اولين جوشكاري زير آب توسط نيروي دريايي بريتانيا صورت گرفت. در آن زمان يك كارخانه كشتي سازي براي آب بند كردن نشت هاي موجود در پرچ هاي زير كشتي در زیر آب، بهترین روش را جوشکاری تشخیص داد. در كارهاي توليدي كه در زير آب انجام مي شود، جوشكاري زير آبي يك ابزار مهم و كليدي محسوب می شود. وان در ويليجن در هلند در سال 1946 الكترودهاي ضد آب را بهبود بخشید. سازه هاي فرا ساحلي از قبيل دكل هاي حفاري چاه هاي نفت، خطوط لوله و سكوهاي ويژه اي كه در آب ها تاسیس می گردند، در سال هاي اخير، گسترش یافته اند که ممکن است دچار حادثه شوند که قسمتی از آنها نیاز به مرمت و بازسازی داشته باشد. روش جوشکاری زیرآبی بدین منظور صورت می گیرد.
اگر چه در تصور عموم، جوشکاری زیر آبی امر عجیبی است چرا که ماهیت جوشکاری را ناشی از آتش می دانند. اما این در حالی است که جوشکاري ماهيت قوس الکتريکي داشته و روشن شدن آن زير آب دور از واقع نیست. در جوشکاري روی اب و خشکی، هوا يونيزاسيون می گردد. در حالی که در جوشکاری زیر آب، بخار آب يونيزاسيون مي شود.
- طبقه بندي جوشکاری زیر آبی
جوشکاری زیر آبی به دو دسته طبقه بندي می شود:
- جوشكاري مرطوب
در جوشكاري مرطوب، عمليات جوشكاري در زير آب صورت می گیرد و بطور مستقیم با محیط مرطوب در اتباط است. جوشکاري مرطوب ممکن است اثرات منفی نیز داشته باشد که عبارتند از: افت شديد دما که موجب تغييرات ساختاري و متالورژيکي مي شود، ترک خوردگي هيدروژني، ترکیب اکسيژن با عناصر آلياژي و حل شدن اکسيد اين آلياژها در آب.
در این روش، از نوعي الكترود ويژه استفاده و جوشكاري بصورت دستي همچون جوشكاري كه در فضاي بيرون آب، انجام مي شود. آزادي عملي كه جوشكار در حين جوش كاري از اين روش دارد، جوشكاري مرطوب را موثر و به روشي كارا و از نقطه نظر اقتصادي مقرون به صرفه نموده است. تامين كننده نيروي جوشكاري، روي سطح مستقر شده و بواسطه كابل ها و شيلنگ ها به غواص يا جوشكار متصل مي گردد.
- جوشكاري خشك
جوشکاري خشک در يک اتاقک حاوی هوای فشرده در داخل آب صورت می گیرد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس مي نماید. اتاقک ها را به شکل دو تکه می سازند. سپس داخل آب، و روي قطعه مورد نظر دو تکه را به هم متصل می کنند. يک لوله رابط بين کشتي و اتاقک است که از طریق آن، وسايل مورد نياز به اتاقک ارسال می نمایند. اين روش براي اولين بار در آمريکا صورت گرفت که به دلیل هزینه بالا و زمانبر بوده، در حال توسعه و بهبود روش های کار می باشد.
- الکترودهای جوشکاری زیر آب
در جوشکاری زیر آبی قوسی، از انواع اصلاح شده الکترودهای دستی معمولی استفاده می شود. برای این الکترودها، سیستم کدگذاری خاصی وجود ندارد و اغلب آنها بر اساس نام تجاری شناخته شده و مطابق با قابلیت و سهولت کاربرد برای جوشکاران، استفاده می شوند. پرکاربردترین الکترودهای دستی برای فولادهای کربنی/ منگنزی مورد استفاده قرار می گیرند.
خواص مکانیکی جوشکاری زیرآبی با توجه به عمق جوشکاری صورت می گیرد که با افزایش عمق محل جوشکاری، این خواص کاهش پیدا می کند. با افزایش عمق، فشار نیز افزایش می یابد که موجب ورود اکسیژن ناشی از تجزیه آب و افزایش مقدار آن، کاهش منگنز و سیلیکون و افزایش کربن در حوضچه جوش و ایجاد تخلخل در جوش هنگام سرد شدن آن می شود. علاوه بر این، افزایش هیدروژن نیز امکانپذیر است که ازدیاد تخلخل و کاهش پایداری قوس را در پی دارد زیرا بدلیل پتانسیل یونیزاسیون بالای هیدروژن در عمق‌های زیاد، میزان استحکام قوس کاهش پیدا می کند.
احتمال ایجاد ترک های هیدروژنی در اثر حضور آب و رطوبت، از دیگر مشکلات احتمالی جوشکاری زیر ابی می باشد که میزان این خطر، با افزایش عمق آب، بیشتر می شود. در صورتی که از الکترودهای با روکش اسیدی استفاده گردد، این حساسیت افزایش پیدا می کند زیرا در این نوع پوشش، قابلیت جذب رطوبت بیشتر است و هیدروژن تجزیه شده از این رطوبت جذب فلز جوش مذاب می شود. به همین جهت، در جوشکاری زیرآبی استفاده از الکترودهای نوع روتیلی بهترین گزینه ها هستند.
روکش این الکترودها جهت بهبود شرایط جوشکاری و خواص جوش، از مواد خاصی تشکیل شده اند. برای نمونه فرومنگنز به منظور جذب اکسیژن، کاهش تخلخل تیتانیوم و بور، تشکیل ساختار فریت سوزنی و بهبود خواص مکانیکی، به مواد پوشش الکترود اضافه می شود. به منظور بهبود چقرمگی به مواد پوشش، نیکل افزوده می گردد. جوشکاری زیرآبی فولادهای مقاوم، با استفاده از الکترودهای زنگ نزن آستنیتی صورت می گیرد تا احتمال ترک هیدروژنی را کاهش دهد. در هر صورت به منظور جلوگیری از ایجاد ترک در ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) باید اما احتیاطهای لازم انجام شود.
بدلیل کمتر بودن سرعت سوخت پوشش الکترود در الکترودهای دستی نسبت به ذوب مغزی آن، یک چاله در سر الکترود شکل می گیرد که درون آن گودی که از اطراف توسط فلاکس پوشش احاطه شده، یک قوس ایجاد می شود که به حفاظت از ذرات مذاب جدا شده از الکترود و کنترل انتقال آنها کمک می کند.
چاله سر الکترود موجب پایداری قوس و کنترل طول آن می گردد که بدون وجود آن، دستیابی به یک جوش زیرآبی قابل قبول و مناسب بسیار مشکل می شود. از اینرو جوشکاران با استفاده از این روش، می توانند حتی در صورت عدم وجود دید کافی با کمی فشار به الکترود، بدون نیاز به کنترل طول قوس، با یک نرخ تغذیه ثابت جوشکاری را انجام دهند. پوشش الکترود می تواند اتمسفر تولید کند از اطراف حوضچه جوش محافظت می کند.
این پدیده در جوشکاری زیر آبی امری متداول است زیرا آب و رطوبت موجب تشدید آن می شود. یکی از تفاوتهای قوس زیر آب با قوس در هوا، ایجاد حبابهای گاز در ناحیه قوس می باشد. رفتار این حبابها در جوشکاری زیرآبی اهمیت زیادی دارد که موجب ناپایدار کردن قوس و تلاطم حوضچه جوش می شوند.
- محافظت حوضچه جوش در جوشکاری زیرآبی
برای انتخاب مواد فلاکس پوشش الکترود توسط سازندگان باید نکات مهمی تا جوش حاصل از آنها کیفیت و خواص مورد نظر را تعبیه کند. بسته به خواص مورد نیاز و نیز عمق آب، ممکن است الکترود خاصی بهترین نتیجه را ایجاد نماید. برای تایید کیفیت دستورالعمل و همچنین تایید الکترودهای مورد استفاده باید آزمونهای خاصی صورت بگیرد. این آزمونها در کد AWS D3.6 شرح . مهمترین تفاوت ظاهری الکترودهای دستی معمولی با الکترودهای جوشکاری زیرآبی، پوشش ضد آب الکترودهای زیرآبی است.
الکترودهای مورد مصرف در جوشکاری قوسی زیرآبی توسط یک موم یا پلاستیک ضد آب پوشش داده میشوند تا فلاکس روکش الکترود را تا زمان مصرف از تماس با آب محافظت کرده و یا حداقل نفوذ رطوبت را کاهش دهد. میزان کیفیت این پوشش اهمیت زیادی دارد. اگر پوشش ضد آب بطور یکپارچه سطح الکترود را نپوشاند، آب از طریق درزهای موجود در آن نفوذ می نماید و موجب مرطوب شدن فلاکس الکترود و در نتیجه کاهش کیفیت جوش می شود. علاوه بر این، در جوشکاری در اعماق زیاد، به علت بالا بودن فشار هیدروستاتیک، آب میتواند از پوششهای نامناسب عبور کرده و فلاکس الکترود را مرطوب کند. پوشش های ضدآب علاوه بر موارد مطرح شده باید بدون جاگذاشتن مواد مضر سوزانده شوند تا در شرایط قوس و انتقال برای قطرات مذاب، خللی ایجاد نگردد.
محافظت و نگهداری از پوشش ضدآب این الکترودها باید با دقت انجام شود تا هیچ آسیبی به آنها وارد نشود. علاوه بر این، به دلیل اهمیت این موضوع، باید روشهای جابجایی و نگهداری الکترودها در زیر آب در دستورالعمل جوش (WPS) ذکر شود. این پوششها سرتاسر الکترود را فرا گرفته اند و امکان ایجاد اتصال الکتریکی نیز در این حالت وجود ندارد. لذا برای برقرار گردن جریان و شروع جوشکاری، جوشکار باید با فشردن دندانه‌های انبر جوشکاری بر روی انتهای الکترود، خراشی در پوشش ایجاد نماید.
به منظور ایجاد قوس، باید نوک الکترود را با فشار بر روی سطح کشید تا پوشش آن ناحیه نیز برداشته و قوس برقرار شود. سازندگان الکترود برای الکترودهای جوشکاری زیرآبی، پیشرفت قابل ملاحظه ای در بهبود سیستم های ضد آب داشته اند.
لیست تعدادی از معرفترین الکترودهای جوشکاری زیرآبی
در جوشکاری زیرآبی، جریان DCEN کاربرد زیادی دارد که موجب افزایش طول عمر انبر الکترود می شود. این جریان از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه بود و از کیفیت بالایی نیز برخوردار است در هر صورت، بهترین حالت تنظیم جریان و ولتاژ استفاده از مقادیر پیشنهادی سازنده میباشد.