1- مقدمه
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله هاى اخیر مانند زلزله هاى منجیل و بم ، احتمال جدى وقوع زمین لرزه هاى بزرگ در بیشتر مناطق پر جمعیت كشور و نیاز جدى به اعمال كنترل كیفى در طراحی و اجرای ساختمانها، متاسفانه هنوز توجه كافی به ساخت و ساز صحیح نشده است . از نظر علم مهندسى زلزله ، در حال حاضر ساخت بناهای مقاوم در برابر زلزله امكان پذیر است ، لیكن عملا به دلیل یكسری مشكلات اجرائی رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد.
مشكل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. دستورالعملهای اتصالات جوشكاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مكانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و كنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.
ساختمانهای فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشكیل میدهند و یكی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی، كنترل جوشكاری آن میباشد. اهمیت این امر در زلزله های اخیر نتمان داده شده است كه خسارات اساسی پس از بریدن جوش اتصال عضو سازه ای مدید میآید
جوشها در همه بخشها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كیفیت لازم بررسی گردد. در استاندارد 2800 ، آزمایشات اولتراسونیك و رادیوگرافى براى كنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه اجباری شده است كه البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات حتی در ساختمانهای معمولی نیز باید انجام گردد. در این مقاله ، ضمن مروری بر عیبهای معمول جوشكاری در اجرای ساختمانهای فولادی، روشهای بازرسی و كنترل كیفیت جوش ارائه میگردد.

2. عیبها و ناپیوستگى های معمول در جوشكاری
یكی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم كنترل كیفی جوش ، ارزیابی حقیقی جوشها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه كمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشكاری شده كه عموما ناپیوستگى نامیده میشود میباشد. در حالیكه یك ناپیوستگى، هر گونه اختلال در ساختار یكنواخت را بیان می كند، یك عیب ناپیوستگى وپژه است كه مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شكل ناپیوستگى را میتوان به دو گروه كلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگى هاى خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانیكه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گیرند، یك ناپیوستگى خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می كند، چرا كه احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهدبود.

3. ناپیوستگیهاى فلز جوش و فلز پایه
3-1 . تركها
بحرانی ترین ناپیوستگى ها، تركها هستند. شرایط اضافه بار باعث ایجاد تركها و تمركز تنش می شود. یك روش گروه بندی تركها با مشخص كردن آنها به صورت گرم یا سرد است . همچنین تركها را میتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولی جوش توصیف نمود. تركهای طولی بعلت تنشهای انقباضی عرضی جوشكاری یا تنشهای سرویس ایجاد می شوند. تركهای عرضی عموما به علت اثر تنشهای انقباضی طولی جوشكاری روی جوش یا فلز پایه با انعطاف پذیرى كم ایجاد می شوند. انواع مختلف ترك با توصیف دقیق موقعیتهای اجزا مختلف شامل : تركهای گلویی، ریشه ، كناره ، چاله جوش ، زیر گرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پایه هستند.
تركهای گلویی كه از میان گلویی جوش یا كوتاهترین مسیر در سطح مقطع جوش گسترش می یابد، از نوع تركهای طولی بوده و اغلب در طبقه بندی ترك گرم قراردارند.
تركهای طولی و عرضی در جوشهای شیاری و گوشه تركهای ریشه در فلز پایه یا در خود جوش نیز در زمره تركهای طولی هستند. تركهای كناره جوش در فلز پایه ایجاد شده و در كناره جوش توسعه ما یابند. تركهای چاله جوش درنقطه پایانی ردیفهای منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشكار ایجاد می شوند. دسته بعدی تركها، ترك زیر جوش به علت حضور هیدرورن است
این نوع ترك بجای فلز جوش در ناحیه تحت تاثیر حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.

3-2. ذوب و نفوذ ناقص
طبق تعریف ، ذوب ناقص یك ناپیوستگى در جوش است كه ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب و یا لایه های جوش رخ نداده باشد. بعلت خطی بودن و انتهای نسبتا تیز آن ، ذوب ناقص از ناپیوستگى های بارز در جوش است و در وضعیتهای مختلف در منطقه جوش تشكیل می شود. نفوذ ناقص معرف حالتی است كه فلز جوش به طور كامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است . ذوب و نفوذ ناكافی به علت عدم مهارت جوشكار، شكل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد می شود.

3-3. سرباره های محبوس شده
مناطقی در سطح مقطع یا در سطح جوش هستند كه سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مكانیكی درون فلز منجمد شده محبوس میشود. این سرباره منجمد شده بخشی از مقطع جوش را نمایش می دهد كه فلز جوش بخوبی ذوب نمی شود. این پدیده خود سبب ایجاد بخشى ضعیف در نمونه خواهد شد. در حقیقت سرباره های محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.

3-4. تخلخل
این نوع ناپیوستگی در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ایجاد می شود. بنابراین تخلخل را بسادگى میتوان ، حفره های گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست . به علت طبیعت كروى شكل آنها، تخلخل كمترین خطر را در میان دیگر ناپیوستگی ها داراست ولی در زمانیكه جوش باید تحمل فشارهای بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناك خواهد بود. منابع مختلفی براى حضور رطوبت یا آلودگى وجود دارد كه میتوان الكترود فلز پایه ، گاز محافظ یا محیط اطراف را در این میان نام برد، تغییر در تكنیك جوشكاری نیز می تواند سبب ایجاد تخلخل شود.

3-5. بریدگی كنار جوش
بریدگی كنار جوش یك ناپیوستگی سطحی است كه در فلز پایه مجاور فلز جوش رخ میدهد. در شرایطی عیب را داریم كه فلز پایه شسته شده ولی با فلزی پر كننده جبران نمی شود. نتیجه ، ایجاد یك شیار خطی با شكلی نسبتا تیز است كه در فلز پایه تشكیل می شود. این عیب بعلت سطحی بودن ماهیت آن براى بارگذاری خستگی خطرناك است . بریدگی كنار جوش عموما به علت تكنیك جوشكاری نامناسب ایجاد می گردد، به ویژه اگر سرعت حركت جوش زیاد باشد. علاوه بر این اگر گرمای جوشكاری بسیار بالا باشد می تواند سبب ذوب شدن بیش از حد فلز پایه گردد.

3-6 . پرشدن ناقص
این مورد مشابه بریدگی كنار جوش ، یك ناپیوستگی سطحی است كه به علت كمبود ماده در مقطع عرضی ایجاد میشود. تنها تفاوت در این میان این است كه پرشدن ناقص در فلز جوش ولی بریدگی كنار جوش در فلز پایه یافت می شود. به بیان ساده ، پرشدن ناقص ، زمانی رخ می دهد كه فلز پر كننده به اندازه كافی براى پركردن اتصال جوش در دسترس نباشد. مشابه بریدگی كنار جوش ، پرشدن ناقص نیز هم در سطح رویى و هم در ریشه جوش ظاهر می شود. دلیل اولیه پرشدن ناقص ، تكنیك غلط جوشكاری است . مثلا سرعت زیاد جوشكاری اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمی دهد.

3-7. سررفتن
نوع دیگر ناپیوستگی سطحی جوش كه از تكنیك نامناسب جوشكاری (سرعت جوشكاری خیلی آرام ) ناشی می شود، سررفتن است كه در آن ، فلز جوش روى فلز پایه مجاورش سر میرود و دركناره جوش ، شیارى تیز را ایجاد می نماید. به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه كافی زیاد باشد می تواند تركی را كه از این تمركز تنش ایجاد می شود را مخفی نماید.

3-8. تحدب بیش از حد
این ناپیوستگی مختص جوشهای گوشه است و طبق تعریف تحدب عبارت از حداكثر فاصله از رویه محدب یك جوش گوشه تا خط واصل بین كناره های جوش است . از نقطه نظر استحكام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروری است ولی اگر از حدی بیشتر باشد، به عنوان یك عیب تلقی می شود. این مطلب هم از نقطه نظر اقتصادی (مصرف فلز پركننده بیشتر) و هم از نظر حضور مناطق تیز اطراف جوش به خصوص در بارگذارى خستگى مطرح می شود. دلیل ایجاد تحدب ، آرام بودن سرعت جوشكاری یا تكنیك ناصحیح جوشكاری است .

3-9. لكه قوس و پاشش
لكه های قوس در نتیجه شروع قوس عمداً یا تصادفی روی سطح فلز پایه دور از اتصال به وجود میآیند. در اثر این رخداد، منطقه ای متمركز شده از سطح فلز پایه ذوب شده و سریعاً سرد و شكننده می شود. پاشش همان ذرات فلزی پراكنده ناشی از جریان بالای جوشكاری هستند كه در تشكیل جوش نقشی ندارند. از نقطه نظر بحرانی بودن ، پاشش ممكن است زیاد مهم تلقی نشود، ولی در هر حال مقادیر زیاد پاشش میتوانند گرماى موضعی زیادی را به سطح فلز مشابه با اثر لكه قوس ایجاد كنند و حتی سبب تشكیل ناحیه تحت تاثیر حرارت شوند.

3-10. اعوجاج
خمیدگى یا اعوجاج از مشكلات مهم جوشكاری است كه باید برطرف گردد. این مسئله در اثر انقباض كه به هنگام كرم و سرد شدن پس از عملیات جوشكاری در فلز پایه و جوش بوجود میآید، شكل می گیرد. براى كنترل اعوجاج باید شرایط لازم براى جوشكاری شامل كنترل قبل ، حین و بعد از جوشكاری تامین گردد.

3-11 . تورق و پارگى سراسری
این ناپیوستگی ویژه مربوط به فلز پایه است . تورق در اثر حضور آلودگى و ناخالصى غیر فلزی موجود درزمان تولید فولاد ایجاد می شود. این ناخالصی ها به طور طبیعی اكسیدی هستند كه در زمانیكه فولاد هنوز مذاب است تشكیل شده و در خلال عملیات بعدى نورد كشیده شده و موجب تورق می شوند. نوع دیگر ناپیوستگی مربوط به پارگی سراسری است و زمانی رخ می دهد كه در جهت تمام ضخامت در اثر جوشكارى تنشهاى انقباضى بزرگى ایجاد شده باشد. پارگی عموما موازى سطح نورد شده زیر فلز پایه و معمولآ موازى مرز ذوب جوش رخ می دهد. پارگی سراسرى یك ناپیوستگی است كه مستقیما به طرز قرار گیرى اتصال مرتبط می شود.

12.3. جابجا شدن و ناپیوستگی هاى ابعادى
در اثر سواركردن و مونتاژ غلط اجزاى مورد جوش در كنار یكدیگر، جابجایى بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه كار در جوشهای لب به لب است كه در مواردى با برشكارى رفع می شود، اما در بیشتر مواقع باید جوش را بریده و مجددا عملیات جوشكاری بادقت تكرار شود. ناپیوستگی هاى ابعادى، نقائص شكل یا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مى كنند.

4. آزمایشهای جوش
4-1. ارزیابى جوشكار
آزمونى كه صلاحیت جوشكار را براى اجراى ضوابط آیین نامه اى تایید می كند، آزمایش تشخیص صلاحیت یا ارزیابى جوشكار و یا آزمون كیفیت اجرا خوانده می شود. این ارزیابى مشخص می كند كه ایا جوشكار دانش و مهارت لازم را در بكارگیرى و اعمال دستورالعمل جوشكارى مدود در رابطه با رده بندى كارى خود دارد یاخیر. ارزیابى جوشكار ممكن است با تجهیزات جوشكارى دستى و یا با تجهیزات جوشكارى تمام اتوماتیك انجام شود.
روشهاى آزمایشى كه كیفیت یك جوش را تعیین می كند، در سه طبقه بندى بسیار وسیع قرار می گیرد. 1-آزمایش هاى غیر مخرب ، 2- آزمایشهاى مخرب و 3- بازرسى عینى .

4-2. آزمایشهاى غیر مخرب
هدف از این آزمایشها، بازرسى و تشخیص عیوب مختلف جوش (سطحى وعمیق ) و تایید آن می باشد، بدون اینكه قطعه جوش داده شده غیر قابل استفاده شود. اگر آزمایش نشان دهد كه محلی از جوش معیوب است می توان از طرفین محل مذكور به اندازه لازم برداشته و با جوش مجدد اتصال كاملی را به دست آورد .

4-2-1. آزمون ذرات مغناطیسى
آزمون ذرات مغناطیسى یكى از آسانترین آزمایشهاى غیر مخرب جوشكارى است . این روش جوش را براى معایبى از قبیل تركهاى سطحى، ذوب ناقص ، تخلخل ، بریدگى كنار جوش ، نفوذ ناقص ریشه جوش و اختلاط سرباره كنترل می كند. این آزمایش محل تركهاى داخلى و سطحى بسیار ریز را براى رویت با حشم غیر مسلح آشكار میكند. قطعه مورد آزمایش با استفاده از جریان الكتریكى، یا قراردادن آن در داخل یك سیم پیچ مغناطیسى می گردد. سطح مغناطیسى شده قطعه با لایه نازكى از یك گرد مغناطیسى نظیر اكسید آهن قرمز پوشده می شود و این لایه گرد در صورت وجود یك عیب سطحى یا داخلى در داخل حفره یا ترك مربوطه فرو می رود.

4-2-2. بازرسى با مواد نافذ
بازرسى با مواد نافذ یكى از شیوه هاى غیر مخرب براى محل یابى معایب سطحى می باشد. سطح مورد بازرسى باید ابتدا از لكه هاى روغن ، گریس و مواد ناخالص و خارجى تمیز شود. سپس ماده رنگى مورد نظر بر روى سطح پاشیده شده و در داخل تركها و سایر ناهمواریهاى نفوذ می كند. رنگ اضافى از روى سطح پاك شده و سپس یك ماده فوق العاده فرار حاوى ذرات ریز سفید رنگ بر روى سطح پاشیده می شود. تبخیر مایع فرار باعث برجاى ماندن گرد خشك سفید رنگ بر روى ماده قرمز نفوذ كرده در ترك می گردد و بر اثر عمل مویینگى، ماده قرمز از ترك بیرون كشیده شده و پودر سفید كاملا قرمز می شود.

4-2-3. آزمون فراصوتى
آزمون فراصوتى قادر به تشخیص معایب داخلى بدون نیاز به تخریب قطعه جوش شده می باشد. موج هاى فراصوتى از داخل قطعه مورد آزمایش عبور داده می شوند و با هرگونه تغییر درتراكم داخلى قطعه منعكس می شوند. امواج منعكس شده (پژواك ها) به صورت برجستگى هایى نسبت به خط مبنا، بر روى صفحه نمایش دستگاه ظاهر می شوند. هنگامى كه عیب یا ترك داخلى توسط واحد جست و جو پیدا شود تولید ضربان سومی می كند كه بین ضربان اول و دوم بر روى صفحه نمایش ثبت می شود. بنابراین مشخص می شود كه این عیب بین سطوح بالاو بایین مصالح (در داخل جسم مصالح ) می باشد.

4-2-4. آزمایش پرتونگاری
پرتونگاری یكى از روشهاى آزمایش غیر مخرب است كه نوع و محل عیوب داخلى و بسیار ریز جوش را نشان میدهد. پرتو رادیویى در ضخامت فلز نفوذ كرده و پس از عبور این ضخامت لكه اى بر روى صفحه فیلم ایجاد می كند. میزان جذب پرتوهاى رادیویى توسط مواد مختلف متفاوت است . نفوذ گل ، حفره كازى، تركها، بریدگى هاى كناره جوش و قسمتهاى نفوذ ناقص جوش تراكم كمترى نسبت به فولاد سالم دارند. بنابراین در حوالى این قسمتها پرتو بیشترى به سطح فیلم می رسد و عیوب فلز جوش ، به صورت لكه هاى تاریكى بر روى فیلم ثبت می شوند.

4-3. آزمایشهای مخرب
این آزمایشهاى مكانیكى نمونه جوش شده جهت تعیین مقاومت و سایر خواص مكانیكى، نسبتا ارزان قیمت بسیار كاربردى هستند. به همین جهت در سطح وسیعى براى ارزیابى و تایید دستوالعمل جوشكارى و صلاحیت جوشكار به كار می روند.

5. نتیجه گیرى
ساختمانهاى فولادى بخش قابل توجهى از ساخت و ساز در ایران را تشكیل می دهند و یكی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادى بویژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اى، كنترل جوشكارى آن میباشد. جوشها در همه بخشها بایستى منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كیفیت لازم بررسى گردد. در این خصوص حتى ممكن است در یك ساختمان فولادى كوچك به انجام آزمایشات غیر مخرب (NDT) بر روى جوش نیاز باشد. در استاندارد ، 2800، آزمایشات اولتراسونیك و رادیوگرافى براى كنترل اتصالات جوشى قابهاى خمشى ویژه اجبارى شده است كه البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات نیز انجام میگیرد.