جوشکاری هایپرباریک (جوشکاری زیرآب) چیست؟

جوشکاری هایپرباریک یا همان جوشکاری زیر آب، تکنیکی است که به تعمیرات و ساخت و ساز در زیر دریا می انجامد و جوشکاری حرفه ای را با مهارت های غواصی ترکیب می کند. غواصی یک مهارت ضروری در ساخت ساز زیر آب است، به ویژه برای تعمیر کشتی ها، خطوط لوله و سکوهای دریایی. متالورژی زیر آب به دلیل عملکرد آن در محیط های چالش برانگیز، به دقت و ایمنی بالایی نیاز دارد  و درک نحوه جوشکاری در زیر آب را برای متخصصان این بخش ضروری می کند.

با سابقه قابل توجهی که به سال 1932 برمی گردد، جوشکاری زیر آب نه تنها تکامل مهندسی دریایی را به نمایش می گذارد، بلکه آموزش دقیق و دستمزد قابل توجه جوشکاری زیر آب در هرساعت نشان می دهد که متخصصان می توانند تحت تاثیر تجربه، موقعیت مکانی و خطرات ذاتی مربوطه به دست آورند.

درک پیچیدگی‌های جوشکاری زیر آب، با توجه به خطرات بالقوه از جمله نرخ بالای مرگ و میر تا 15 درصد به دلیل فشار گاز و آب، فضاهای کاری محدود، و ماهیت غیرقابل پیش‌بینی حوادث جوشکاری در زیر آب، بسیار مهم است. هدف این مقاله ابهام زدایی از خطرناک بودن جوشکاری در زیر آب، بررسی فرآیندهای دقیق، و بررسی آینده این حرفه پرمخاطره است.

جوشکاری هایپر باریک (جوشکاری زیر آب)

جوشکاری زیر آب، که اغلب به عنوان جوشکاری هایپرباریک شناخته می شود، یک تکنیک تخصصی است که مهارت های جوشکاری را با مهارت های غواصی ادغام می کند. این بخش به جنبه های اساسی نحوه انجام جوشکاری زیر آب می پردازد و به دو روش آن را دسته بندی می کند: جوشکاری مرطوب و جوشکاری خشک.

تکنیک های جوشکاری مرطوب و خشک

جوش مرطوب: در این روش جوشکار جوش را مستقیماً در آب انجام می دهد. از نوع خاصی از میله جوشکاری استفاده می کند که حباب گازی را در اطراف ناحیه جوش ایجاد می کند تا جوش را از آب محافظت کند، در نتیجه از شوک الکتریکی و آلودگی جوش توسط محیط اطراف جلوگیری می کند. (جوشکاری چوبی)، جوشکاری با هسته شار، و جوشکاری اصطکاکی

جوش خشک: برخلاف جوشکاری مرطوب، جوشکاری خشک در داخل یک محفظه خشک و مخصوص طراحی شده انجام می شود که در اطراف سازه ای که قرار است جوش داده شود ایمن است. سپس محفظه تحت فشار قرار می گیرد و با گاز پر می شود و محیط خشکی ایجاد می کند که امکان کنترل بیشتر بر شرایط جوشکاری را فراهم می کند. این روش عملیات حرارتی قبل و بعد از جوش را امکان پذیر می کند و کیفیت جوش را در مقایسه با جوش های مرطوب به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

تفاوت بین جوشکاری مرطوب و خشک زیر آب

جوشکاری مرطوب زیر آب (UWW):

تکنیک های مورد استفاده: معمولاً شامل جوشکاری قوس فلزی محافظ، جوشکاری با هسته شار و جوشکاری اصطکاکی است. این فرآیندها از الکترودهای ضد آب برای حفظ یکپارچگی جوش زیر آب استفاده می کنند.

برهمکنش محیطی: جوشکاری مستقیماً در تماس با آب، با استفاده از حباب‌های گازی در اطراف قوس الکتریکی برای محافظت از جوش و جلوگیری از انتقال الکتریسیته از طریق آب انجام می‌شود. این روش، آزادی حرکت و تطبیق پذیری را افزایش می دهد که برای تعمیرات سریع در سناریوهای مختلف زیر آب مانند خطوط لوله و سکوهای نفتی بسیار مهم است.

چالش ها: مشکل اصلی در ناحیه جوشکاری اختلالات بالقوه از لایه عایق حباب ها است که می تواند اطمینان از کیفیت جوش ها را چالش برانگیز کند. تشخیص عیوب در جوش نیز به دلیل این شرایط دشوارتر است.

جوشکاری خشک زیر آب (UDW):

تکنیک‌های مورد استفاده: شامل روش‌هایی مانند جوشکاری زیستگاهی، جوشکاری تحت فشار، جوش نقطه‌ای خشک و تکنیک‌های پیشرفته مانند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز، جوشکاری قوس فلزی با گاز و جوشکاری قوس پلاسما. اینها در یک محفظه هایپرباریک انجام می شوند که محیطی امن و کنترل شده در اطراف سازه ایجاد می کند.

شرایط کنترل شده: استفاده از محفظه هایپرباریک پر از گاز نه تنها جایگزین آب می شود، بلکه امکان اعمال عملیات حرارتی قبل و بعد از جوش را نیز فراهم می کند و کیفیت جوش را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

کاربردها: عموماً برای پروژه های بزرگتر و پیچیده تر که نیاز به جوش با کیفیت بالا دارند، مانند تعمیرات اساسی و ساخت و سازهای جدید در سازه های دریایی ترجیح داده می شود. این روش تطبیق پذیری کمتری دارد اما کنترل بیشتری بر شرایط جوشکاری فراهم می کند.

تحلیل مقایسه ای

کیفیت و کنترل: جوشکاری خشک به دلیل شرایط کنترل شده در محفظه هایپرباریک، به طور مداوم نتایج با کیفیت بهتری را در مقایسه با جوشکاری مرطوب ارائه می دهد، که همچنین امکان عملیات حرارتی حیاتی را فراهم می کند.

تطبیق پذیری و کاربرد: در حالی که جوشکاری خشک برای پروژه های گسترده و حیاتی که نیاز به دقت بالایی دارند مناسب است، جوشکاری مرطوب به دلیل تطبیق پذیری و سرعت آن، به ویژه در شرایط تعمیر اضطراری مورد استفاده قرار می گیرد.

ایمنی و کارایی: هر دو روش به جوشکارهای بسیار ماهر نیاز دارند که در عملیات زیر آب آموزش دیده باشند. با این حال، جوشکاری خشک معمولاً مستلزم نصب و عملیات پیچیده‌تر است، اما منجر به جوش‌های یکپارچگی بالاتر می‌شود.

ملاحظات کلیدی در جوشکاری زیر آب

مواد و تجهیزات: فولاد به دلیل دوام و استحکام، رایج ترین ماده جوشکاری شده در جوشکاری زیر آب است که برای محیط سخت دریایی ضروری است. توسط محیط زیر آب این شامل استفاده از تنظیمات جریان مستقیم برای افزایش ایمنی با به حداقل رساندن خطر برق گرفتگی است.

ایمنی و آموزش: با توجه به ماهیت پیچیده کار در زیر آب، ایمنی یک نگرانی اساسی در جوشکاری زیر آب است. حرفه ای ها در این زمینه برای تسلط بر مهارت های غواصی و جوشکاری آموزش های سختی را پشت سر می گذارند و اطمینان حاصل می کنند که می توانند خطرات احتمالی مانند برق گرفتگی و غرق شدن را به طور موثر مدیریت کنند.

جوشکاری زیر آب در کاربردهای مختلف دریایی و فراساحلی، از تعمیر و نگهداری کشتی ها و سکوهای نفتی گرفته تا ساخت خطوط لوله و سازه های زیر آب، ضروری است. توانایی انجام کارهای جوشکاری در زیر سطح آب نه تنها نشان دهنده قابلیت های پیشرفته مهندسی مدرن است، بلکه بر نقش حیاتی غواصان جوشکار در حفظ و تقویت زیرساخت های دریایی ما تأکید می کند.

تجهیزات و ابزار جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب به مجموعه ای از تجهیزات تخصصی نیاز دارد تا هم اثربخشی جوش ها و هم ایمنی جوشکار غواص را تضمین کند. وسایل ضروری شامل:

• کلاه یا ماسک غواصی: برای دید و حفاظت در زیر آب حیاتی است.
• الکترودهای جوشکاری: این الکترودها که مخصوص استفاده در زیر آب هستند، باید در برابر محیط های چالش برانگیز دریایی مقاومت کنند.
• دستگاه جوش: به عنوان منبع تغذیه عمل می کند و می تواند از ترانسفورماتور به اینورتر متفاوت باشد، با مدل هایی مانند ESAB Rebel EMP 205ic و Miller Multimatic 215 در میان گزینه ها قرار دارند.
• کابل‌ها و گزنده‌های جوشکاری زیر آب: این کابل‌ها برای مدیریت بار الکتریکی در زیر آب و انتقال موثر جریان در طول فرآیند جوشکاری طراحی شده‌اند.
• لباس غواصی و لوازم جانبی: از جمله دستکش، چکمه و چاقو، این اقلام تحرک و ایمنی غواص را در زیر آب تضمین می کنند.
• ابزارهای برش زیر آب: مانند مشعل ها و سیستم های گرمازا، برای برش مواد در هنگام تعمیر یا نصب ضروری هستند.

فن آوری های نوآورانه در جوشکاری زیر آب

جوشکاری پرتو لیزری (LBW) و جوشکاری رباتی زیر آب (URW): این تکنیک‌های جدیدتر به دلیل انرژی بالا، ثبات و سرعت کار دقیق در حال بررسی هستند. LBW، به ویژه، درجه بالایی از دقت را ارائه می دهد، و آن را برای کارهای پیچیده جوشکاری که نیاز به جزئیات دقیق دارند، مناسب می کند.

اتوماسیون و رباتیک: ادغام رباتیک در فرآیندهای جوشکاری زیر آب مانند تراز اتوماتیک لوله و آزمایش اولتراسونیک به طور قابل توجهی کیفیت و کارایی جوش ها را بهبود بخشیده است. ربات های مجهز به فناوری های سنجش و کنترل پیشرفته می توانند کارهای جوشکاری را با دقت بالا انجام دهند و خطای انسانی را کاهش دهند و ایمنی را افزایش دهند.

ایمنی و کارایی: استفاده از تنظیمات جریان مستقیم در جوشکاری زیر آب با به حداقل رساندن خطر برق گرفتگی ایمنی را افزایش می دهد. این امر به ویژه در محیط هایی که جوشکار در معرض آب و تجهیزات الکتریکی قرار دارد بسیار مهم است.

3 کاربرد جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب یک تکنیک حیاتی است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و به طور برجسته در کاربردهای دریایی و فراساحلی کاربرد دارد. این بخش کاربردهای دنیای واقعی را از طریق مطالعات موردی خاص که نقش مهم و چالش‌های جوشکاری زیر آب را در سناریوهای مختلف برجسته می‌کند، بررسی می‌کند.

1. کاربرد در اکتشاف نفت و گاز

جوشکارهای زیر آب نقش اساسی در نگهداری و تعمیر سکوهای نفتی دریایی ایفا می کنند. این سازه‌ها که در برخی از چالش‌برانگیزترین محیط‌های روی زمین واقع شده‌اند، برای اطمینان از یکپارچگی ساختاری و کارایی عملیاتی، نیاز به نگهداری مداوم دارند. برای مثال، جوشکاران زیر آب اغلب در تعمیر خطوط لوله آسیب دیده و اجزای ساختاری ناشی از تأثیرات دریایی و سایش عملیاتی شرکت می کنند.

2. تعمیر و نگهداری زیرساخت

یکی دیگر از کاربردهای قابل توجه جوشکاری زیر آب در نگهداری و تعمیر سدها و پل های بزرگ است. این سازه ها برای مناطق مربوطه خود حیاتی هستند و هرگونه شکست می تواند عواقب فاجعه باری داشته باشد. جوشکاری زیر آب برای رسیدگی به مسائلی مانند ترک یا خوردگی در قسمت های زیر آب این سازه ها استفاده می شود. یک مورد قابل توجه کار تعمیر انجام شده در سد هوور است که در آن جوشکاران زیر آب وظیفه رفع نشتی و تقویت سازه را بر عهده داشتند و طول عمر و ایمنی آن را تضمین می کردند.

3. پروژه های نوآورانه در ساخت و ساز دریایی

جوشکاری زیر آب تنها در مورد تعمیرات و نگهداری نیست، بلکه نقش مهمی در پیشروی پروژه های ساخت و ساز جدید زیر آب دارد. به عنوان مثال، ساخت زیستگاه های زیر آب برای اهداف تحقیقاتی شامل عملیات جوشکاری پیچیده ای است که برای مقاومت در برابر شرایط شدید زیر آب طراحی شده است. این پروژه ها به جوشکار نیاز دارند که با مواد مختلف و در اعماق مختلف کار کنند که می تواند فرآیند جوشکاری را به دلیل اختلاف فشار و دما به طور قابل توجهی تغییر دهد.

هر یک از این مطالعات موردی نه تنها بر ماهیت ضروری جوشکاری زیر آب در حفظ و تقویت زیرساخت‌های دریایی و فراساحلی ما تأکید می‌کند، بلکه نیروی کار ماهر و تکنیک‌های دقیق مورد نیاز برای اجرای مؤثر این وظایف را نیز برجسته می‌کند.

آینده جوشکاری زیر آب

آینده جوشکاری زیر آب با نیازهای رو به رشد صنایع حمل و نقل دریایی، نفت و گاز طبیعی مرتبط است. با گسترش این بخش‌ها، تقاضا برای تکنیک‌های پیشرفته جوشکاری زیر آب برای ترمیم آسیب‌های وارده به سازه‌های دریایی مانند سکوهای نفتی که اغلب در اثر عوامل محیطی مانند طوفان و برخورد ایجاد می‌شوند، افزایش می‌یابد.