کسب دانش در زمینه مهندسی جوش راه حل مناسبی در جهت کاهش هزینه ها در فرآیند های ساخت و تولید، بهبود راندمان تولید و بالا رفتن اطمینان و تضمین کیفیت قطعات محسوب می گردد.

شرکت آریا آزمون صنعت بر پایه سالها تجربه حرفه ای و موفق در زمینه مهندسی جوش و نیز بهره گیری از خدمات مهندسین بین المللی جوش از IIW ، اقدام به ارائه خدمات مهندسی جوش به شرح ذیل می نماید :

• آموزش تهیه و بازبینی دستورالعمل های جوشکاری قطعات (WPS )
• آموزش تأیید دستورالعمل های جوشکاری ( PQR )
• تست وتأیید مواد مصرفی جوش
• نصب و راه اندازی دستگاههای جوشکاری پیشرفته و High –tech
• آموزش و استقرار استاندارد ISO 3834 ( الزامات کیفی جوشکاری ذوبی )
• آزمون وتأیید صلاحیت جوشکاران و اپراتورهای جوشکاری

آشنایی با مدارک دستورالعمل های جوشكاری و تاییدیه آنها (PQR / WPS)

مقدمه

با توجه به نیازمندیهاي صنعتی دنیاي امروز، لازم است تمامی عملیات صنعتی و از آن جمله فعالیتهاي مرتبط با جوشکاري بر اساس رویه هاي تدوین شده اي انجام گردند . بر این اساس لازم است براي انجام هر کاري دستورالعمل اجرایی تهیه شود و پس از آن با انجام آزمایشهایی قابلیت اجرایی دستورالعمل و توانایی تحقق خواسته ها به اثبات برسد.

WPS یک دستورالعمل نوشته شده است که مسیر را براي جوشکار در اجراي جوشکاري بر اساس کد یا استاندارد مورد نظر مشخص میکند. پس از تهیه WPS ، باید این مطلب ارزیابی شود که آیا با انجام جوشکاري بر اساس این WPS ، جوش ایجاد شده مطابق با مشخصات جوش طراحی شده خواهد بود؟

به عبارت دیگر آیا می تواند اهداف مورد نظر ر ا برآورده سازد؟ از این روي باید WPS به بوته آزمایش گذاشته شود و این کار توسط تهیه مدرك PQR به انجام می رسد. براي این کار test plate (به آن test coupon یا نمونه آزمون نیز گفته می شود) با ویژگیهاي ذکر شده در کد یا استاندارد مورد نظر آماده شده و براي انجام آز مونهاي لازم به آزمایشگاه فرستاده میشود. آزمایشگاه از نمونه ارسالی نمونه هاي کوچکتري به نام آزمونه (specimen) تهیه کرده و مورد آزمایش قرار می دهد . آزمونهاي لازم و نیز معیارهاي پذیرش نتایج آزمون، در کد یا استاندارد مورد استفاده مشخص شده اند . اگر معیارهاي کیفی و کمی استاندارد یا کد مورد نظر برآورده شوند، می توان WPS را تصویب شده تلقی کرد و آن WPS قابلیت اجرا پیدا می کند .

ناگفته پیداست که تصویب WPS تنها خصوصیات جوش را تضمین می کند و نه مهارت جوشکار یا اپراتور جوشکاري را .آشکار است که براي انجام جوشکاري لازم است از فردي که صلاحیت انجام این کار را داشته باشد استفاده گردد . بنابراین باید جوشکار، به صورت جداگانه تایید صلاحیت گردد . فرآیند تائید صلاحیت جوشکار که به کار او اعتبار می بخشد، Welder Performance Qualification نام دارد که به طور اختصاري به WPQ موسوم است .چگونگی تایید صلاحیت جوشکار در استاندارد یا کد مورد نظر با ذکر جزئیات ذکر شده است. ذکر این نکته لازم است که برخی استانداردها به جاي WPQ از WQR که مخففWelder Qualification Record است استفاده می کنند.

استانداردها و کدهاي مورد استفاده

اصولا استانداردها و کدهاي زیادي به مبحث چگونگی و فرمت مدارك مورد نیاز براي دستورالعمل جوشکاري و گزارش تائید آن و نیز چگونگی تائید صلاحیت جوشکاران پرداخته اند که برخی از مهمترین آنها عبارتند از:

• ASME Sec.IX (Boiler and Pressure Vessel Code)
• ASME B31.1(Power Piping)
• ASME B31.3 (Process Piping)
• AWS D1.1 (Structural Welding Code-Steel)
• API 650 (Welded Steel Tanks for Oil Storage)
• API 1104 (Welding of Pipelines and Related Facilities)
• EN 288 (Specification and Approval of Procedures for Welding Metallic Materials)

روشن است که مفاد قرارداد مشخص کننده استاندارد یا کد مورد استفاده در تهیه مدارك PQR,WPS و WPQ خواهد بود . به عبارت دیگر مدارك باید بر اساس نیازهاي کارفرما و بنا به تایید مشاور طرح توسط سازنده ) پیمانکار) تهیه شود . لازم به تذکر است که هدف تمامی استانداردهاي ذکرشده یکسان و ایجاد اطمینان ازکیفیت جو شکاري است و تنها در پاره اي از موارد با یکدیگر تفاوت خواهند داشت اما در بحث کلان تر مدیریت کیفیت جوشکاري، به استانداردهاي دیگري نیز باید توجه کرد.

نیاز به اطمینان از کیفیت سازه هاي جوشکاري شده، اساس گسترش بسیاري از استانداردها در این زمینه بوده است. این استانداردها در ابتدا در ارتباط با فرآیند جوش و خصوصیات اتصال بوده و اخیرا تمام فعالیت هاي مرتبط با تکنولوژي جوشکاري در یک شرکت را پوشش می دهند.

CEN (کمیته استانداردهای اروپایی) در سال 1994 اولین ویرایش استانداردEN 729 که هدف آن تعیین الزامات کیفی براي جوشکاري ذوبی مواد فلزي بود را منتشر کرد. از آن زمان به بعد بر اي شرکتهاي سازنده استفاده کننده از جوشکاري که بر اساس الزامات این استاندارد فعالیت کرده اند، گواهینامه EN729 صادرگردیده است.

همچنین در همان سال، ISO (سازمان استاندارد سازی جهانی) استاندارد معادل EN 729 را با شماره ISO 3834 منتشر کرد که در حال حاضر ویرایش 2005 این استاندارد جاری است.

EWF (فدراسیون جوشکاري اروپا) نیز سیستمی براي پشتیبانی شرکتها در استقرارEN 729 ایجاد کرده است که این سیستم هم اکنون براي برآورده سازي الزامات ISO EN 3834 تنظیم شده است. استاندارد عمومی تعیین کیفیت جوش قبل از EN 729 ، در انگلستان BS 4870 بوده است.

این مهم در سطح جهانی در شرکت ها و موسساتی که جوشکاري از فرآیندهاي اصلی تولید محصولات آنهاست، با استقرار نظام کیفی بر اساس استانداردهای EN 729/ISO 3834 به عنوان زیربناي مدیریت در ارتقاي کیفیت در صنعت جوش صورت می پذیرد. امروزه خواسته هاي کیفیتی جوش براي کسب استانداردهای ISO 9001 باید بر اساس این دو استاندارد تنظیم گردد.

WPS چیست؟

استانداردهاي مختلف تعاریف متفاوتی ارائه می دهند . بعنوان مثال ASME بیان می کند WPS مدرکی است که راهنمایی هاي لازم را براي انجام جوشکاری بر اساس الزامات کد ارائه می کند .به بیان دیگر هدف از تنظیم یک WPS مشخص کردن جزئیات فرآیند جوشکاري قطعه مورد نظر است. دستورالعمل جوشکاري در حقیقت از پیش مقادیر و محدوده تغییرات پارامترهاي دخیل در جوشکاري را مشخص کرده و مشخصات مواد مورد جوشکاري را نیز دارا است. پس یک دستورالعمل جوشکاري کنترل کننده و متضمن کیفیت قطعه جوشکاري شده می باشد . بدین ترتیب شرط لازم براي آغاز هر فعالیت جوشکاري در دست داشتن WPS می باشد.

دستورالعمل های جوشکاري استاندارد (Standard WPSs)

استانداردهاي مختلفی براي کنترل کیفی و چگونگی اجراي عملیات جوشکاري وجود دارد . اما تقریبا تمامی کدها و استانداردهاي موجود اجراي عملیات جوشکاري را بر اساس یک دستورالعمل جوشکاري (WPS) تایید شده الزام کرده اند. هر اتصال باید دارای یک WPS و هر یک یا چند WPS باید بر اساس الزامات کد مربوطه دارای یک PQR باشند. از طرفی تدوین یک PQR

داراي مراحل مختلفی است که کاري زمان بر و پر هزینه می باشد . از توضیحات ارائه شده چنین استنباط می شود که تدوین مستندات جوشکاري کاري دشوار است که در بسیاري موارد چنین نیز هست.!!

به همین منظور برخی موسسات استاندارد اقدام به ارائه راهکارهایی جهت کاستن از این مشکلات نموده اند. از جمله این راهکارها تدوین دستورالعملهاي جوشکاري از قبل تایید شده (Prequalified WPSs) در برخی کدها مانند AWS D 1.1 است که مصارف مشخص و محدود به کاربرد کد مربوطه را دارند.

راهکار دیگري که مصرف گسترده تري دارد انتشار WPS های استاندارد می باشد. بدین ترتیب که سازمان AWS براساس میزان کاربرد، کدهایی را تدوین نموده که شامل اطلاعات و پارامترهاي دستورالعمل جوش براي موارد پرکاربرد میباشد . این کدها بر اساس نوع ماده، فرآیند جوشکاري ، ضخامت قطعه و الکترود مصرفی دسته بندی شده اند. برای هر یک از WPS های استاندارد نیز PQR لازم وجود داشته و شماره آن در کد مربوطه آمده است .

بنابراین در صورتیکه پارامترهای WPS تدوین شده توسط سازنده در محدوده تعیین شده توسط یکی از این کدها باشد تحت شرایطی دیگر نیازی به تهیه PQR مجزا نمی باشد. (AWS D1.1 Section 3 را ببینید)

خوشبختانه کد ASME نیز استفاده از دستورالعملهای استاندارد AWS را تحت شرایطی که در ASME IX Article V آورده است، مجاز می داند (از سال 2000 میلادی) این شرایط اگرچه سختگیرانه تر از شرایط AWS است اما به هر حال کار را از حالت عادی بسیار ساده تر کرده و نیاز به PQR را در بسیاری موارد برطرف می سازد. از جمله شرایط استفاده از این کدها در ASME این است که سازنده باید برای هر کد دستورالعمل استاندارد یک نمونه با ثبت کلیه پارامترهای جوشکاری تهیه کرده و تحت بازرسی چشمی و رادیوگرافی قرار دهد که در صورت تأیید نمونه می تواند از آن دستورالعمل برای اتصالات دیگری که در محدوده آن قرار می گیرند، بدون تهیه PQR استفاده نماید. (QW-510(d) را ببینید)

مراحل تهیه مدرک PQR

براي این کار test plate (به آن sample یا نمونه آزمون و test coupon نیز گفته می شود( با ویژگیهاي ذکر شده در کد یا استاندارد مورد نظر آماده شده و براي انجام آزمونهاي لازم به آزمایشگاه فرستاده می شود . آزمایشگاه از نمونه ارسالی نمونه هاي کوچکتري به نام آزمونه (specimen) تهیه کرده و مورد آزمایش قرار می دهد . آزمونهاي لازم و نیز معیارهاي پذیرش نتایج آزمون، در کد یا استاندارد مورد استفاده مشخص شده اند . اگر معیارهاي کیفی و کمی استاندارد یا کد مورد نظر برآورده شوند، می توان WPS را تصویب شده تلقی کرد و آن WPS قابلیت اجرا پیدا می کند.

براي تهیه یک PQR چهار مرحله زیر طی می شود :

• آماده ساز ي و جوشکاري نمونه هاي مناسب
• تهیه آزمونه و آزمایش آنها
• ارزیابی نتایج و نتیجه گیري
• ثبت و تائید نتایج) در صورت قابل پذیرش بودن آنها )

معمولاً نمونه ها به نحوي مونتاژ و ساخته می شوند که درز اتصال در وسط نمونه قرار بگیرد . مواد، نحوه و جزئیات جوشکاري نمونه ها باید مطابق با WPS مربوط باشد، به عبارت دیگر متغیر های اساسی باید یکسان باشند (QW-211) .

شکل نمونه آزمون (ورق، لوله و ...) انتخابی است. تأیید نهایی PQR بر اساس نمونه آزمون لوله باعث تائید جوشکاري بر روي ورق خواهد بود و برعکس. نوع و تعداد نمونه ها براي جوش شیاري باید با مقادیر ذکر شده در استاندارد (QW-451).

تأييد دستورالعمل جوشكاري

به طور كلي تأييد دستورالعمل جوشكاري با هدف اطمينان از سازگار بودن موارد زير صورت مي‌گيرد:

• 1. فلز پايه
• 2. فلز پركننده
• 3. فرآيند جوشكاري
• 4. تكنيكهاي جوشكاري

با وجود اينكه در آزمون تأييد دستورالعمل جوشكاري، هدف، تاييد صلاحيت جوشكار نمي‌باشد، ولي مطابق با اغلب كدها، ممكن است جوشكار در اين آزمون به صورت اتوماتيك تأييد صلاحيت گردد. در كدهاي مختلف، نحوه آزمون تأييد صلاحيت با وجود اختلافات جزئي، اصول يكساني دارد.

سه روش جهت تأييد دستورالعمل جوشكاري وجود دارد:

• 1- استفاده از دستورالعمل‌هاي جوشكاري از پيش تأييد شده (Prequalified Procedure )
• 2- انجام آزمايش روي نمونه يا تست كوپن Actual Procedure qualification Testing))
• 3- انجام آزمايش روي مدلي با ابعاد واقعي (Mock-Up Test)

روش تست روي مدل با ابعاد واقعي ممكن است گاهي اوقات به عنوان مكمل، همراه ساير روشهاي ديگر تأييد دستورالعمل به كار رود.

استفاده از دستورالعمل‌هاي از پيش تأييد شده مخصوص كد AWS D1.1 جهت سازه‌هاي فولادي مي‌باشد. در اين سيستم منحصر به فرد، از تعدادي دستورالعمل از پيش تأييد شده استفاده مي‌گردد. بدين معنا كه نيازي به تهيه تست كوپن و انجام آزمايش روي آن نمي‌باشد. در كد AWS D1.1، تعدادي دستورالعمل با فرآيند جوشكاري، فلز پايه، ضخامت، طرح اتصال و تكنيك جوشكاري معين، ليست شده است كه در صورت استفاده از آنها نيازي به تأييديه نمي‌باشد. طبق AWS D1.1 ، چهار فرآيند جوشكاري FCAW, SAW, SMAW و GMAW (غير از قوس كوتاه) به عنوان فرآيندهاي از پيش تأييد شده معرفي شده‌اند. در صورت استفاده از فرآيندهاي ديگر تهيه تست كوپن وتأييد دستورالعمل، ضروري مي‌باشد. همچنين تعدادي فلز پايه معرفي شده است كه نيازي به آزمون و تأييديه ندارند. با توجه به اهميت ضخامت فلز پايه و تأثير آن بر شرايط جوشكاري، براي تمام دستورالعمل‌هاي از پيش تأييد شده محدوده ضخامت معين شده است. كد AWS D1.1 محدود به جوشكاري فولادها با ضخامت بيشتر از (mm3) مي‌باشد. متغيرهايي از قبيل رنج ضخامت، طرح اتصال، وضعيت و فرآيند جوشكاري در جداولي در AWS D1.1 ليست شده‌اند. در صورتيكه متغيرهاي دستورالعمل، خارج از محدوده معين شده در اين جداول باشند، مي‌بايد از آزمون تأييد صلاحيت استفاده گردد. در جدول، اطلاعات مختلفي جهت اين طرح اتصال، با توجه به فرآيند جوشكاري، ضخامت و وضعيت جوشكاري مشخص شده است. براي يك فرآيند جوشكاري معين فاصله ريشه (Root Gap) با توجه به زاويه شيار متفاوت مي‌باشد. مثلاً براي فرآيند SMAW، سه انتخاب براي فاصله ريشه و زاويه شيار تعريف شده است. در جدولي در قسمت بالا و سمت راست تلرانس‌هاي مجاز فاصله ريشه و زاويه شيار مشخص شده‌اند

اين تلرانس‌ها به دو صورت ” As Detailed“ و ”As Fit up“ ليست شده‌اند. تلرانس‌هاي ” As Detailed“ مربوط به آزادي ابعادي جهت طراح هنگام طراحي مي‌باشد و تلرانس‌هاي ”As Fit up“ مربوط به خطاي مجاز در هنگام مونتاژ قطعات، بنابراين بازرس جوش هنگام كنترل اتصال قبل از جوشكاري مي‌بايد تلرانس‌هاي ” As Fit Up“ را مدنظر قرار دهد.

در زير جدول، اطلاعاتي ذكر شده است كه ممكن است محدوديتهايي را در استفاده از دستورالعمل از پيش تأييد شده ايجاد نمايد و بايد به آنها توجه نمود.

همانطور كه قبلاً نيز اشاره شد در صورتيكه متغيرهاي دستورالعمل، در محدوده دستورالعمل‌هاي از پيش تأييد شده نباشد، مي‌بايد با تهيه تست كوپن و انجام ‎آزمايشات مخرب روي آن، دستورالعمل را تأييد نمود. اين روش تأييد، علاوه بر AWS D1.1 به عنوان روش اصلي در كدهاي ديگر از قبيل ASME Sec.IX براي مخازن و لوله‌هاي تحت فشار و استاندارد API 1104 براي خطوط لوله انتقال مواد نفتي نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

در اين سيستم براي هر فرآيند جوشكاري ليستي از متغيرهاي ضروري و غيرضروري تهيه شده است. در صورتيكه يكي از متغيرهاي ضروري ”Essential Variable“ در دستورالعمل جوشكاري (WPS) تغيير كند به تأييديه مجدد نياز مي‌باشد. به عنوان مثال وضعيت جوشكاري در AWS D1.1، يك متغير ضروري معرفي شده است. بنابراين مي‌بايد دستورالعمل را در هر وضعيت جوشكاري به صورت جداگانه تأييد نمود. درحالي كه مطابق با كد ASME Sec. IX انجام تأييديه روي يك وضعيت جوشكاري، ساير وضعيتها را پوشش مي‌دهد. همچنين متغيرهايي از قبيل فرآيند جوشكاري، جنس فلز پايه و فلز پركننده، ضروري محسوب مي‌شوند. در اين سيستم، مي‌بايد كليه متغيرهاي ضروري در فرم دستورالعمل جوشكاري WPS (Welding Procedure Specification) درج شوند. در WPS معمولاً از رنج يا محدوده متغيرها استفاده مي‌شود. نتايج آزمايشات تأييد صلاحيت در فرم ديگري تحت عنوان PQR (Procedure Qualification Record) ثبت مي‌گردد.

پس از تهيه WPS كه حاوي كيله اطلاعات تكنيكي لازم جهت جوشكاري قطعه مورد نظر مي‌باشد، يك تست كوپن با ابعاد درج شده در كد يا استاندارد تهيه شده و پس از آماده سازي طبق WPS، جوشكاري مي‌شود. اين تست كوپن طبق ASME با توجه به شكل قطعه توليدي ممكن است ورق يا لوله باشد. مطابق با استاندارد API 1104، اين تست كوپن هميشه لوله مي‌باشد. پس از تهيه تست كوپن و ارسال آن به آزمايشگاه، نمونه‌هايي جهت آزمايشات مخرب از آن استخراج مي‌گردد. سپس مطابق با استاندارد مربوطه نتايج آزمايشات معين مي‌گردد. در صورت قابل قبول بودن نتايج كليه آزمايشات، WPS به تأييد مي‌رسد. همانطوركه قبلاً اشاره شد مطابق با ASME IX تأييد صلاحيت دستورالعمل در وضعيت تخت، آنرا در تمام وضعيتهاي ديگر تأييد مي‌نمايد. مطابق با استاندارد API 1104، دستورالعمل مي‌بايد روي نمونه لوله در حالت ثابت، چرخان و يا هر دو، با توجه به ملزومات ساخت، تأييد گردد. به هر حال تأييد يك وضعيت معين ساير وضعيتها را پوشش نمي‌دهد.

جهت تأييد دستورالعمل، آزمايشات مختلفي روي تست كوپن صورت مي‌گيرد. تعدادي از آنها عبارتند از كشش، خمش، شكست، ماكرو اچ و تستهاي غيرمخرب. گاهي اوقات شرايط ويژه سرويس، استفاده از آزمايشات ديگر را ايجاب مي‌نمايد. از آن جمله مي‌توان به تست ضربه، سختي سنجي و تست خوردگي اشاره نمود. يكي از وظايف مهم بازرس جوش، حصول اطمينان از تطبيق فعاليتهاي جوشكاري با WPS هاي تأييد شده مي‌باشد.