اتصالات فلزی جوشی

اتصالات فلزی جوشی ، باید بیان شود که اتصالات فلزی جوشی متداول ترین اتصالات لوله کشی می باشد که از آن استفاده های بسیاری می شود. برای اتصالات فولاد یا فلز، روش های مختلفی وجود دارد که در زیر به آن ها اشاره می کنیم:

• اتصالات ساکت ولد
• اتصالات دنده ای و رزوه ای
• اتصالات جوشی و …

لازم به ذکر است که اتصالات جوشی ( در سایزهای بزرگتر از ۲ اینچ ) بیشتر از سایر اتصالات اتصالات ساکت ولد و اتصالات دنده ای مورد استفاه قرار می گیرد. یک اتصال جوشی به نوعی طراحی و ساخته می شود که در سایت با استفاده از جوشکاری به لوله قابل اتصال باشد، به صورت کلی از اتصالات جوشی برای موارد زیر می توان بهره برد:

• تغییر جهت لوله
• تغییر سایز لوله
• انشعاب گیری از لوله
• مسدود کردن مسیر لوله و …

اتصالات جوشی در انتقال ایمن و مناسب سیالاتی مثل نفت، گاز، بخار، محصولات شیمیایی و … در مسیرهای کوتاه و بلند، انجام می گیرد و جزء بهترین روش ها به حساب می آید. می توان اذعان داشت که اتصالات جوشی به اتصالاتی اطلاق می شود که به صورت یک تکه ساخته شده باشد.

اتصالات جوشی با توجه به آلیاژ سازنده آن ‌ها به صورت محصولات فولادی (فشار قوی، درزدار، مانیسمان)، آهنی، استیل و … تولید و روانه بازار می‌ شوند. در این مقاله قصد داریم تا به بررسی اتصالات جوشی در فولاد بپردازیم، بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مقاله با همراه باشید.

اتصالات جوشی چه کاربردی دارند؟

در کل جوشکاری و اتصالات جوشی در صنایع مختلف مانند ساختمان سازی و … استفاده می شود. حال می توان اشاره داشت که از لوله و اتصالات جوشی با در نظر گرفتن شرایطی مانند دما و فشار قابل تحمل، در بسیار مختلفی مانند موارد زیر کاربرد دارد:

• خطوط انتقالی سیالات در پتروشیمی
• کارخانجات صنعتی
• رایزرهای صنعتی و ساختمانی
• سیستم‌های آتش نشانی در ساختمان‌ها
• لوله کشی گاز در منازل مسکونی و …

شایان به ذکر می باشد که اتصالات جوشی در مصارف نام برده شده در بالا نقشی تحت عنوان یک رابط جهت تغییر مسیر، تغییر سایز، انشعاب گیری، ارتباط بین دو شبکه و … را بازی می ‌کنند. اتصالات جوشی با استفاده از دستگاه جوش و سیم جوشکاری مورد استفاده قرار می ‌گیرند. دستگاه جوش با تولید جریان بالای الکتریکی در نقطه جوش، اتصالات ذوب شده و به لوله متصل می‌ گردند.

مطابقت آلیاژ و ابعاد اتصالات جوشی با لوله:

مطابقت آلیاژ و ابعاد اتصالات جوشی با لوله یک اصل بسیار مهم می باشد که باید رعایت گردد. نکته های بسیار مهمی در این باره وجود دارد که می توان از آن ها به صورت زیر اشاره داشت:

• متریال و آلیاژ لوله باید با آلیاژ اتصالات جوشی مطابقت و هماهنگی داشته باشد.

این نکته را اگر بخواهیم با مثالی شرح دهیم، می توانیم اشاره کنیم که یک لوله با استاندارد آلیاژی ASTM A106 GR.B باید به اتصالاتی با استاندارد ASTM A234 WPB و یا لوله با استاندارد ASTM A312 T304 به اتصالاتی با استاندارد ASTM A403 WP304 متصل شود.

• علاوه بر این ابعاد اتصالات جوشی باید با ابعاد لوله متصل به آن مطابقت کند.

به عنوان مثال می توان اشاره داشت که یک لوله ۶ اینچ رده ۴۰ باید به اتصالات ۶ اینچ رده ۴۰ استفاده شود.

• سایر انواع اتصالات می تواند به صورت دنده ای یا ساکت ولد باشد.

مزایای اتصالات جوشی چه می باشد؟

• می توان اشاره داشت که اتصالات جوشی اتصالی قوی و بسیار محکم بین لوله و انواع اتصالات برقرار می کنند و در صورت اجرا به نحو صحیح، به ندرت دچار نشتی می شوند. به بیان ساده تر جوش کردن اتصالات به خط لوله به این معنی می باشد که برای همیشه از نشت آن ‌ها جلوگیری شده است.
• اتصالات جوسی می تواند افت فشار و اغتشاش جریان را به حداقل برساند به دلیل آن که سطح اتصال بین لوله و اتصال جوشی سطحی یکنواخت است. به صورت کلی سطح صاف اتصال در درون لوله و اتصال مربوطه افت فشار را کم کرده و در هم ریختگی جریان سیال را کاهش خواهد داد.
• اتصالات جوشی طول عمر مناسبی دارند و هم چنین به سرویس های دوره ای کوتاه مدت نیاز نخواهند داشت.
• این اتصالات، بسیار مقرون به صرفه هستند. در اتصالات جوشی متریال کمتری نسبت به سایر اتصالات از جمله اتصالات فلنج دار در ساخت اتصالات جوشی استفاده می شود و به همین دلیل نسبتا ارزان هستند.

از دیگر مزایای بسیار مهم اتصالات جوشی می توان به موارد زیر اشاره داشت:

• ایمنی بیشتر در هنگام انجام کار
• متریال به کار گرفته شده بسیار مرغوب
• متناسب برای صنایع متفاوت
• مقاوم در برابر دما و فشار مختلف
• حمل و نقل آسان

تفاوت و مزایای اتصالات جوشی نسبت به فلنج ها جوشی:

می توان اذعان داشت که اتصالات جوشی نسبت به فلنج های جوشی مزایای خاصی دارند و به همین دلیل سعی می شود که بیشتر از این نوع اتصال در صنایع مختلف استفاده شود. در زیر به مزایای اتصالات جوشی نسبت به فلنج ها اشاره شده است:

• اتصالات جوشی به ۱۰ تا ۷۵ درصد متریال کمتر نسبت به اتصالات فلنجی نیاز دارند. که این بدین معناست اتصالات جوشی متریال و وزن کمتری داشته و همچنین هزینه کمتری دارند.
• ساختار جوشی این نوع از اتصالات آزادی عمل بیشتر و مناسب تری را در طراحی شکل های مختلف اتصالات برای ما به ارمغان می آورد و این اتصالات فضای کمتری را اشغال می کند و فشرده تر می باشند و هم چنین از استحکام و طول عمر بیشتری نیز برخوردارند.
• اتصال جوشی سیال را به صورت بهینه انتقال می دهد، به دلیل آن که هیچ گونه ناهمگونی در مسیر سیال ایجاد نخواهند کرد. این اتصالات مقاومت اصطکاکی کمتری ایجاد می نمایند، هم چنین افت فشار کمتری داشته و به همین ترتیب اغتشاشی در سیال رخ نمی دهد.

لازم به ذکر است که فلنج جوشی،  لوله ها و تجهیزات را به وسیله ی پیچ و مهره به هم متصل می کند در حالی که اتصالات جوشی لوله ها را به وسیله جوش کاری به هم وصل می کنند.

فرایند تولید اتصالات ‌جوشی:

شایان به ذکر است که اتصالات جوشی درزدار ( درز جوش ) با استفاده از لوله‌ های سیاه جوشی درزدار سنگین و اتصالات بدون درز ( مانیسمان ) نیز با استفاده از لوله ‌های مانیسمان تولید می گردند.

نحوه تولید این محصولات به صورت زیر می باشد:

1. لوله های مورد استفاده برش داده و در قالب‌ های متفاوت تولیدی (زانو، سراهی و …) قرار می‌ گیرند.
2. پس از آن با وارد کردن حرارت به آن‌ ها محصول مورد نیاز تولید و ساختار آن ثابت خواهد شد.

از جمله نکات بسیار مهمی که باید بدانید این است که:

• اتصالات جوشی درز دار اغلب در مواردی همچون لوله کشی ‌های گاز روکار با فشار پایین مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
• اتصالات مانیسمان یا بدون بدرز در خطوط انتقالی با فشار بالاتر همانند سیستم ‌های آتش نشانی و لوله کشی در کارخانجات صنعتی جهت انتقال سیالات و حتی در خطوط گازرسانیِ توکار در منازل مسکونی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اتصالات جوشی مانیسمان نیز از لحاظ تولید به رده‌ بندی هایی به صورت زیر تقسیم می شوند:

• رده ۲۰ (SCH20)
• ردهSTD
• رده SGP
• رده ۴۰ (SCH40)
• رده ۸۰ (SCH80)

اتصالات مانیسمان جوشی:

در قسمت قبل کمی درباره این نوع اتصالات توصیح داده ایم. به صورت کامل تر می توان بیان کرد که اتصالات مانیسمان جوشی مستقیما از لوله مانیسمان ساخته می شوند. لوله مانیسمان با استفاده از اعمال فشار و گرما کاری مستقیما به شکل های مختلف مانند زانویی تبدیل می گردد.

اتصالات مانیسمان به اتصالات بدون درز معروف هستند و هیچ گونه درز جوشی همراه خود ندارند. این ویژگی در انتقال سیال در شرایط بحرانی (فشار و دمای بالا) کاربرد خواهد داشت. عدم وجود درز جوش در اتصالات مانیسمان به معنای ریسک کمتر و اختلال کمتر در انتقال سیال است. اتصالات معمول جوشی بسته به شکل،سایز و روش تولید معمولا از یک یا چند درز جوش ساخته می شوند.

اتصالات جوشی در کدام صنایع استفاده خواهد شد؟

اتصالات در هر کاربردی که تولید، مصرف و انتقال سیالات، گازها، مواد شیمیایی مورد نیاز باشد، به کار می روند. صنایعی که اتصالات در آن استفاده می شود، تنوع بسیاری دارد و در زیر به آن ها اشاره می کنیم:

• صنعت ساختمان سازی : اتصالات جوشی در صنعت ساختمان و موتور خانه کاربرد بسیار فراوانی دارد و در کنار لوله های سیاه درز دار و لوله های مانیسمان استفاده می گردد.
• سیستم های آتش نشانی: اتصالات جوشی در سیستم آتش نشانی ساختمان ها و مراکز تجاری مورد استفاده قرار می گیرد و در کنار اتصالات کلمپی و فلنجی کاربرد دارد.
• صنایع دارویی و بیوتکنولوژی ، صنایع تولید کاغذ و خمیر کاغذ، صنایع تولید پلاستیک و مواد ساختمانی نیز از سایر صنایع پرکاربرد برای اتصالات جوشی هستند.
• صنایع غذایی و آشامیدنی

از جمله کاربردهایی که در صنایع غذایی و آشامیدنی دارد، به صورت زیر می باشد:

1. زنجیره های نگه داری محصولات غذایی
2. صنایع نوشیدنی و غذاهای یخ زده در دمای معین
3. دستگاه های آب شیرین کن و تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی برای مناطق خشک و جزایر

• صنایع مرتبط به انرژی:

از جمله کاربردهایی که در صنایع انرژی دارد، به صورت زیر است:

1. صنایع نفت و گاز شامل صنایع بالا دستی ( اکتشاف و تولید )
2. صنایع میانی (خطوط انتقال، ذخیره)
3. صنایع پایین دستی (پالایش محصولات، توزیع و فروش)
4. نیروگاه های استفاده کننده از سوخت فسیلی یا نیروگاه های هسته ای
5. خطوط انتقال تامین کننده انرژی زمین گرمایی

نحوه شناسایی و دسته بندی اتصالات جوشی:

لازم به ذکر می باشد که ابعاد اتصالات جوشی با قطر و ضخامت آن ( schedule ) اندازه گیری می شود. اتصالات هم چنین بر اساس آلیاژ ساخته شده و درز دار یا بدون درز بودن نیز تعریف و دسته بندی خواهند شد. باید بدانید که اتصالات و لوله ها در نقاط مختلف دنیا در سایزهای مشابه طراحی و ساخته می شوند اما تنها در روش برچسب گذاری با یک دیگر تفاوت دارند. برای مثال استاندارد آمریکای شمالی NPS یا سایز نامی لوله نام دارد. استاندارد بین المللی نیز قطر نامی یا DN است.

استاندارد ابعادی اتصالات مانیسمان مطابق استاندارد ASME B16.9 تعیین می شود. اتصالات با  ½ NPS تا ۱۲ اینچ قطر بیرونی بزرگتری از سایز نامی خود دارند و با افزایش رده ضخامتی یا SCHEDULE آن ها قطر داخلی شان کوچکتر می شود. هم چنین می توان اذعان داشت که برای اتصالات مانیسمان با سایز نامی ۱۴ و بزرگتر، قطر بیرونی دقیقا برابر با سایز نامی آن ها است و با افزایش SCHEDULE قطر داخلی آن ها کاهش می یابد.

Schedule در اتصالات مانیسمان:

عبارت Schedule به طور مخفف Sch نشان داده می شود و مطابق استاندارد آمریکایی نشان دهنده ی ضخامت لوله می باشد. هر چه Schedule بیشتر باشد ضخامت لوله نیز بیشتر خواهد شد و می تواند فشار و دمای بیشتری را تحمل نماید.

ضخامت اتصالات مانیسمان مشابه لوله های مانیسمان و با استفاده از استاندارد ابعادی ASME B36.10 بدست می آیند. هر چه SCHEDULE اتصالات بیشتر باشد، متریال بیشتری در ساخت آن استفاده می شود و بالطبع هزینه بیشتری برای خرید و نصب به همراه خواهد داشت.

چرا اتصالات گاهی از لوله هایی که به آن متصل می شوند ضخیم تر می باشند؟

برای پاسخ به این سوال می توان اذعان داشت که اتصالات معمولا بنا به الزامات کاربردی و شرایط تولید، ضخامتی بیشتر از لوله های متصل به آن را دارا می باشند. بر اساس شکل اتصالات، تنش های وارده بر آن کاملا متفاوت با تنش های وارد برلوله خواهد بود. استفاده از متریال بیشتر و به دنبال آن ضخامت بیشتر می تواند جبرانی بر تنش های بیشتر وارد شده بر اتصالات فلزی باشد.

به چه دلیل یک متریال خاص یا رده ضخامتی خاص برای اتصالات استفاده می شود؟

شایان به ذکر می باشد که انتخاب متریال ،آلیاژ و SCHEDULE توسط مهندسان طراح صورت می گیرد و بر اساس هزینه تمام شده و الزامات کیفی انجام می شود. مهندسان عوامل کلیدی مربوط به شرایط عملکرد و محیط را در انتخاب مشخصات فنی تولید اتصالات لحاظ می کنند ، از جمله موارد زیر را در نظر خواهند گرفت:

• فشار
• دما
• خوردگی
• لرزش
• ارتعاش سیستم و …

متریال آلیاژی اتصالات هم چنین باید از لحاظ شیمیایی با متریال لوله مطابقت نماید که هم برای جوشکاری مشکلی به وجود نیاید و هم از خوردگی داخلی سیستم جلوگیری به عمل آورد. در نهایت هزینه متریال مختلف با یک دیگر متفاوت خواهد بود.

ابعاد و آلیاژهای اتصالات جوشی:

اتصالات فلزی جوشی در گستره ابعادی متنوعی (ترکیب های مختلفی از قطر بیرونی و ضخامت های مختلف) می باشند. آلیاژهای مختلفی در اتصالات جوشی به کار گرفته می شود کحه متداولترین آن ها به صورت زیر خواهد بود:

1. ASTM A234 WPB برای اتصالات فولادی کربن استیل
2. ASTM A403 WP304 & WP316 برای اتصالات استنلس استیل
3. ASTM A815 برای اتصالات دوپلکس و سوپر دوپلکس

کاربرد اتصالات جوشی کربن استیل و اتصالات استنلس استیل چه می باشد؟!

اتصالات جوشی کربن استیل برای خطوط انتقال و فرآیندی در صنایع نفت و گاز و نیروگاهی متداولا استفاده می شود. اتصالات استنلس نیز برای کاربردهای که موضوع خوردگی در آن مهم است (مانند صنایع غذایی و دارویی) استفاده خواهد شد. بر اساس کاربردهای مختلف سطوح داخلی و خارجی اتصالات فلزی جوشی با متریال مختلف پوشش داده می شود.

اتصالات جوشی مانیسمان در مقابل اتصالات جوشی درزدار:

اتصالات فلزی جوشی ، همان گونه که اشاره کرده ایم، اتصالات جوشی در دو دسته اتصالات جوشی بدون درز یا مانیسمان و اتصالات درز دار موجود می باشند. (اتصالات بدون درز تا سایز ۲۴ اینچ تولید می شوند و اتصالات درزدار تا سایزهای بزرگتر از ۲۴ اینچ نیز تولید خواهند شد. )

اتصالات مانیسمان بدون درز از لوله های بدون درز ساخته می شود و با استفاده از فرآیندهای گرماکاری به شکل های اتصالات در می آیند. همان گونه که می دانید، اتصالات مانیسمان درز جوشی ندارند و در شرایطی با دما و فشار بالا کاربرد دارد. نبود درز جوش در اتصالات مانیسمان تضمینی بر مقاومت بالا، دوام بیشتر و عملکرد فیزیکی بهتر این اتصالات است. اتصالات جوشی درزدار بر حسب ابعاد و شکل مورد نظر و فرآیند تولید از یک تا چند درز جوش دارند.

انواع اتصالات جوشی

اتصالات فلزی جوشی انواع و اقسام مختلفی دارند که در زیر به آن ها اشاره می کنیم:

• سه راهی جوشی: سه راهی یکی از پر مصرف‌ ترین نمونه ‌های اتصالات فلزی جوشی محسوب می ‌شود که برای ایجاد انشعاب مساوی و غیر مساوی در مسیر لوله کشی از آن استفاده می‌شود. جهت چرخش با استفاده از جوش کاری دو طرف به لوله این محصول جوش داده می ‌شود.
• زانویی ۴۵ درجه جوشی: با استفاده از این نوع اتصال جوشی می‌ توان مسیر حرکت لوله را تغییر داد. برای مسیر لوله کشی با انحراف زاویه ۴۵ درجه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• زانویی ۹۰ درجه جوشی: یک از انواع اتصالات جوشی است که همانند مدل ۴۵ درجه برای تغییر حرکت لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مسیر لوله کشی با زاویه ۹۰ درجه کاربرد دارد.
• سردنده جوشی: رابطی است که برای متصل کردن اتصالات جوش به اتصالات رزوه‌ای مثل شیر گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• تبدیل جوشی: از تبدیل به عنوان رابطی جهت تغییر در سایز لوله‌های ارتباطی استفاده می‌شود. یعنی لوله‌هایی با سایزهای متفاوت را به هم وصل می‌کند که به طور کلی تبدیل‌ها به دو دسته تبدیل هم مرکز و تبدیل غیر هم مررکز تقسیم می‌شوند
• کپ جوشی: از کپ برای انسداد و کور کردن خط لوله یا اتصالات استفاده میشود. کپ‌ها به دو دسته کپ گود یا کاسه ای و کپ تخت یا پولکی تقسیم می‌شوند.

استانداردهای اتصالات جوشی

استاندارد ASME B16.9 ، ASME B16.28 مشخصات و تلرانس ابعادی اتصالات مانیسمان جوشی را نشان می دهد. هم چنین باید بیان شود که استاندارد ASME B16.25 شرایط آماده سازی انتهای اتصالات فلزی جوشی به منظور جوشکاری را تعیین می کند. استاندارد ASME B16.49 نیز جزئیات نام گذاری را نشان می دهد.