اصول طراحی جوش شیاری از صفر تا صد همراه با 5 ویدئو جامع

جوش شیاری یک تکنیک مهم برای اتصال اجزای فولادی با مقاومت بالا است. این روش با ایجاد یک بازشدگی پخ‌دار در اتصالات، امکان نفوذ عمیق‌تر فلز جوش را فراهم می‌کند و در نتیجه، استحکام اتصال را افزایش می‌دهد.

📕 تغییرات به‌روزرسانی: آپدیت بر اساس ویرایش ۱۴۰۱ مبحث 10

email

دریافت فوری هدیه 

نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.

شکل ۱. عکس جوش نفوذی

1.1. انواع اتصال با جوش شیاری (Groove Weld)

به کمک جوش شیاری اجرای انواع اتصالات باکیفیت مناسب امکان پذیر است. یکی از نکاتی که در تشخیص نوع اتصال باید به آن توجه داشت، این است که در اکثر موارد یک قطعه در نقش تکیه گاه عمل می کند و قطعه ی دوم به آن متصل می شود.

به‌عنوان یادآوری از مقالات قبلی جوش، انواع رایج اتصالات بر اساس نحوه قرارگیری قطعات را در ادامه مرور می نماییم و سپس به آموزش جوش نفوذی می‌پردازیم.

1. اتصال لب‌به‌لب (Butt joint): در این حالت، دو ورق به‌صورت سربه‌سر در حالت افقی و در یک راستا قرار دارند.
2. اتصال پوششی (Lap joint): در این حالت، ورق  دوم به‌صورت افقی مانند یک پتو روی قسمتی از ورق پایه را می-پوشاند.
3. اتصال سپری یا گونیا (T-joint): در این حالت، ورق  دوم با زاویه ۹۰ درجه روی ورق پایه جوش می شود.
4. اتصال گوشه (Corner joint): این حالت مشابه اتصال سپری است با این تفاوت که گوشه ی ورق ها به هم جوش می-شود.
5. اتصال لبه (Edge  joint): این حالت مشابه اتصال پوششی است، با این تفاوت که لبه ی مشترک دو ورق به صورت همباد یکدیگر جوشکاری می شود.

شکل ۲. اتصال لب‌به‌لب (Butt joint) با انواع جوش شیاری

شکل 3. اتصال سپری(T-joint) با انواع جوش

شکل 4. اتصال گوشه(Corner joint) با انواع جوش

شکل 5. اتصال لبه(Edge joint) با انواع جوش

شکل 6. کاربرد جوش دوطرفه در انواع اتصال

با مشاهده  این ویدئو، با انواع رایج اتصال به طور کامل آشنا خواهید شد.

همان طور که از نام این نوع جوش مشخص است، میزان نفوذ فلز جوش در این نوع نسبت به جوش گوشه بیشتر است. به همین دلیل نیاز است که پیش از شروع جوشکاری، قالب و بستر مناسب برای قرارگیری مذاب جوش را آماده نماییم. اصطلاحاً باید درز (Gap/Joint) لازم بین قطعات اتصال تأمین شود. عدم دقت در آماده سازی لبه ها و هندسه  درز بر اساس دستورالعمل جوشکاری (WPS)، به علت تأثیر در روند سردشدن مذاب، منجر به ایجاد ترک های داخلی در جوش شیاری می-گردد.

شایان‌ذکر است که برای طراحی ابعاد و زوایای لبه ها بدون انجام آزمایش های غیرمخرب جهت تأیید WPS، متناسب با فرآیند جوشکاری (دستی یا انواع ماشینی) باید به جوش درزهای از پیش تاییدشده مانند AWS D1.1 مراجعه شود. در غیر این صورت، برای اطمینان از کیفیت طرح لازم است نمونه های آزمایشی (PQR)طبق استاندارد تهیه و بررسی شوند. در صورت استفاده از جداول استاندارد، باید تمامی ضوابط مربوط به طرح از قبیل سرعت جوشکاری، شدت‌جریان، نیاز یا عدم نیاز به قطعه ی پشت بند و… کاملاً بر اساس رواداری های مجاز رعایت گردد. درهرصورت انجام آزمایش‌ها تأیید کیفیت الکترود برای ارزیابی WPS الزامی است.

نکته: دستورالعمل جوشکاری WPS : Welding Procedure Specification توسط پیمانکار جوشکاری تهیه می شود  و شامل نام و کد جوشکار، کد سازنده یا خط، نوع فرایند جوشکاری، تمامی لوازم و وسایل مورداستفاده، چند پاسه بودن کار، نوع الکترود، گاز محافظ و ترکیب و فلوی آن، نوع آلیاژ و… است. جوشکار بر اساس WPS کار را اجرا نموده و بازرس (ناظر) کیفیت کار را کنترل می نماید.

نکته: یک WPS پس از انجام آزمون های PQR: Procedure Qualification Record (مخرب یا غیرمخرب) روی سازه آزمایشی و ارائه نتیجه مثبت، قطعیت پیدا می کند و قابل‌اجرا است. PQR به‌عنوان یک سند مهم شناخته می‌شود که پارامترهای واقعی جوشکاری و نتایج آزمایش مورداستفاده برای واجد شرایط بودن یک روش جوشکاری خاص را ثبت می‌کند. کاربرد این سند برای اثبات این است که جوش‌هایی که در فرآیند جوشکاری تولید می‌شوند، خواص مکانیکی و متالورژیکی مطابق با کدها و استانداردهای مربوطه دارند.

2.1. جوش شیاری در چه المان و مقاطعی کاربرد دارد؟

بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، در مواردی که بارگذاری تناوبی بر اتصال جوشی اعمال می شود استفاده از جوش شیاری بانفوذ نسبی مجاز نبوده و فقط جوش شیاری بانفوذ کامل مورد قبول است. به همین علت در بخش ضوابط لرزه ای این مبحث کاربرد جوش شیاری در مواردی که تأمین شکل پذیری و ظرفیت بالای اتصال مطرح است از این نوع جوش یاد شده است. از جمله این موارد عبارت‌اند از:

1. وصله کلیه ستون هایی که به‌صورت لب‌به‌لب در کارخانه صورت می گیرند بر اساس تبصره  بند ۱۰-۳-۲-۱۲
2. وصله مستقیم تیرهای باربر لرزه ای بر اساس بند ۱۰-۳-۲-۱۳
3. اتصال ورق های مضاعف به بال ستون در شکل پذیری متوسط و زیاد بر اساس بند ۱۰-۳-۳-۲
4. اتصال ورق های پیوستگی به بال و جان ستون در شکل پذیری متوسط و زیاد بر اساس بند ۱۰-۳-۳-۲-۸ و ۱۰-۳-۳-۳-۱۰
5. اتصالات گیردار از پیش تایید شده که به تفکیک برای هر بخش تعریف شده است و در مقالات بعدی به طور مفصل بیان خواهند شد. بر اساس ضوابط لرزه ای AISC360  و مبحث دهم، تمامی جوش های اتصالات قاب های خمشی متوسط و ویژه باید آزمایش غیرمخرب شوند.

نکته: در مواردی که نیاز به مقاومت بالا است برای تقویت جوش شیاری نفوذ کامل یا بهبود هندسه  اتصال، از جوش گوشه تقویتی استفاده می شود. از وظایف طراح، مشخص نمودن موقعیت دقیق این جوش ها روی نقشه است.

نکته: جهت طراحی برخی از جوش های اتصالات یا وصله های اعضای باربر جانبی که به جوش های نیاز بحرانی معروف هستند، باید به ضوابط استاندارد  AWS D1.8: (SLRS) مراجعه شود. سایر جوش های این اعضا با ضوابط AWS D1.1 طراحی و ارزیابی می شوند. برای مثال جوش های ورق های پیوستگی و اتصال گیردار بال تیر به ستون در قاب های خمشی متوسط و ویژه با نیاز بحرانی هستند.

نکته: جوش های نیاز بحرانی بر اساس سطح تسلیم مورد انتظار و یا تقاضای تنش بالاتر طراحی می شوند، یا درزهایی هستند که گسیختگی آن‌ها منجر به افت قابل‌توجهی در مقاومت و سختی سیستم مقاوم لرزه ای می شود. این جوش ها مشمول نیازهای اضافی آیین نامه جهت کاهش احتمال شکست می باشند.

به طور خلاصه، جوش شیاری یک تکنیک جوشکاری بسیار رایج است که شامل ایجاد یک شکاف مایل در اتصالات است تا نفوذ عمیق ماده جوش تسهیل شود. این روش به‌ویژه برای اتصال قطعاتی که در یک سطح قرار دارند، مانند اتصالات لب‌به‌لب، مؤثر است؛ بنابراین با توجه به عملکرد این جوش، از آن در بخش‌های مختلف صنعت مانند صنایع لوله‌سازی، صنایع نفت، پتروشیمی و گاز برای اتصال خطوط انتقال و صنعت ساختمان استفاده می‌شود. جوش شیاری در ساختمان عموماً برای یکپارچه نمودن ورق ها در تولید ستون های قوطی، تیرورق ها و اتصالات گیردار تیر به ستون کاربرد بیشتری دارد. دقت نمایید که هندسه درز، در کیفیت و اقتصاد جوش شیاری تأثیر زیادی دارد. برای درک این موضوع لازم است با اجزای مختلف شیار آشنا شویم.

با مشاهده  این ویدئو در کلاس درس جوش شیاری شرکت خواهید نمود.

3.1. در چه صورت جوش شیاری معیوب محسوب می‌شود؟

جوش شیاری می‌تواند تحت شرایط مختلفی معیوب محسوب شود که عمدتاً به هندسه جوش شیاری و کیفیت جوش در فرآیند جوشکاری مربوط می‌شود. در ادامه موارد اصلی که در آن جوش شیاری معیوب در نظر گرفته می‌شود، ذکر شده است:

۱- شکل جوش ضعیف باشد که ناشی از زاویه نامناسب شیار بین دو قطعه، فاصله کم ریشه و ابعاد نادرست جوش ریشه می‌تواند باشد.
۲- همجوشی و نفوذ ناقص اتفاق افتاده باشد که می‌تواند ناشی از عدم ذوب کافی مواد جوش به دلیل دمای پایین و یا عدم نفوذ مناسب جوش بین دو قطعه باشد.
۳- جمع‌شدن سرباره، به‌طورکلی سرباره به مواد جامد غیرفلزی گیر افتاده در مهره جوش گفته می‌شود که می‌تواند یکپارچگی جوش را به خطر بیندازد. این نقص اغلب به دلیل تمیزکردن نامناسب ناحیه جوش یا تکنیک‌های جوش نادرست ایجاد می‌شود.
۴- رخ‌دادن برآمدگی موضعی بیش از حد یا گرده اضافی که در صورتی رخ می‌دهد که فلز جوش بیش از حد رسوب‌کرده باشد که منجر به تمرکز تنش و کاهش مقاومت اتصال می‌شود.
۵- در صورت داشتن اعوجاج و ترک‌خوردگی که می‌تواند به دلیل تنش‌ دمای بالا، ضعیف‌ بودن خواص مواد و یا تکنیک‌های نامناسب جوشکاری باشد.

2. جوش گوشه

جوش‌های گوشه که با نام‌های جوش نبشی، ماهیچه‌ای و سپری نیز شناخته می‌شوند، اغلب با سطح مقطع مثلثی (زاویه ۹۰ درجه) خود قابل‌تشخیص هستند؛ اما می‌توان آن را در زاویه کمتر یا بیشتر (حداکثر تا ۱۴۵ درجه) نیز بکار برد. این جوش‌ها  نقش حیاتی در اتصال اجزای فلزی دارای زاویه ایفا می‌کنند و در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند و یکپارچگی سازه را تضمین می‌کنند.

همان‌طور که اشاره شد، جوش‌های گوشه برای اتصال دو قطعه فلزی در یک زاویه طراحی شده‌اند و یک مقطع مثلثی برای توزیع مؤثر بار تشکیل می‌دهند. این جوش به فرم‌های مختلفی مانند اتصالات T، اتصالات لبه و اتصالات گوشه‌ای اجرا می‌شوند و به طور گسترده در زمینه‌های سازه‌ای مانند ساختمان‌ها و پل‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. از مزایای جوش گوشه می‌توان به مقرون‌به‌صرفه بودن، سهولت کاربرد در پیکربندی‌های مختلف و عدم نیاز به آماده‌سازی لبه‌ها اشاره کرد. هرچند مانند هر روش دیگری این جوش نیز دارای معایبی هستند که عبارت‌اند از:

۱- ممکن است در شرایط خاصی در مقایسه با جوش‌های لب‌به‌لب مقاومت کمتری داشته باشند.
۲- دستیابی به کیفیت ثابت در جوش گوشه به دلیل تفاوت در تکنیک و آماده‌سازی لبه‌ها، می‌تواند دشوار باشد.

در ادامه در قالب یک جدول به بررسی تفاوت‌ جوش شیاری و گوشه در مراحل مختلف می‌پردازیم:

به‌طورکلی انتخاب بین جوش شیاری و جوش گوشه بستگی به نیازهای خاص پروژه دارد. اگر استحکام بالا و نفوذ عمیق مدنظر باشد، جوش شیاری گزینه مناسبی است. اما اگر سرعت اجرا و هزینه اهمیت بیشتری داشته باشد، جوش گوشه انتخاب بهتری خواهد بود.

❓جوش شیاری چه فرقی با جوش گوشه دارد؟

به طورکلی هدف اصلی از فرایند جوشکاری، ایجاد اتصالی قوی بین قطعات است؛ به‌گونه‌ای که در برابر انواع بارگذاری و عوامل خارجی مانند یک جسم واحد عمل کنند و ازهم‌گسسته نشوند. واضح است که هرچه میزان نفوذ عامل اتصال (مذاب جوش) در قطعات بیشتر باشد، این یکپارچگی بیشتر خواهد بود. با افزایش کیفیت جوشکاری و استفاده از روش اجرای مناسب، این هدف به درستی حاصل خواهد شد.

همان طور که در مقاله قبل گفتیم، جوش گوشه یک جوش با درز بسته (Close Root) است که عموماً نیاز به آماده سازی خاصی ندارد و تنها وظیفه انتقال بار را در سازه ها برعهده دارد. جالب است بدانید سازه پل طبیعت تهران با استفاده از جوش گوشه اجرا شده است. اما هنگامی که در یک اتصال، علاوه بر انتقال نیرو لازم است خودجوش نیز در تحمل نیروها مشارکت کند و به‌نوعی بخشی از فلز پایه تلقی گردد، جوش شیاری مطرح می گردد که در صورت رعایت همه ضوابط طراحی و جوشکاری، از استحکام بالایی برخوردار است. برای دستیابی به این هدف لازم است بادقت لبه سازی انجام گیرد.

❓جوش شیاری یا جوش گوشه؟

از نظر اصول طراحی سازه، مهم ترین دلایل استفاده از جوش شیاری، تأمین ظرفیت باربری بالا توسط اتصال جوشی در بارگذاری های تناوبی و دوام آن در برابر ضربه است. از طرفی در تعیین نوع و هندسه جوش شیاری باید به هزینه اجرایی طرح نیز توجه داشت.

در یک آزمایش، برای تأمین جوش تمام قدرت با ظرفیت کامل (۱۰۰%) در یک اتصال سپری، انتخاب های زیر از نظر هزینه اجرا با یکدیگر مقایسه شده اند:

1. جوش گوشه دوطرفه (ساق جوش حدود ۷۵% ضخامت ورق اتصال)
2. جوش شیاری نیم جناغی دوطرفه بانفوذ کامل (زاویه پخ ۴۵ درجه و دهانه  ریشه ۳ میلی متر)
3. جوش شیاری بانفوذ نسبی (زاویه پخ ۶۰ درجه)

اصطلاح “ظرفیت ۱۰۰%” به حداکثر پتانسیل خروجی یا سطح عملکردی اشاره دارد که در یک فرآیند جوشکاری در شرایط ایده‌آل می‌توان به دست آورد. این مفهوم برای درک دقیق‌تر چگونگی کارکرد تجهیزات جوشکاری و درصد مؤثر بودن آن‌ها و همچنین مقدار موادی که در طی فرآیند جوشکاری لازم است، مؤثر است. به‌طورکلی این ظرفیت نشان‌دهنده عملکرد و کارایی بهینه در عملیات جوشکاری است، اما باید توجه شود که در عمل اغلب به دلیل محدودیت‌های فنی و عملیاتی مختلف، نرخ بهره‌برداری کمتر خواهد بود.

در تعیین هزینه اجرا، علاوه بر هزینه های مصالح و دستمزد اپراتور جوشکاری، باید به میزان زمان لازم برای اجرای طرح نیز توجه داشت. به طور مثال در قطعات نازک که با جوش گوشه ی دوطرفه جوابگو هستند، بهتر است سراغ جوش شیاری که نیاز به آماده سازی لبه ی ورق ها دارد، نرویم.

مقایسه هزینه های آماده سازی ورق و جوشکاری در آزمایش فوق نشان داده است که در اتصالاتی با ورق های نازک تر از ۲۵ میلی متر، استفاده از جوش گوشه ی دوطرفه و برای ورق های با ضخامت بالای ۲۵ میلی متر جوش شیاری بانفوذ نسبی، بهینه است. برای جوشکاری ورق های با ضخامت بالای ۴۰ میلی متر، استفاده از جوش شیاری نیم جناغی دوطرفه بانفوذ کامل، توجیه اقتصادی دارد؛ بنابراین، طراح سازه با داشتن یک دید اجرایی مناسب، می تواند طرحی اقتصادی و ایمن ارائه دهد؛ بنابراین در هر سازه باید تمامی جوانب کار توسط طراح سنجیده شود و با توجه به ضوابط آیین نامه طرح خود را ارائه نماید.

3. هندسه جوش شیاری

در یک اتصال لب‌به‌لب، تمام حالت های مختلف جوش شیاری قابل اجراست. بخش های مختلف یک اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری عبارت‌اند از:

• میزان بازشدگی یا دهانه ریشه درز (Root Opening)
• پیشانی ریشه (Root Face)
• سطح شیار (Groove Face)
• زاویه  پخی لبه ی درز (Bevel angle)
• زاویه شیار (Groove angle)
• علامت نوع پخ (Symbol)
• ضخامت ریشه (Plate Thickness)

که این بخش‌ها در شکل زیر شرح داده شده‌اند و در ادامه آن  خصوصیات هرکدام شرح داده شده است.

شکل 7. بخش‌های مختلف جوش شیاری

1.3. ریشه

ریشه جوش نقطه‌ای است که در آن قسمت پشتی جوش با سطوح فلز پایه تلاقی کرده و نفوذ جوش و همجوشی را برای تشکیل یک اتصال صلب تعیین می‌کند. ریشه بخشی از جوش است که در پایین‌ترین قسمت جوش قرار دارد و برای تعیین گلوگاه جوش استفاده می‌شود.

2.3. دهانه ریشه

به منظور امکان دسترسی الکترود به ریشه  جوش شیاری، فاصله ی معینی بین دو قطعه ی اتصال در نظر گرفته می شود که به دهانه ریشه (R) معروف است. این فاصله باید به اندازه ای باشد که نوک الکترود دستی یا نازل جوشکاری گاز، قادر به رسیدن به ریشه و اجرای پاس ریشه باشند.

بین زاویه  پخی لبه (Bevel angle) با دهانه ریشه (Root Opening)، یک رابطه معکوس برقرار است. یعنی هرچه زاویه پخی کمتر باشد، لازم است دهانه  ریشه بیشتر شود تا جوشی بانفوذ مناسب تأمین گردد. جالب است بدانید که دهانه ریشه خیلی بزرگ تأثیری بر کیفیت جوش شیاری ندارد؛ اما غیراقتصادی است و باعث افزایش مصرف مصالح جوش، هزینه ها، احتمال اعوجاج و احتمال سوختن لبه ی اتصال می شود. وقتی دهانه ریشه زیاد و جوشکاری از یک طرف قطعات باشد، به‌منظور جلوگیری از ریزش جوش باید از  قطعه ی پشت بند (Backing Strip/Bar) استفاده نمود. در کارخانه ها برای جلوگیری از ریزش مذاب در اجرای سمت اول جوش های شیاری دوطرفه، از تسمه های فاصله دهنده با ابعاد معین استفاده می شود.

نکته: در جوشکاری دستی با الکترود روکش دار (SMAW) درصورتی‌که دهانه ریشه بیش از ۳ میلی متر باشد، به پشت بند نیاز داریم.

برای تعیین میزان دهانه ریشه (R) باید دقت داشت که دهانه  ریشه، خیلی کوچک نباشد. زیرا در این صورت باید از الکترود باریک استفاده شود که سرعت جوشکاری را پایین می آورد. همچنین به دلیل پس‌زدن جوش در محل ریشه، تفاله و خاکستر جوشکاری پس از اتمام پاس اول جوشکاری باقی‌مانده و حذف آن برای اجرای پاس های بعدی سخت و زمان گیر است. در این حالت احتمال وقوع عیب عدم نفوذ کافی مذاب به ریشه نیز وجود دارد.

3.3. ریشه تقویتی

ریشه تقویتی در جوش به فلز اضافی اطلاق می‌شود که در ریشه یا پایین یک اتصال جوش قرار دارد و می‌تواند یکپارچگی و عملکرد جوش را تحت‌تأثیر قرار دهد؛ این بخش از جوش برای بهبود مقاومت و جلوگیری از ترک‌خوردن آن استفاده می‌شود. البته باید به این نکته توجه شود که درحالی‌که برخی از تقویت‌ها می‌تواند استحکام مفصل را افزایش دهد، تقویت بیش از حد ریشه می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند عدم نفوذ و افزایش خطر نقص شود؛ بنابراین ریشه تقویتی باید باهدف دستیابی به تقویت ریشه بهینه برای اطمینان از قوی بودن جوش بدون به خطر انداختن سایر جنبه‌های کیفیت آن اجرا شود.

4.3. پیشانی ریشه یا پاشنه ریشه

به منظور پیشگیری از سوختن ریشه  جوش و یا ریزش مواد مذاب جوش و به دلیل شیب سطح لبه در محل ریشه‌ جوش، قطعات را به‌صورت قائمه اجرا می نمایند. این ضخامت را اصطلاحاً پاشنه پخ یا پیشانی یا ضخامت ریشه می نامند. وجود پاشنه  جوش عامل کنترل کشش سطحی و ایجاد شکل سطح ریشه جوش مناسب و در برخی موارد، ایجاد تقعر در ریشه جوش است. وجود پاشنه  جوش زیاد، موجب عدم نفوذ کافی فلز جوش و پاشنه جوش کم باعث ریزش مذاب خواهد شد.

شکل 8. عدم ریزش مواد مذاب با اجرای پاشنه در ریشه

اجرای پاشنه، سخت و زمان بر است و با استفاده از دو برش یا یک برش و یا سنگ زدن انجام می شود. در جوش های دوطرفه نفوذ کامل، به منظور اطمینان از امتزاج کامل جوش ریشه یک سمت با جوش طرف پشت قطعه، لازم است رواداری مجاز پیشانی ریشه رعایت گردد. در این اتصالات، قبل از شروع جوشکاری پشت قطعه، لازم است جوش ریشه  روی قطعه، سنگ زده شود. اما در جوش نفوذی یک طرفه در صورت استفاده از پشت بند، نیازی به ضخامت ریشه نیست، زیرا موجب ایجاد حفره و تجمع گاز در جوشکاری می گردد.

5.3. عمق ذوب یا منطقه ذوب

عمق ذوب یا منطقه ذوب که به‌عنوان عمق همجوشی و یا نفوذ نیز شناخته می‌شود، در جوشکاری به‌عنوان فاصله و یا عمقی است که از فلز پایه یا جوشی که در عبور قبلی بین دو قطعه اعمال شده در طی فرآیند جوش جدید ذوب شده و گسترش می‌یابد.

6.3. سطح کار (جوش)

سطح کار در جوش شیاری به ناحیه‌ای گفته می‌شود که برای دریافت فلز جوش آماده شده است. این آماده‌سازی اغلب شامل ایجاد یک کانال یا دهانه بین اعضای اتصال برای مهار مؤثر فلز جوش است. صفحه شیار بسته به تکنیک جوشکاری مورداستفاده و الزامات طراحی ممکن است ویژگی‌های خاصی داشته باشد. این سطح برای اطمینان از نفوذ و استحکام مناسب در اتصال جوش ضروری است.

7.3. پیشانی جوش

در جوش شیاری، پیشانی یا سطح جوش، سطحی است که پس از اتمام فرآیند جوشکاری قابل‌مشاهده است و در اتصال نهایی دیده می‌شود که هم از نظر اهداف زیبایی‌شناختی و هم برای عملکرد جوش حیاتی است. نکته مهم در این بخش این است که  ظاهر جوش ممکن است نیاز به رعایت معیارهای ظاهری و استحکام خاصی داشته باشد که کیفیت آن را در دستیابی به یک جوش موفق مهم می‌کند.

8.3. زاویه پخ و زاویه شیار

هدف اصلی از تحمل هزینه و سختی آماده سازی لبه ها، ایجاد امکان نفوذ فلز جوش در تمام ضخامت ورق و حصول اطمینان از ذوب و امتزاج کامل بین فلز جوش و فلز پایه در تمام سطح اتصال است. این امر با افزایش زاویه پخ و یا افزایش دهانه ریشه و یا ترکیب هر دو روش امکان پذیر است. انتخاب زاویه  پخ مناسب، به محل کار و زاویه  مانور الکترود در محل کار بستگی دارد. در جوش های شیاری دوطرفه (Double Groove Weld)، ممکن است در دو طرف اتصال، از زوایای پخ متفاوت استفاده گردد. در هنگام آماده سازی لبه ها باید تعادلی بین زاویه  پخ و دهانه  ریشه ایجاد گردد. در کتاب راهنمای جوش و اتصالات جوشی برای اتصالات لب‌به‌لب، زاویه پخی حداقل ۴۵ درجه توصیه شده است.

در جداول استاندارد برای هر نوع اتصال، زاویه و رواداری مجاز آن تعریف شده است و در توضیحات ابتدایی، محدوده مجاز تغییرات ارائه شده است.  برای مثال در اتصال کنج، زاویه بین قطعات اتصال می تواند بین ۴۵ تا ۱۳۵ درجه و در اتصال سپری، بین ۴۵ تا ۹۰ درجه تغییر یابد، به‌شرط آنکه هندسه اصلی درز و ضخامت گلوگاه مؤثر حفظ شود. زوایای کمتر از ۳۰ درجه که در جداول استاندارد موجود نیست، باید حتماً آزمایش شوند.

نکته: معمولاً برای ورق های با ضخامت کمتر از ۶ میلی متر، لبه ها پخ زده نمی شوند و درز ریشه حدود ۲ میلی متر کفایت دارد. این نوع به درز ساده، گونیا یا مربعی معروف است که در ادامه معرفی خواهد شد.

نکته: جهت صرفه  اقتصادی بهتر است زاویه پخ و دهانه ریشه در حداقل مجاز اجرا شده و از الکترود سازگار طبق دستورالعمل جوشکاری تأییدشده استفاده شود. به منظور پیشگیری از بروز ترک های داخلی، به‌صورت تجربی توصیه می شود که نسبت عرض جوش به عمق نفوذ مذاب جوش بین 1 تا 1.4 رعایت گردد.

شکل 9. حالات مختلف زاویه پخ و شیار

9.3. پنجه جوش

پنجه جوش به محل اتصال جوش و فلز پایه اشاره دارد. این ناحیه برای تعیین عمر خستگی و استحکام کلی جوش بسیار مهم است، زیرا شکل و کیفیت جوش می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر توزیع تنش و نقاط شکست در اتصال جوش تأثیر بگذارد.

10.3. جوش تقویتی

این بخش در جوش شیاری به فلز جوش اضافی گفته می‌شود که بیش از مقدار موردنیاز برای پر کردن اتصال است. این ماده اضافی برای افزایش استحکام و دوام اتصال جوش ترکیب می‌شود و زاویه ورود مجدد بزرگ‌تری ایجاد می‌کند که به‌طورکلی باعث می‌شود که نوک جوش تحت ارتعاش یا سایر رخدادها، افزایش تنش را تجربه کند.

11.3. عمق پخ

به فاصله ی عمودی از سطح فلز پایه تا شروع پاشنه  جوش، عمق پخ گفته می شود که بیانگر عمق آماده سازی لبه ی اتصال می باشد. این فاصله با مذاب فلز جوش پر می شود و در جوش های شیاری بانفوذ نسبی حایز اهمیت است.

شکل 10. جزئیات پخ در جوش شیاری

در جوش های شیاری دوطرفه(Double Groove Weld)، ممکن است در دو طرف اتصال، از عمق پخ متفاوت استفاده گردد اما در هیچ شرایطی عمق شیار نباید کمتر از 25 درصد ضخامت قطعه نازک تر باشد. چنانچه در دستورالعمل جوشکاری(WPS)، عمق پخ و سایز جوش ذکر نشود، منظور اجرای جوش شیاری با نفوذ کامل است.

در ورق های نازک تر معمولاً با جوشکاری از یک سمت، نفوذ کامل حاصل می‌شود؛ اما قطعات ضخیم تر باید از دوطرفه جوشکاری شوند تا در مصرف الکترود هم صرفه جویی شود. در جدول ۱۰-۴-۱۶ مبحث دهم ویرایش ۱۴۰۱، رواداری های مجاز مونتاژ درزها برای اجرای جوش شیاری ارائه شده است. با رعایت این حدود رواداری می توان مقداری در طرح جداول استاندارد تغییر مجاز ایجاد نمود.

12.3. تحدب

در زمینه جوش شیاری، تحدب به شکل برآمده بیرونی وجه جوش اشاره دارد که به طور خاص، به‌عنوان حداکثر فاصله عمود از وجه یک جوش محدب تا خطی که پنجه‌های جوش را به هم متصل می‌کند (لبه‌هایی که در آن جوش با فلز پایه برخورد می‌کند) تعریف می‌شود و برای ارزیابی کیفیت و استحکام جوش بسیار اهمیت دارد. درحالی‌که برخی موارد تحدب می‌تواند مفید باشد، تحدب بیش از حد ممکن است یکپارچگی جوش را به خطر بیندازد. در حالت ایده‌آل، جوش‌ها باید دارای خطوطی باشند که نفوذ و اتصال کافی را بدون تقویت بیش از حد که می‌تواند منجر به تمرکز تنش یا ضعف در اتصال شود تضمین کند. حداکثر تحدب جوش شیاری می‌تواند به عوامل مختلفی از جمله ضخامت مواد پایه و تکنیک جوشکار بستگی داشته باشد.

شکل 11. تحدب جوش شیاری

4. انواع جوش شیاری

به‌طورکلی جوش‌ها بر اساس میزان نفود و نوع درزها به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر نوع خصوصیات مقاومتی متفاوتی دارد و در کاربردهای گوناگون مورداستفاده قرار می‌گیرد؛ بنابراین با توجه به اهمیت این موضوع، در این بخش به بررسی انواع جوش شیاری خواهیم پرداخت.

1.4. انواع جوش شیاری بر اساس میزان نفوذ فلز جوش

بر اساس هندسه درز و میزان نفوذ فلز جوش، دو نوع جوش شیاری تعریف شده است:

1. جوش شیاری بانفوذ کامل (Complete Joint Penetration/CJP): در این نوع، باید فلز جوش به طور کامل درزجوش را پر کند و از پشت قطعه دیده شود. این جوش از استحکام بالایی برخوردار است و در بارگذاری لرزه ای و تناوبی مطلوب است.
2. جوش شیاری با نفوذ نسبی (Portion Joint Penetration/PJP): در این حالت، متناسب با نوع طرح، بخشی از درز، توسط جوش پر می شود. بر اساس بند ۱۰-۲-۹-۲-۱ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، در بارگذاری لرزه ای و تناوبی استفاده از این جوش، مجاز نیست.

نکته: جوش های شیاری بدون پشت بند که فقط از یک طرف جوش می شوند و جوش های شیاری دوطرفه که بدون انجام عملیات  شیارزنی ریشه از پشت (Bach Gouging) اجرا شده اند، در رده جوش شیاری با نفوذ نسبی قرار دارند.

نکته: تمام جوش های شیاری با نفوذ نسبی که توسط جوش قوسی تحت حفاظت گاز با الکترود فلزی (مدار بسته) و جوش قوسی تحت حفاظت گاز با الکترود تنگستن اجرا می شوند، باید آزمایش PQR داشته باشند.

نکته: برای طراحی هندسه درز جوش شیاری می توان از جوش درزهای استاندارد استفاده نمود.

1.1.4. آیا می‌توان جوش شیاری را به‌جای نفوذ کامل، به‌صورت نفوذ ناقص اجرا کرد؟

به‌طورکلی نفوذ ناقص زمانی رخ می‌دهد که به دلیل ذوب ناکافی فلز پایه یا نفوذ ناکافی حوضچه جوش، فلز جوش به طور کامل به شیار بین دو قطعه نفوذ نکند. جوش بانفوذ ناقص را می‌توان بنا به دلایلی مانند بازدهی، هزینه و یا الزامات خاص کاربرد جوش در شرایطی به‌جای جوش بانفوذ کامل استفاده نمود. مزایای استفاده از جوش بانفوذ ناقص به‌جای جوش بانفوذ کامل عبارت‌اند از:

۱- مقرون‌به‌صرفه بودن
۲- کاهش اعوجاج و حرارت ورودی
۳- انعطاف در طراحی
۴- مقاومت کافی برای کاربردهای خاص
۵- بازرسی و کنترل کیفیت آسان‌تر

به طور خلاصه، جوشکاری شیاری بانفوذ ناقص تعادلی بین یکپارچگی سازه و کارایی اقتصادی ارائه می‌کند و آن را به انتخابی مناسب برای کاربردهای مختلف که در آن نفوذ کامل ضروری یا عملی نیست تبدیل می‌کند. این روش به‌ویژه در قطعات ضخیم و یا در سازه‌های سنگین مانند پل‌ها کاربرد دارد؛ زیرا در این شرایط اتصالات ضعیف‌تر و انعطاف‌پذیرتر از حالتی خواهد بود که جوش بانفوذ کامل اجرا شده باشد و به همین دلیل سازه می‌تواند با اتلاف انرژی از طریق این اتصالات، یکپارچگی خود را حفظ کند.

2.1.4. در چه صورت جوش شیاری بانفوذ ناقص معیوب محسوب می‌شود؟

جوش شیاری با نفوذ ناقص زمانی معیوب تلقی می‌شود که معیارهای پذیرش مشخص شده توسط استانداردهای مربوطه را که سطوح کیفی موردنیاز برای اتصالات جوشی را تعیین می‌کند، نداشته باشد؛ بنابراین لازم است که کیفیت جوش مطابق استانداردها بررسی شود؛ زیرا وجود جوش شیاری معیوب با نفوذ ناقص می‌تواند یکپارچگی سازه را از بین ببرد.

3.1.4. تفاوت اجرای لایه‌های جوش شیاری با نفوذ ناقص چیست؟

جوش‌های شیاری با نفوذ ناقص و کامل علاوه بر هندسه در روش اجرا نیز با هم تفاوت دارند. در اجرای هر لایه باید به لزوم اجرای صحیح جوشکاری نیز توجه شود؛ زیرا آرایش لایه‌های مختلف بر نحوه توزیع گرما در طول فرآیند جوشکاری تأثیر می‌گذارد. به‌طورکلی جوش با نفوذ ناقص زمانی رخ می‌دهد که انرژی یا گرما در طی فرآیند جوشکاری ضعیف‌تر باشد.

2.4. انواع جوش شیاری بر اساس شکل درزها

به‌طورکلی بر اساس شکل درز، انواع  اتصالات با جوش شیاری به‌صورت زیر طبقه بندی می شوند:

1. اتصالات با درز یک طرفه (Single Bevel): جوشکاری فقط از یک سمت ورق انجام می شود.
2. اتصالات با جوش شیاری دوطرفه (Double Bevel): جوشکاری بر دو وجه پشت و روی ورق انجام می شود.
3. اتصالات با درز باز (Open Root): بین دو قطعه ی اتصال هیچ فاصله ای نباشد.
4. اتصالات با درز بسته (Close Root): بین دو قطعه درز وجود داشته باشد.

بر اساس ضخامت قطعه و نیز سهولت اجرا، آماده سازی درز با اشکال هندسی مختلفی صورت می گیرد. از جمله رایج ترین اشکال درز عبارت‌اند از:

1. درز ساده یا مربعی
2. درز جناغی یک طرفه یا دوطرفه
3. درز نیم جناغی یک طرفه یا دوطرفه
4. درز لاله ای یک طرفه یا دوطرفه
5. درز نیم لاله ای یک طرفه یا دوطرفه

در ادامه با هر کدام از درزها آشنا خواهید شد.

1.2.4. جوش ساده، گونیا یا مربعی (Square Groove Weld)

این حالت به دلیل عدم نیاز به آماده سازی لبه ها، اقتصادی ترین و ساده ترین نوع جوش شیاری است. در این نوع جوش شیاری، دو قطعه مسطح و موازی با یکدیگر (با محدودیت ضخامت ورق) با لبه های قائمه با زاویه ۹۰ درجه به‌صورت سربه‌سر در کنار یکدیگر قرار گرفته و بدون آماده سازی، جوشکاری انجام می شود. این اتصال به‌صورت درز باز (جوش یک طرفه) و درز بسته (جوش دوطرفه) قابل اجراست.

در قطعات نازک، با اجرای درز ریشه خیلی کم (۲ میلی متر) در اثر حرارت جوشکاری، نفوذ کامل با جوشکاری از یک سمت امکان پذیر است. به همین دلیل اصطلاحاً به جوش مربعی با درز باز معروف است. جوش شیاری لب‌به‌لب گونیایی باز (یک طرفه) ترجیحاً برای قطعاتی با ضخامت کمتر از ۶ میلی متر، مناسب است.

جوش شیاری مربعی بسته، درواقع یک نوع جفت شیار مربعی است و بدون فاصله بین قطعات اجرا می شود. جهت تأمین امکان نفوذ کامل در اتصال لب‌به‌لب تخت با ریشه  بسته، باید جوشکاری از هر دو طرف قطعه انجام شود. این نوع اتصال، توسط گاز و قوس الکتریکی جوشکاری می شود. شاید بپرسید که با درز بسته عمل نفوذ مذاب چگونه صورت می گیرد؟ در واقع نکته اصلی مربوط به ضخامت کم قطعات است. مثلاً وقتی کل ضخامت قطعه، ۱۰ میلی متر باشد، با جوشکاری از هر طرف قطعه، نصف ضخامت قطعه تحت اثر حرارت، ذوب شده و  با فلز جوش کاملاً ممزوج می شود و با جوشکاری طرف دوم، عملاً کل ضخامت، با جوش پر می شود. در کارخانه های  تولید سازه های فولادی، استفاده از جوش شیاری لب‌به‌لب گونیایی بسته (دوطرفه) برای قطعاتی با ضخامت کمتر از in 3/8 یا 10 میلی متر به دلیل عدم نیاز به آماده سازی لبه ها به-صرفه است.

تفاوت بین اتصالات لب‌به‌لب مربعی (بدون آماده‌سازی) با سایر اتصالات شیاری این است که در قطعات ضخیم برای نفوذ مذاب به کل ضخامت قطعات و قابلیت مانور الکترود باید لبه ها با زاویه  مناسب پخ زنی شوند. طبیعتاً در این حالت، امکان تکمیل جوشکاری با یک الکترود و یا یک عبور (پاس) وجود ندارد و باید در چند مرحله صورت گیرد.

شکل 12.  اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری ساده یک طرفه (ریشه باز) و دوطرفه (ریشه بسته)

به‌طورکلی جوش شیاری مربعی امکان نفوذ و همجوشی را در قطعات با ضخامت کم به‌خوبی فراهم می‌کند. این نوع جوش اغلب در شرایطی که به مقاومت و دوام بالایی نیاز باشد، استفاده می‌شود. البته باید به این نکته توجه داشت که مقاومت جوش به میزان نفوذ آن نیز بستگی دارد. در جوش شیاری مربعی مقدار نفوذ باید برابر یا بیشتر از ضخامت فلز پایه نازک‌تر باشد. در مقابل، این جوش در قطعات با ضخامت زیاد به نفوذ کامل نمی‌رسد؛ زیرا قوس ایجاد شده در حین جوشکاری فقط تا حدی توانایی نفوذ به اتصال را دارد و برای این قطعات بهتر است از شیارهایی با هندسه V یا U که امکان نفوذ عمیق‌تر را فراهم می‌کند، استفاده کرد.

جوش شیاری مربعی به دلیل توانایی در ایجاد اتصالات قوی و بادوام، اجرا ساده و اعوجاج کم یک تکنیک پرکاربرد در بخش‌های مختلف صنعت است. در صنعت ساختمان، جوش‌های شیاری مربعی معمولاً در ساخت سازه‌های فلزی مانند پل‌ها و مخازن ذخیره‌سازی کاربرد دارند. توانایی این جوش در ایجاد نفوذ خوب و مقاومتش در برابر اعوجاج حرارتی، آن را برای کاربردهای سازه‌ای که در آن استحکام در اولویت قرار دارد، ایده‌آل می‌کند؛ علاوه براین از این جوش در صنعت‌هایی مانند صنعت ساخت خودرو و کشتی و ماشین‌آلات سنگین و ساخت مخازن تحت‌فشار نیز استفاده می‌شود.

2.2.4. اتصال لب‌به‌لب با پخ جناغی دوطرفه (X) و یک طرفه (V)

در این حالت، لازم است لبه های هر دو ورق اتصال، آماده سازی شوند. برای اتصال قطعات ضخیم تر، جوش شیاری جناغی دوطرفه (X) از استحکام بالاتری برخوردار است. زیرا به دلیل تقارن جوشکاری و ایجاد تعادل در تنش ها، از تمرکز تنش و اعوجاج قطعه جلوگیری می شود. همچنین در مقایسه با جوش جناغی یک طرفه (V)، به دلیل هندسه درز، میزان مصالح جوش کمتری نیاز دارد و اقتصادی تر است. جوش شیاری لب‌به‌لب جناقی برای قطعاتی با ضخامت بیشتر از ۱۰ میلی متر مناسب است. هندسه  درز بر اساس فرآیند جوشکاری، ضخامت ورق، حالت جوشکاری و میزان نفوذ مذاب بر اساس درزجوش استاندارد متفاوت است. متناسب با شرایط قطعه و ضخامت و… بر اساس جداول استاندارد، زوایای پخ مختلف از ۲۰ تا ۶۰ درجه قابل اجراست. در صورت استفاده از طرحی خارج از جداول استاندارد، انجام آزمایش‌ها روی نمونه الزامی است.

شکل ۱3.  اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری جناغی یک طرفه (V) و دوطرفه (X)- (ریشه باز)

این جوش از مزایایی از قبیل مقاومت بالا، تطبیق‌پذیری مناسب، کاهش اعوجاج و دسترسی راحت به درز بین دو قطعه برخوردار است؛ بنابراین می‌توان گفت که این جوش را می‌توان به‌عنوان یک تکنیک ضروری در صنعت در نظر گرفت. میزان نفوذ این جوش به عواملی مانند طراحی شیار، تکنیک جوشکاری و ضخامت قطعه بستگی دارد. در صنعت ساختمان این جوش به علت اینکه امکان نفوذ و همجوشی مناسبی را فراهم می‌کند، برای قطعاتی که به نفوذ عمیق نیاز و مقاومت بالا دارند مناسب است؛

بنابراین استفاده از آن در ساخت تیرها، قاب‌های فولادی، اتصالات خمشی و اتصال مقاطع توخالی ساختمانی که در معماری مدرن کاربرد دارند، رایج است. به طور خلاصه، جوش شیار V با ارائه اتصالات قوی و قابل‌اعتماد، کاربردهای مختلفی را برآورده می‌کند و نقشی حیاتی در ساخت‌وسازهای مدرن و مهندسی سازه ایفا می‌کند.

3.2.4. جوش لب‌به‌لب با پخ های نیم جناغی

در این حالت فقط لبه ی یکی از ورق ها آماده سازی می شود. جوش لب‌به‌لب با پخ های نیم جناغی یک طرفه و دوطرفه قابل اجراست. استفاده از جوش لب‌به‌لب با پخ نیم جناغی یک طرفه با زاویۀ ° ۴۵ با رعایت تذکرات جدول استاندارد، بدون پشت بند می تواند اجرا شود. در این صورت پاس ریشه باید لبه های اتصال را در پشت کار کاملاً ذوب کرده و با فلز جوش یکپارچه نماید و برجستگی تقویتی (گرده) در پشت جوش ایجاد کند. بر اساس جداول استاندارد، زوایای ۳۰ و ۴۵ درجه با پشت بند  نیز قابل‌اجرا است. جوش شیاری نیم جناغی یک طرفه یکی از انواع رایج جوش شیاری در اتصالات گیردار بال تیر به ستون است.

در مواردی که فاصله ی ریشه جهت استفاده از الکترود قطور و استحکام  بالا جهت پیش گیری از خمش در ریشه، موردنیاز باشد، باید برای جوش نیم جناغی یک طرفه از پشت بند استفاده شود.

شکل ۱4.  اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری نیم جناغی یک طرفه و دوطرفه

4.2.4. جوش لب‌به‌لب با پخ لاله ای (U) و نیم لاله ای (J)

جهت حذف گوشه های تیز و جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش در اتصال قطعات ضخیم با استحکام موردنیاز بالا، از پخ های لاله ای (Double U) و نیم لاله ای (J) استفاده می شود. در مواردی که در قطعات ضخیم امکان دسترسی به ریشه فقط ازیک‌طرف وجود داشته و استحکام بالایی موردنیاز باشد، با صرف هزینه بیشتر جهت آماده سازی لبه، از درز نیم لاله ای (J) استفاده می شود. در مقابل، میزان مصرف الکترود و اعوجاج ناشی از تمرکز تنش  کاهش می یابد. جوش دوطرفه نیم لاله ای (Double J) به دلیل آماده سازی یک ورق، اقتصادی تر از جوش لاله ای دوطرفه (Double U) است.

اجرای درز U، گران-ترین نوع آماده سازی لبه محسوب می شود و فقط برای قطعات ضخیم که سایر جوش ها جوابگو نباشند، توجیه اقتصادی دارد. معمولاً جوش شیاری لب‌به‌لب U شکل یک‌طرفه برای قطعاتی با ضخامت کمتر از ۱۸ میلی متر و جوش شیاری لب‌به‌لب U شکل دوطرفه برای قطعاتی با ضخامت بیشتر از ۱۸ میلی متر استفاده می شوند. این جوش در ساخت اسکلت سازه های فولادی رایج نیست. برای حالت های مختلف اتصالات و ضخامت های متفاوت به درز جوش های استاندارد رجوع شود.

شکل ۱5.  اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری لاله ای دوطرفه (Double U)

شکل ۱6.  اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری لاله ای دوطرفه (Single U)

در این جوش عمق و زاویه شیار باید به‌دقت طراحی شود تا از نفوذ و یکپارچگی آن اطمینان حاصل شود. آماده‌سازی ناکافی می‌تواند منجر به همجوشی یا نفوذ ناقص شود.  این روش شامل ایجاد یک شیار U شکل در ناحیه اتصال است که نفوذ بهتر مواد جوش را به فلزات پایه  و دسترسی مناسبی را بر روی حوضچه جوش تسهیل سطح جوشکاری را نیز افزایش می‌دهد و به همین علت جوش‌های تمیزتر و قوی‌تری را تولید می‌کند که توانایی نفوذ زیادی در قطعات ضخیم دارند و در این قطعات محدودیتی در اجرای کار ایجاد نمی‌کند؛ بنابراین این جوش در برخی کارها می‌تواند نسبت به جوش‌های V شکل ارجحیت داشته باشد.

با توجه به خصوصیات نام‌برده‌شده، از این جوش می‌توان در بخش‌های مختلف صنعت مانند ساختمان، ماشین‌آلات سنگین، لوله‌های تحت‌فشار، ساخت کشتی و… استفاده کرد. در صنعت ساختمان این جوش در اتصالات صفحات فولادی ضخیم که در ساخت پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شود و همچنین در اتصالات خمشی و اتصالات ستون‌ها (با هدف یکپارچه‌سازی) کاربرد دارد.

اجرای یک درز J توسط دستگاه های برش کاری مخصوص و یا با استفاده از سنگ زنی انجام می شود. هرچند که اجرای یک درز J از  اجرای یک درز V مشکل تر و گران تر است، اما جوش شیاری با درز J روی قطعات با ضخامت  0.5in تا  3/4in با مصرف فلزجوش کمتر، اتصال قوی تری نسبت به جوش مشابه با درز Vتامین می نماید.

جوش شیاری J یک روش جوشکاری است که به دلیل طراحی خاص آن اجازه نفوذ بهینه را به مواد پایه می‌دهد که برای دستیابی به اتصالات قوی و بادوام بسیار مهم است؛ بنابراین این جوش عمدتاً برای اتصال مواد ضخیم‌تر مانند لوله‌ها و صفحات استفاده می‌شود. این جوش به دلیل هندسه‌اش دسترسی مطلوب‌تری را برای رسیدن قوس جوش به ریشه اتصال ایجاد می‌کند؛ بنابراین نسبت به شیارهای V توانا نفوذ عمیق‌تری را دارد.

جوش شیاری J به دلیل نفوذ بالا، کاهش اعوجاج و تطبیق‌پذیری، توانایی تحمل تنش‌های قابل‌توجهی دارد و نقش حیاتی در کاربردهای ساختمانی و سازه‌ای مدرن ایفا می‌کند. این مزایا، آن را به گزینه‌ای برتر در صنایعی که ایمنی و قابلیت اطمینان اولویت دارند تبدیل می‌کند. در صنعت ساختمان از این جوش در پروژه‌های ساختمانی شامل سازه‌های فولادی سنگین، مانند پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شود؛ زیرا این جوش توانایی فراهم‌کردن مقاومت لازم  برای تحمل بارها و تنش‌های دینامیکی را فراهم می‌کند.

به طور خلاصه، جوش شیار J مزایای قابل‌توجهی از نفوذ و کارایی مواد را فراهم می‌کند و آن را به یک انتخاب ارجح برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی که در آن از قطعات ضخیم استفاده می‌شود، تبدیل می‌کند. بااین‌حال، پیچیدگی آماده‌سازی و هزینه‌های بالقوه بالاتر باید هنگام انتخاب این روش برای پروژه‌های خاص در نظر گرفته شود.

5.2.4. جوش شیاری با پخ شیاری منحنی یک طرفه و دوطرفه (Flare)

درصورتی‌که یکی از لبه ها دارای انحنا باشد، برای پرشدن فاصله قطعات از جوش شیاری شیپوری استفاده می شود. در واقع هیچ گونه آماده سازی لبه نیاز نیست؛ چون هندسه ورق یا لوله فضای لازم برای نفوذ فلز جوش را ذاتاً تأمین نموده است. برای اتصال سپری یا گونیا استفاده از جوش شیاری با پخ شیاری منحنی یک طرفه و دوطرفه (Flare) به دلیل عدم نیاز به آماده-سازی لبه ها، اقتصادی است.

شکل ۱7. اتصال با جوش شیاری با پخ شیاری منحنی یک طرفه و دوطرفه (Flare)

جوش شیاری با پخ شیاری یک‌طرفه یک تکنیک تخصصی است که برای اتصال سطوح منحنی به صفحات مسطح کاربرد دارد و در صنایع مختلف مانند ساختمان‌سازی، خودروسازی و کشتی‌سازی مورداستفاده قرار می‌گیرد. این جوش‌های معمولاً به ریشه نفوذ نمی‌کنند و بر اساس استانداردهای AWS، محدودیت‌هایی برای عمق نفوذ آن‌ها وجود دارد و در مواد ضخیم‌تر ممکن است مشکلاتی مانند سوختگی ایجاد شود؛ بنابراین حضور جوشکاران ماهر برای جلوگیری از مشکلاتی نظیر نفوذ ناکافی ضروری است.

به‌طورکلی، این جوش اتصالاتی قوی برای سازه‌ها فراهم می‌آورد و در پروژه‌های مختلف اهمیت دارد؛ به این منظور در صنعت ساختمان از این جوش عمدتاً در اتصال اجزای فلزی منحنی و مسطح استفاده می‌شود. این روش در پروژه‌های ساخت‌وساز مختلف، به‌ویژه در مورد مقاطع توخالی (HSS) و اتصال آن‌ها به صفحات تخت و همچنین و مواد گرد، اهمیت دارد. این جوش در کاربردهای ساختاری دقیقی همچون پل‌ها، دکل‌های مخابراتی و سازه‌های صنعتی kc کاربرد دارد.

جوش شیاری با پخ شیاری دوطرفه روشی برای اتصال دو قطعه فلزی منحنی یا لوله‌ای است. برای حفظ یکپارچگی سازه و کیفیت جوش، درک عمیق از میزان نفوذ و اندازه گلوگاه در این جوش بسیار ضروری است.  به‌طورکلی، این جوش نیاز به دقت در ارزیابی نرخ نفوذ و اندازه گلوگاه دارد تا اطمینان حاصل شود که اتصالاتی قوی و بادوام را ایجاد می‌کند. انتخاب روش جوشکاری، ضخامت مواد و طراحی مفصل، همگی عوامل کلیدی تأثیرگذار در مقدار نفوذ این جوش هستند. رعایت دقیق استانداردها و مشخصات فنی برای دستیابی به نتایج بهینه بسیار حیاتی است.

این تکنیک همچنین در زمینه‌های مختلف صنعتی، به‌ویژه جایی که یکپارچگی سازه و زیبایی‌شناسی اهمیت دارد، مورداستفاده قرار می‌گیرد. با ایجاد یک شیار V شکل در محل اتصال، این روش اجازه می‌دهد تا مواد به‌خوبی نفوذ کرده و به یکدیگر متصل شوند. این روش به‌خاطر طراحی مؤثر مفصل و تطابق با مواد ضخیم‌تر، مزایای قابل‌توجهی دارد؛ از جمله بهبود دسترسی برای جوشکاری، ایجاد اتصالات قوی برای تحمل بارهای سنگین و سازگاری با فرآیندهای جوشکاری مختلف؛ بنابراین کاربردهای این تکنیک از صنعت ساختمان تا خودروسازی گسترده است. کاربردهای متداول این روش در صنعت ساختمان شامل مقاطع توخالی سازه‌ای HSS و پل‌های خرپایی می‌شود که در آن‌ها وجود اتصالات قوی و باربر ضروری است.

3.4. درزها و جوش‌های غیرمجاز

بر اساس بندهای ۴-۸-۲، ۴-۸-۳ و ۴-۱۸ آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران:

۱-جوش‌های شیاری یک‌طرفه همراه با و یا بدون پشت‌بند، غیر فولادی که تحت ارزیابی قرار نگرفته‌اند، غیرمجاز می‌باشند مگر اینکه یکی از شرایط زیر برقرار باشد
-اعضای ثانویه یا اعضای بدون تنش
– درز گوشه موازی با امتداد تنش محاسباتی در اعضای ساخته شده.
2- در صورت امکان استفاده از شیار جناغی V لاله‌ای  برای درزهای لب‌به‌لب در وضعیت تخت، استفاده از درزهای نیم جناغی و نیم لاله‌ای  غیرمجاز است.
۳- جوش شیاری CIP در درزهای گوشه و سپری تحت بارهای کششی چرخ‌های سیکلی، عرضی، با تسمه پشت‌بند دائمی مجاز نمی‌باشد.
۴- استفاده از جوش‌های شیاری با نفوذ کامل به‌صورت منقطع و طول محدود مجاز نیست مگر برای نیمرخ‌های ساخته شده از ورق با جوش‌های گوشه که در نواحی تحت بار متمرکز به‌منظور انتقال موضعی تنش، از جوش شیاری با نفوذ کامل استفاده شده باشد. در این حالت جوش شیاری نفوذی باید در طول لازم برای انتقال نیروی متمرکز با اندازه یکنواخت اجرا شود.
۵- برای انتقال نیروی برش بین قطعات متصل می‌توان از جوش‌های شیاری با نفوذ ناقص منقطع به‌صورت جناغی، نیم لبه‌گرد و لبه‌گرد استفاده نمود.

شکل 18. نیمرخ‌های غیرقابل‌قبول

شکل 19. مقاطع جوش شیاری

شکل 20. مقاطع جوش شیاری

5. محاسبات و طراحی جوش شیاری

در این بخش به آموزش طراحی جوش شیاری بر اساس آیین‌نامه‌های مختلفی که در این زمینه ارائه شده است می‌پردازیم.

1.5. تعیین مقاومت انواع جوش شیاری

اگر به بند ۱۰-۲-۹-۲-۴ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان رجوع نمایید، ملاحظه خواهید نمود که برخلاف جوش گوشه که موارد محاسباتی مربوط به خود را دارد، در مورد جوش شیاری محاسبات چندانی بیان نشده است. باید گفت که جوش شیاری با نفوذ کامل به جز تعیین هندسه درز، طراحی خاصی ندارد و تنها کافی است ضوابط کنترل کننده آئین نامه رعایت گردد. بخش عمده مسئولیت تأمین کیفیت جوش برعهده تیم اجرا و نظارت است. در این حالت حتماً باید کیفیت جوش اجرا شده توسط آزمایش‌های جوش تأیید شود.

ازآنجا که هدف از اجرای جوش شیاری با نفوذ کامل، قابلیت انتقال کامل نیروها بین اجزای اتصال است، به طور خلاصه می توان گفت مقاومت جوش شیاری بر اساس میزان نفوذ فلز جوش عبارت است از:

• برای جوش شیاری با نفوذ کامل: در تمامی حالات بارگذاری بر اساس معیار فلزپایه
• برای جوش شیاری با نفوذ نسبی: در حالت کشش در امتداد عمود بر محور جوش یا برش در مقطع مؤثر بر اساس کوچک‌ترین مقاومت فلز پایه و فلز جوش

2.5. محاسبه ضخامت مؤثر جوش

به‌طورکلی ضخامت مؤثر در جوش شیاری به عمقی گفته می‌شود که بر استحکام اتصال، نفوذ و همجوشی با فلز پایه مؤثر است. ضخامت مؤثر اغلب به‌عنوان ضخامت مناسب گلوگاه در مشخصات جوش نشان داده می‌شود و به‌عنوان حداقل فاصله از ریشه شیار تا سطح جوش تعریف می‌شود که بر میزان تحمل بار و مقاومت در برابر شکست تأثیر می‌گذارد. ضخامت مؤثر عامل مهمی در تعیین کیفیت جوش است؛ زیرا نفوذ کافی به فلز پایه که اتصال قوی را تضمین می‌کند و برای یکپارچگی ضروری است را تضمین می‌کند.

به‌طورکلی ضخامت مؤثر به عواملی مانند نوع فرآیند جوشکاری و هندسه و طراحی اتصال بستگی دارد. در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان و راهنما جوش و اتصالات جوشی در ساختمان‌های فولادی ضوابط لازم برای محاسبه این بخش از جوش ارائه شده است که در ادامه به آن اشاره خواهیم نمود.

1.2.5. محاسبه ضخامت مؤثر بر اساس راهنمای جوش و اتصالات جوشی

بر اساس راهنمای جوش و اتصالات جوشی استفاده از جوش شیاری با نفوذ نسبی در ساختمان‌ها مجاز است و در ساخت اسکلت‌ها و مقاطع قوطی شکل و I از ورق دارد.

مطابق با این آیین‌نامه ضخامت مؤثر  با توجه به روش جوشکاری (خودکار زیر پودری یا جوش دستی) انتخاب می‌گردد. اگر جوشکاری قطعه موردنظر به روش خودکار زیر پودری انجام شده باشد ضخامت مؤثر گلوی جوش (te) برابر با ضخامت واقعی شیار خواهد بود. اما اگر جوش در کارگاه به‌وسیله جوش دستی انجام گردد دو حالت اتفاق خواهد افتاد:

حالت اول: در تمام درزها به جز درز نیم جناغی ضخامت مؤثر برابر با ضخامت جوش نیمه نفوذی خواهد بود.

حالت دوم: برای درزهای نیمه جناغی چون دسترسی به ریشه برای جوشکار مشکل‌تر است، ضخامت مؤثر برابر با ضخامت جوش نیمه نفوذی منهای ۳ میلیمتر خواهد بود.

نکته: همانند جوش‌ها گوشه در جوش‌های شیاری نیز باید اندازه حداقلی برای ورقه‌های ضخیم در نظر گرفته شود. این فاکتور به دلیل اینکه در ورقه‌های ضخیم سردشدن دیرتر اتفاق می‌افتد در نظر گرفته می‌شود و از روش زیر می‌توان آن را محاسبه نمود.

t_e≥√(t_p/2.35 )

در این فرمول

t_e : حداقل ضخامت گلوی مؤثر (cm)
t_p : ضخامت ورق نازک‌تر (cm)

شکل 21. ضخامت مؤثر در اتصالات

2.2.5. محاسبه ضخامت مؤثر بر اساس مقررات ملی مبحث دهم

مطابق با مقررات ملی مبحث دهم، برای طراحی جوش شیاری باید از ابعاد مؤثر استفاده نماییم. تعاریف مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برای جوش شیاری عبارت‌اند از:

1. سطح مقطع مؤثر جوش: حاصل ضرب طول مؤثر در ضخامت مؤثر
2. طول مؤثر جوش: طول قسمت جوش شده
3. ضخامت مؤثر جوش: بستگی به میزان نفوذ جوش و نوع اتصال قطعات دارد.

• • برای جوش نفوذ کامل در اتصال لب‌به‌لب: حداقل ضخامت جوش شیاری با نفوذ کامل برابر با ضخامت قطعه ی نازک‌تر خواهد بود
  • برای جوش نفوذ کامل در اتصال کنج و سپری: ضخامت قطعه ی متصل شونده
  • برای جوش نفوذ نسبی: عمق شیار منهای ۳ میلی متر
  • جوش شیاری بین دو لبه ی گرد: نصف شعاع میلگرد یا لوله
  • جوش شیاری بین لبه تخت و گرد: یک سوم شعاع لوله یا میلگرد

نکته: استفاده از جوش شیاری با نفوذ نسبی در بارگذاری های متناوب با اثر خستگی مجاز نیست، به همین علت در ضوابط لرزه ای مبحث دهم مربوط به اتصالات گیردار از پیش تأیید شده بر استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل تأکید شده است.

شکل ۲2. تعیین ضخامت مؤثر جوش شیاری با نفوذ کامل

شکل ۲3. تعیین ضخامت مؤثر جوش شیاری با نفوذ نسبی

تنها محدودیتی که برای جوش شیاری با نفوذ نسبی باید رعایت گردد، مربوط به ضخامت مؤثر جوش است که به‌ منظور اطمینان از نفوذ جوش به میزان مطلوب صورت می گیرد.

نکته: بر اساس تعریف ضخامت مؤثر برای جوش شیاری نفوذ نسبی، در مورد ورق های با ضخامت کمتر از ۶ میلی متر، باید جوش شیاری با نفوذ کامل انجام داده شود تا حداقل ضخامت مؤثر موردنظر آیین نامه تأمین گردد.

3.2.5. محاسبه ضخامت (اندازه) مؤثر جوش بر اساس آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران و آیین‌نامه جوشکاری آمریکا

بر اساس بند ۴-۴-۱-۵ این آیین‌نامه، مساحت مؤثر جوش‌های شیاری، مساوی حاصل‌ضرب طول مؤثر در اندازه مؤثر می‌باشد؛ بنابراین باید اندازه مؤثر و طول مؤثر جوش محاسبه گردد.

بر اساس بند ۴-۴-۱-۲ این آیین‌نامه اندازه جوش شیاری با نفوذ کامل (CJP) برابر ضخامت ورق نازک‌تر جوش شده است و استفاده از ضخامت اضافه گرده جوش ممنوع است؛ علاوه بر این بر اساس بند ۴-۴-۱-۳ حداقل اندازه جوش‌های شیاری با نفوذ ناقص (PIP) باید مساوی یا بزرگ‌تر از اندازه (S) مذکور در بند ۵-۴-۲-۳ (۱) باشد مگر اینکه دستورالعمل جوشکاری (WPS) مورد ارزیابی و تأیید قرار گیرد.

بر اساس بند ۵-۴-۲-۳ (۱)، حداقل بعد جوش شیاری با نفوذ نسبی با شیار V یک‌طرفه یا دوطرفه، شیار J یا U باید مطابق جدول زیر تعیین گردد.

علاوه براین بر اساس بند 4-4-1-4-اندازه موثرجوش های شیاری لبه گرد که به طور کاملا تراز با جوش پر می شود، مطابق با جدول زیر می باشد، مگر اینکه با توجه به کاربرد، اندازه های دیگری اجازه داده شود.-در جوش های شیاری جناغی لبه گرد، در صورتی که شعاع گردی دو طرف شیار مساوی نباشد، در تعیین اندازه مؤثر، از شعاع حداقل استفاده می شود. در جوش های شیاری بین دو نیمرخ قوطی، شعاع گردی مساوی برابر ضخامت جدار قوطی منظور می گردد.

همچنین بر اساس بند ۴-۴-۱-۱ حداکثر طول مؤثر هر جوش شیاری بدون توجه به امتداد آن برابر عرض قطعه جوش شده عمود بر امتداد تنش فشاری و کششی می‌باشد. برای جوش‌های شیاری که نقش آن‌ها انتقال‌دهنده برش است، طول مؤثر برابر طول نشان‌داده‌شده در نقشه خواهد بود.

نکات مرتبط با ابعاد جوش در قطعات لوله‌ای و میلگردها بر اساس بندهای این آیین‌نامه:

۱- مساحت مؤثر باید مطابق بر ضوابط بند ۴-۴-۱-۵ محاسبه می‌شود و طول کلی جوش برابر با محیط عضو فرعی در محل تقاطع با عضو اصلی می‌باشد.
۲- جوش‌های شیاری با نفوذ نسبی در اتصالات لوله‌ای و قوطی Y T و K. طراح باید از جدول ۱۰-۵ برای محاسبه حداقل بعد جوش استفاده کند. برای تعیین حداقل بعد جوش، افت بعد Z باید بر اساس فاصله بین ریشه و سطح جوش حاصل شود.
۳-در جوش‌های شیاری نفوذ کامل لب‌به‌لب مستقیم، سطح مؤثر جوش همان سطح مقطع اسمی میلگرد تحت جوشکاری است (در صورت استفاده از میلگردهای با قطر متفاوت سطح جوش سطح مقطع میلگرد نازک‌تر است).
۴- در جوش‌هایی شیاری لبه‌گرد سطح مؤثر جوش برابر است با حاصل‌ضرب طول مؤثر در ساق مؤثر جوش (شکل پ ۱-۲-۳ را ببینید) حداقل طول مؤثر جوش نباید کمتر از دوبرابر قطر کوچک‌ترین میلگرد باشد.
۵- اندازه مؤثر جوش در درز جوش شیاری نیم لبه‌گرد باید 0.4 برابر شعاع میلگرد و برای لبه‌گرد شیاری 0.6 شعاع میلگرد مصرفی باشد.
۶- در میلگردهای با قطر نامساوی، شعاع میلگرد کوچک ملاک عمل است؛ برای تعیین اندازه مؤثر جوش از آزمایش حک اسید ماکرو استفاده شود.

4.2.5. حل مسئله

در ادامه با حل دو مسئله، مفهوم جوش شیاری را بهتر درک خواهید نمود.

مثال ۱: جهت مهارجانبی یک سوله  صنعتی در برابر باد، به علت کم‌بودن نیروی اعضای مهاربندی، از میلگردی به قطر ۲۰ میلی متر مطابق شکل استفاده شده است. حداقل ضخامت مؤثر جوش شیاری برای اتصال مهاربند چند میلی متر است؟

حل بر اساس مقررات ملی مبحث دهم: اتصال لبه میلگرد به سطح تخت ورق برای هر ردیف جوش، با حداقل ضخامت مؤثر 0.3R انجام گردد. بنابراین:

te =0.3R= 0.3×10=3 ×2=6 mm→ به‌خاطر دو طرفه بودن جوش در عدد دو ضرب شده است

حل بر اساس آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران و آمریکا: اتصال لبه میلگرد به سطح تخت ورق برای هر ردیف جوش، با حداقل ضخامت مؤثر 0.3R انجام گردد.  بنابراین:

(E)=0.4S=0.4×10=4×2= 8mm→ به‌خاطر دو طرفه بودن جوش در عدد دو ضرب شده است

مثال 2: مطابق شکل زیر، دو ورق فولادی از نوع ST37 با عرض mm300 و ضخامت mm 50 مطابق کل زیر با هم جوش لب‌به‌لب به هم متصل هستند. مقاومت نهایی اتصال را به دست آورید. (f_u=370Mpa و f_y=240Mpa)

حل: با توجه به شکل ارائه شده، اتصال از نوع جوش شیاری با نفوذ کامل در حالت کششی است و با توجه به جدول ۱۰-۱۰-۲-۹-۳ مقاومت جوش در این حالت بر اساس فلز پایه تعیین می‌گردد؛ بنابراین:

R_u=F_n BM A_BM→R_n=370 ×50×300×10^(-3)=5550 KN

مثال ۳: مطابق شکل زیر، دو ورق فولادی از نوع ST37 به ابعاد سه در ده سانتیمتر توسط جوش شیاری با نفوذ نسبی با شیاری به عمق 1.5سانتیمتر به یکدیگر جوش شده‌اند. با فرض استفاده از الکترود از نوع 70E، ظرفیت کششی این اتصال را تعیین نمایید. (fu=370Mpa و fy=240Mpa)

حل: از روی شکل مشخص است که یک اتصال لب‌به‌لب با جوش شیاری جناغی یک طرفه با زاویه ۴۵ درجه است. ضخامت مؤثر جوش شیاری با نفوذ نسبی برابر است با:

t_e=D-3 mm=15-3=12 mm

چون جوش شیاری با نفوذ نسبی در حالت کشش در امتداد عمود بر محور جوش قرار گرفته است، لازم است هم فلز پایه و هم فلز جوش بررسی گردد.
چون عرض ورق ها (طول جوش) نامشخص است، با فرض طول واحد مقاومت جوش را تعیین می نماییم.

For Weld Metal:           R_u=ϕF_nwe A_we→ϕR_n=0.8×0.6×490×12×1×10^(-3)=2.8224 KN

For Base Metal:          R_u=ϕF_nBM A_BM→ϕR_n=0.75×370×12×1×10^(-3)=3.33 KN

R_u=min⁡(2.8224  & 3∕33 )=2.8224 KN

3.5. ضخامت ریشه

برای تعیین میزان ضخامت ریشه بهتر است از جوش درزهای استاندارد از پیش تاییدشده استفاده نمود. این جداول بر اساس آزمایش‌ها و تحقیقات، متناسب با فرآیند جوشکاری، ضخامت فلز پایه، نوع اتصال و وضعیت جوشکاری تهیه شده اند و کار با آن‌ها آسان است. در ادامه نمونه هایی از این جداول استاندارد ارائه خواهیم نمود. شایان‌ذکر است که در انتخاب هندسه درز باید رواداری های مجاز را رعایت کنیم؛ در غیر این صورت، قبل از انجام جوشکاری ملزم به انجام آزمایش‌ها لازم روی نمونه، جهت تأیید کیفیت طرح خواهیم بود.

شکل 2۴. ضخامت ریشه جوش شیاری

برای استفاده از این جداول استاندارد لازم است مراحل زیر را طی کنیم:

1. تعیین نوع اتصال بر اساس نحوه  قرارگیری قطعات در کنار یکدیگر
2. تعیین شکل درز (جناغی، لاله ای، مربعی یا…)
3. انتخاب روش جوشکاری (دستی یا ماشینی)
4. انتخاب وضعیت جوشکاری (تخت، افقی یا…)
5. انتخاب نوع جوش شیاری (نفوذ کامل یا نسبی)
6. مراجعه به جدول مربوطه و توجه به تذکرات هر طرح

نکته: برای دستیابی به این جداول استاندارد برای طراحی جوش شیاری نفوذ کامل و نسبی می توانید به فصل دوازدهم کتاب راهنمای جوش و اتصالات جوشی در ساختمان‌های فولادی ویرایش ۱۳۹۰، آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه ۲۲۸) یا استاندارد جوشکاری امریکا (AWS D1 .1/D1 .1 M:2020)  مراجعه نمایید. در ادامه چند جدول جوش استاندارد پیش تأیید شده قابل‌مشاهده است.

شکل 25. نمونه ای از الزامات هندسی درز جوش شیاری

4.5. رواداری مجاز مونتاژ قطعات

به‌طورکلی رواداری به معنی میزان انحراف مجاز (خطای قابل‌چشم‌پوشی) در کیفیت جوشکاری است و شامل حدودی است که در آن کیفیت و اتصال جوش در قسمت‌های مختلف یک سازه قابل‌قبول است. در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در بند ۱۰-۴-۸ رواداری مجاز جوش را ارائه نموده است.

قطعاتی که توسط جوش شیاری با نفوذ نسبی در امتداد طولی به یکدیگر متصل می شوند، باید تاحدامکان در تماس با یکدیگر قرار گیرند. فاصلۀ ریشه بین دو قطعه نباید از ۵ میلی‌متر بزرگ‌تر گردد.

قطعاتی که با جوش شیاری به‌صورت لب‌به‌لب به یکدیگر متصل می شوند، باید با دقت با یکدیگر همباد و تراز شوند. حداکثر ناهمترازی بین دو قطعه، مساوی ۱۰ درصد ضخامت قطعۀ نازک‌تر یا حداکثر ۳ میلی متر می باشد. برای اصلاح ناهمترازی نباید شیبی بزرگ‌تر از ۱۲ میلی‌متر در ۳۰۰ میلی متر به وجود آورد. اندازه گیری ناهمترازی باید بر مبنای مونتاژ قطعات انجام شود، مگر این که در نقشه ها به نحو دیگری مشخص شود.

رواداری های مربوط به زاویۀ شیار، فاصلۀ ریشه و ضخامت ریشه در شکل ۱۰-۴-۱۰ نشان‌داده‌شده است. در صورتی که ابعاد و اندازه مقطع جوش اختلافی بیش از مقادیر ارائه شده در شکل (در ادامه) با اندازه نشان‌داده‌شده در نقشه ها داشته باشد، درز با شرایط زیر قابل پذیرش است. در صورتی که اختلاف فاصلۀ ریشه با مقدار نقشه بزرگ‌تر از رواداری مجاز مذکور در شکل ۱۰-۴-۱۰ باشد؛ ولی از دوبرابر ضخامت ورق نازک‌تر و یا ۲۰ میلی‌متر (هر کدام که کوچک‌تر باشند) بزرگ‌تر نباشد، با استفاده از جوشکاری (قبل از جوشکاری درز اتصال) قابل اصلاح است.

1.4.5. حل مسئله رواداری مجاز قطعات

مثال: در نقشه اجرایی برای جوش شیاری، زاویه شیار ۲ ورق مطابق شکل ۴۵ درجه ذکر شده است. اگر ضخامت ریشه این درز  8mm و فاصله ریشه آن 6mm باشد، حدود مجاز ضخامت ریشه، فاصله ریشه و زاویه شیار را تعیین کنید.

حل: با توجه به اینکه این جوش از نوع جوش شیاری بدون پشت‌بند و بدون پشت جوش است (شکل ۱۰-۴-۱۰-الف) حدود زاویه شیار به‌صورت زیر خواهد بود:

[α-5°  & α+10° ]→ α =[40° & 55°]

بر اساس همین شکل حدود مجاز ضخامت (f) و فاصله ریشه (R) نیز به این روش محاسبه می‌شود:

[f-2  & f+2 ]→f =[6 & 10 ]
[R-2  & R+2 ]→R =[4 & 8 ]

5.5. تبدیل ضخامت و عرض ناهمتراز و متفاوت بر اساس آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران

تبدیل ضخامت درز لب‌به‌لب: درصورتی‌که ضخامت دو طرف درز جوش شیاری لب‌به‌لب متفاوت و تحت تنش کششی چرخه‌ای (سیکلی) قرار داشته باشد، تبدیل ضخامت باید به‌صورت یکنواخت و با شیبی کمتر از ۱ قائم به 2.5 افقی در سطح هر دو قسمت صورت پذیرد. مطابق شکل زیر این انتقال می‌تواند با شیب‌دار کردن سطح، جوش پخ‌دار کردن ورق ضخیم‌تر و یا ترکیب دو روش انجام شود.

شکل 26. تبدیل ضخامت اجزای با ضخامت نامساوی در اتصالات لب‌به‌لب

تبدیل عرض درز لب‌به‌لب دامنه: در صورتی که عرض قطعات دو طرف درزجوش شیاری لب‌به‌لب متفاوت بوده و تحت تنش چرخه‌ای (سیکلی) در کششی قرار داشته باشد، ناحیه تبدیل باید به‌صورت یکنواخت و با شیبی کمتر از ۱ قائم به 2.5 افقی بوده و یا به‌صورت کمانی از دایره با شعاع حداقل ۶۰۰ میلیمتر و مماس به ورق با عرض کمتر ایجاد شود. برای تبدیل با قوس دایره‌ای برای فولاد پایه با تنش تسلیم بزرگ‌تر از ۶۲۰ مگاپاسکال می‌توان دامنه تنش بزرگ‌تری در نظر گرفت.

شکل 27. تبدیل ضخامت اجزای با ضخامت نامساوی در اتصالات لب‌به‌لب

6. علامت جوش شیاری در نقشه ها

همان‌طور که اشاره شد، برای پرهیز از خطا در اجرا لازم است زبانی مشترک در تمام نقشه ها وجود داشته باشد که برای تیم اجرا، نظارت و طراحی شناخته شده باشد. علائم جوشکاری به همین منظور تهیه شده اند. برای جوش شیاری علائم زیر کاربرد دارند. از جمله مهم ترین موارد در نقشه ها، تعیین زاویه  پخ، ریشه، ضخامت پیشانی، نیاز به جوش پشت، نیاز به سنگ زنی، نیاز به پشت بند، گرده  جوش است که باید به دقت مشخص شوند. بر اساس بند ۴- ۳-۵-۳ نشریه ۲۲۸ در اسناد قراردادی لازم نیست که نوع شیار و اندازه آن نشان داده شود و علامت جوش بدون اندازه، بیانگر جوش شیاری با نفوذ کامل است که مطابق شکل زیر باید در نقشه استفاده شود:

شکل 28. علامت جوش شیاری با نفوذ کامل در نقشه

اگر در نقشه علامتی مانند شکل بالا وجود داشت؛ اما عبارت CJP آورده نشده بودنشان دهنده آن است که اندازه جوش از نظر برشی و کششی با فلز پایه مجاور هم مقاومت است.

علامت جوش برای جوش شیاری با نفوذ ناقص باید همراه با درج بعد جوش داخل پرانتز در بالا و پایین خط افقی علامت جوش باشد. اندازه درج شده که در زیر خط افقی مربوط به جوشی است که در نوک پیکان قرار دارد و اندازه ای که در بالای خط افقی درج می شود مربوط به جوشی است که در سمت مقابل پیکان قرار دارد.

شکل 29. نماد جوش شیاری با نفوذ نسبی در نقشه

جزئیات نوشته شده بر روی پیکان‌ها باید به‌صورت شکل زیر باشد. با توجه به این شکل هر علامت نمایان گر مشخصات خاصی است که در اجرای جوش باید موردتوجه قرار گیرد.

شکل 30. پیکان جوش

در ادامه علائم مختلفی که برای نمایش گرافیکی جوش در نقشه‌ها به کار می‌رود آورده شده است.

شکل 31. علامت جوش شیاری در نقشه

شکل 32. علامت جوش شیاری در نقشه

وقتی قرار است فقط یک عضو اتصال شیار زده شود، پیکان باید  دارای شکست بوده و به سمت آن عضو باشد؛ مانند شکل زیر:

شکل 33. کاربرد علامت شکست در جوش

اگر مشخص است که کدام عضو باید دارای شیار باشد، پیکان نباید شکسته شود و اگر ترجیحی وجود نداشته باشد که کدام عضو باید شیار داشته باشد، نیز شکسته نخواهد شد.

شکل 34. کاربرد علامت شکست در جوش

شکل 35. علامت جوش در درزهای شیاری لبه‌گرد

برای آموزش بیشتر در این زمینه به مقاله آموزش نقشه‌خوانی ساختمان مراجعه فرمایید.

7. مراحل و روش‌های انجام جوشکاری

به‌طورکلی مراحل کار عبارت‌اند از:

1. پاک سازی سطوح قطعات اتصال با استفاده از بخار، مواد شیمیایی، بلاست، لیزر، برس سیمی یا سنباده با توجه به جنس مصالح و اهمیت اتصال
2. پیش گرمایش (به‌ویژه برای قطعات با ضخامت بالای ۴۰ میلی متر)
3. آماده سازی لبه ها با استفاده از سنگ زنی، ماشین کاری، برش اکسیژن و…
4. در صورت لزوم، انجام آزمایش PT  یا MT برای اطمینان از عدم وجود ترک در قطعات
5. اجرای خال جوش برای تثبیت درز قطعات
6. اجرای جوش پاس ریشه با استفاده از الکترود نازک
7. اجرای پاس های بعدی تا رسیدن به سطح ورق
8. سنگ زنی (Grinding) پشت ریشه در جوش های دوطرفه و نفوذ کامل
9. اجرای جوش طرف پشت در صورت لزوم
10. عدم بارگذاری قطعه قبل از سردشدن
11. پاک سازی قطعات
12. انجام بازرسی جوش و آزمایش‌ها لازم
13. رنگ آمیزی

در تمام مراحل فوق لازم است که نهایت دقت و مهارت صرف گردد تا جوش اجراشده کاملاً مطابق با نقشه ها باشد. زیرا در غیر این صورت باربری و استحکام اتصال زیر سؤال خواهد رفت.

شکل 36. اجرای جوش چندپاسه برای ایجاد نفوذ کامل

با مشاهده  این ویدئو با مراحل مختلف اجرای جوش شیاری آشنا خواهید شد.

1.7. آماده سازی لبه ها(Edge Preparation)

همان طور که گفتیم، وجه تمایز جوش شیاری با گوشه علاوه بر میزان نفوذ مذاب جوش، نیاز به آماده سازی لبه ها قبل از شروع جوشکاری است. این مرحله حساس باید با دقت کامل و بر اساس دستورالعمل جوشکاری و توسط افراد متخصص و باتجربه انجام شود. چرا که عدم  رعایت رواداری ها منجر به عیوب جوش خواهد شد. در ادامه بیشتر در مورد این مرحله خواهید آموخت.

1.1.7. روش های آماده سازی لبه ها

به‌منظور اجرای جوشی بادوام و کیفیت مطلوب، قبل از جوشکاری لازم است روغن، لایه‌های موم، رنگ یا هر نوع آلودگی به کمک روش‌های تراش و سایر روش‌های مکانیکی (حذف تراشه)، استفاده از برس فلزی، سندبلاست و لیزر از نقاط جوشکاری پاک سازی شود. لبه های برش خورده توسط ابزار مناسب، صاف شود و از مصرف مواد سردکننده یا روان کننده به‌منظور روان کاری فلز اجتناب گردد.

از طرفی بر اساس نقشه های اجرایی لازم است با استفاده از روش مناسب، لبه های اتصال شیاری آماده سازی شوند. از جمله روش های متداول عبارت‌اند از:

1. برش اکسی استیلن (هوا گاز): روشی متداول برای اتصالات فولادی به علت سرعت و سازگاری بالا، هزینه پایین
2. ماشین کاری: روشی دقیق برای آماده سازی درزهای به شکل J  یا U و مناسب برای تولید انبوه قطعات
3. تراش کاری: مناسب برای تهیه قطعاتی که توسط فرایند ریخته‌گری تولید شده اند.
4. سنگ زنی: مناسب برای آماده سازی قطعات مقاطع کوچک
5. برش قوس کربن هوا: مناسب برای صنایعی که با فولادهای ضدزنگ، چدن یا فولاد کربنی معمولی کار می کنند.

شکل 37. نمونه ای از سنگ فرز برای آماده سازی لبه های قطعات کوچک

نکته: در صورتی که جنس مصالح قطعات اتصال، متفاوت باشد، قبل از عملیات جوشکاری قطعات به یکدیگر، می توان یک یا هر دو طرف درز را فلزکاری نمود. به‌این‌ترتیب که یک‌لایه از آلیاژ مشابه فلز پرکننده (الکترود) یا یک فلز پرکننده متفاوت به‌عنوان واسطه بین دو قطعه قرار می گیرد.

برای اطلاعات بیشتر در این زمینه به مقاله بررسی تجهیزات جوشکاری مانند تجهیزات ایمنی مراجعه فرمایید.

2.1.7. آماده سازی لبه های مورب (Scarf Groove Weld)

همان طور که در بالا اشاره کردیم برای تأمین مقاومت بالا و قابلیت انتقال کامل نیروها خصوصاً در اتصالات ورق های ضخیم باید از جوش شیاری استفاده کنیم. اجرای برخی از انواع جوش شیاری از قبیل جناغی (یک طرفه یا دوطرفه) نیاز به ایجاد درز زاویه دار یا پخ (Bevel) دارد. به‌طورکلی همان‌طور که در بخش دوم اشاره شد، جوش شیاری متناسب با نوع درز لبه ها شناسایی می شود. هر یک از این روش ها به دلیل میزان نفوذ متفاوت، قابلیت تأمین سطح مشخصی از ظرفیت موردنیاز اتصال را دارند.
با مشاهده این ویدئو با نحوه آماده‌سازی لبه آشنا خواهید شد. آشنا خواهید شد.

2.7. انواع روش‌های جوشکاری

به‌طورکلی جوشکاری به سه روش انجام می‌شود. این روش‌ها عبارت‌اند از:

۱- روش جوشکاری میگ (MIG): اسم این روش مخفف شده عبارت Metal Inert Gas به معنای گاز بی‌اثر فلزی می‌باشد. این مدل از جوش یکی از زیرمجموعه‌های جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) است. در طی این فرآیند، از یک الکترود سیمی پیوسته برای ایجاد قوس و جوش‌دادن قطعات فلزی استفاده می‌شود و سیم از طریق یک تفنگ جوشکاری تغذیه شده و با قوس گرم می‌شود، به‌طوری‌که هم الکترود و هم قطعه کار ذوب می‌شوند. در این روش یک گاز محافظ (معمولاً هلیوم، آرگون یا مخلوطی از آرگون و دی‌اکسیدکربن) برای محافظت از فلز ذوب شده در برابر اکسیداسیون استفاده می‌شود.
۲- روش جوشکاری تیگ (TIG): این روش به‌عنوان جوشکاری قوس تنگستن گاز ((GTAW هم شناخته می‌شود، یک فرآیند جوشکاری دقیق است که از الکترود تنگستن غیرقابل‌مصرف برای ایجاد جوش‌های باکیفیت بالا استفاده می‌کند. این روش معمولاً برای اندازه‌های نازک فولاد ضدزنگ و فلزات غیرآهنی مثل آلومینیوم، منیزیم و آلیاژهای مس به کار می‌رود.
۳- روش جوشکاری استیک (Stick Welding): این روش به‌عنوان  اقتصادی‌ترین و متداول‌ترین روش جوشکاری شناخته می‌شود که به آن جوشکاری دستی و یا جوشکاری قوسی با فلز محافظ (SMAW)  نیز می‌گویند. در طی این فرآیند، الکترود با فلز پایه به‌عنوان منبع گرمای خود تماس برقرار می‌کند و با ذوب‌شدن هر دو ماده، جوش ایجاد می‌گردد.
جزئیات بیشتر در مورد انواع روش‌های جوشکاری را در مقاله موجود در سبز سازه با عنوان بررسی انواع روش جوشکاری مانند جوشکاری ذوبی و زیر آبی مطالعه بفرمایید.

3.7. انتخاب تعداد پاس های جوشکاری

برای اجرای جوش شیاری با نفوذ کامل بخصوص درمورد قطعات ضخیم، باید از چند مرحله جوشکاری استفاده شود. این پاس ها به ترتیب؛ پاس ریشه، پاس داغ یا گرم، پاس پرکننده و پاس پوششی نام دارند. هم پوشانی لایه ها و ادغام آن‌ها با یکدیگر باعث افزایش کیفیت و نفوذ کامل جوش می گردد.
پاس داغ معمولاً به چند دلیل عمده اجرا می شود:

1. خروج سرباره و ناخالصی های گازی محبوس در جوش که ممکن است در طول پاس ریشه ایجاد شده باشند.
2. کنترل دما برای اجرای پاس های بعدی و جلوگیری از سریع سردشدن قطعات.

شکل 38. نام گذاری پاس های مختلف جوش شیاری

برای اجرای جوش ریشه دمای پیش گرم و برای اجرای پاس های بعدی دمای بین پاسی باید در حد مجاز نگه داشته شود. باید دقت داشت که پس از اتمام هر پاس، کنترل های لازم از لحاظ عیوب ظاهری جوش باید صورت گیرد و قبل از اجرای پاس بعدی، تمیزکاری لازم انجام شود. یکی از موارد لازم در تهیه WPS تعیین تعداد پاس ها و ارائه اطلاعات دقیق اجرایی است.

عوامل مؤثر در تعیین تعداد پاس های جوشکاری عبارت‌اند از:

1. ضخامت قطعات اتصال
2. نوع فرایند جوشکاری (SMAW , SAW , GMAW)
3. نوع درز اتصال
4. ساختار کریستالی فلز پایه و میزان حساسیت به حرارت ورودی (فولادهای کربن بالا و  عدم نیاز آن‌ها به حرارت ورودی زیاد)
5. درجه آزادی قطعه جهت سردشدن
6. پیچیدگی قطعه و حساسیت آن به تغییرات ابعادی
7. نوع درز اتصال از نظر باز یا بسته بودن
8. مهارت اپراتور جوشکاری
9. عملیات حرارتی (پیش‌گرمایش و بین پاسی)
10. وضعیت جوشکاری

با درنظرگرفتن مجموعه عوامل مؤثر بر کیفیت جوش، تعداد پاس‌های جوشکاری تعیین و در WPS ارائه می گردد. ترتیب و توالی اجرای پاس ها (Bead) هم برای جلوگیری از اعوجاج (Distortion) قطعات بسیار اهمیت دارد. بهتر است یک حالت توازن و تقارن در جوش های دوطرفه ایجاد گردد. در فصل ۱۳ کتاب راهنمای جوشکاری تعدادی از جداول استاندارد جهت جوشکاری چندپاسه ارائه شده است.

شکل 39. نمونه ای از ترتیب اجرای پاس های جوش برای پیشگیری از اعوجاج قطعه ضخیم

در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان به استفاده از عملیات حرارتی و یا الکترودهای کم هیدروژن جهت وصله لب‌به‌لب ورق-های با ضخامت بیشتر از ۴۰ میلی متر تأکید شده است.

4.7. نحوه اجرای جوش شیاری در لایه‌های مختلف

برای انجام جوشکاری در چندلایه ابتدا باید سطح موردنظر آماده‌سازی شود. این آماده‌سازی شامل اطمینان از صحت زاویه شیار بین دو قطعه، ابعاد شیار و کنترل فاصله بین دو قطعه می‌شود. پس از آماده‌سازی سطح، لایه اول یا ریشه اجرا می‌شود. در این لایه باید توجه شود که ذوب به‌صورت کامل صورت گیرد تا از ایجاد جوش ناقص جلوگیری شود. پس از اتمام لایه ریشه، لایه‌ها بعدی را نیز می‌توان اجرا نمود. نکته مهم در اجرای هر لایه آن است که پس از اتمام هرکدام، باید اجازه داد تا سطح جوشکاری شده به‌آرامی خنک شود؛ زیرا با انجام این کار می‌توان از ایجاد اعوجاج در جوش شیاری جلوگیری کرد. در حین جوشکاری هر لایه باید دقت شود که این کار با سرعت ثابتی انجام شود تا ضخامت یکنواختی در تمام لایه‌ها ایجاد شود و پس از اجرای هر لایه باید آن را از نظر تخلخل و همجوشی بازرسی کرد. برای انجام این کار می‌توان از آزمایش غیرمخرب نیز استفاده نمود. در آخرین لایه باید دقت شود که هر دو طرف جوش تقویت شده باشد و همچنین این لایه باید نقص‌های لایه‌های قبل را نیز پوشش دهد و درعین‌حال مانند یک سطح صاف به نظر برسد.

5.7. الکترود جوش

انتخاب قطر الکترود یا سیم جوش متناسب با دهانه ریشه نیز حایز اهمیت است. در استاندارد AWS D1.1 به انواع مجاز الکترود اشاره شده است.
برای مثال، بر اساس کتاب راهنمای جوشکاری، برای اجرای پاس ریشه در وضعیت جوشکاری تخت، حداکثر قطر الکترود روکش دار برای جوشکاری دستی به ۵ میلی متر بدون پشت بند و ۶ میلی متر با پشت بند محدود شده است.

شکل40. حداکثر قطر مجاز الکترود بر اساس AWS(راهنمای جوشکاری)

نکته: در مناطق زلزله خیز، در صورت استفاده از فرایند جوشکاری با الکترود دستی (SMAW) برای جوش های نفوذی اتصالات قاب های خمشی ویژه و متوسط و تیر پیوند قاب های مهاربندی شده واگرا، استفاده از الکترودهای روتیلی یعنی E6013  و E7024 مجاز نیست. لازم است از الکترودهای قلیایی یعنی E7018, E7016 یا E7028 استفاده شود. برای سایر اتصالات نیز باید از الکترودهای قلیایی استفاده شود، مگر این که الکترود روتیلی ویژه با ضمانت آزمون ضربه تهیه شده باشد.

6.7. کاربرد قطعه ی پشت بند (Backing) در جوشکاری

برای رسیدن نوک الکترود با قطر بزرگ تر به ریشه اتصال، یا باید دهانه  ریشه بیشتر باشد یا زاویه  اتصال بزرگ تر انتخاب شود. این موضوع مقرون‌به‌صرفه نبوده و می تواند موجب اعوجاج اتصال شود، لذا در موارد ضروری با استفاده از پشت بند (Back Strip/Backing) می توان دهانه  ریشه را بزرگ تر درنظرگرفت.

همچنین در جوشکاری یک طرفه با فاصله ی زیاد لبه های اتصال، از پشت بند استفاده می شود. به‌طورکلی علل استفاده از پشت-بند عبارت‌اند از:

1. پیش گیری از اکسیداسیون مذاب موجود در شیار جوش
2. عدم ریزش مذاب از پشت قطعه
3. حصول اطمینان از پرشدن تمام فضای ریشه با مذاب جوش
4. جلوگیری از سوختن جوش ریشه

معمولاً وقتی که جوشکاری از یک طرف بوده و به پشت جوش دسترسی نیست و همچنین فاصله  لبه ها نیز زیاد است، از پشت بند استفاده می‌شود. جهت پیشگیری از ایجاد تفاله  جوشکاری در ناحیه ریشه جوش، پشت بند باید کاملاً به قطعه کار بچسبد.

جنس پشت بند باید سازگار با فلز پایه باشد. قبل از شروع جوشکاری، پشت بند توسط خال جوش های متناوب به زیر اتصال وصل می شود. اگر این اتصال درست انجام نگیرد، موجب تجمع تفاله  جوشکاری در ریشه می شود که مانع امتزاج کامل در ریشه توسط پاس اول جوش (جوش ریشه) است.

نکته: جوش های شیاری دوطرفه جزو جوش های همراه پشت بند محسوب می شوند. چنانچه پس از جوشکاری طرح اتصال شیاری یک طرفه، پاس ریشه سنگ زده و برداشته شود و جوش پشت اجرا گردد، فلز جوش به عنوان پشت بند لحاظ می گردد.

در صورت تأیید نیاز به استفاده از پشت بند، باید جنس و نوع مواد آن در دستورالعمل (WPS) درج گردد. انواع رایج پشت بند عبارت‌اند از:

1. تسمه های فولاد کربنی ساده
2. ورق های مس
3. سرامیک و الیاف شیشه ای (Fiber Glass)
4. جریان گازهای محافظ جوش (آرگون یا دی اکسیدکربن)
5. پودر محافظ جوش (Flux)

در صورت استفاده از پشت بند از نوع تسمه های فولاد کربنی ساده، موارد زیر باید رعایت گردد:

1. حتماً باید پاس ریشه با پشت بند ممزوج گردد.
2. رعایت پیوستگی کامل تسمه پشت بند در سرتاسر طول جوش (مونتاژ تسمه ها به یکدیگر به صورت لب به لب با جوش شیاری  با نفوذ کامل)
3. استفاده از تسمه هایی با ضخامت حداقل ۵ میلی متر جهت پیشگیری از سوختن پشت بند در روش جوشکاری قوسی دستی با الکترود روکش دار

شکل 41. نمونه ای از نوارهای پشت بند (Back Strip)

شکل 42. استفاده از نگهدارنده سرامیکی در اجرای جوش شیاری

در صورت استفاده از پشت بند، جهت افزایش امکان ذوب کامل ریشه و پشت بند، می توان دهانه  ریشه (Root Opening)  را افزایش داد. در این حالت، سوختن ریشه محتمل نیست و نیازی به سنگ زدن ریشه از پشت کار نمی باشد. در صورت استفاده از پشت بند، پاشنه  ریشه جوش اجرا نمی شود، زیرا در این حالت، یک فضای خالی ایجاد می شود که در هنگام جوشکاری، درون آن از گاز پر می شود و باعث بروز عیب می گردد.

در صورت عدم استفاده از پشت بند، امکان سوختن ریشه در پاس اول وجود دارد. درصورتی که امکان سنگ زدن یا برش‌کاری با قوس و هوای فشرده با استفاده از الکترود ذغالی (Gouging) ریشه از پشت کار وجود داشته باشد، ریشه سنگ خورده یا مقداری از فلز جوش و لبه های پشت کار برداشته می شود و پس از رفع عیب، یک پاس جوش اضافه نیز داده می-شود. به این جوش که پشت یک جوش شیاری یک‌طرفه و پس از تکمیل آن اجرا می‌شود، جوش پشتی (Back Weld) می-گویند.
در اعضایی که تحت بارهای استاتیکی قرار دارند، ورق پشت بند پس از جوشکاری برداشته نمی شود و به‌عنوان جزئی از اتصال باقی می ماند. در این صورت نیازی به اجرای جوش پیوسته بین پشت بند و اتصال نیست مگر طبق خواست مهندس مشاور.

تحقیقات نشان داده اند که در جوش های شیاری با بارگذاری عرضی دینامیکی، وجود تسمه های پشت بند، موجب ایجاد تمرکز تنش می شود؛ لذا در این موارد لازم است پس از جوشکاری، پشت بند برداشته شود و توسط سنگ زنی، پشت جوش هم سطح ورق گردد. ولی لزومی به برداشتن تسمه های موازی امتداد تنش نیست، مگر طبق دستور مهندسین مشاور. در اعضاء تحت بارهای دینامیکی، درصورتی‌که بخواهیم تسمه پشت بند را با جوش خارجی به عضو متصل کنیم، این جوش باید در تمام طول تسمه پیوسته باشد.

❓تفاوت پشت بند (Backing) با نگهدارنده (Retainer) در چیست؟

در بخش (QG-109.2) از استاندارد ASME Sec. ۹ دو تعریف مجزا بیان شده است.

1. نگهدارنده(Retainer): عبارت است از ماده ای فلزی یا غیرفلزی که در اثر حرارت ناشی از فرایند جوشکاری ذوب نمی-شود، فلزجوش در آن نفوذ نمی کند و در نهایت، جزئی از اتصال نمی شود.

2. پشت بند (Backing): عبارت است از ماده ای ذوب‌شدنی که ممکن است در اثر حرارت ناشی از فرایند جوشکاری ذوب شود، فلز جوش در آن نفوذ کند و جزئی از اتصال گردد و حذف آن از اتصال نیز به‌آسانی ممکن نباشد.

بنابراین، توصیف ها، پشت بندهای غیرفلزی (سرامیکی، فایبرگلاس)، پودری (Flux) و پشت بندهای ذوب نشدنی مسی از نوع نگهدارنده ها و تسمه های فولادی از نوع پشت بندها محسوب می شوند. باوجود این تمایز، حتی در WPSهای تهیه شده طبق استاندارد ASME Sec. ۹ نیز نیازی به این تفکیک نیست و تنها بیان نوع ماده پشت بند یا نگهدارنده و فلزی یا غیرفلزی بودن آن کفایت می کند.

این در حالی است که استاندارد AWS D1.1 چنین تفکیکی قائل نشده و فقط از پشت بند نام‌برده‌شده است. در درزهای جناغی دوطرفه، اغلب از تسمه های فاصله دهنده استفاده می شود. در این موارد قبل از جوشکاری طرف دوم، سنگ زنی ریشه لازم است.

❓تفاوت (Back Weld)  با (Backing Weld) در چیست؟

برای حصول یک جوش نفوذ کامل (تمام قدرت) لازم است که مذاب جوش در تمام مقطع نفوذ کند و امتزاج کامل صورت گیرد. اگر در جوش شیاری یک طرفه با نفوذ کامل از پشت بند استفاده نشود، امکان سوختن ریشه در پاس اول جوشکاری وجود دارد که جزو عیوب جوش محسوب می شود.
برای برداشتن قسمت سوخته و معیوب جوش ریشه می توان از روش های زیر استفاده نمود:

1. سنگ زنی (Grinding)
2. تراشکاری (Chipping)
3. شعله اکسی استیلن (Oxy Acetylen Gouging)
4. شیارزنی یا برش‌کاری با قوس و هوای فشرده با استفاده از الکترود ذغالی (Back Gouging) که پیش‌تر در معرفی انواع الکترود به آن پرداختیم.

نکته: بدون سنگ زنی یا شیارزنی، جوش طرف دوم، نفوذ کامل تلقی نمی گردد. عمق سنگ زدن ریشه باید در حدی باشد که مصالح اصلی جوش طرف اول، نمایان شود. شکل شیار پشت قطعه باید طوری باشد که فضای مناسب و کافی برای ورود الکترود مهیا گردد.

هدف اصلی در جوش شیاری نفوذ کامل، نفوذ کامل مذاب به کل ضخامت اتصال موردنظر است. گاهی موارد امکان دسترسی به پشت قطعه وجود ندارد مثل جوشکاری درز لوله های باریک، در این موارد جوشکار ماهر با اجرای صحیح پاس ریشه نفوذ اولیه را ایجاد می کند و پس از آن در چندین مرحله (پاس) ضخامت جوش را تکمیل می نماید. به جوشی که پس از جوش ریشه اجرا شده است اصطلاحاً (Backing Weld) گفته می شود.

اما مواردی مانند اتصال گیردار تیر به ستون (با تعبیه سوراخ دسترسی) یا موارد مشابه که امکان دسترسی به پشت قطعه وجود دارد، پس از اجرای جوش یک سمت، پشت قطعه سنگ زنی شده و یک جوش تکمیلی در پشت ریشه اجرا می شود. به این جوش اصطلاحاً (Back Weld) گفته می شود.

شکل 43. تفاوت(Back Weld)  با (Backing Weld)

شکل 44. علائم استفاده از جوش پشتی در نقشه

❓آیا برداشتن پشت‌بند بعد از جوشکاری لازم است؟

بر اساس مشاهدات و مطالعات انجام شده پس از زلزله ۱۹۹۴ نورثریج، مشخص شده است که پشت بند ذوبی (فولادی دائمی)، باعث ایجاد آثار زخم در ریشه جوش بال تیر به بال ستون می شود. به طور طبیعی حتی در یک جوش با ذوب یکنواخت و سالم در ریشه، به دلیل سطح ذوب ناقص بین یک لبه ی پشت بند و بال ستون، تمرکز تنش ایجاد می شود همچنین وجود پشت بند دائمی می تواند مانع آشکارسازی عیوب مهم احتمالی در ریشه جوش هنگام بازرسی فراصوتی گردد. به همین دلیل در مبحث دهم در بند ۱۰-۳-۷-۱ بخش(ت) توصیه شده است که پشت بند اتصال مستقیم بال تحتانی تیر به ستون برداشته شود و ریشه با جوش گوشه به بعد حداقل ۸ میلی متر تقویت گردد.

در صورت لزوم برداشتن پشت بند ذوبی) فولادی (باید توسط برش قوسی کربن – هوا (CAC-A)، شیارزنی قوسی پلاسما (PAC-G)، سنگ زنی، پلیسه‌بر داری یا برش حرارتی انجام شود. روند کار باید برای به‌حداقل‌رساندن شیارزنی اشتباه کنترل شود.

7.7. سوراخ‌های دسترسی برای جوشکاری و برش بال های تیر در محل اتصال

مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱-۴ کلیۀ سوراخ هایی که به منظور دسترسی و تسهیل جوشکاری تعبیه می شود (مثل سوراخ دسترسی در جان به منظور جوش لب‌به‌لب بال)، برای قراردادن مصالح جوش در موضع موردنظر، باید دید کامل و فراخی کافی را داشته باشد. این سوراخ ها و نیز قسمت های برش داده بال در انتهای تیرها باید به صورتی کاملاً یکنواخت، با انحنای ملایم و بدون گوشه های تیز، تعبیه شود.

در مقاطع نوردشده و ساخته شده از ورق که در آن‌ها ایجاد سوراخ دسترسی پس از اتمام جوشکاری بال ها به جان صورت می گیرد، لبۀ جان باید از سطح بال تا سطح تورفتگی سوراخ دسترسی به صورت شیب دار، کاملاً یکنواخت و بدون گوشه های تیز باشد.

در مقاطع ساخته شده از ورق که در آن‌ها ایجاد سوراخ دسترسی قبل از تکمیل جوشکاری بال ها به جان صورت می گیرد، انتهای سوراخ دسترسی می تواند عمود بر بال باشد، مشروط بر آنکه انتهای جوش به اندازه بعد جوش از سوراخ دسترسی فاصله داشته باشد.

در نیمرخ های سنگین و مقاطع ساخته شده از ورق که از ورق هایی به ضخامت بیش از ۴۰ میلی متر ساخته می شوند، لبه های برش‌دادن تیر یا سوراخ های دسترسی که توسط شعله بریده شده باشند را باید با سنگ زدن به صورت فلز صاف و براق درآورد. اگر قسمت های منحنی بریده شده در محل سوراخ دسترسی توسط عمل مته کردن یا برقو زدن صورت‌گرفته باشد، به سنگ زدن و صاف‌کردن احتیاجی ندارد.

با مشاهده این ویدئو، با نحوه اجرای پاس جوش ریشه و جوش شیاری نفوذ کامل آشنا خواهید شد.

8. نظارت بر جوش شیاری

چک‌لیست نظارت بر جوش شیاری شامل چندین مرحله بازرسی حیاتی برای اطمینان از کیفیت و یکپارچگی جوش مشود. به‌طورکلی چک‌لیست را می‌توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد:

۱-  بازرسی‌های قبل از جوش
۲- بازرسی حین جوش
۳- بازرسی پس از جوش

1.8. بازرسی‌های قبل از جوش

این بازرسی‌ها عبارت است از مراحلی که قبل از انجام جوش باید کنترل شود که شامل:

۱- بررسی نقشه‌ها و اطمینان از صحت آن‌ها
۲- تأیید مواد اولیه و انطباق آن با مشخصات موردنظر
۳- بررسی وضعیت فیزیکی مواد مورداستفاده در جوشکاری
۴- آماده‌سازی محل کار و فراهم‌کردن ابزار لازم
۵- کالیبره کردن ابزار موردنیاز
۶- بررسی صلاحیت و مهارت جوشکار
۷- پیش‌گرمایش مواد موردنیاز در صورت لزوم

2.8. بازرسی‌های حین جوش

بازرسی‌های حین جوشکاری عبارت‌اند از:

۱- بررسی ایمنی در حین فرآیند جوشکاری
۲- بررسی گرمای ورودی، ولتاژ، تکنیک و دما در حین جوشکاری
۳- بازرسی جوش‌ها از نظر کیفیت و مقاومت
۴- بازرسی چشمی و بررسی مشکلاتی مانند ترک یا عدم جوشکاری صحیح

3.8. بازرسی‌های پس از انجام جوش

علاوه بر این مواردی است که پس از انجام جوشکاری باید مورد نظارت قرار گیرند مانند:
۱- بازرسی چشمی اتصالات برای پی‌بردن به صحت انجام فرآیند
۲- بررسی ابعاد و اندازه جوش بر اساس مشخصات موردنظر
۳- انجام آزمایش‌های غیرمخرب برای پی‌بردن به استحکام و یکپارچگی جوش
۴- بررسی عملیات پس‌گرمایش در صورت لزوم به اجرای آن

برای درک بیشتر روش‌های بازرسی جوش و آموزش آن به مقاله آموزش اصول بازرسی جوش مخرب و غیرمخرب موجود در سایت سبز سازه مراجعه فرمایید.

پرسش‌وپاسخ

نتیجه گیری

در این مقاله به بررسی خصوصیات جوش شیاری و ضوابط مربوط به آن پرداختیم. بررسی انواع جوش‌های شیاری انجام شد و کاربرد هر جوش در سازه نیز مورد بررسی قرار گرفت؛ پس از بررسی اهمیت جوش شیاری به بررسی طراحی و محاسبه مقاومت و ضخامت مؤثر جوش‌های شیاری بر اساس آیین‌نامه‌های مختلف پرداختیم. در گام بعد نحوه نمایش جوش شیاری در نقشه‌ها و نحوه خواندن آن مورد بررسی قرار گرفت و اجزای جوش در خواندن نقشه مورد بررسی قرار گرفت و سپس گام‌های اجرای جوش و چک‌لیست نظارت بر جوش شیاری ارائه گردید.

با خواندن این مقاله انتظار می‌رود که به دیدی جامع در زمینه جوش شیاری دست یابید و روش طراحی و محاسبه آن را بیاموزید.

منابع

1. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال ۱۴۰۱
2. دوره آموزشی دکتر مهدی شریفی از گروه سبزسازه
3. دوره آموزشی آمادگی برای محاسبات از گروه سبزسازه
4. کتاب راهنمای جوش و جوشکاری در ساختمان‌های فولادی، وزارت راه و شهرسازی، ویرایش 1390
5. آیین نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه ۲۲۸)
6. آشنایی با ضوابط جوش در مناطق لرزه خیز، علیرضا رضائیان، انجمن سازه های فولادی
7. کتاب سازه‌های فولادی دکتر گرامی (جلد دوم)
8. Structural Welding Code -Steel , AWS D1 .1/D1 .1 M:2020
9. Structural Welding Code-Seismic Supplement , AWS D1.8
10. Specification for structural steel buildings, AISC 360-22
11. Seismic provision for structural steel buildings, AISC 341-22
12. Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications, AISC 358-22
13. Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures, ASCE7 -22

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا