- تولید گاز استیلن خلوص بالا
- 09052614263
- 09122590507
- info@sapragas.com
بررسی و معرفی جوش سربهسر میلگرد با گاز استیلن و فشار(جوش فورجینگ)
رعایت نکات ایمنی سیلندر گاز استیلن
آوریل 14, 2020
صفر تا صد مراحل جوشکاری اکسی‌استیلن
ژانویه 26, 2021
خلاصه مطالب
در تحقیق حاضر به بررسی و معرفی فرآیند جوش فورجینگ که امکان جایگذین آن با وصله میلگردها (اورلپ) یا روش‌های مکانیکی، در سازهای بتنی است، پرداخته شده است.اطلاعات و نتایج حاصل از آزمایش‌ها و تحقیقات انجام شده در داخل و خارج از کشور جمع‌آوری شده و این روش با دو شیوه دیگر وصله کردن میلگرد (وصله‌ی مکانیکی یا کوپلینگ، وصله‌ی پوششی یا اور لپ) مقایسه و معایب و مزایای هر یک مورد بررسی قرار گرفته و گزارش شده است.مقدمه
با گسترش ساخت و سازها و بهخصوص استفاده بسیار زیاد بتن در صنعت ساختمان (دومین ماده پر مصرف جهان بعد از آب) و به دلیل ضعف کشش بتن، استفاده از میلگرد به‌منظور افزایش مقاومت ناحیه کششی بتن، امری انکار ناپذیر است.
میلگردها علاوه بر تحمل کشش، توانایی تحمل نیروهای فشاری را نیز دارد و می‌تواند در افزایش ظرفیت فشاری قطعات بتن آرمه نیز موثر باشد.
علی‌رقم ضرورت استفاده از میلگرد در بتن، وجود آن باعث ایجاد مشکلاتی در اعضای بتن آرمه می‌شود که باید مورد بررسی قرار گیرند. از جمله این معضلات میتوان بهپیوستگی بین بتن و میلگرد، توانایی انتقال نیروی کششی بتن بعد از ترک خوردگی به میلگرد، بهخصوص در طول وصله میلگردها و همچنین اشغال کردن فضایی که باید بتن ریزی و ویبره شود، بهخصوص در طول وصله میلگردها و افزایش وزن سازه اشاره کرد .
علاوه بر موارد ذکر شده، میلگردهای فولادی دارای طول محدودی هستند و در سازهای مرتفع یا اعضای دارای طول زیاد به‌ناچار مجبور به اتصال میلگردها به روش‌های مختلف به یکدیگر الزامی است.
اتصال یا وصله میلگرد نامناسب به‌خودی خود یکی از نقاط ضعف اساسی در اعضای بتن آرمه محسوب می‌شود. زیرا با توجه به نوع وصله، در وصله‌های هم‌پوشانی (اورلپ) در طول هم‌پوشانی وصله دو میلگرد، بهخصوص اگر میلگردها دارای قطر زیاد و بتن دارای مقاومت کمی باشد، نیاز به افزایش طول هم‌پوشانی دو میلگرد گردیده و در این صورت تراکم میلگردها در محل وصله زیاد خواهد شد و بنابراین امکان ویبره مناسب مشکل می‌باشد. در چنین شرایطی عدم پیوستگی مناسب بتن و میلگرد وجود دارد.
پیوستگی ضعیف بین بتن و میلگردهای اطراف، بر عملکرد سازه بتنی در شرایط بهره‌برداری و نهایی، بخصوص در مناطق زلزله خیز که انتظار شکل‌پذیری قابل توجه در سازه‌ها مد نظر است، موثر است.
به این دلایل و دیگر دلایل، در آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌های بتن آرمه تاکید بر عدم وصله‌ی میلگردها در نقاط بحرانی است. بررسی‌های انجام شده حاکی از آن است که مقاله تحقیقاتی دال بر کاربرد میلگردهای با جوش سر به سر در سازه‌های بتنی، در دسترس نمی‌باشد.
از آنجا که در تعدادی از پروژه‌های کشور(ایران)، از سیستم فورجینگ استفاده شده است. به‌تازگی، در بخش عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان، برنامه ریزی نسبتاً جامعی صورت گرفته است چون عملکرد جوش سر به سر میلگردها در اعضا بتنی و مقایسه آن‌ها با وصله‌های هم‌پوشانی خصوصا در نواحی بحرانی، به‌صورت آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گیرد.
در ادامه به‌صورت اجمالی به‌معرفی روش‌های متعارف وصله کردن میلگردها، روش کوپلینگ و اورلپ، پرداخته شده است و سپس فرآیند فورجینگ مفصل‌تر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در نهایت معایب و مزایای هر روش ذکر شده و بایکدیگر مقایسه شده است.
در ضمن روش وصله اتکایی که در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان نیز آورده شده است به دلیل محدودیت و کاربرد کم، در این تحقیق بررسی نشده است.
وصله پوششی (اورلپ)
این روش ساده‌ترین و شاید رایج‌ترین راه وصل کردن دو میلگرد است که با مجاور هم قرار دادن دو میلگرد در قسمتی از طول آن‌ها عملی می‌شود. شکل(1)
مبحث نهم مقررات ملی ساختمان استفاده از این روش برای میلگردهای با قطر کمتراز 36 میلی‌متر که به‌صورت گروهی به‌عنوان یک مجموعه استفاده نشده باشند را مجاز دانسته است. آیین‌نامه بتن آمریکا نیز استفاده از این روش را برای میلگردهای با سایز بیشتر از11 میلی‌متر مگر تحت شرایط خاص مجاز نمی‌داند.
در سایر آیین‌نامه‌ها نیز به‌همین ترتیب استفاده از این روش برای قطرهای بالای میلگرد محدود شده است.
به عنوان مثال میتوان به آیین‌نامه‌های ژاپن و کره جنوبی نیز اشاره کرد که حداکثر سایز مجاز میلگرد برای اورلپ را به 16 میلی‌متر محدود کرده است.
وصله‌ی پوششی در قبال داشتن مزایای اندک دارای معایب بسیار زیادی است که در این مورد میتوان به آیین‌نامه بتن آمریکا اشاره کرد که این اتصال را در برابر بارهای دوره‌ای اطمینان بخش ندانسته و عنوان شده که از محدوده الاستیک خارج می‌شود.
همچنین با افزایش قطر میلگرد، طول وصله نیز افزایش می‌یابد که این امر موجب افزایش هزینه بیشتر می‌گردد. عیب دیگری که در قبال افزایش طول وصله به چشم می‌خورد، افزایش وزن سازه است و در نتیجه نیروهای وارد شده به سازه نیز بیشتر می‌شوند. البته با توجه به وزن بالای سازه‌های بتنی این اضافه وزن قابل اغماض است و میتوان از آن چشم پوشی کرد.
شکل 1) وصله پوششی که با قرار دادن دو میلگرد در مجاور هم در قسمتی از طول است.
وصله مکانیکی (کوپلینگ)
این روش با بکارگیری وسایل مکانیکی خاص حاصل می‌شود. در این اتصال قطعه واسط که باید شرایط خاصی از مقاومت و جنس داشته باشد، دو سر میلگرد را که از قبل در کارگاه یا کارخانه رزوه شده است را به‌هم متصل می‌کند (شکل2). این اتصال بسیاری از مزایای یک اتصال یکپارچه را تامین می‌کند، تراکم آرماتورها را کاهش داده و امکان بتن‌ریزی و ویبره مطلوب را فراهم می‌سازد. همچنین این اتصال از نظر مقاومت بسیار قوی‌تر از اتصال اورلپ می‌باشد.
شکل2) اتصال مکانیکی که در آن دو سر رزوه شده میلگرد توسط کوپلر به یکدیگر متصل می شود.
جوش سر به سر میلگرد با گاز اکسی‌استیلن و فشار (اتصال فورجینگ)
جوش فورجینگ یا جوش فشار گاز در دهه 1930 میلادی به طور مشابهی در آمریکا و ژاپن ابداع و توسعه یافت. از این تکنولوژی ابتدا برای جوشکاری ریل‌های راه‌آهن و لوله‌ها، به‌طور گسترده استفاده شد. زلزله‌خیز بودن کشور ژاپن و نیاز به استفاده از اتصالات با استحکام بالا برای افزایش مقاومت ساختمان‌ها در برابر زلزله علت گسترش و پیشرفت جوش فورجینگ در این کشور بود.
امروزه نیز این روش در اکثر سازه‌های ساخته‌شده یا در حال ساخت کشور ژاپن استفاده می‌شود به‌طوری که 90 درصد سازه‌ها را در بر می‌گیرد و علت آن کارایی و مزایای بهتر نسبت به شیوه‌های وصله‌ی میلگرد است.
همانگونه که در بالا اشاره شد، بررسی‌های زیادی صورت گرفت تا عملکرد این نوع وصله (جوش سر به سر) در کاربردهای بتن مسلح مورد ارزیابی قرار گیرد، لاکن چنین موردی مشاهده نشد.
فرآیند جوشکاری فورجینگ
این روش با ایجاد حرارت بالا حاصل از سوختن گاز اکسیژن و استیلن در حدود 1300-1200 درجه سانتیگراد که دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب فولاد است و همچنین اعمال فشار انجام می‌گیرد.برای انجام جوش سر به سر ابتدا میلگردها در گیره‌ی مخصوص بسته می‌شوند و سطح آن‌ها با فشار ناشی از جک هیدرولیک متصل به گیره به یکدیگر مماس می‌شود. سپس توسط مشعل مخصوص جوشکاری، ناحیه‌ای که باید متصل شود حرار ت‌دهی می‌شود.
در این مرحله عملیات اعمال فشار به میلگرد در محدوده‌ی فشار مجاز برای هر قطر میلگرد انجام می‌شود و بسته به قطر میلگرد پس از گذشت چند ثانیه عملیات جوشکاری خاتمه میابد شکل(3).
شکل3 الف) سطح میلگرد با دستگاه برش کاملا صاف و صیقلی شده و زاویه 90 درجه نسبت به محور میلگرد دارد.
شکل3 ب): میلگردها درون گیره به صورت سر به سر با فشار جک هیدرولیکی بهم متصل می شوند و عملیات حرارت دهی آغاز می شود.
شکل 3 ج): عملیات حرارت دهی تا سرخ شدن میلگردها ادامه می یابد و در نهایت با اعمال فشار دو میلگرد در انتها ادغام می شوند.
شکل 3 د): در نهایت ناحیه ای متورم شده با ابعاد مندرج در تصوییر حاصل می شود .
شکل 4) انتقال و ادغام اتم های دو فلز مجاور و ایجاد یک فلز یکپارچه
علاوه بر این، دستگاه ذکر شده دارای گیره‌ای برای قفل کردن میلگرد است و این عمل موجب می‌شود خطای انسانی از بین برود و سطحی با زاویه 90 درجه نسبت به محور میلگرد به‌وجود آید و هنگامی که میلگردها به‌صورت سربهسر مقابل هم قرار داده می‌شوند کاملا بهم چسبیده و نباید فضایی بین آن‌ها ایجاد شود. شکل5
شکل (5) دستگاه اره برش سرد
مقاومت جوش فورجنگ
نتایج آزمایشات کششی انجام شده نمونه‌های میلگرد با جوش سربهسر نشان داده است که شکست در میلگرد پایه اتفاق افتاده است و نه در محل جوش. همچنین در آزمایش خمش انجام شده تحت زاویه خمش 180 درجه هیچگونه عیبی در محل جوش شده مشاهده نگردید. مزایای جوش فورجینگ صرفه جویی 15 تا 30 د رصد در مصرف میلگرد با حذف اورلپ و پرت آرماتور، اتصال میلگردهای غیر‌قابل مصرف (پرت) به یکدیگر و استفاده مجدد از آن‌ها، ترمیم میلگردها و بولت های شکسته، امکان اضافه نمودن طبقه پیش‌بینی نشده بر روی ریشه‌های کوتاه وکاهش حمل و نقل‌ها با توجه به کاهش مصالح مصرفی.
مقاوم سازی و اجرای بهتر کاهش حجم و تراکم میلگردها در نقاط اتصال و امکان بتن‌ریزی و ویبره بهتره، آرایش منظم آرماتورها که موجب حفظ دانه‌بندی مطلوب بتن می‌گردد، در امتداد قرار گرفتن آرماتورها و در نتیجه انتقال مستقیم و بی‌واسطه نیرو از میلگردی به میلگرد دیگر در مقاطع بتن آرمه، امکان ایجاد وصله در هر نقطه از سازه (در حالی که وصله پوششی مطابق آیین‌نامه‌های طراحی بتن مسلح، دارای محدودیت عدم استفاده در محل‌های بحرانی سازه می‌باشند)، باتوجه به کاهش حجم میلگرد در محل اتصال، پیوستگی بتن و میلگرد افزایش می‌یابد.
باتوجه به اینکه در محل اتصال افزایش قطر وجود دارد، لذا مقاومت در این ناحیه افزایش یافته و گسیختگی در محلی دورتر از محل جوش شده اتفاق می‌افتد.
بررسی و معرفی جوش سربهسر میلگرد
بررسی و معرفی جوش سربهسر میلگرد یکی از روش‌های اتصال دو میلگرد در امتداد یک محور است که در برخی روش‌های جوشکاری حرارتی انجام می‌شود. این حرارت می‌تواند برای گرم کردن موضع اتصال و در روش‌های مناسب، انجام عملیات جوشکاری مورد استفاده قرار گیرد.
در این روش، انتخاب تجهیزات، نوع مشعل، نازل، کیفیت گازها و تنظیم صحیح فشار اهمیت زیادی دارد. همچنین برای اتصال میلگردهای مورد استفاده در سازه‌های بتنی، روش جوشکاری باید با مشخصات میلگرد و الزامات فنی پروژه مطابقت داشته باشد.
نقش گاز استیلن در جوشکاری میلگرد
گاز استیلن یکی از سوخت‌های گازی مورد استفاده در سیستم‌های اکسی‌استیلن است. ترکیب استیلن و اکسیژن در مشعل باعث ایجاد شعله‌ای با دمای بالا می‌شود و امکان تمرکز حرارت روی محل اتصال را فراهم می‌کند.
استیلن به دلیل قابلیت اشتعال بالا باید در سیلندرهای مخصوص و با رعایت الزامات ایمنی نگهداری و استفاده شود
مراحل کلی جوش سر به‌سر میلگرد با شعله اکسی‌استیلن
به‌صورت کلی، اجرای عملیات شامل مراحل زیر است:
. آماده‌سازی میلگردها: دو میلگرد باید از نظر قطر، وضعیت سطح و هم‌محوری بررسی شوند.
. تمیز کردن محل اتصال: آلودگی، روغن، زنگ‌زدگی شدید یا مواد اضافی از محل اتصال پاک می‌شود.
. تنظیم تجهیزات: مشعل، رگلاتورها، شیلنگ‌ها و نازل متناسب با عملیات انتخاب و بررسی می‌شوند.
. گرم کردن محل اتصال: حرارت به‌صورت کنترل‌شده روی ناحیه اتصال اعمال می‌شود.
جوش فورجینگ فرآیندی است که در آن با استفاده از حرارت و فشار، شرایط لازم برای اتصال قطعات فلزی فراهم می‌شود. یکی از کاربردهای شناخته‌شده آن، فورجینگ میلگرد در پروژه‌های ساختمانی و عمرانی است.
در برخی سیستم‌های حرارتی فورجینگ، از گازهای سوختی همراه با اکسیژن برای ایجاد حرارت استفاده می‌شود. گاز استیلن یکی از گازهای سوختی است که به دلیل ایجاد شعله با دمای بالا در ترکیب با اکسیژن، در برخی کاربردهای صنعتی و حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عملکرد مناسب این سیستم به عوامل مختلفی مانند کیفیت گاز، فشار صحیح، تنظیم مشعل، سلامت تجهیزات، آماده‌سازی قطعات و مهارت اپراتور بستگی دارد. همچنین رعایت اصول ایمنی در نگهداری و استفاده از سیلندرها و تجهیزات گازی ضروری است.
تأمین گاز استیلن و تجهیزات مرتبط
ساپرا گاز در زمینه تولید و شارژ گازهای صنعتی از جمله گاز استیلن صنعتی، استیلن با خلوص بالا و استیلن آزمایشگاهی فعالیت دارد و در کنار آن، انواع تجهیزات و متعلقات مرتبط با سیلندرهای گاز را نیز عرضه می‌کند.برای انتخاب گاز و تجهیزات مناسب، مشخصات فنی دستگاه و نوع کاربرد باید در نظر گرفته شود تا محصول متناسب با نیاز مصرف‌کننده انتخاب شود.
صفحه گاز استیلن خلوص بالا
