فورجینگ

تاریخچه فورجینگ

این روش که از سنتی‌ترین و ساده‌ترین روش‌های اتصال فولاد است به زمان باستان و استخراج آهن از سنگ معدن برمی‌گردد. به‌این‌ترتیب که فولاد را تا حد خمیری حرارت می‌دادند و با چکش‌کاری به خروج هوا و ناخالصی‌ها و تشکیل یک جسم صلب یکپارچه کمک می‌نمودند. باگذشت زمان و با روش سعی و خطا، بشر توانست این روش را تکمیل نماید.

این روش جوشکاری حالت‌جامد، اولین بار در دهه۱۹۳۰ میلادی، در ایالات‌متحده آمریکا و ژاپن یکی از زیرشاخه‌های جوشکاری گاز اکسی استیلن و با عنوان Gas Pressure Welding (GPW) گسترش یافت. در سال ۱۹۵۲ میلادی در کشور کانادا، از این روش جوشکاری برای اتصال ریل‌ها و لوله ها و پس‌ازآن در جوشکاری میلگردهای فولادی  استفاده‌شده است. باگذشت زمان و پیشرفت علم، این روش برای اتصال فلزات سخت همچون فولاد نرم و تیتانیوم مورداستفاده قرار گرفت. کشورهای آلمان، روسیه و ژاپن مطالعات بسیاری در این زمینه داشته‌اند. کشور ژاپن انجمن جوشکاری فورجینگ سربه‌سر میلگرد تاسیس و استاندارد آن را ارائه نموده است.

در کشور عزیزمان ایران، از دهه ۵۰ شمسی، در احداث خط آهن سراسری، و به‌مرورزمان در اتصال سربه‌سر میلگردها و مقاطع فولادی مورداستفاده قرارگرفته است. مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران در اسفندماه ۱۳۸۸، روش جوشکاری فورجینگ سربه‌سر میلگرد را در ویرایش پنجم کتابچه فناوری‌های نوین ساختمانی با عنوان جوشکاری میلگرد با استفاده از گاز اکسی استیلن مورد تائید قرار داده و با  شرط رعایت ضوابط و شرایط معینی، استفاده از این روش را در ایران مجاز دانسته است.

جوشکاری فورجینگ (Forge Welding)

در اتصال فورجینگ، به‌جای وصله پوششی(اورلپ) میلگردها، از اتصال سربه‌سر تحت‌فشار و گرما استفاده می‌شود. ابتدا مقاطع اتصال به‌طور کامل از هرگونه ناخالصی(زنگ‌زدگی، روغن و گردوغبار) پاک‌شده و در داخل گیره نگهدارندِ مخصوص، مهار می‌شوند. سپس توسط یک مشعل گاز اکسی استیلن، تا دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت می‌بیند تا به حالت خمیری درآیند. درنهایت به‌وسیله چکش یا پرس هیدرولیکی آن دو مقطع را به یکدیگر فشار داده تا در هم‌پیوسته شده و جوش بخورند. در حقیقت با این روش، مولکول‌های فولاد، انرژی لازم برای تشکیل پیوند مولکولی را به دست آورده و در ناحیه دو سر مقطع با یکدیگر ترکیب‌شده و تبلور جدید صورت می‌گیرد. متناسب با قطر میلگردهای متصل شونده، شدت حرارت و فشار نیز تغییر می‌کند.

کنترل کیفیت جوشکاری از طریق انجام آزمایش‌های کشش (Tensile Test) ،خمش

 (Bending Test) و تست اولتراسونیک (UT)در مراکز معتبر صورت می‌گیرد.

جوشکاری فورجینگ

فورجینگ میلگرد (به انگلیسی: Gas pressure welding of rebar) یک روش جوشکاری در فلز است که در آن پس از حرارت دادن به دو بخش متصل شونده تا دمای خمیری شدن فولاد و سپس پرس دو قطعه روی هم ایندو قطعه را در هم ادغام ،ترکیب یا به اصطلاح فورج می‌کند. قابل ذکر است که از این تکنولوژی در سال‌های دور ۱۳۵۱ خورشیدی در خط آهن سراسری ایران استفاده شده‌است.
امروزه مهمترین کاربرد آن در اتصال سر به سر میلگرد است.

فورجینگ سر به سر میلگرد

در فورجینگ سر به سر میلگرد ابتدا در دهه ۱۹۳۰ میلادی در کانادا تحت عنوان یکی از زیرشاخه‌های فرایند جوشکاری گاز اکسی استیلن و با نام gas pressure welding گسترش یافت. از آن پس، این روش به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفت و در ابتدا به منظور جوشکاری ریل‌ها و لوله‌ها و بعد از آن در جوشکاری میلگردهای ساختمانی به کار گرفته شد.
با افزایش ساخت و ساز و رشد سازه‌های شهری و بلندمرتبه‌سازی، توجه به مقاوم‌سازی، استحکام بیشتر و حفظ امنیت جانی و مالی این نوع جوش در اهمیت قرار گرفته و به دلیل ضریب ایمنی بالا آن و کاهش هزینه‌ها، وارد حوزه ساخت‌وساز گردید. در این روش به جای بر روی هم قراردادن(Overlap) بخش انتهایی میلگردها، دو سر میلگرد توسط حرارت در دمای مشخص ۱۲۰۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد و همزمان فشار هیدرولیکی (که به دو سر میلگرد وارد می‌آید) به یکدیگر اتصال داده و اصطلاحاً فورج می‌شود.

مزایای فورجینگ سر به سر

۱. صرفه جویی ۲۰ تا ۳۰ درصدی در مصرف با حذف بر روی هم قراردادن میلگردها(Overlap) و حذف پرت‌ها.
۲. کاهش نیروی انسانی با توجه به کاهش مصرف
۳. کاهش کلیه هزینه‌ها از جمله حمل‌ونقل با توجه به کاهش مصرف.
۴. اتصال میلگرد غیرقابل مصرف به همدیگر و استفاده مجدد از آنها.
۵. کاهش وزن اصلی سازه و متناسب با آن کاهش نیروهای ثقلی جانبی و در نتیجه بالا رفتن مقاومت سازه در مقابل زلزله.
۶. کاهش اشتباهات انسانی آرماتور بند ها معمولاً برای کاهش مصرف میلگردها از طول روی هم قراردادن(Overlap) آنها کم می‌کنند که این عمل سبب کاهش مقاومت میلگردها در نقاط اتصال (جوش) و در نتیجه کاهش مقاومت سازه می‌شود) همچنین تنها راه حل برای اصلاح کوتاه آمدن میلگردها به دلیل خطای آرماتوربند یا تصمیم به افزایش طبقه یا ادامه پروژه این تکنولوژی می‌باشد.
۷. امکان لرزه (Vibration) بهتر در هنگام بتن ریزی، با توجه به کاهش حجم اضافی میلگردها در نقاط اتصال.
۸. افزایش قابل توجه درگیری بتن با میلگردها با توجه به کاهش حجم اضافی میلگردها در نقاط اتصال.
۹. افزایش مقاومت در نقطه اتصال، به‌طوری که مقاومت در این نقطه به خاطر افزایش سطح میلگرد، بیشتر از سایر نقاط در طول میلگرد می‌باشد.
۱۰. سرعت اجراءبالاتر و هزینه اجراء پایینتر نسبت به “اتصال مکانیکی میلگرد”

فناوری اجرایی

به عنوان یک روش فاز جامد محسوب می‌شود که در آن، اتصال بدون ذوب کامل فلز پایه انجام می‌گردد. به دلیل نبود عنصر واسطه برای اتصال دو قطعه در این روش این نوع جوش از مزایای خوبی نسبت به روش‌های متداول و معمول برخوردار می‌باشد. در این روش عمل حرارت دهی انتهای میلگردها توسط یک مشعل اکسی استیلن انجام می‌گردد که باعث می‌شود دو سر میلگردها به حالت پلاستیک درآید، همزمان فشار بر روی دو میلگرد که به حالت سر به سر روبروی یکدیگر قرار گرفته و در داخل یک گیره نگهدارنده مهار شده‌اند، اعمال گردیده و جوشکاری صورت می‌گیرد.
در این روش مدت زمان حرارت دهی و میزان اعمال فشار به قطر میلگردهای جوش شونده بستگی دارد.
یکی از نکات مهم در این روش ،عاری بودن سطوح انتهایی میلگردها از لایه اکسیدی ، آلودگی سطحی و بتن می باشد، به نحوی که وجود ناخالصی اکسیدی در فصل مشترک جوش، باعث عدم استحکام این نوع اتصال می‌گردد. استفاده از تجهیزات برشکاری و لبه سازی با اره سرد بر هوا خنک و تیغه” تنگستن کارباید” مخصوص دور پایین دراین روش جوشکاری الزامی می‌باشد.گواهینامه جوشکاری برای اپراتور الزامیست.

از جمله فلزهای مناسب جوش فورجینگ عبارت‌اند از :
• فولادهای آلیاژی
• فولادهای کربنی
• آلومینیوم
• برنج
• مس

قالب‌های جوشکاری فورج :

قالب‌های جوشکاری فورج دو نوع هستند.
• قالب‌های بسته فوج (IMPRESSION DIE FORGING):
برای ساخت یک قطعه روش‌های مختلفی وجود دارد که می‌بایست بهترین روش را انتخاب کرد. قالب‌های بسته فوج گزینه‌ی مناسبی برای ساخت قطعه شناخته‌شده، اما نمی‌توان گفت که حتماً بهترین روش است. قالب بسته‌ی فوج طی مراحلی با توجه به ابعاد، وزن و جنس قطعه آن را به شکل‌های مختلف و پیچیده هندسی درمی‌آورد. هر چه دستگاه پتک یا پرس بزرگ‌تر باشد امکان ساخت قطعات سنگین نیز بیشتر است.
قالب‌های بسته فوج برای شکل‌دهی قطعات بزرگ یا بسیار بلند مناسب نیست.

روش کار با قالب بسته‌ی فورجینگ داغ بسیار ساده است به این صورت که ابتدا قطعه‌ی موردنظر بین دونیمه‌ی قالب قرارگرفته سپس نیرو یا فشار پرس مانند (از نوع هیدرولیکی، مکانیکی یا چکش‌ مخصوص) به قالب وارد می‌شود و باعث می‌شود قطعه فرم قالب را به خودش بگیرد.
البته در بعضی مواقع بسته به خصوصیات قطعه ممکن است با یک‌بار عملیات پرس‌کاری قطعه به‌خوبی فرم نگیرد لذا باید در چند مرحله پرس‌کاری انجام شود تا به نتیجه‌ی مطلوب برسد.
برای ساخت قالب‌های بسته فوج از فولادهایی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد مانند استحکام قوی و چقرمگی مناسب، استفاده می‌گردد.
• قالب‌های باز فوج (OPEN DIE FORGING):
قالب باز فوج یکی دیگر از روش‌های شکل‌دهی قطعه است که به آن فورج کاری سرد نیز می‌گویند.
در این روش عملیات فورج به شکل‌های مختلفی مانند: کله زنی، کشش، خم‌کاری، استروژن و نقش زنی انجام می‌شود که نیاز به نیروی بیشتری نسبت به فورج با قالب بسته دارد زیرا دقت ابعاد قطعات تولیدشده با این روش بیشتر است.
با به‌کارگیری شیوه‌ی قالب بسته فورج می‌توانید ساختار دانه‌‌های فلز و جریان فلز را کنترل کنید و درنتیجه به چقرمگی و استحکام دلخواه رسید.
از قالب‌ بسته فوج بیشتر در شرایط بحرانی و تنش بالا استفاده می‌کنند.

تفاوت قالب بسته و باز در جوش فورجینگ چیست؟

در فورج قالب باز قطعه موردنظر کاملاً پوشانده نمی‌شود.
شکل‌دهی بسیاری از قطعات فلزی با قالب بسته امکان‌پذیر است.
استفاده از قالب باز فوج مقرون‌به‌صرفه تر از قالب بسته است.
دقت کار در قالب‌های بسته بیشتر است.
درروش فورج با قالب بسته ابعاد قطعه کار محدود بوده و به ابعاد قالب و دستگاه پتک یا پرس بستگی دارد؛ اما درروش فورج با قالب باز می‌توانید قطعات بسیار بلند را به‌صورت تدریجی به فضای میان قالب‌ها وارد کنید.

کاربردهای رایج جوشکاری فورجینگ :

• اتصال میلگردهای ستون‌های بتنی
• اتصال میلگردهای به‌کاررفته در تیر برق‌ها
• جوش میلگردهای دیوارهای برشی
• اصلاح میلگرد و بولت های آسیب‌دیده
• و…

آیین‌نامه و ضوابط جوشکاری فورجینگ :

یکی از محکم‌ترین جوشکاری‌ها فورجینگ است که طبق استانداردهای بین‌المللی ژاپن اجرا می‌شود. هنگام اجرای جوش فورج باید دقت کنید که دو سر مقطع از هرگونه ناخالصی اکسیدی یا همان زنگ‌زدگی تمیز باشد زیرا زنگ‌زدگی سر میلگرد باعث می‌شود که مقاومت جوش پایین بیاید.
مقدار حرارت دهی و عملیات فشار در زمان اجرای جوشکاری با توجه به قطر میلگردها اندازه‌گیری می‌شود.
برای اینکه اجرای جوش فورجینگ را بی‌نقص انجام دهید توصیه می‌شود تمامی ضوابط جوشکاری فورجینگ را رعایت کنید.

لوازم موردنیاز جوش فورجینگ شامل موارد زیر هستند:

• پمپ هیدرولیک فشارقوی
• شیلنگ فشارقوی
• گیج فورجینگ
• سیلندر هیدرولیک قوی
• شیر هیدرولیکی
• گیربکس
• دستگاه برش سرد
• پیچ‌های تثبیت
• فک
• فنر
• مشعل جوش در چند سایز
• لوله اختلاط
• شیر و فلاش‌بک
• کابل نسوز به همراه سوکت‌های استاندارد
• شیلنگ گاز و هوا
• فیتیگ مختص جوشکاری میلگرد
• مانومتر مخصوص جوش فورج
• جعبه‌ابزار تخصصی

دیدگاه ها

علی

مقاله بسیار مفیدی بود.

پاسخ
مدیر سایت

سپاس از شما

پاسخ
امیر

عالی بود

پاسخ

دیدگاه شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.