الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری زیر آب و بررسی خواص آن‌ها

الکترودهای جوشکاری زیر آب یکی از مهم‌ترین تجهیزات مصرفی در عملیات جوشکاری و تعمیرات زیر آب به شمار می‌روند. جوشکاری در محیط آبی به دلیل وجود فشار، رطوبت، سرعت بالای سرد شدن فلز و احتمال نفوذ هیدروژن، شرایط متفاوتی نسبت به جوشکاری در خشکی دارد و به همین دلیل انتخاب الکترود مناسب اهمیت زیادی پیدا می‌کند. مدرسه غواصی آرن نیز به‌عنوان مجموعه‌ای فعال در زمینه آموزش غواصی و مهارت‌های تخصصی مرتبط با غواصی، به آموزش مباحث مرتبط با غواصی صنعتی و جوشکاری زیر آب توجه دارد و می‌تواند برای افرادی که قصد ورود حرفه‌ای به این حوزه را دارند، نقطه شروع مناسبی برای آشنایی با این مهارت تخصصی باشد.

جوشکاری زیر آب یکی از تکنیک‌های مهم در تعمیر و نگهداری سازه‌های دریایی، کشتی‌ها، اسکله‌ها، خطوط لوله، سکوهای نفت و گاز و برخی سازه‌های فلزی است. در بسیاری از این پروژه‌ها خارج کردن سازه از آب یا خشک کردن محل تعمیر امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل، جوشکاری زیر آب به‌ویژه به روش جوشکاری مرطوب، راهکاری کاربردی برای انجام تعمیرات در محل محسوب می‌شود.

جوشکاری زیر آب چیست؟

جوشکاری زیر آب به مجموعه‌ای از روش‌های جوشکاری گفته می‌شود که برای اتصال یا تعمیر قطعات فلزی در محیط زیر آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. این عملیات می‌تواند به صورت جوشکاری مرطوب یا جوشکاری خشک انجام شود.

در جوشکاری مرطوب، غواص جوشکار مستقیماً در آب عملیات جوشکاری را انجام می‌دهد و قوس الکتریکی در محیطی ایجاد می‌شود که اطراف آن را آب فرا گرفته است. در مقابل، در جوشکاری خشک تلاش می‌شود محیط اطراف محل جوش تا حد امکان از آب جدا شود. این کار معمولاً با استفاده از محفظه یا محیط‌های تخصصی انجام می‌شود.

در روش جوشکاری مرطوب، الکترود اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا باید بتواند در شرایطی که آب در اطراف قوس قرار دارد، قوس الکتریکی نسبتاً پایدار ایجاد کند و امکان تشکیل یک اتصال قابل قبول را فراهم سازد.

چرا انتخاب الکترود در جوشکاری زیر آب اهمیت دارد؟

شرایط زیر آب با محیط عادی کارگاه تفاوت قابل توجهی دارد. آب باعث انتقال سریع‌تر حرارت از ناحیه جوش می‌شود و در نتیجه فلز مذاب می‌تواند با سرعت بیشتری سرد شود. این موضوع ممکن است روی ریزساختار فلز جوش و خواص مکانیکی اتصال تأثیر بگذارد.

از طرف دیگر، وجود آب در اطراف قوس می‌تواند شرایطی برای افزایش ورود هیدروژن به فلز جوش ایجاد کند. هیدروژن یکی از عوامل مهم در ایجاد برخی عیوب جوش، به‌خصوص ترک‌های مرتبط با هیدروژن، محسوب می‌شود.

به همین دلیل، الکترود مورد استفاده در جوشکاری زیر آب باید علاوه بر ایجاد قوس مناسب، پوششی داشته باشد که در برابر محیط مرطوب عملکرد قابل قبولی ارائه دهد. پوشش الکترود در پایداری قوس، تشکیل سرباره و محافظت نسبی از حوضچه مذاب نقش مهمی دارد.

استانداردهای تخصصی مانند AWS D3.6M نیز برای جوشکاری زیر آب الزامات مشخصی در نظر گرفته‌اند و موضوعاتی مانند خواص مکانیکی، سلامت فلز جوش، روش جوشکاری و مواد مصرفی را مورد توجه قرار می‌دهند.

مهم‌ترین الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری زیر آب

الکترود E6013

یکی از الکترودهای شناخته‌شده در جوشکاری مرطوب فولاد کربنی، E6013 است. این الکترود به دلیل قابلیت ایجاد قوس نسبتاً پایدار و سهولت استفاده در بسیاری از عملیات جوشکاری مورد توجه قرار گرفته است.

البته باید توجه داشت که استفاده از E6013 معمولی با استفاده از یک الکترود E6013 مخصوص جوشکاری زیر آب یکسان نیست. الکترودهایی که برای محیط زیر آب تولید می‌شوند، ممکن است پوشش و ویژگی‌های متفاوتی داشته باشند تا در برابر نفوذ آب عملکرد مناسبی ارائه کنند.

در برخی مطالعات علمی نیز رفتار الکترودهای E6013 در جوشکاری مرطوب بررسی شده و تأثیر شرایط جوشکاری بر ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی اتصال مورد مطالعه قرار گرفته است.

الکترود E7014

E7014 یکی دیگر از الکترودهایی است که در برخی کاربردهای جوشکاری مرطوب فولاد کربنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. وجود پودر آهن در پوشش این نوع الکترود می‌تواند به افزایش میزان رسوب فلز جوش کمک کند.

این ویژگی در برخی عملیات تعمیراتی می‌تواند مفید باشد؛ با این حال، انتخاب آن باید براساس شرایط واقعی پروژه، جنس فلز پایه، موقعیت جوشکاری و دستورالعمل تأییدشده انجام شود.

الکترود E7016

الکترود E7016 در جوشکاری فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم‌آلیاژ کاربرد دارد و به خانواده الکترودهای کم‌هیدروژن تعلق دارد.

با وجود این، نباید صرفاً به دلیل کم‌هیدروژن بودن یک الکترود، آن را برای هر نوع جوشکاری زیر آب مناسب دانست. شرایط محیطی زیر آب با جوشکاری در خشکی تفاوت دارد و پوشش الکترود باید در برابر تماس با آب نیز عملکرد مناسبی داشته باشد.

الکترود E7018

E7018 یکی از الکترودهای شناخته‌شده در جوشکاری سازه‌های فولادی است که به دلیل خواص مکانیکی مناسب و ویژگی کم‌هیدروژن خود کاربرد زیادی دارد.

در جوشکاری زیر آب نیز ممکن است در برخی روش‌های خاص و تحت شرایط کنترل‌شده از انواع مناسب آن استفاده شود؛ اما الکترود E7018 معمولی را نمی‌توان بدون بررسی و تأیید روش جوشکاری، جایگزین الکترود مخصوص زیر آب کرد.

الکترودهای فولاد زنگ‌نزن

در شرایطی که قطعه مورد جوشکاری از فولاد زنگ‌نزن ساخته شده باشد، استفاده از الکترودهای متناسب با جنس فلز پایه اهمیت پیدا می‌کند. از خانواده‌های رایج می‌توان به الکترودهای E308، E309 و E316 اشاره کرد.

انتخاب میان این الکترودها به ترکیب شیمیایی فلز پایه، شرایط کاری، میزان مقاومت موردنیاز در برابر خوردگی و الزامات متالورژیکی بستگی دارد.

در محیط‌های دریایی، مقاومت در برابر خوردگی اهمیت زیادی دارد؛ بنابراین انتخاب الکترود فولاد زنگ‌نزن باید با دقت بیشتری انجام شود.

پوشش ضد آب الکترود چه اهمیتی دارد؟

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های الکترودهای مخصوص جوشکاری مرطوب، پوشش مقاوم در برابر آب است.

در صورت نفوذ آب به پوشش الکترود، عملکرد آن ممکن است تغییر کند و شرایط لازم برای ایجاد یک قوس مناسب از بین برود. پوشش مناسب باید تا حد امکان از نفوذ آب جلوگیری کند و هم‌زمان بتواند شرایط مناسبی برای تشکیل سرباره و حفاظت از حوضچه مذاب ایجاد کند.

پوشش الکترود همچنین روی مشخصات قوس، ولتاژ، نحوه انتقال فلز و رفتار سرباره تأثیر می‌گذارد. بنابراین نوع پوشش یکی از عوامل مهم هنگام انتخاب الکترود برای جوشکاری زیر آب است.

مهم‌ترین خواص الکترودهای جوشکاری زیر آب

الکترودی که برای جوشکاری زیر آب انتخاب می‌شود باید مجموعه‌ای از ویژگی‌های فنی را داشته باشد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها، پایداری قوس الکتریکی است. قوس باید بتواند در محیط آبی تا حد امکان پایدار باقی بماند تا جوشکار بتواند حوضچه مذاب را کنترل کند.

ویژگی مهم دیگر، مقاومت پوشش در برابر آب است. هرچه پوشش الکترود بهتر بتواند در برابر نفوذ آب مقاومت کند، شرایط مناسب‌تری برای انجام جوشکاری فراهم خواهد شد.

تشکیل سرباره مناسب نیز اهمیت زیادی دارد. سرباره می‌تواند از حوضچه مذاب در برابر بخشی از اثرات محیط اطراف محافظت کند و در شکل‌گیری مناسب فلز جوش نقش داشته باشد.

از سوی دیگر، خواص مکانیکی فلز جوش مانند استحکام و شکل‌پذیری باید با الزامات پروژه مطابقت داشته باشد. این موضوع به‌خصوص در سازه‌هایی که تحت بارهای مکانیکی یا ارتعاش قرار دارند اهمیت بیشتری دارد.

کنترل هیدروژن نیز از موضوعات مهم در جوشکاری زیر آب است. حضور آب در اطراف قوس می‌تواند شرایط متفاوتی نسبت به جوشکاری خشک ایجاد کند و به همین دلیل طراحی الکترود و روش جوشکاری باید به‌گونه‌ای باشد که احتمال بروز عیوب مرتبط با هیدروژن کنترل شود.

تأثیر عمق آب بر عملکرد الکترود

یکی از عوامل مهم در جوشکاری زیر آب، عمق محل جوشکاری است. هرچه عمق افزایش پیدا کند، فشار هیدرواستاتیک نیز بیشتر می‌شود.

افزایش فشار می‌تواند روی رفتار قوس، انتقال حرارت و شرایط تشکیل جوش تأثیر بگذارد. به همین دلیل، شرایط یک جوشکاری در عمق کم را نمی‌توان بدون بررسی به عمق‌های بیشتر تعمیم داد.

علاوه بر فشار، سرعت سرد شدن نیز اهمیت دارد. آب اطراف قطعه می‌تواند حرارت را سریع‌تر از محیط هوا منتقل کند و این موضوع روی ساختار و خواص فلز جوش تأثیرگذار است.

در نتیجه، عمق آب باید هنگام طراحی روش جوشکاری و انتخاب الکترود مورد توجه قرار گیرد.

تأثیر آب شور بر جوشکاری زیر آب

بخش قابل توجهی از عملیات جوشکاری زیر آب در محیط‌های دریایی انجام می‌شود. آب شور به دلیل وجود نمک‌ها و مواد محلول، محیطی خورنده ایجاد می‌کند.

به همین دلیل، علاوه بر کیفیت لحظه‌ای جوش، باید به رفتار اتصال در طول زمان نیز توجه داشت. اگر سازه در معرض آب دریا قرار داشته باشد، خوردگی می‌تواند یکی از عوامل مؤثر بر عمر اتصال باشد.

در چنین شرایطی، انتخاب فلز پرکننده مناسب، کنترل کیفیت جوش و در نظر گرفتن روش‌های محافظت در برابر خوردگی اهمیت زیادی دارد.

الکترود مناسب را چگونه انتخاب کنیم؟

انتخاب الکترود مناسب برای جوشکاری زیر آب باید بر اساس مجموعه‌ای از عوامل انجام شود و نمی‌توان تنها با توجه به شماره الکترود تصمیم گرفت.

در مرحله نخست باید جنس فلز پایه مشخص شود. فولاد کربنی، فولاد کم‌آلیاژ و فولاد زنگ‌نزن به الکترودهای متفاوتی نیاز دارند.

پس از آن باید ضخامت قطعه، نوع اتصال، موقعیت جوش، عمق محل عملیات و نوع محیط آبی بررسی شود.

همچنین باید مشخص شود که جوشکاری به روش مرطوب انجام می‌شود یا در محیط خشک و کنترل‌شده. این موضوع می‌تواند روی انتخاب مواد مصرفی تأثیر مستقیم داشته باشد.

جریان و قطبیت دستگاه جوش، نوع تجهیزات غواصی، شرایط سطح قطعه و الزامات پروژه نیز از دیگر مواردی هستند که باید پیش از شروع عملیات مورد بررسی قرار گیرند.

در پروژه‌های حرفه‌ای، انتخاب نهایی الکترود باید مطابق دستورالعمل جوشکاری یا WPS و استانداردهای مربوط به پروژه انجام شود.

نکات ایمنی در استفاده از الکترودهای زیر آب

جوشکاری زیر آب یکی از فعالیت‌های تخصصی و پرریسک است و انجام آن نیازمند آموزش مناسب غواصی و جوشکاری است. جوشکار زیر آب باید علاوه بر مهارت جوشکاری، با اصول غواصی، تجهیزات تنفسی، ارتباط با تیم سطح و شرایط اضطراری آشنایی داشته باشد.

کنترل تجهیزات الکتریکی، کابل‌ها، اتصالات، منبع تغذیه و وضعیت الکترود پیش از شروع کار اهمیت زیادی دارد.

همچنین استفاده از الکترود نامناسب یا الکترودی که برای شرایط زیر آب طراحی نشده است، می‌تواند کیفیت جوش را کاهش دهد و خطر ایجاد عیوب جوش را افزایش دهد.

به همین دلیل، آموزش اصولی در مراکز تخصصی مانند مدرسه غواصی آرن و کسب تجربه عملی تحت نظارت افراد متخصص، بخش مهمی از مسیر ورود به حرفه جوشکاری زیر آب محسوب می‌شود.

جمع‌بندی

الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری زیر آب باید بتوانند در شرایطی متفاوت از جوشکاری معمولی، قوس پایدار ایجاد کنند و امکان تشکیل یک اتصال مناسب را فراهم سازند. E6013 و E7014 از جمله الکترودهای شناخته‌شده در برخی کاربردهای جوشکاری مرطوب فولاد کربنی هستند و در شرایط خاص، الکترودهای دیگری مانند E7016، E7018 و انواع الکترودهای فولاد زنگ‌نزن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با این حال، نمی‌توان یک نوع الکترود را برای تمام عملیات جوشکاری زیر آب مناسب دانست. جنس فلز پایه، عمق آب، نوع محیط، آب شور یا شیرین، نوع اتصال، موقعیت جوشکاری، جریان و قطبیت، پوشش الکترود و استاندارد پروژه همگی باید هنگام انتخاب مورد توجه قرار گیرند.

در نهایت، کیفیت جوش زیر آب تنها به انتخاب الکترود وابسته نیست و مهارت جوشکار، تجهیزات غواصی، آماده‌سازی سطح، پارامترهای جوشکاری و کنترل کیفیت نیز نقش مهمی دارند. استفاده از الکترود تخصصی و اجرای فرایند مطابق استاندارد و WPS می‌تواند به ایجاد اتصالات مطمئن‌تر و کاهش عیوب جوش کمک کند.

سوالات متداول درباره الکترودهای جوشکاری زیر آب

۱. بهترین الکترود برای جوشکاری زیر آب چیست؟

انتخاب الکترود مناسب به شرایط پروژه بستگی دارد و نمی‌توان یک مدل را برای همه کاربردها مناسب دانست. جنس فلز پایه، عمق، نوع اتصال، روش جوشکاری و استاندارد پروژه از عوامل تعیین‌کننده هستند.

۲. آیا می‌توان از الکترود معمولی برای جوشکاری زیر آب استفاده کرد؟

هر الکترود معمولی برای استفاده زیر آب مناسب نیست. الکترودهای مخصوص جوشکاری مرطوب دارای ویژگی‌هایی هستند که برای شرایط محیط آبی در نظر گرفته شده است. بنابراین پیش از استفاده باید مشخصات فنی محصول و دستورالعمل جوشکاری بررسی شود.

۳. چرا الکترود جوشکاری زیر آب باید پوشش ضدآب داشته باشد؟

پوشش ضدآب به جلوگیری از نفوذ آب به پوشش الکترود کمک می‌کند و در حفظ عملکرد مناسب قوس و تشکیل سرباره نقش دارد. این ویژگی در جوشکاری مرطوب اهمیت ویژه‌ای دارد.

۴. آیا عمق آب روی انتخاب الکترود تأثیر دارد؟

بله. افزایش عمق باعث افزایش فشار محیط می‌شود و می‌تواند رفتار قوس، انتقال حرارت و شرایط تشکیل جوش را تغییر دهد. بنابراین عمق یکی از پارامترهای مهم در طراحی و تأیید روش جوشکاری زیر آب است.

۵. آیا الکترودهای جوشکاری زیر آب با الکترودهای معمولی تفاوت دارند؟

بله، بسته به نوع محصول، الکترودهای مخصوص زیر آب می‌توانند از نظر پوشش، مقاومت در برابر آب، رفتار قوس و ویژگی‌های فلز جوش با الکترودهای معمولی تفاوت داشته باشند. به همین دلیل باید از محصولی استفاده شود که برای شرایط موردنظر تأیید شده باشد.