جوشکاری ریل‌ها
جوشکاری ریل‌ها، یکی از کارهای تخصصی در اجرای روسازی است و به علت اهمیت موضوع فوق در عملیات احداث روسازی، فصلی خاص برای معرفی روشهای جوشکاری در ایران اختصاص داده شده است. در نشریه شماره ۳۵۵ به طور خلاصه اصول مربوط به جوشکاری ترمیت و الکتریکی معرفی شده است.
جوشکاری ترمیت و روشهای مختلف آن
در این جوشکاری، فعل و انفعالات بین اکسید آهن و پودر آلومینیوم باعث ایجاد آهن مذاب و اکسید آلومینیوم شده و درجه حرارت به حدود ۲۴۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. روشهای مختلفی برای جوشکاری ترمیت ارائه شده که روند تکمیلی داشته است. هر راه آهنی بنا به ضروریات و محدودیت‌هایی که دارد، روش مناسب را برمی‌گزیند. روشی که در ایران از آن استفاده می‌شود روش SMW-F ، است. به طور کلی جوشکاری ترمیت شامل سه مرحله اصلی است.
- آماده سازی و عملیات قبل از جوشکاری؛ در این مرحله تجهیزات مورد نیاز در محل قرار گرفته و پس از برس زنی و تمیز کردن دو سر ریل‌ها، عملیات پیش گرمایش انجام می‌گیرد.
- واکنش ترمیت و ریختن آن؛ این مرحله در ادامه پیش گرمایش دو سر ریل بوده و در آن ترمیت واکنش داده در محل قالب ریخته می‌شود.
- عملیات تکمیلی؛ این مرحله به برداشت تجهیزات و صاف کردن محل جوش می‌پردازد.
روش SMW
این روش از متداولترین روشهای جوشکاری در راه آهن است. مقطع حاصله از آن تقریباً به شکل ذوزنقه است. علت آن وجود دو ماهیچه در طرفین جوش است. در این روش، پس از بستن قالب‌ها، مقاطع دو ریل حرارت داده شده و پیش گرم می‌شوند. در صورت استفاده از موتورهای کمپرسوری، مدت زمان حرارت دهی ۱۲ الی ۱۵ دقیقه و در صورت استفاده از سرگاز، حدود ۵ دقیقه، است.حرارت پیش گرم لازم ۹۰۰ الی ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد و فاصله درز جوشکاری ۱۴ تا ۱۶ میلیمتر است.
روش SMW-F
در این روش، مقطع جوشکاری شده در طرفین محل اتصال به صورت صاف بوده و ماهیچه آن با ماهیچه مقطع SMW تفاوت دارد. این روش با استفاده از قالب پیش ساخته قابل اجرا است که در این صورت با سرعت بیشتری انجام خواهد شد. درز جوشکاری در این روش ۲۰ الی ۲۲ میلیمتر است. دمای پیش گرم در این روش حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد بوده که توسط گرمکن اکسیژن پروپان ایجاد می‌شود و در مورد ریل‌های UIC60 حدود ۷ الی ۸ دقیقه به طول می‌انجامد.
روش SKV (روش جوشکاری با زمان پیشگرم کوتاه)
این روش برای خطوط پرتردد مفید است. زمان جوشکاری در این روش بین ۱۲ تا ۱۵ دقیقه است. زمان پیش حرارت‌دهی در این روش ۱ الی ۲ دقیقه است. که این مسئله باعث کاهش زمان جوشکاری شده است. در این زمان حرارت دو سر ریل به ۶۰۰ درجه سانتی گراد می‌رسد. حرارت لازم برای ذوب در سر دو ریل از طریق افزایش مقدار ترمیت مورد نیاز، تأمین می‌شود. درز جوشکاری در این روش ۲۴ الی ۲۶ میلیمتر است. برای تعمیر مشکلات ریل نظیر شکستگی‌ها یا سایر مشکلات، روشی به نام SKV-75 وجود دارد. که در آن درز جوشکاری ۷۵ میلیمتر است.
روش LSV (پر کردن سوراخ‌های ضعیف دو سر ریل)
در مواقعی که لازم باشد علاوه بر جوشکاری دو سر ریل‌ها، سوراخ‌های موجود در دو سر ریل‌ها که از آنها برای بستن اتصالی استفاده می شود، نیز پر شوند از روش LSV برای این منظور استفاده می‌شود. در این روش، تمامی قسمت‌ها (سر ریل‌ها و سوراخ‌های طرفین آنها) در یک زمان جوشکاری می‌شود.
جوشکاری برقی
جوشکاری برقی در کنار جوشکاری ترمیت، روشی متداول برای حذف درز ریل‌ها است. از مزایای جوشکاری برقی در مقایسه با جوشکاری ترمیتی، نیفزودن ماده اضافی است که این مسئله در استحکام ریل و بقای آن تاثیر زیادی دارد. جوشکاری برقی به دو طریق در راه آهن انجام می‌شود. در روش اول در یک کارگاه ثابت، ریل‌ها را به طول‌های مورد نیاز جوشکاری کرده و سپس به کمک جرثقیل، به محل خط برای نصب حمل می‌کنند. در روش دوم، به کمک ماشین‌های جوشکاری مدرن ثابت و متحرک در طول خط ، عملیات جوشکاری انجام می‌گیرد.
اصول جوشکاری برقی
ابتدا در دو سر ریل قوس الکتریکی ایجاد می‌کنند. اساس کار، بر مبنای ولتاژ کم و آمپر زیاد استوار است. بعد از رسیدن دو سر یا دو انتهای ریل‌ها به حالت ذوب، دو سر ریل را با نیرویی متناسب با مقطع ریل، بهم فشرده و ممزوج می‌کنند. برای این منظور دو سر ریل را بطور مطلوب در دو گیره مخصوص که روی ماشین قرار دارد، محکم می‌نمایند. هر یک از گیره‌ها جداگانه به دو قطب دستگاه مبدل (ترانسفورماتور) ماشین جوشکاری وصل می‌شود. یکی از گیره‌ها ثابت است و دیگری متحرک که می‌تواند در جهت طولی موازی محور ریل بسته شده و حرکت کند. حال اگر گیره متحرک یک حرکت منظم تناوبی داشته و به جلو و عقب برود، برخوردهایی متوالی بین دو سر ریل بوجود می‌آورد که در نتیجه تولید جرقه یا قوس الکتریکی می‌کند و این جرقه‌های برقی بین دو سر ریل تولید حرارت می‌کند، تا حدی که سر ریل‌ها به حالت خمیری درآمده و مستعد بهم جوش خوردن می‌شود.
خصوصیات ماشین جوشکاری برقی
ماشین جوشکاری برقی باید دارای خصوصیات زیر است.
- حداقل زمان ممکن را برای جوشکاری دو ریل بکار برد، بنحوی که بتوان از کارگاه جوشکاری ۲۰ تا ۵ جوش درز ریل در ساعت بدست آورد.
- به سهولت و سرعت، ریل را به جای خود گذارده و دستگاه را تنظیم کند.
- ساختمان ماشین باید به گو نه‌ای طراحی و پیش بینی شده باشد که هیچگونه آثار خستگی در اجزاء آن بوجود نیاید و ضمناً قسمت‌های مختلف آن داغ نشوند و عملیات جوشکاری در مدت کمی بطور یکنواخت انجام پذیرد.
بررسی‌های ریل قبل از انجام جوش
لازم است که قبل از شروع عملیات جوشکاری، پیمانکار روش کار و برنامه زمان‌بندی اجرای عملیات جوشکاری را به اطلاع دستگاه نظارت برساند و موافقت آن دستگاه را مبنی بر صحت روش درنظر گرفته شده، اخذ کند. هر دو روش جوشکاری ریل‌ها (ترمیت و الکتریکی) در صورت رعایت کلیه موارد فنی مورد قبول هستند. عملیات جوشکاری پیوسته ریل‌ها را می‌توان به یکی از صورت‌های زیر انجام داد.
- انجام عملیات جوش طویل توسط ترمیت و پیوسته کردن آنها با جوشکاری ترمیت.
- انجام عملیات جوشکاری طویل توسط جوشکاری الکتریکی و سپس انجام عملیات پیوسته کردن، توسط ماشین جوشکاری الکتریکی با رعایت موارد فنی لازم از قبیل حرارت دهی و رعایت tm (درجه حرارت تعادل) مورد نظر.
- انجام عملیات جوشکاری طویل توسط ماشین جوش الکتریکی و انجام عملیات پیوسته کردن توسط جوشکاری ترمیت.
ماشین آلات و ابزارکاری جوشکاری
لازم است که تمامی ادوات مورد استفاده برای انجام عملیات جوشکاری سالم بوده و صحت عمل کرد آنها توسط پیمانکار کنترل شده و قبل از شروع عملیات جوشکاری صحت آنها مورد تأیید دستگاه نظارت قرار گیرد. پیمانکار نباید از ابزاری که عملکرد آنها با مشکل همراه است، استفاده کند. این وسایل و ماشین آلات شامل ماشین جوشکاری برقی، ماشین آلات پیش گرمایش، سنگ زنی (بغل زنی و روزنی)، قیچی‌های برش اضافات جوش، فرم‌های ترمیت، ترمیت، گلدان و … است. همچنین این وسائل باید از نظر تعداد برای انجام عملیات جوشکاری، طبق برنامه ریزی انجام شده کافی باشند.
بررسی‌های حین انجام جوش ترمیت
- قبل از جوشکاری، سر ریل‌ها بازدید شوند تا هیچگونه لهیدگی در آنها موجود نباشد. در صورت وجود لهیدگی، سر ریل باید بریده و آماده شود. بعلاوه سر ریل‌ها باید عاری از هرگونه آلودگی از قبیل زنگ زدگی، روغن، گریس و … باشد و کاملاً تمیز شود (به فاصله cm ۱۵ از سر ریل).
- چرو‌ک‌ها (پلیسه‌ها) و زائده‌های موجود بر روی ریل‌ها با سوهان زدن و برس سیمی برداشته شود.
- قالب مناسب انتخاب شود (برای ریل U33 نوع SMW و برای ریل R60 نوع SMW-F). قالب‌ها باید قبل از مصرف مورد تایید دستگاه نظارت قرار گرفته و قابلیت عبور گاز آنها مناسب باشد.
- قبل از جوشکاری در مسیر مستقیم چهار تراورس و در مسیر قوس شش تراورس از طرفین درز جوش باید باز شود.
- برای هر جوش باید دو نفر مشغول به کار شوند. نفر اول شروع به پیش گرم کردن ریل در منطقه داخل قالب کند و نفر دوم مشغول آماده کردن ترمیت و گلدان شود. بطوریکه بعد از پایان پیش گرم کردن، ترمیت در گلدان آماده باشد.
- قسمت‌های اضافی و قالب احاطه کننده آن باید تا سردشدن کامل جوش در جای خود باقی بماند و از خراب کردن آنها خودداری شود. بعد از سردشدن جوش این قطعات به سادگی حذف شده و از بین می‌روند.
- کنترل ظاهری جوش طبق دستورالعمل بطور خلاصه شامل کنترل افتادگی در جوش، داخل یا خار ج بودن جوش، بلند بودن جوش و سایر عیوب ظاهری است که در بخش مربوط به کنترل مشخصات هندسی آورده شده است.
- پس از هر جوشکاری، بالاست زیر تراورس‌هایی که در مجاورت و دو طرف محل جوشکاری قرار گرفته‌اند، باید به محض از بین رفتن گرمای حاصله از جوشکاری مستحکم شود.
بررسی‌های حین انجام جوش با ماشین جوش برقی
- قبل از شروع جوشکاری، تمامی پابندهای مربوط به ریل باز شده و ریل آزاد شود.
- برای آنکه جریان بخوبی برقرار شود، لازم است که ابتدا و انتهای ریل‌ها (در محل اتصالی) توسط دستگاه فرز پاک شود.
- ماشین جوشکاری به دستگاه ثبات مجهز است که پارامترهای مختلف مربوط به جوش نظیر مقدار جریان، ولتاژ و مقدار پرس را ثبت می‌کند و اگر مقادیر ثبت شده در محدودۀ قابل قبول باشد، جوش انجام شده را تأیید می‌کند. اگر ماشین جوش برقی مجهز به دستگاه ثبات نبوده یا اینکه از کارافتاده باشد، لازم است که برای کنترل پرس مطلوب دستگاه، مقدار خوردگی ریل‌ها به ازاء هر بند جوش برابر ۳ سانتی متر باشد. این مسئله بیانگر پرس مطلوب دستگاه خواهد بود. دستگاه ثبات جوش ماشین جوشکاری الکتر یکی در صورت راه‌اندازی، وسیله‌ای مطمئن برای کنترل کیفیت جوش‌های انجام شده است.
- سلامت ماشین جوشکاری (سیستم‌های الکتریکی، هیدرولیکی و پن وماتیکی)، همه روزه باید از طرف پیمانکار کنترل شده و به ناظر مقیم در محل اعلام شود. در صورت عدم حضور ناظر، مسئولیتی از عهدۀ پیمانکار سلب نخواهد شد.
دستورالعمل پیوسته کردن ریل‌ها
پیوسته کردن ریل‌ها به سه روش قابل انجام است که هر سه روش با رعایت مشخصات فنی، قابل قبول‌اند . این سه روش در بخش بررسی‌های قبل از انجام جوشکاری، آورده شده است. مسائلی که باید قبل از شروع عملیات پیوسته کردن در نظر گرفته شود، به قرار زیر است.
- مقدار بالاست موجود در خط باید برای عملیات جوشکاری پیوسته کافی باشد . مقدار این بالاست براساس پروفیل‌های عرضی مسیر که در نقشه‌های روسازی موجوداند، کنترل خواهد شد.
- کهنه بودن و استهلاک ریل‌ها، بررسی شود.
- سالم بودن آلات اتصال ریل به تراورس کنترل شود.
- لهیدگی سر ریل‌ها باید بررسی و در صورت لزوم با بریدن سر ریل‌ها و عملیات تامپو نزنی، درزها اصلاح شوند.
بازرسی و کنترل کیفیت جوشکاری درز ریل و آزمایش‌های آن
- بعد از عملیات جوشکاری و سرد شدن ظاهر جوش باید از نظر عیوب احتمالی کنترل شود. این عیوب می‌تواند به صورت افتادگی در جوش، داخل یا خارج بودن، بلند بودن جوش، حفره‌دار بودن ظاهر جوش و سایر عیوب ظاهری باشد.
- قسمت تحتانی محل جوش باید با استفاده از یک آینه به دقت مورد بازرسی قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که حفره یا سرباره ندارد.
- منطقه وسط جوش با سختی سنجی پرتابل توسط بازرسین برای مقایسه با نمونه‌های استاندارد، سختی‌سنجی شود. با دستگاه پرتابل، آزمایش ترکیابی انجام گیرد.
- از هر ۴۰۰ الی ۵۰۰ عدد جوش و یا در پایان هر ماه کاری باید یک نمونه جوش توسط بازرس کیفیت انتخاب شده و تحت
- آزمایش‌های متالوگرافی، خستگی و تجزیه شیمیایی قرار گیرد و کیفیت آن بررسی شود. در صورت رد شدن این جوش عملیات جوشکاری تا رفع عیب باید متوقف شود. در این صورت با بررسی روش جوشکاری اشکال موجود در آن پیدا شده و جوش‌های قبل از آن نیز بررسی می‌شوند تا در صورت وجود عیب اقدام به از بین بردن جوش‌های معیوب شود و جوشکاری مجددا صورت گیرد. بدیهی است که در زمان انجام آزمایش‌ها، جوشکاری همچنان ادامه می‌یابد.
- گزارش مربوط به کیفیت جوش‌ها و نتایج حاصل از آزمایش‌ها باید به صورت هفتگی از طریق مأمور کنترل و با اطلاعاتی چون شماره بند جوش، درجه حرارت ریل، درجه حرارت هوا، زمان جوشکاری و نام مأمور کنترل، تنظیم شود.
