موارد زیادی در عمل وجود دارد که به دلیل عدم تحقق مشخصات فنی، مقطع جوشکاری دچار گسیختگی شده و خسارات زیادی را در بر داشته است.
در صورتی که جوش براساس مشخصات فنی و بر پایه‌ی دستورالعمل‌های کیفی انجام گردد، صرفاً در حالتی که نیروی اعمال شده بیشتر از مقاومت جوش باشد، می‌تواند منجر به گسیخته شدن شود. اما چنانچه جوش با نقص‌هایی همراه باشد، گیسختگی ممکن است در اثر نیروی کمتری نیز رخ بدهد.
در شکل، نمونه‌ای از گسیختگی جوش ایجاد شده در زلزله بم را نمایش می‌دهد.
هر عیب جوش دارای یک دلیل منطقی است و برای برطرف کردن آن نیز می‌توان راه‌حلی منطقی ارائه داد. اساساً عیوب جوشکاری همواره به یکی از این موارد ذیل مرتبط است:
الف) روش جوشکاری
ب) صلاحیت و مهارت جوشکار
ج) آماده‌سازی درز
د) دستورالعمل جوشکاری
این موارد باید در حین کار مرتب بازرسی و ارزیابی شوند.
عواملی که در کیفیت اتصالات جوشی تأثیر دارند
بدست آمدن یک اتصال جوشی مناسب، نیازمند به روند سازمان یافته‌ای است که از طراحی اتصال و انتخاب روش جوشکاری آغاز گردیده و با اجرای عملیات جوشکاری و بازرسی آن خاتمه می‌یابد. طراح سازه باید به طور کامل به عوامل مؤثر در کیفیت جوشکاری، اشراف داشته باشد و از آن‌ها در طراحی‌های خود بهره بگیرد.
به منظور دستیابی به یک جوش خوب باید 5 عامل برآورده شود:
الف) روش جوشکاری (Process Selection)
ب) آماده‌سازی درز (Preparation)
ج) دستورالعمل جوشکاری (Procedure)
د) پرسنل (Personnel)
ه) بازرسی و تأیید جوش (Prove)
مجموعه‌ی این دستورالعمل‌ها را، قانون پنج P می‌نامند.
روش جوشکاری
نخستین قدم در جوشکاری، برگزیدن یک روش مناسب است. در این مرحله مسئولان اجرایی از میان روش‌های جوش دستی، نیمه‌اتوماتیک و یا تمام اتوماتیک یکی را برای جوشکاری انتخاب می‌کنند. عواملی مثل زمان و هزینه‌های اقتصادی باید حتماً در این انتخاب مدنظر قرار داده شوند. امروزه استفاده از جوشکاری نیمه و یا تمام اتوماتیک موجب افزایش ملموسی در سرعت و کاهش هزینه‌ها می‌گردد، که البته نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری هم می‌باشد.
آماده کردن لبه‌های مرز:
درز جوش را می‌توان حساس‌ترین قسمت فلز پایه نامید. به عبارتی دیگر، درز جوش ناحیه‌ای است که باید برای پذیرش فلز جوش به شکل اتصال، آماده‌سازی گردد. موارد ذیل باید پیش از جوشکاری و در مرحله آماده‌سازی، کنترل شوند:
الف) زاویه‌ی شیار
ب) دهانه‌ی ریشه
ج) پیشانی ریشه
د) هم محوری درز
ه) پشت‌بند
و) تمیز بودن درز اتصال
زاویه‌ی شیار
زاویه‌ی شیار باید حتماً به منظور دسترسی به ریشه‌ی اتصال و ذوب دیواره‌های جانبی اتصال در جوشکاری چند پاسی، کافی باشد. اساساً هرچقدر زاویه‌ی شیار بیشتر باشد، ورود الکترود راحت‌تر است اما برای پر کردن آن، فلز جوش بیشتری موردنیاز است. در شکل زیر زاویه‌ی شیار مشخص شده است.
دهانه‌ی ریشه
به فاصله‌ی بین دو لبه‌ی شیار، دهانه‌ی ریشه می‌گویند که این فاصله با توجه به نوع جوش، زاویه‌ی شیار و استفاده از پشت‌بند، متغیر است. دهانه ریشه در شکل زیر نشان داده شده است.
چنانچه از تسمه‌ی پشت‌بند استفاده نشود، عدم ذوب ریشه چندان اهمیتی ندارد زیرا می‌توان ریشه جوش را از پشت سنگ زده و جوش پشت را اجرا نمود. در چنین حالتی، دهانه‌ی ریشه کوچک انتخاب می‌شود. شکل زیر مراحل انجام جوش پشت را نشان می‌دهد.
مراحل انجام جوش پشت
برای جوشکاری با تسمه‌ی پشت‌بند، دهانه ریشه بازتر در نظر گرفته می‌شود تا قطعه‌ی پشت به خوبی ذوب گردد زیرا در این حالت پشت جوش را نمی‌توان سنگ زد و همچنین سوختن لبه‌های تیز هم مطرح نخواهد بود.
در صورتی که برای جوشکاری و پر کردن فاصله از فیلر ( به عنوان قطعه‌ی پر کننده) استفاده شود، این قطعه مانند پشت‌بند عمل می‌کند، اما پیش از جوشکاری باید طرف پشت آن را سنگ زد تا از سالم و کافی بودن ذوب اطمینان حاصل گردد.
زاویه شیار و باز بودن ریشه با یکدیگر ارتباط دارند. یعنی علاوه بر کافی بودن فضا برای ورود الکترود به داخل اتصال و ذوب صحیح ریشه، باید نیازی هم به فلز جوش اضافی وجود نداشته باشد.
پیشانی ریشه
برای جلوگیری از سوختن لبه‌ی تیز در ریشه‌ی جوش باید یک سطح صاف به ارتفاع تقریباً 3 میلی‌متر در ریشه‌ی جوش ایجاد گردد که به آن پیشانی جوش می‌گویند.
برای پیشانی ریشه یک مقدار حداکثر وجود دارد تا در زمان جوشکاری سمت دیگر، جوش طرف پشت با جوش اولین پاس در هم آمیزد و اتصال مناسبی را درست کند. در 3 شکل بعدی به ترتیب درز شیاری بدون پیشانی ریشه، ریزش مذاب در ریشه‌ی جوش درز فوق و در نهایت درز شیاری با پیشانی ریشه و عدم ریزش پاس ریشه نشان داده شده است.
درز شیاری با پیشانی ریشه و عدم ریزش پاس ریشه
همچنین شکل بعد هم پیشانی ریشه را بکه علامت گذاری شده نشان می‌دهد.
زمانی که تسمه‌های بند به کار گرفته شوند، لازم نیست که ضخامتی برای پیشانی ریشه انتخاب گردد.
هم‌محوری درز
لبه‌های درز باید پیش از جوشکاری از لحاظ هم‌راستایی و رعایت رواداری‌های مونتاژ درز کنترل شوند.
تمیزی درز
سطح درز باید عاری از هرگونه گرد و غبار، چربی و رطوبت باشد. این موضوع به خصوص برای آن دسته سطوحی بسیار حائز اهمیت است که باید ذوب گردند و با فلز جوش در الکترود در هم آمیزند. سطح هر پاس جوش بایستی پیش از جوشکاری پاس بعدی به طور کامل تمیز شود.
دستورالعمل جوشکاری
اتصالات مهم و اساسی هر سازه‌ای به یک دستورالعمل جوشکاری نیاز دارد که جزئیات آن باید کاملاً مورد مطالعه قرار گرفته و طرح‌ریزی شده باشد.
با استفاده از تجارب کاری می‌توان دستورالعمل جوشکاری را تدوین کرد اما بهترین شیوه، بهره‌گیری از نمونه‌های آزمایشگاهی است.
همواره در یک دستورالعمل جوشکاری باید اطلاعات زیر موجود باشد:
الف) جزئیات اتصال
ب) روش جوشکاری
پ) نوع پودر و یا گاز حفاظت کننده
ت) نوع و اندازه‌ی الکترود
ث) پیش‌گرمایش و درجه حرارت عبورهای میانی
ج) شدت جریان و ولتاژ و تغییرات آن‌ها در پاس‌های گوناگون
چ) هندسه و رواداری‌های درز
ح) نوع بازرسی موردنیاز
خ) توالی عبورها
د) سایر اطلاعات مانند زاویه الکترود، نحوه استقرار نوار جوش و یا تکنیک‌های خاصی که برای دستیابی به یک جوش خوب به جوشکار کمک کند.
در شکل زیر، فرم استاندارد دستورالعمل جوشکاری WPS نشان داده شده است.
پیش‌گرم کردن درز اتصال
نیاز به پیش‌گرم کردن و دمای آن به ضخامت ورق، نوع فولاد، روش جوشکاری و دمای محیط وابسته است. جدول زیر حداقل دمای پیش‌گرم یا بین پاسی را با توجه به موارد مذکور، بیان می‌کند.
پرسنل
دست‌اندرکاران ساختمان نمی‌توانند کیفیت ساخت و ساز و سطح فنی طرح‌های ارائه شده را افزایش دهند مگر اینکه دانش و سطح اطلاعاتی خود را بالا ببرند که این با آموزش آن‌ها میسر است.
مبحث دانش فنی، ابعاد مختلفی دارد؛ در حقیقت این مقوله از هنرستان‌های فنی‌حرفه‌ای و آموزشگاه‌ها آغاز می‌گردد که مفاهیم عمومی و مهارتی را تدریس می‌کنند. سپس دانش فنی به معنای دقیق‌تر و جامع‌تر در دانشگاه‌ها آموزش داده می‌شود. در ادامه‌ی این سیکل، فعالیت‌های شرکت‌ها و مؤسسات تحقیقاتی قرار دارد که از راه‌های مختلف نظیر تحقیق و پژوهش یا همکاری با متخصصان داخلی و خارجی، به دانش فنی به‌روز تر و کامل‌‍‌تری دست پیدا می‌کنند. سرانجام مرحله‌ی نهایی به کارگیری این آموزش‌ها در عرصه‌ی عمل است که به وسیله تکنسین‌ها، مهندسین و طراحان صورت می‌گیرد
باید این موضوع را پذیرفت که در جوشکاری دستی، کیفیت جوش نمی‌تواند از مهارت جوشکار بهتر باشد. لذا پیش از آغاز کار، باید مهارت جوشکار مورد ارزیابی واقع شود. روش عملی به منظور ارزیابی صلاحیت جوشکاران، انجام آزمایش تشخیص صلاحیت جوشکار است.
انجام آزمایش مذکور جهت تشخیص صلاحیت کافی است اما غالباً این سوال در ذهن ایجاد می‌گردد که آیا این آزمایش توانایی جوشکار را به منظور انجام جوش واقعی در کارگاه مشخص می‌کند یا نه. معمولاً فرایند تشخیص صلاحیت با انجام یک آزمایش در کارگاه، اتمام می‌یابد. همچنین در صورتی که انجام آزمایش پرتونگاری موردنیاز باشد، بهتر است این آزمایش هم در فرایند تشخیص صلاحیت جوشکار قرار داده شود. علاوه بر این ممکن است که مهندس کارگاه براساس نیاز، انجام آزمایش‌های خاصی را نیز در پروسه‌ی تشخیص صلاحیت و ارزیابی جوشکار بگنجاند.
بازرسی و تأیید جوش
آخرین مرحله در قانون پنج P، بازرسی و تأیید جوش است. اگر از بازرسان جوش ماهر در کارگاه استفاده شود، جوشکاران بهترین عملکرد را از خود نشان می‌دهند. زیرا از این اطمینان دارند که بازرس قادر است کیفیت جوش آن‌ها را به خوبی ارزیابی کند.
یک بازرس جوش خوب باید یک جوشکار کارآزموده هم باشد که بتواند عیوب احتمالی را پیدا کند. در زمان بازرسی، هر جوش ضعیف یا مشکوک باید برداشته و اصلاح گردد.
عیوب جوش
این امکان وجود دارد که عیوبی در سطح یا داخل فلز جوش به دلیل عدم رعایت فنون و روش‌های صحیح جوشکاری، ایجاد گردد.
تعدادی از عیوب جوش متداول بدین شرح می‌باشد.
ذوب ناقص
نفوذ ناقص
تخلخل
بریدگی کنار جوش
تداخل گِل جوشکاری
سررفتن جوش روی فلز پایه (لوچه)
گرده‌ی اضافی در جوش
لکه‌ی قوس
انواع ترک‌ها
عدم پرشدگی شیار
جرقه و پاشش
در ادامه به تشریح هریک از این عیوب می‌پردازیم
ذوب ناقص
ذوب ناقص عبارت است از عدم امتزاج (مخلوط شدن) کامل فلز جوش و فلز پایه‌ی مجاور آن. ممکن است این عیب به دلیل تمیز نبودن سطوحی که باید به یکدیگر اتصال یابند و پوشیده بودن آن‌ها از گرد و خاک، زنگ‌زدگی، گل جوش و یا هر عامل خارجی دیگری رخ بدهد. دلیل دیگر به وقوع پیوستن این عیب، نرسیدن فلز پایه به نقطه ذوب خود در اثر بهره‌گیری از ابزار جوشکاری با شدت جریان کم می‌باشد. سرعت زیاد جوشکاری نیز دارای تأثیری مشابه است. شکل زیر ذوب ناقص در پاس رویی جوش را نمایش می‌دهد.
نفوذ ناقص
نفوذ ناقص یعنی فلز جوش تا عمق کمتر از آن چیزی که مشخص شده در داخل درز یا شیار نفوذ کند. چنین نفوذی تنها زمانی قابل قبول است که مغایرتی با دستورالعمل‌ها نداشته باشد.
این عیب که غالباً به جوش‌های شیاری نفوذ مربوط می‌شود، در صورت طرح نامناسب درزها در رابطه با روش جوشکاری انتخابی، الکترودهای بزرگتر از اندازه نرمال، سرعت زیاد جوشکاری و یا جریان الکتریکی ناکافی رخ می‌دهد. در شکل بعدی نمونه‌ای از درز جوش شده شیاری نشان داده شده است.
نمونه درز جوش شده شیاری
تخلخل
تخلخل در صورت به وجود آمدن حفره‌های خالی یا محبوس شدن گازها در فلز جوش حین سرد شدن رخ می‌دهد. دلیل ایجاد این عیب، استفاده از شدت‌های جریان‌های بسیار زیاد یا طول قوس خیلی بلند است. تخلخل می‌تواند به حالت یکنواخت در طول جوش پراکنده شود و یا به شکل یک حفره‌ی بزرگ در ریشه‌ی جوش گوشه یا ریشه‌ی جوش شیاری در نزدیکی تسمه‌ی پشت‌بند متمرکز گردد. حالت اخیر به علت روش جوشکاری نامناسب و استفاده‌ی غلط از تسمه‌های پشت‌بند به وجود می‌آید.
از دیگر دلایل ایجاد تخلخل در جوش می‌توان به وجود رطوبت، به کارگیری الکترود نامناسب و وزش باد در سطح جوش اشاره کرد. شکل زیر تخلخل ردیف شده را نمایش می‌دهد.
بریدگی کنار جوش
بریدگی یعنی شیار ذوب شده‌ای در فلز پایه که در انتهای ساق جوش واقع گردیده و توسط فلز جوش پر نشده است. بهره‌گیری از جریان پرقدرت یا طول قوس زیاد ممکن است فلز پایه را بسوزاند یا قسمتی از آن را از جای خود جدا کرده و یک شیار باقی بگذارد.
به آسانی با چشم می‌توان این عیب را تشخیص داد و آن را با جوشکاری مجدد ناحیه بریدگی، با الکترودهای نمره‌ی پایین‌تر از فلز جوش پر نمود.
در شکل زیر، سوختگی کنار جوش نشان داده شده است.
تداخل گِل جوشکاری
گِل جوش در اثر ذوب روکش الکترود هنگام عملیات جوشکاری به وجود می‌آید و مخلوطی از اکسید فلزات و ترکیبات دیگر است. گل جوشکاری غالباً به علت چگالی کمتر، در سطح حوضچه‌ی مذاب تجمع می‌کند و زمانی که جوش سرد شد به آسانی توسط چکش جوش کنده می‌شود. سرد شدن سریع جوش امکان دارد گل جوش را پیش از رسیدن به سطح، به دام بیندازد.
جوش‌های سقفی باید با دقت زیادی بررسی گردند زیرا بیشتر در معرض تداخل گل جوش قرار دارند. هنگامی که به منظور تأمین اندازه‌ی جوش مشخص، نیاز به چندبار عبور (Pass) الکترود وجود دارد، لازم است که جوشکار در حد فاصل بین دو عبور، گل جوش ناشی از مرحله‌ی قبلی را بردارد. یکی از دلایل اصلی تداخل گل جوشکاری، عدم دقت بالا در اجرای صحیح فرایند است. شکل بعدی گل جوش حبس شده را به تصویر می‌کشد.
سررفتن جوش روی فلز پایه (لوچه)
این عیب یکی دیگر از ناپیوستگی‌های مرتبط با استفاده از تکنیک‌های نادرست جوشکاری است. لوچه به معنای جاری شدن فلز جوش روی فلز مبنا، بدون ذوب کردن کامل آن می‌باشد.
سررفتگی را می‌توان یک ناپیوستگی خطرناک دانست زیرا منجر به تشکیل یک شیار تیز روی سطح قطعه می‌گردد. این شیار می‌تواند به عنوان محل تمرکز تنش موجب ایجاد و رشد ترک شود.
همانطور که قبلاٌ بیان شد دلیل اصلی سررفتگی، تکنیک نامناسب جوشکاری است. هنگامی که سرعت جوشکاری بسیار پایین باشد، میزان فلز پرکننده بیشتر از حد لازم برای پر کردن اتصال بوده و اضافه‌ی آن روی فلز پایه جاری می‌گردد. و به علت سرد بودن فلز مبنا، ذوب کافی در محل جاری شدن به وجود نمی‌آید. در برخی از الکترودها بخاطر سیال بودن مذاب، حساسیت به این ناپیوستگی بیشتر است بنابراین از این الکترودهای مذکور صرفاً در حالت تخت بهره گرفته می‌شود.
به علت اثر نیروی ثقل، غالباً در حالت افقی سررفتگی مذاب اتفاق می‌افتد. در شکل بعد، سررفتگی در یک جوش گوشه نشان داده شده است.
گرده‌ی اضافی در جوش
گرده‌ی اضافی، عبارت است از فلز جوش اضافه بر مقدار لازم برای پر کردن اتصال. ایراد اساسی گرده جوش، احتمال به وجود آوردن گوشه‌های تیز در نواحی پنجه‌ی جوش است. چنانچه ارتفاع گرده افزایش یابد، حساسیت بیشتری در این نواحی ایجاد می‌گردد. شکل زیر یک گرده‌ی اضافی را نمایش می‌دهد.
لکه‌ی قوس
این عیب به دلیل روشن کردن قوس روی سطح فلز مبنا، خارج از درز اتصال حاصل می‌شود که در اثر آن، نواحی کوچکی روی سطح فلز مبنا به حال سطحی ذوب گردیده و به سرعت سرد می‌شود.
لکه‌ی قوس، ایجاد ترک را به دنبال دارد لذا وجود آن در جوشکاری به هیچ عنوان قابل قبول نیست. شکل زیر نمونه‌ای از لکه‌ی قوس را به تصویر می‌کشد.
انواع ترک‌ها
شکستگی‌های فلز جوش در حقیقت همان ترک‌ها هستند که تحت تأثیر تنش‌های داخلی در امتداد جوش و یا عمود بر آن ایجاد می‌شود. همچنین این امکان نیز وجود دارد که ترک‌ها از فلز جوش تا فلز پایه امتداد داشته باشند و یا به طول کامل در نزدیکی خط جوش قرار گیرند. ترک‌ها را می‌توان بدترین و مضرترین عیوب جوشکاری نامید.
تشکیل برخی از ترک‌ها با آغاز سخت‌شدن جوش، رخ می‌دهد. گرمایش یکنواخت و سرد شدن آرام، می‌تواند مانع از ایجاد ترک گرم شود.
علاوه بر این ممکن است، در دمای عادی محیط سربسته ترک‌هایی به موازات جوش و در زیر آن در فلز پایه به وجود بیاید. تشکیل چنین ترک‌هایی در فولادهای ساختمانی می‌تواند در اثر نفوذ هیدروژن و جلوگیری از انقباض جوش و تاب‌خوردگی قطعه، صورت بگیرد.
برای پیشگیری از ایجاد این ترک‌های سرد می‌توان از الکترودهای کم هیدروژن به همراه پیش‌گرمایش مناسب، بهره برد.
اساساً دلایل اصلی تشکیل ترک در جوش و نواحی پیرامون آن بدین شرح می‌باشند:
• تقعر سطح جوش
• عدم پیش‌گرمایش مناسب سطح جوش
• طرح نامناسب درز جوش
• وجود رطوبت در الکترود یا درز جوش
• نفوذ هیدروژن
• وجود چاله‌ی انتهای جوش پرنشده
• نسبت عمق به عرض زیاد
در شکل زیر نمونه‌هایی از ترک‌های به وجود آمده به همراه علل تشکیلشان، نشان داده شده است.
همچنین دو شکل بعد هم به ترتیب ترک طولی در جوش منقطع و ترک طولی در خط مرکزی یک جوش شیاری را نمایش می‌دهد.
عدم پرشدگی شیار
این عیب سطحی به دلیل کمبود فلز جوش در مقطع جوش شیاری، اتفاق می‌افتد؛ به معنای دیگر عدم پرشدگی شیار، هنگامی به وجود می‌آید که فلز پرکننده‌ی رسوب داده شده، برای پر کردن شیار کافی نباشد. در شکل بعد، عدم پرشدگی شیار به تصویر کشیده شده است.
جرقه و پاشش
جرقه و پاشش عبارت است از ذرات فلزی که در هنگام جوشکاری به فضای اطراف پرتاب شده و اصولاً بخشی از فلز جوش به حساب نمی‌آید.
جرقه و پاشش در مقایسه با دیگر عیوب جوشکاری، دارای اهمیتی و حساسیت زیادی نیست اما به هر حال چنانچه پاشش به صورت یک قطره‌ی بزرگ باشد، گرمای لازم به منظور ایجاد حساسیت به ترک را فراهم خواهد نمود. شکل زیر یک نمونه از پاشش جوش را نشان می‌دهد.
