای تک تک پاس‌ها اهمیت دارد. بازرس باید از اندازه و محل هر تغییر شکل یا چروکیدگی(shrinkage) سبب شده به وسیله حرارت جوشکاری آگاه باشد. بسیاری از اوقات همزمان با پیشرفت گرمای جوشکاری اندازه گیری‌های تصحیحی گرفته می‌شود تا مسائل کمتری به وجود آید.

آزمایش بین لایه‌ای (بین مرحله‌ای)
برای ارزیابی کیفیت جوش هنگام پیشروی عملیات جوشکاری، بهتر است که هر لایه به صورت چشمی آزمایش شود تا از صحت آن اطمینان حاصل شود. همچنین با این کار می‌توان دریافت که آیا بین پاس‌ها به خوبی تمیز شده‌اند یا نه؟ با این عمل می‌توان امکان روی دادن ناخالصی سر باره در جوش پایانی را کاهش داد. بسیاری از این گونه موارد احتمالاً در دستورالعمل جوشکاری اعمالی، آورده شده‌اند.
در این گونه موارد، بازرسی چشمی که در طول جوشکاری انجام می‌گیرد اساساً برای کنترل این است که ملزومات روش جوشکاری رعایت شده باشد.

بعد از جوشکاری
بسیاری از افراد فکر می‌کنند که بازرسی چشمی درست بعد از تکمیل جوشکاری شروع می‌شود. به هر حال اگر همه مراحلی که شرح داده شد، قبل و حین جوشکاری رعایت شده باشد، آخرین مرحله بازرسی چشمی به راحتی تکمیل خواهد شد. از طریق این مرحله از بازرسی جوش نسبت به مراحلی که قبلاً طی شده و نتیجتاً جوش رضایت بخشی را به وجود آورده اطمینان حاصل خواهد شد. بعضی از مواردی که نیاز به توجه خاصی بعد از تکمیل جوشکاری دارند عبارتند از:
1- ظاهر جوش به وجود آمده
2- اندازه جوش به وجود آمده
3- طول جوش
4- صحت ابعادی
5- میزان تغییر شکل
6- عملیات حرارتی بعد از جوشکاری
هدف اساسی از بازرسی جوش به وجود آمده در آخرین مرحله این است که از کیفیت جوش اطمینان حاصل شود. بنابراین آزمون چشمی چندین چیز مورد نیاز می‌باشد. بسیاری از کدها و استانداردها میزان نا پیوستگی‌هایی که قابل قبول هستند را شرح می‌دهد و بسیاری از این نا پیوستگی‌ها ممکن است در سطح جوش تکمیل شده به وجود آیند.

عملیات حرارتی بعد از جوشکاری
به لحاظ اندازه، شکل، یا نوع فلز پایه ممکن است عملیات حرارتی بعد از جوش در روش جوشکاری اعمال شود. این کار فقط از طریق اعمال حرارت (گرما) در محدوده دمایی بین پاس یا نزدیک به دمای آن، صورت می‌گیرد تا از لحاظ متالوژیکی خواص جوش به وجود آمده را کنترل نمود. حرارت دادن در درجه حرارت دمای بین پاس، ساختار بلوری را به استثناء موارد خاص تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. بعضی از حالات ممکن است نیاز به عملیات تنش زدایی حرارتی داشته باشند. به طوری که قطعات جوش خورده به تدریج در یک سرعت مشخص تا محدوده تنش زدایی تقریباً 1100 F تا 1200 F برای اکثر فولادهای کربنی گرما داده می‌شود. بعد از نگهداری در این دما به مدت یک ساعت برای هر اینچ از ضخامت فلز پایه، قطعات جوش خورده تا دمای حدود 600F دریک سرعت کنترل شده سرد می‌شود. بازرس در تمام این مدت مسئولیت نظارت بر انجام کار را دارد تا از صحت کار انجام شده و تطابق با ملزومات روش کار اطمینان حاصل نماید.

آزمایش ابعاد پایانی
اندازه گیری که کیفیت یک قطعه جوشکاری شده را تحت تأثیر قرار می‌دهد صحت ابعادی آن می‌باشد. اگر یک قسمت جوشکاری شده به خوبی جفت و جور نشود، ممکن است غیر قابل استفاده شود اگرچه جوش دارای کیفیت کافی باشد.
حرارت جوشکاری، فلز پایه را تغییر شکل داده و می‌تواند ابعاد کلی اجزاء را تغییر دهد. بنابراین، آزمایش ابعادی بعد از جوشکاری ممکن است برای تعیین متناسب بودن قطعات جوشکاری شده برای استفاده مورد نظر مورد نیاز واقع شود.