برچسب: جوشکاری

جوشکاری عملیاتی است که بخش اعظمی از مراحل پیش عملیاتی هات تپ را به خود اختصاص می دهد. از جوشکاری در محل کارگاه هات تپ برای سرهم بندی و مونتاژ کردن قطعات مختلف اتصالات استفاده می شود. قطعاتی که از پیش به وسیله هوابرش یا دیگر روش های برشکاری و همچنین تراشکاری و فرزکاری به دست آمده اند با استفاده از جوشکاری به یکدیگر متصل شده و سازه ی نهایی اتصال را حاصل می کند. همین اتصالات زمانی که به منطقه ی عملیاتی و سایت خط لوله منتقل می شود باید بر روی خط لوله نصب شوند. نصب اتصالات بر روی خط لوله را به طور معمول با استفاده از جوشکاری انجام می دهند. جوشکاری اتصالات بر روی خطوط لوله دارای شرایط و دستورالعمل های خاصی است که در این نوشته به آن ها خواهیم پرداخت.

شرایط جوشکاری بر روی خط لوله

ضخامت خط لوله

پیش از آغاز هر گونه اقدام برای عملیات هات تپ می بایست ضخامت خط لوله را مورد بررسی قرار دهیم. اندازه گیری ضخامت خط لوله با استفاده از دستگاه های التراسونیک اندازه گیری ضخامت خطوط لوله انجام می شود. با استفاده از این دستگاه ها نیازی به بریدن لوله نخواهیم داشت. در صورتی که ضخامت لوله کمتر از میزان ایمن برای جوشکاری باشد باید از اتصالاتی استفاده کنیم که نیازی به استفاده از عملیات جوشکاری ندارند و اتصالات مکانیکی نامیده می شوند. ممکن است در نصب این اتصالات بر روی خطوط لوله نیز مشکلات و چالش هایی پیش پای پیمانکار و کارفرما وجود داشته باشد که در آن صورت، از اجرای عملیات هات تپ صرف نظر می شود. البته لغو شدن اجرای عملیات هات تپ در موارد بسیار نادر اتفاق خواهد افتاد و در بسیاری مواقع با استفاده از روش های جایگزین می توان عملیات را با موفقیت به پایان رساند.

دلیل اینکه بر روی خطوط لوله با ضخامت کم، عملیات جوشکاری را انجام نمی دهیم، آسیب به این گونه لوله ها در شرایط جوشکاری است. همان طور که می دانید حرارت حاصل از جوشکاری بسیار بالا است و این حرارت می تواند خطوط لوله کم ضخامت را با آسیب و نشتی مواجه سازد. عملیات هات تپ و تمام مراحل پیش عملیاتی آن بر روی خطوط لوله تحت فشار انجام می شوند. این بدین معنی است که در هنگام نصب اتصالات بر روی لوله، سیال در داخل لوله در جریان است. در صوری بروز هرگونه آسیب در حین عملیات جوشکاری سیال به محیط بیرونی درز کرده و این درز و نشت می تواند خطراتی را به دنبال داشته باشد.

دمای سیال

برخی از سیالات هستند که ماهیتاً دارای دمای فوق العاده بالایی هستند. دمای بالا و حرارت یکی از عوامل ایجاد آتش سوزی است. ممکن است سیال با دمای بالای خود درون خطوط لوله بدون بروز هیچ مشکلی در جریان باشد اما حرارت ثانویه عملیات جوشکاری که از دیواره ی خطوط لوله عبور کرده و به آن می رسد خارج از تلرانس حرارتی سیال برای عدم اشتعال باشد. جوشکاری بر روی خطوط لوله فولادی، آهنی و آلیاژهای فلزی انجام می شود. این فلزات رسانای خود حرارت و گرما هستند و به راحتی می توانند گرمای حاصل از جوشکاری بر روی لوله را به سیال منتقل کنند. در چنین شرایطی باید میزان دمای لازم برای خود سوزی یا خود اشتعالی سیال را در نظر داشته باشیم و اگر این میزان دما می تواند با عملیات جوشکاری به سیال منتقل شود، باید از اجرای عملیات جوشکاری بر روی خط صرف نظر کنیم.

ماهیت شیمیایی سیال

برخی سیالات دارای ماهیت هایی هستند که با استفاده از حرارت تشدید می یابد یا به نقطه ی خطر نزدیک می شود. به عنوان مثال گازها در تماس با حرارت و یا جرقه می توانند منفجر شوند. گاز شهری نمونه ای از این سیالات است. سیالات گازی علاوه بر اینکه درون خطوط لوله در جریان اند در نواحی خاصی از خط لوله نشت نیز دارند و به راحتی در محیط و اتسمفر اطراف پراکنده می شوند. پراکندگی این گازها در محیط می تواند اجرای عملیات جوشکاری بر روی خط لوله را با ریسک همراه سازد. حرارت و جرقه های ناشی از عملیات جوشکاری می تواند سبب بروز فعل و انفعلات و نیز تکمیل مثلث آتش شود و آتش سوزی و انفجار را در پی داشته باشد.

خطوط لوله پلاستیکی

در صورتی که قصد داشته باشیم اتصالات را با جوشکاری بر روی خط نصب کنیم باید خطوط لوله از جنس فولادی و آهنی و آلیاژهای مروط به این فلزات باشد. ممکن است توصر کنید که جوش بر روی لوله های پلی اتیلنی و پلاستیکی و یا چدنی امکان پذیر است اما باید بگوییم در هات تپ نمی توانیم خروجی انشعاب را با استفاده از جوشکاری ارائه دهیم. دلیل این امر میزان استحکام فوقالعاده زیادی است که در محل انشعاب نیاز داریم. پس می توان گفت با اینکه جوشکاری بر روی خطوط لوله پلاستیکی و چدنی میسر است اما در عملیات هات تپ از اتصالات مکانیکی و یا اتصالات مختص به خطوط لوله (به عنوان مثال اتصالات اسپلیت تی خطوط لوله پلی اتیلنی) استفاده می کنیم.

اجرای عملیات هات تپ یا نشت گیری در زیر سطح آب

در صورتی که بخواهیم از خطوط لوله زیر دریایی به روش هات تپ انشعاب تهیه کنیم و یا خطوط لوله زیر سطح آب را کهدچار نشتی شده اند، نشت گیری کنیم، از اتصالات مکانیکی و یا اتصالات نشت بند (leak repair) استفاده می کنیم. جوشکاری در زیر آن ممکن است در برخی مواقع ممکن است اما در عملیات هات تپ و بسته به نوع عملکردی که بر روی خط لوله داریم از جوشکاری استفاده نخواهیم کرد.

خنک کاری در حین برش با دستگاه هات تپ فرایند حائز اهمیتی است که از جنبه های ایمنی و فنی برخوردار است. در عملیات هات تپ خطوط لوله را با استفاده از ماشین هات تپ برش می دهیم. این خطوط در حین برش خوردن با دستگاه هات تپ دارای جریان هستند و سیال درون آن در حرکت است. خطوط لوله ای که دارای جریان هستند، به اصطلاح خطوط لوله تحت فشار نامیده می شوند. صفر تا صد عملیات هات تپ بدون توقف در جریان سیال درون لوله انجام می شود. می توان گفت در حین اجرایش عملیات هات تپ افتی در بهره برداری از خطوط لوله ایجاد نمی کند و واحدها و مناطق پایین دست این خطوط می توانند از خدمات آن بهره گیری کنند.

خنک کاری در حین اجرای عملیات هات تپ

نکاتی که در بالا ذکر شد مزیت های عملیات هات تپ به لحاظ اقتصادی و خدمات رسانی هستند اما اگر بخواهیم عدم توقف جریان درون لوله را از منظر فنی و ایمنی بسنجیم باید به مراحل مختلف عملیات هات تپ و ماهیت اجرایش این مراحل نگاهی بیاندازیم. اجرای عملیات هات تپ در دو نقطه ی اساسی زاینده ی گرما و حرارت است که این حرارت می تواند موجب اشتعال و انفجار شود. در واقع ماهیت بسیاری از سیالات درون خطوط لوله به صورتی است که با استفاده از حرارت وارد واکنش های شیمیایی می شوند. همچنین حرارت می تواند این سیالات را تحریک کند و اشتعال و انفجار را به دنبال داشته باشد. دو مرحله ی اساسی که در عملیات هات تپ نیاز به خنک کاری و رفع حرارت دارند عبارت اند از:

• جوشکاری اتصالات بر روی خطوط لوله: در صورتی که اتصالات خطوط لوله از نوع جوشی باشند با استفاده از عملیات جوشکاری تیگ یا جوش آرگون این اتصالات را بر روی خط لوله نصب می کنیم. در حین اجرای عملیات جوشکاری، سیال درون لوله جریان دارد. جوشکاری عملیاتی است که با استفاده از حرارت و ذوب فلزات انجام می شود. جنس لوله ها نیز اکثراً از نوع فولادی و آلیاژهای فلزی است که رسانای خوبی برای انتقال حرارت و گرما هستند و به راحتی می توانند گرمای حاصل از عملیات جوشکاری را از دیواره ی لوله منتقل کرده و در تماس با سیال قرار دهند. در صورتی که سیال درون لوله ساکن باشد، حرارت حاصل از جوشکاری می تواند به راحتی سیال را ترغیب به اشتعال یا انفجار کند. به خصوص اگر ماهیت فیزیکی سیال از نوع گازی باشد.
• برش هات تپی که با استفاده از دستگاه هات تپ بر روی خط لوله ایجاد می شود، مرحله ی دیگر زاینده ی حرارت است که در صورت سکون سیال قادر به اجرای آن نخواهیم بودیم. دستگاه هات تپ با استفاده از اجزای برشی خود لوله را دریل کرده و سپس آن را برش می دهد. فرایند دریل کردن لوله ابتدایی ترین مرحله از برش هات تپی است. این عملیات با استفاده از قطعه ای به نام مته راهنما (pilot drill) انجام می شود. پس از عملیات دریل، کاتر و الماسه های متصل به آن به دیواره ی خط لوله می رسند. کاتر به صورت چرخشی با دیواره ی لوله تماس برقرار کرده و درون دیواره نفوذ می کند. این فرایند برشی دارای اصطکاک زیادی است و همین اصطکاک تولید نیروی حرارتی فوق العاده زیادی می کند و می تواند نقطه ی عطفی برای اشتعال و انفجار سیال درون لوله باشد.

به منظور جلوگیری از اشتعال و انفجار سیال، می توانیم از جریان سیال درون خط کمک بگیریم. سیالات گازی و مایع درون لوله دارای دماهای تفاوی هستند. این سیالات با فشارهای مختلفی از مقاطع مختلف خطوط لوله می گذرند. این سیالات در حال گذر از موضع عملیاتی هات تپ می توانند، حرارت حاصل از جوشکاری و برش هات تپ را به خود جذب کرده و از نقطه ی عملیاتی دور شوند. جریان سیال درون لوله کمک می کند تا مقدار کمی از سیال میزانی از حرارت را به خود جذب کرده و از منطقه ی زاینده ی حرارت دور شود. در این صورت فرایند خنک کاری انجام می شود و می توان عملیات هات تپ را تا مرحله ی نهایی و برش کامل خط لوله ادامه داد. برای استفاده از فرایند خنک کاری و در صورتی که فشار سیال درون خط پایین باشد و نتواند حرارت حاصل از این مراحل را به خوبی از موضع عملیاتی دور کند، از کارفرما تقاضا می شود تا فشار خط را به صورت موضعی افزایش دهد تا فرایند خنک کاری به درستی اجرا شود.

آون الکترود دستگاهی است که با استفاده از آن رطوبت پوسته ی الکترود را کنترل کرده و یا آن را خشک می کنند. این دستگاه ها دارای ظرفیت های متفاوتی هستند و تعداد زیادی الکترود جوشکاری نیز در خود جای می دهند. از آون الکترود در شرایط جوشکاری زیر صفر نیز استفاده می شود. در این گونه عملیات نیاز است تا دمای الکترودها را پیش از آغاز جوشکاری به حد معینی برسانند تا قوس الکتریکی به درستی انجام شود و هم چنین کیفیت جوش ارتقا یابد. در این مطلب به توضیح و تشریح مبحث آون الکترود می پردازیم و موارد کاربرد آن را در پروژه های هات تپ شرح خواهیم داد.

خشک کردن الکترود توسط آون الکترود 

میزان خشک کردن الکترودها بنابر پوشش آن ها مشخص می شود. به طور مثال:

الکترودهایی که پوشش سلولزی دارند، تا حدود ۳ درصد رطوبت را ددر پوسته ی خود لازم دارند تا بتوان جوش مناسبی را با استفاده از آن ها به دست آورد. این الکترود سلولز دارای مواد آلی در ساختار خود می باشد بنابراین با خشک شدن بیش از حد مواد آلی خود را از دست می دهد. در این شرایط است که با افت ولتاژ قوس و پایین آمدن کیفیت جوش مواجه می شویم.

این الکترود اگر در درجه حرارت محیط نگهداری شود برای جوشکاری مناسب است اما باید توجه داشت که محل نگهداری این الکترودها عاری از هر گونه آب، رطوبت، حرارت و آلودگی های دیگر باشد. برای نگهداری الکترودها در دمای اتاق نیازی نیست تا در حین جوشکاری از آون الکترود استفاده کنیم. 
برخی الکترودها را برای جوشکاری در دمای پایین مورد استفاده قرار می دهند. دلیل این امر این است که در جوشکاری دمای پایین به آمپر کمتری نیاز داریم بنابراین در این شرایط حرارت کمتری نیز در پوشش الکترودها لازم است. این الکترودها را به دلیل پیچیدگی کمت فلز مبنا برای جوش های نازک به کار می برند.

هنگامی که در جوش فولاد کربنی نیاز به کیفیت بالا داشته باشیم و اگر جوش را با روش پرتونگاری بازرسی کنند، آنگاه از این گونه اکترودها برای جوش فولاد کربنی استفده می کنیم. 

این نوع الکترود را یک ساعت قبل از مصرف در مجاورت دمای ۱۵۰ تا ۱۶۰ درجه ی سانتیگراد درون آون الکترود قرار می دهند تا پوشش آن خشک شده و رطوبت اضافی خود را از دست بدهد. 
اما پوشش برخی دیگر از الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری جنسی قلیایی دارد. مواد قلیایی دارای اتم های هیدروژن درون ساختار خود هستند و برای کیفیت جوش باید میزان هیدروژن این روکش ها را کنترل کنیم. رطوبت موجود در این الکترودها را قبل از شروع جوشکاری کاملاً از بین می برند و خشک می کنند. 

رطوبت گیری از پوشش این الکترودها درون آون الکترود به مدت دو ساعت و در دمای ۳۰۰ تا ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد کاملاً از بین می رود. . الکترودهای قلیایی را ابتدا درون آون الکترود صنعتی قرار می دهند و رطوبت آن ها را برطرف می کنند سپس آن ها را از این آون ها خارج کرده و وارد آون الکترود دیگری می کنند که سیار است و در محل جوشکاری در کنار جوشکار قرار دارد و جوشکار الکترودها را یکی پس از دیگری از درون آن خارج می کند تا هیچ گونه رطوبتی بر روی پوشش الکترود وجود نداشته باشد. دمای این آون باید در حدود ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد باشد و گرمکن آن نیز باید در حین کار روشن باشد. 

آون الکترود

تولیدکنندگان الکترودها دستورالعمل هایی را بر روی بسته های تولیدی خود درج می کنند که در این دستورالعمل ها میزان رطوبت مورد نیاز در پوشش الکترود در حین جوشکاری درج شده است. همچنین مدت زمان قرارگیری در آون الکترود را به علاوه ی درجه حرارت در این دستورالعمل ها مشخص خواهند کرد. 

کوره های صنعتی الکترود خشک کن وجود دارند که الکترودها درون آن ها قرار می گیرند و رطوبت الکترود در آن ها براساس توصیه ی تولید کننده کنترل می شود.

 آون الکترود سیار و دستی نیز در سایزهای متفاوت ساخته می شود تا در در عملیات هایی که وسعت زیادی ندارند و رطوبت هوای محیطشان خیلی بالا نیست مورد استفاده قرار گیرند. این آون ها در کنار دست جوشکار یا دستیار او قرار می گیرند و الکترودهای مورد نیاز درون آن ها چیده می شود. هر الکترود در زمانی که به آن نیاز پیدا می شود از درون آون خارج شده و بلافاصله مورد استفاده قرار می گیرد. تمامی آون الکترودها دمای مورد نیاز برای خشک کردن الکترود را با استفاده از المنت هایی که با جریان برق گرم می شوند، تأمین می کنند. این الکترودها قابلیت تنظیم دما داشته و دارای ترموستات نیز هستند. 

انبار کردن الکترود 

دمای حرارت محیط انبارش الکترودها باید از ۱۰ درجه سلسیوس بالاتر باشد. همچنین میزان مورد نیاز از این الکترودها باید از پیش مشخص باشد تا بتوان انبارش را به اندازه ی نیاز انجام داد. در صورتی که جنس پوشش الکترود قلیایی باشد باید دمای محل انبارش آنها را اندازه گیری کنیم تا بیش از ۱۵ درجه سلسیوس باشد. الکترودهای قلیایی باید رطوبتی در حدود ۴۰ درصد کمتر از دیگر الکترودها داشته باشند تا بتوان میزان هیدروژن موجود در پوشش آن ها را کنترل کرد. در زمان نیاز به الکترودها باید آن ها را به اندازه مصرف خارج کرده و بلافاصله مورد استفاده قرار داد در غیر این صورت رطوبت محیط به سرعت پوشش آن ها را تحت تأثیر قرار خواهد داد. همچنین تمامی این الکترودها را باید طبق توصیه ی تولید کننده حرارت دهی و رطوبت گیری کنیم. 

کاربرد آون الکترود در عملیات هات تپ

همان طور که می دانید جوشکاری یکی از اعمال جدایی ناپذیر از هات تپ و خدمات خطوط لوله است. پروژه های هات تپ نیز می توانند در شرایط و اقلیم های متفاوتی اجرا شوند. یکی از این شرایط و مستثناهای کاری اجرای عملیات هات تپ در درجه دمای زیر صفر است. در این حالت الکترودها دمای مناسب خود را از دست می دهند و قوس الکتریکی را با مشکل مواجه می کنند. بنابراین جوشی که در این شرایط و با الکترود غیر استاندارد ایجاد شود کیفیت و مقاومت لازم را نخواهد داشت.
بنابراین از یک آون الکترود به صورت سیار در عملیات هات تپ استفاده می کنند تا دمای پوشش الکترود را به حد استاندارد خود نزدیک کنند.