روش نوشتن WPS و انجام PQR

روش نوشتن WPS و انجام PQR

WPS اصطلاح welding procedure specification  می باشد و هدف از نوشتن آن تعریف  و بسط متغیر های جوشکاری , جهت انجام صحیح و رعایت اصول استاندارد می باشد . برای نوشتن wps از استاندارد های ASME IX و ASME II استفاده می شود .

قبل از نوشتن WPS باید متغیر های جوشکاری را بشناسیم . و ASME IX فرمتی ارائه داده است که شامل همه متغیر های جوشکاری می باشد . البته شما مجبور نیستید که حتما" از فرمت پیشنهادی ASMEIX استفاده کنید . ولی از هر فرمتی که استفاده می شود باید حاوی اطلاعات فرمت پیشنهادی ASMEIX باشد. یکی از فرمت های موجود جهت نوشتن WPS به صورت زیر است .

                                      تصویر ا: فرمت عمومی WPS

جهت پر کردن این فرم یا به نوعی نوشتن WPS  نیاز به شناختن متغیر های جوش کاری است که شما می خواهید برای آن WPS بنویسید دارد . و برای انجام این کار  طبق روش زیر عمل کنید .

1-     فرایند جوشکاری خود را مشخص نمایید . مثال هایی که می توان برای فرایند های جوشکاری در نظر گرفت . عبارتند از  SMAW , GTAW , SAW , GMAW و ... می باشند . در فرایند جوشکاری ممکن است از یک روش یا تلفیقی از روش های جوشکاری استفاده شود. به عنوان مثال فرض کنید روش جوشکاری شما GTAW+SMAW باشد. روش جوشکاری خود را در قسمت 1 بنویسید . در این قسمت علاوه بر نوشتن روش جوشکاری یا Welding process شماره  WPS نوع جوشکاری ( دستی یا اتوماتیک) و شماره PQR را که برای WPS انجام داده اید را  بنویسید . به عنوان مثال :

                                                                                                                                            WPS NO:W 001

          SUPPORT PQR:P001

          WELDING PROCESS: GTAW + SMAW

           TYPE: MANUAL

2- در قسمت 2 طراحی اتصال خود را با توجه به شرایط جوشکاری ترسیم کنید .  برخی از انواع طراحی اتصال های مختلف به صورت زیر است.

Joint desighn(QW402)

                                                تصویر 2 : شکل عمومی اتصالات BW و SW

البته شما با توجه به ضخامت فلز پایه نوع اتصال را می توانید V,X,K در نظر بگیرید .

3- این بخش جهات جوشکاری را بنوسید . (به  جهات جوشکاری در ASME IX اشاره شده است و در کتاب " کیفیت و کمیت در بازرسی فنی جوش و متریال " به طور کامل به آن پرداخته شده است . )

                                                                                                                                                                                      Position(QW405) : all(1G,2G,)

Posision of groove:all

Welding progression : up or down

4- این قسمت پیش گرم و دمای بین پاس های جوشکاری نوشته شده است . برای اینکه مشخص کنیم که آیا متریال مورد نظر به PREHEAT یا پیش گرم نیاز دارد به ASMEB31.3 مراجعه

شود .(Tabl331.1.1) . در این جدول که تصویر آن را در زیر مشاهده می نمایید . متریال را بر اساس تقسیم بندی p no  و با ضخامت های مختلف تفکیک نموده و شما می توانید ذمای پیش گرم یا

Preheat را از آن استخراج کنید . به عنوان مثال برای فولاد های کربنی با ضخامت کمتر از 25 میلیمتر حداقل دمای پیش گرم برابر با 10 درجه سانتیگراد می باشد . هم چنین حداکثر دمای بین پاس های جوشکاری یا (inter pass temp MAX)  نیز باید لحاظ شود . برای فولاد های کربنی این مقدار حدود 250 درجه سانتیگراد است.

به عنوان مثال

Preheat (Qw406)

Preheat temp: 10C

Interpass temrrature MAX: 250C

               تصویر شماره 3 : جدول 331.1.1 از ASME B31.3

5- برای اینکه مشخص شود که آیا به PWHT بعد از جوشکاری نیاز است یا خیر به (Tabl331.1.1) از ASMW B31.3 مراجعه گردد. (تصویر شماره 3 ) در این جدول در صورت نیاز به عملیات گرمایی بعد از جوشکاری به جزئیات آن اشاره شده است.

به عنوان مثال برای جوشکاری فولاد های کربنی با ضخامت کمتر از 19.05 میلیمتر که PWHT توصیه نشده است . این قسمت را به صورت زیر پر کنید. .

POST WELD HEAT TREATMENT: (QW407:

TEMRATURE RANGE:( NR)

TIME RANGE:( NR)

در این حالت به PWHT نیاز نیست بنابراین عبارت NR که مخفف NOT REQUIRED می باشد نوشته می شود.

6- فلز پایه (Base metal) :

  ASME IX  برای کاهش تعداد WPS و PQR برای فلزات مختلف P NO تعریف کرده است. به عنوان مثال در QW422 که کل متریال ASME II و بربخی از متریال سایر استانداردها را به صورت فهرست وار نوشته است شامل حدود 1800 نوع فلز از گروه های فلزات آهنی و غیر آهنی می باشد. و حدود200 فلز از این گروه فولاد های کربنی هستند . با در نظر گرفتن سایر متغیر های ضروری می توان برای همه آنها یک WPS نوشت .

Base metal(QW403)

P NO 1 GROUP NO 1 TO P NO 1 GROUP NO 1

SA-106 ,SA-53 , SA105 ,SA-283 ,SA-516 ,SA-234 GR WPB ,SA36

TO

 SA-106 ,SA-53 , SA105 ,SA-283 ,SA-516 ,SA-234 GR WPB,SA36

THICKNESS RANGE: <19.05mm

اگر از P NO  استفاده نشود د ر مثال ذکر شده ما نیاز به نوشتن 42 WPS فقط در این حالت خاص داریم .

که باعث سر درگمی اسنادی و به تناسب افزایش PQR ها می شود. در QW422 از ASME IX برای تعدادی از فلزات P NO  تعریف نشده است . این متریال را ASME از سایر استاندارد های مرتبط قرض گرفته شده است . این متریال در ASME  به عنوان متریال غیر وابسته یا NONMENDETORY موسوم هستند . عمده این فلزات از API و ASTM  عاریت گرفته شده و ASME IX برای آنها

S NO تعریف شده است . S NO  در تقسیم بندی متریال شبیه P NO  می باشد.

اگر به متریالی برخورد گردید که در استاندارد ASME IX موجود نیست با توجه به آنالیز و درصد عناصر موجود در آن , معادلی برای آن در ASME پیدا کنید و سپس برای آن P NO  تعریف نمایید.

7- فیلر و الکترود .

  برای انتخاب فیلر و الکترود باید به ASME II PART C مراجعه نمود. این بخش از استاندارد ASME II دارای یک تقسیم بندی به صورت زیر است .

 تصویر شماره 4 : فهرست مربوط به فیلر و الکترود ها در ASME II PART C

به عنوان مثال برای الکترود های جوشکاری فولاد های کربنی (P NO OR SNO 1) باید به SFA5.1 و برای فیلر های جوشکاری فولاد های کربنی به SFA5.18 مراجعه نمایید (GTAW +SMAW)

( در برنامه نرم افزاری همراه کتاب " کیفیت و کمیت در بازرسی فنی جوش و متریال " کل متریال موجود در ASME به صورت فهرست وار آمده است و آدرس مراجعه برای یافتن فیلر و الکترود در آن توضیح داده شده است.

بعد از مراجعه به ASME II PART C برای مشخص نمودن فیلر و یا الکترود به موارد زیر توجه داشته باشید .

-         درصد عناصر آلیاژی موجود در فلز پایه ( فیلر یا الکترود باید حداقل عناصر موجود در فلز پایه را پوشش دهد. )

-         خواص مکانیکی فیلر یا الکترود نباید به صورتی باشد که با فلز پایه اختلاف زیادی داشته باشد. عمده این خواص درصد تغییر طول (elongation) , تنش تسلیم (yield streghnth) , حد نهایی استحکام (ultimate tensile sterenghth) می باشند . که در ASME II هم برای فلز پایه و هم برای فیلر و الکترود به آن اشاره شده است. در استاندارد اشاره مدونی به این قضیه ندارد ولی تحقیقاتی که موسسه ای در ایالات متحده با عنوان

Fracture Toughness Behavior of Weldments with Mis-Matched Properties at Elevated Temperature

انجام داده است نشان می دهد اختلاف بین خواص مکانیکی جوش و فلز پایه نباید بیش از 10ksi باشد.

-         برای فولاد های ضد زنگ به مواردی مانند اعداد نیکل معادل و کرم معادل که با استفاده از آنها عدد فریت تعریف می شود توجه داشته باشید . اختلاف عدد فریت فلز پایه و فیلر و الکترود نباید از عدد ذکر شده در ASME II بیشتر یا کمتر باشد. در این حالت به درصد کربن فلز پایه و وجود عناصری که باغث جلوگیری از تشکیل کاربید کرم می گدند نیز توجه نمایید .

 برای مثال مورد بحث ما یعنی جوشکاری فولادی کربنی در فرایند جوشکاری GTAW +SMAW این بخش به شکل زیر تکمیل می گردد.

FILLER METAL: (QW-404)

SFA NO : 5.18 FOR ROOT PASS

FILLER: ER70S

SFA:5.1 FOR OTHER PASS:

ELECTROD: E-7018

 8- گاز  :

   برای روش های جوشکاری که نیاز به گاز های خنثی جهت جلوگیری از اکسید شدن سطح جوش و ورود آلودگی های محیط است . در برخی از روش های جوشکاری مانند GTAW استفاده از گاز جهت PURGING از داخل و یا محافظت تز گرده جوش مورد نیاز می باشد.

PURGING  برای فولاد های کربنی مورد نیاز نیست .

برای مثال مورد بحث ما این قسمت به صورت زیر تکمیل می گردد.

GAS(QW-408)

SHEILD GAS:AR 99.99%

FLOW RAT(LIT/MIN):8

GAS BACKING:NR

9 – تکنیک جوشکاری :

این بخش به تکنیکی که جوشکار با توجه به شرایط کاری اتخاذ می کند تا عملیات جوشکاری را انجام دهد اشاره دارد. ایتم های مرتبط به این بخش عبارتند از :

-         STRING و WEAVING که نوع حرکت دست جوشکار و نوسان آن را مشخص می نماید . اگر جوشکار در زمان انجام جوشکاری نوک الکترود یا فیلر را بدون نوسان به چپ و راست ذوب کند و حرکت دست او فقط در راستای جلو و عقب باشد . تکنیک را STRING می نامند .و لی اگر در حین جوشکاری نوک فیلر یا الکترود به چپ و راست نوسان داده شود این روش را WEAVING می نامند. البته دامنه نوسلان از یک تا 3 برابر قطر الکترود و فیلر است. که به اصطلح به آن OSILATION می گویند

مورد مهم دیگری که در این جا به آن اشاره شده است MULTIPLE OR SIMPLE PASS است . که در اشکال زیر نشان داده شده اند.

تصویر شماره 5 : MULTIPLE OR SIMPLE PASS

یکی از موارد دیگری هم که باید در این بخش نوشته شود نحوه تمیزکاری است .

TECHNIQUE(QW410)

STIRING OR SIMPLE PASS: BOTH

CLEANING: GRINDING

STRING OR WEAVING: BOTH

البته بخش مربوط به مشخصات الکتریکی نیز که در QW409 از ASME IX به آن اشاره شده است هم بهتر است که نوشته شود ولی چکیده موارد مذکور در انتهای فرمت WPS موجود است که نمونه ای به عنوان مثال  ذکر شده است .

تصویر شماره 6 : چکیده متغیر های جوشکاری در یک فرمت WPS

مواردی موجود در این جدول :

-         لایه های جوشکاری : که همان پاس های جوش است . در این مثال پاس یا لایه یک با روش جوش کاری GTAW و فیلری از جنس ER70S با قطر 2 میلمتر جوشکاری می شود. سرعت جوشکار یا TRAVEL SPEED در محدود 70 تا 140 میلیمتر در دقیقه است. سایر لایه های جوشکاری در این مثال با الکترود E-7018 با قطر 5/2 میلیمتر و سرعت 100 تا 180 میلیمتر در دقیقه جوشکاری می گردد.

بعد از تهیه یک WPS اولیه و متغیر های مربوط به آن باید متغیر های موجود را با انجام آزمایشات PQR تایید کرد .

مراحل انجام PQR

 یک PQR در حالت های مختلف جوشکاری و برای ورق , لوله باید جهت تایید WPS انجام شود . به نوعی با انجام PQR متغیر های 9 گانه جوشکاری در WPS را تایید یا رد می نماییم . در اینجا مراحل انجام PQR را طبق ASME IX توضیح می دهیم . ( برای PIPING )

1-     تهیه نمونه به یکی از حالت های زیر :

        تصویر 7 : تهیه نمونه برای PQR

توصیه می شود برای PIPE , جهت 6G و برای PLATE دو نمونه در جهات 2G و 3G انتخاب شوند.

2-    همزمان با انجام جوشکاری متغیر های مربوط به ولتاژ , آمپر  , سرعت جوشکار (TRAVEL

 SPEED) و تعداد فیلر یا الکترود های مصرفی را یاد داشت کنید . یادداشت تعداد فیلر و الکترود مصرفی شما را برای براورد فیلر و الکترود کل پروژه کمک خواهد کرد . سایر متغیر ها در صورت عدم تایید PQR به دلیل عدم تطابق خواص مکانیکی نمونه های مورد آزمایش , در دسترس هستند و دلیل عدم تطابق را می توان به راحتی پیدا کرد.

3 بعذ از جوشکاری آزمایشات NDT که شامل (VISUAL ,RT) هستند روی نمونه انجام شود و پس از تایید طبق الزامات ASME IX نمونه ها به آزمایشات مکانیکی ارسال گردند.

4- آزمایشات مکانیکی که روی نمونه انجام می شوند عبارتند از

- آزمایش کشش:

در آزمایش کشش نمونه ای به صورت زیر و با ابعادی که در ASME IX توضیح داده شده است تهیه می گردد.

تصویر 8 : نمونه آزمایش برای تست کشش (TENSILE TEST)

الیته لوله هایی با قطر کمتر از 3 اینچ به صورت کامل کشیده می شوند.

پس از انجام آزمایش اطلاعات زیر در اختیار شما قرار داده می شود.

تنش تسلیم (YS) , حد استحکام نهایی (UTS) , درصد تغییر طول (ELONGATION) , نیروی اعمالی در زمان تسلیم و ....

 این اطلاعات را با استفاده از نمودار تنش –کرنش (STRES –STRAIN) که در شکل زیر مشاهده می نمایید استخراج می گردد.

تصویر شماره 9 : نمودار تنش –کرنش برای سه فلز مختلف ( STRESS-STRAIN )

معیار پذیرش در این اینجا تنش تسلیم است که در ASME IX ARTIVLEI آمده است . که ترجمه آن در کتاب " کیفیت و کمیت در بازرسی فنی جوش و متریال " موجود می باشد.

-          آزمایش خمش :

نمونه  را طبق ASME IX ARTICL IV تهیه و با زاویه 90 درجه خم می کنند . (شکل )

تصویر شماره 10 : آماده سازی نمونه خمش طبق و دستگاه خمش طبق

ASME IX ARTICL IV

 بعد از خمش عیوب ایجاد شده در سطوح محدب را طبق معیار های پذیرش ASME IX ARTICLI رد یا تایید می نماییم .

-          آزمایش ضربه (IMPACT TEST) : این آزمایش در حالتی که دما ی بهره برداری پایین تر از مقادیر گفته شده برای متریال درASME II  است انجام می شود. به عنوان مثال برای فولاد های ضد زنگ در دماهای کمتر از -190 درجه سانتی گراد . مراحل انجام به صورت زیر است .

تهیه نمونه از قسمت های جوشکاری شده به صورت زیر به طوریکه الزامات ASME IX پوشش داده شود.

تصویر شماره 11 : نمونه های آماده شده جهت آزمایش ضربه (IMPACT TEST)

نمونه های آماده شده با سقوط وزنه ای شکسته شده و انرژی شکست آن به صورت واقعی به دست می آید.

تصویر شماره 12 : دستگاه آزمایش ضربه (IMPACT TEST MACHIN)

انرژی شکست به دست آمده را با مقادیر موجود در ASME II مقایسه کرده و اگر بیش از مقادیر استاندارد باشد مورد تایید است. البته نمونه ای که تحت آزمایش ضربه قرار می گیرد نباید دارای ضخامتی کمتر از ضخامت ذکر شده در استاندارد باشد. زیرا این مورد باعث می شود که انرژی شکست بیشتر شود و در تفسیر PQR به نتیجه مطلوب نرسیم . در واقع حداقل انرژی شکست که در ASME II به آن اشاره کرده است . همان KIC است که مانند Yeild Streghnth و UTS جز خواص فلز محسوب می گردد.

ارتباط بین آزمایش کشش و ضربه :

اگر مساحت زیر نمودار تنش –کرنش (STRESS-STRAIN) را محاسبه کنیم . کمیتی است از جنس انرژی , این کمیت همان TOUGHNESS یا انرژی شکستی است که در آزمایش ضربه به آن می رسیم.

این موضوع در استاندارد اشاره نشده است ولی می توان با محاسبه سطح زیر نمودار های واقعی که در آزمایشگاه به دست می آید و مقایسه آن با انرژی شکست در دمایی مشخص به درستی این فرضیه پی برد. هرچند که ASME در جایگزینی این روش محاسباتی به جای جایگزین کردن آن با آزمایش ضربه اشاره ای ندارد .ولی می توان آن را به صورت تحقیقی انجام داد.

تصویر شماره 12 : سطح مقطع زیر نمودار تنش –کرنش (STRESS-STRAIN)

می توان با قرار دادن این نمودار در یک کاغذ شطرنجی با مربع هایی به طول 1mmX1mm میزان انرژی شکست را به دست آورد .