جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد چیست؟ صفر تا صد این روش جوشکاری را بدانید‍!

در صنعت ساختمان، کیفیت اتصال میلگردها مستقیماً با ایمنی سازه در ارتباط است. هرجا که میلگردها به درستی به یکدیگر متصل نشوند، انتقال نیرو با اختلال مواجه می‌شود و همین موضوع می‌تواند عملکرد کل سازه را تحت تأثیر قرار دهد. یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های اتصال میلگرد که امروزه در پروژه‌های بزرگ عمرانی استفاده می‌شود، جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد است.

در این مقاله از سیوان لند به‌ صورت جامع و تخصصی بررسی می‌کنیم که جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد چیست، چگونه اجرا می‌شود، چه مزایا و معایبی دارد، چه تفاوتی با کوپلر و وصله اورلپ دارد و در چه پروژه‌هایی استفاده از آن منطقی‌تر است.

جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد چیست؟

جوش فورجینگ (Forging Welding) یا جوش سر به سر میلگرد، روشی برای اتصال دو میلگرد فولادی است که با استفاده از حرارت و فشار انجام می‌شود. در این روش، دو سر میلگرد تا دمای مشخصی گرم می‌شوند (در حد خمیری شدن، نه ذوب کامل) و سپس تحت فشار کنترل‌ شده به هم فشرده می‌شوند تا یک اتصال یکپارچه ایجاد شود.

برخلاف جوشکاری معمولی که از الکترود یا سیم جوش استفاده می‌کند، در فورجینگ هیچ فلز پرکننده‌ای به کار نمی‌رود. اتصال ایجاد شده کاملاً متکی بر پیوند مولکولی بین دو سطح فلزی است. همین موضوع باعث می‌شود مقاومت اتصال در بسیاری از موارد برابر یا حتی بیشتر از مقاومت خود میلگرد باشد.

این روش در سال‌های اخیر به دلیل کاهش مصرف میلگرد، افزایش استحکام اتصال و بهینه‌سازی هزینه‌ها، در پروژه‌های بلندمرتبه و صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. البته طراحی سازه‌های خاص گاهی نیازمند تغییر شکل میلگردهاست و فرآیند خمکاری میلگرد باعث می‌شود میلگردها به شکل دقیق مطابق نقشه سازه آماده شوند.

چرا اتصال صحیح میلگرد اهمیت دارد؟

در سازه‌های بتنی، میلگرد نقش تحمل نیروهای کششی را بر عهده دارد. اگر در محل وصله، اتصال ضعیف باشد:

• انتقال تنش به درستی انجام نمی‌شود
• تمرکز تنش ایجاد می‌شود
• احتمال ترک خوردگی بتن افزایش می‌یابد
• مقاومت لرزه‌ای سازه کاهش پیدا می‌کند

در روش سنتی اورلپ (همپوشانی)، میلگردها روی هم قرار می‌گیرند و با طول مشخصی همپوشانی دارند. این روش اگرچه ساده است، اما باعث افزایش مصرف فولاد، افزایش تراکم آرماتور و دشواری بتن‌ریزی می‌شود. اینجاست که جوش فورجینگ سر به سر میلگرد به عنوان یک راهکار مهندسی دقیق مطرح می‌شود. در برخی سازه‌ها برای اتصال سریع و مطمئن میلگردها، روش‌های مکانیکی جایگزین جوش می‌شوند؛ آشنایی با اینکه کوپلر میلگرد چیست و چگونه عملکرد می‌کند، باعث انتخاب دقیق‌تر روش اتصال خواهد شد.

مراحل اجرای جوش فورجینگ میلگرد

اجرای صحیح جوش سر به سر نیازمند تجهیزات تخصصی و نیروی آموزش‌ دیده است. فرآیند اجرا شامل چند مرحله کلیدی است:

1. آماده‌سازی میلگردها

در آموزش جوش فورجینگ ابتدا دو سر میلگرد باید کاملاً صاف، تمیز و بدون زنگ‌ زدگی یا آلودگی باشند. هرگونه چربی، اکسید یا پلیسه می‌تواند کیفیت اتصال را کاهش دهد. در این مرحله معمولاً از دستگاه برش مخصوص استفاده می‌شود تا سطحی کاملاً عمود و یکنواخت ایجاد شود. دقت در این مرحله بسیار مهم است؛ زیرا کیفیت سطح تماس مستقیماً بر استحکام نهایی تأثیر می‌گذارد.

2. گرم کردن میلگردها

پس از قرار دادن میلگردها در دستگاه جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد، با استفاده از شعله اکسیژن و گاز استیلن، دو سر میلگرد به طور یکنواخت گرم می‌شوند. هدف این است که فلز به حالت خمیری برسد، نه اینکه ذوب شود. کنترل دما در این مرحله حیاتی است. اگر دما کم باشد، اتصال ناقص می‌شود و اگر بیش از حد باشد، ساختار متالورژیکی فولاد آسیب می‌بیند.

3. اعمال فشار و ایجاد اتصال

زمانی که دو سر میلگرد به دمای مناسب رسیدند، فشار هیدرولیکی کنترل‌ شده‌ای به آن‌ها وارد می‌شود. در اثر این فشار، دو سطح فلزی در هم نفوذ کرده و پیوند مولکولی ایجاد می‌شود. در انتهای کار، یک برجستگی حلقه‌ای در محل اتصال دیده می‌شود که نشان‌ دهنده انجام صحیح فرآیند فورجینگ است.

تجهیزات اصلی مورد نیاز در اجرای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد

در فرآیند جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد، استفاده از تجهیزات استاندارد و دقیق نقش تعیین‌ کننده‌ای در کیفیت اتصال نهایی دارد. مهم‌ترین ابزارهای اجرایی شامل موارد زیر است:

• دستگاه جوش فورجینگ میلگرد

  • اصلی‌ترین تجهیز در این روش، دستگاه فورجینگ است که وظیفه نگهداری و اعمال فشار کنترل‌ شده را بر عهده دارد. این دستگاه معمولاً شامل گیره‌های نگهدارنده، جک یا پمپ هیدرولیک و سیستم تنظیم فشار است. عملکرد صحیح این دستگاه باعث می‌شود دو میلگرد کاملاً هم‌ محور قرار بگیرند. اگر حتی انحراف جزئی در راستای میلگردها وجود داشته باشد، سطح تماس کاهش یافته و مقاومت نهایی اتصال افت می‌کند.

• سیستم تأمین حرارت (اکسیژن و استیلن)

  • برای رساندن دو سر میلگرد به حالت خمیری، از سیستم حرارتی شامل کپسول‌های اکسیژن و استیلن استفاده می‌شود. این سیستم به وسیله مشعل مخصوص فورجینگ، حرارت یکنواخت و متمرکزی تولید می‌کند. تنظیم صحیح شعله اهمیت زیادی دارد؛ زیرا گرمایش نامتعادل می‌تواند باعث ضعف در یک سمت اتصال و ایجاد ناپیوستگی داخلی شود.

• مشعل و نازل قابل تنظیم

  • نازل مشعل باید قابلیت تنظیم دقیق شعله را داشته باشد تا گرما به‌ صورت یکنواخت به دو سر میلگرد منتقل شود. شعله بیش از حد تیز یا پراکنده می‌تواند موجب سوختگی سطح یا اکسیداسیون بیش از حد شود که کیفیت اتصال را کاهش می‌دهد.

• دستگاه برش سرد یا اره مخصوص میلگرد

  • پیش از شروع عملیات فورجینگ، دو سر میلگرد باید کاملاً صاف، تمیز و عمود بر محور اصلی برش داده شوند. استفاده از دستگاه برش سرد یا اره مخصوص باعث ایجاد سطحی یکنواخت و بدون پلیسه می‌شود. به‌کارگیری لوازم جوش فورجینگ نامناسب مانند سنگ فرز معمولی ممکن است سطحی ناصاف ایجاد کند که مانع از تماس کامل دو میلگرد و کاهش استحکام جوش شود.

از دیگر تجهیزات مهم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پایه یا فیکسچر ترازکننده برای هم‌راستا کردن میلگردها

• فشارسنج دقیق برای کنترل نیروی اعمالی

• گیج اندازه‌گیری بیرون‌زدگی پس از فورج

• تجهیزات ایمنی شامل عینک، دستکش نسوز و لباس مقاوم در برابر حرارت

در پروژه‌های حرفه‌ای، دستگاه‌ها باید به‌صورت دوره‌ای کالیبره شوند تا میزان فشار اعمالی دقیقاً مطابق مشخصات فنی باشد. همچنین نگهداری صحیح از شیلنگ‌های گاز و بررسی نشتی آن‌ها نقش مهمی در ایمنی کارگاه دارد.

کاربردهای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد در پروژه‌های ساختمانی

این روش بیشتر در موارد زیر استفاده می‌شود:

• ستون‌های بلند

• سازه‌های مرتفع

• پروژه‌های صنعتی

• پل‌ها و سازه‌های زیرساختی

• مناطق زلزله‌خیز

در پروژه‌هایی که کاهش وزن فولاد اهمیت دارد، فورجینگ انتخاب هوشمندانه‌ای است. هنگام انتخاب میلگرد برای پروژه‌های خاص، شناخت تفاوت‌ها و ترکیبات فلزی اهمیت زیادی دارد و بررسی اینکه میلگرد آلیاژی چیست، می‌تواند به مهندسان در انتخاب میلگرد مناسب کمک کند.

مزایای جوش فورجینگ نسبت به سایر روش‌ها

جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد مزایای متعددی دارد که آن را به گزینه‌ای محبوب در پروژه‌های حرفه‌ای تبدیل کرده است.

1. افزایش استحکام اتصال

در بسیاری از تست‌های کشش، محل شکست خارج از نقطه اتصال اتفاق می‌افتد. این موضوع نشان می‌دهد که اتصال ایجاد شده کاملاً یکپارچه است. این ویژگی به‌ خصوص در مناطق زلزله‌خیز اهمیت زیادی دارد.

2. کاهش مصرف میلگرد

در روش اورلپ، طول همپوشانی معمولاً بین ۴۰ تا ۵۰ برابر قطر میلگرد است. این موضوع باعث افزایش مصرف فولاد می‌شود. با استفاده از جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد، نیازی به همپوشانی نیست و همین موضوع مصرف میلگرد را به‌ طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

3. کاهش تراکم آرماتور

تراکم بیش از حد میلگرد در ستون‌ها و تیرها، بتن‌ریزی را دشوار می‌کند و احتمال ایجاد حفره‌های هوا را افزایش می‌دهد. فورجینگ با حذف اورلپ، فضای بیشتری برای بتن‌ریزی ایجاد می‌کند.

4. افزایش سرعت اجرا

در پروژه‌های بزرگ، زمان اهمیت بالایی دارد. جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد در صورت وجود تیم حرفه‌ای، سرعت اجرای بالایی دارد و زمان آرماتوربندی را کاهش می‌دهد.

5. صرفه‌جویی اقتصادی در پروژه‌های بزرگ

اگرچه هزینه اولیه دستگاه و اجرای فورجینگ ممکن است بیشتر از اورلپ به نظر برسد، اما در پروژه‌های بزرگ به دلیل کاهش مصرف فولاد، هزینه نهایی کمتر خواهد بود.

محدودیت‌ها و معایب جوش فورجینگ

هیچ روشی بدون محدودیت نیست. جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد نیز چالش‌هایی دارد:

• نیاز به اپراتور آموزش‌دیده

• وابستگی به تجهیزات تخصصی

• حساسیت بالا به کنترل دما و فشار

• محدودیت در برخی شرایط آب‌وهوایی

اگر فرآیند به درستی اجرا نشود، کیفیت اتصال کاهش می‌یابد.

کنترل کیفیت و استاندارد جوش فورجینگ

کیفیت اجرای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد باید طبق استانداردهای مشخص کنترل شود. مهم‌ترین روش‌های تست جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد موارد زیر است:

• تست کشش

• تست خمش

• بازرسی چشمی

• تست‌های غیرمخرب (در پروژه‌های حساس)

اپراتور باید گواهینامه معتبر داشته باشد و دستگاه‌ها باید به صورت دوره‌ای کالیبره شوند. همچنین تست التراسونیک جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد در دسته آزمون‌های غیرمخرب (NDT) قرار می‌گیرد، زیرا بدون آسیب رساندن به محل اتصال، عیوب داخلی جوش را بررسی می‌کند.

هزینه اجرای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد چقدر است؟

هزینه اجرای جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد به عواملی مانند قطر میلگرد، تعداد اتصالات، محل پروژه، تجهیزات موجود و مهارت اپراتور بستگی دارد. هرچه قطر میلگرد و تعداد وصله‌ها بیشتر باشد، مصرف گاز و زمان اجرا افزایش یافته و هزینه بالاتر می‌رود. همچنین دسترسی به دستگاه استاندارد و نیروی متخصص می‌تواند بر قیمت نهایی تأثیر بگذارد. با این حال، در پروژه‌های بزرگ به دلیل کاهش مصرف میلگرد و حذف اورلپ، جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد معمولاً از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

روش‌های مختلف آزمون و کنترل کیفیت پس از جوشکاری فورجینگ

کنترل کیفیت در جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد مرحله‌ای حیاتی است؛ زیرا هرگونه ضعف در اتصال می‌تواند عملکرد سازه را در برابر بارهای کششی و لرزه‌ای تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل در پروژه‌های حرفه‌ای، پس از اجرای جوش، آزمایش‌های مشخصی برای اطمینان از صحت اتصال انجام می‌شود.

1. بازرسی چشمی (Visual Inspection)

اولین و ساده‌ترین مرحله کنترل کیفیت، بررسی ظاهری محل اتصال است. در یک جوش صحیح، برجستگی حلقه‌ای یکنواختی در اطراف محل اتصال دیده می‌شود که نشان‌دهنده اعمال فشار کافی است. وجود ترک سطحی، حفره، سوختگی یا عدم تقارن می‌تواند نشانه اجرای نامناسب باشد.

2. تست کشش (Tensile Test)

تست کشش یکی از مهم‌ترین آزمون‌های مخرب است. در این آزمایش، نمونه جوش‌شده تحت نیروی کششی قرار می‌گیرد تا نقطه شکست مشخص شود. اگر شکست در خارج از محل جوش اتفاق بیفتد، نشان‌دهنده کیفیت مناسب اتصال است. این تست معمولاً در آزمایشگاه‌های معتبر انجام می‌شود.

3. تست خمش (Bend Test)

در این آزمون، میلگرد جوش‌شده تا زاویه مشخصی خم می‌شود. اگر در محل اتصال ترک یا گسیختگی ایجاد نشود، جوش از نظر شکل‌پذیری قابل قبول است. این تست به‌ویژه در پروژه‌های لرزه‌خیز اهمیت بالایی دارد.

4. آزمون‌های غیرمخرب (NDT)

در پروژه‌های حساس مانند پل‌ها یا سازه‌های صنعتی، از روش‌های پیشرفته‌تر کنترل کیفیت استفاده می‌شود. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• تست اولتراسونیک (UT) برای تشخیص ناپیوستگی داخلی

• آزمون ذرات مغناطیسی (MT) برای شناسایی ترک‌های سطحی

• آزمون مایع نافذ (PT) در صورت نیاز به بررسی دقیق سطح

این روش‌ها بدون آسیب زدن به اتصال، کیفیت داخلی آن را بررسی می‌کنند.

5. کنترل فرآیندی حین اجرا

علاوه بر آزمون‌های پس از اجرا، بخشی از کنترل کیفیت باید همزمان با عملیات انجام شود. ثبت دمای حرارت‌دهی، کنترل فشار هیدرولیک و بررسی هم‌محوری میلگردها از جمله مواردی است که احتمال بروز خطا را کاهش می‌دهد.

سخن پایانی

در نهایت، جوش فورجینگ یا سر به سر میلگرد یکی از پیشرفته‌ترین و مقاوم‌ترین روش‌های اتصال میلگرد در سازه‌های بتنی است که با ترکیب حرارت و فشار، اتصالی یکنواخت و با دوام ایجاد می‌کند. استفاده از تجهیزات استاندارد، اپراتور ماهر و کنترل کیفیت دقیق مانند تست التراسونیک و تست‌های کشش و خمشی، تضمین‌کننده عملکرد صحیح سازه در برابر بارهای کششی و لرزه‌ای است. اگر به دنبال میلگرد با کیفیت بالا برای پروژه خود هستید، می‌توانید از فروشگاه آنلاین میلگرد سیوان لند دیدن کنید و انواع میلگردهای استاندارد و مقاوم را با قیمت مناسب و ارسال سریع تهیه کنید. همین حالا اقدام کنید و کیفیت و استحکام سازه خود را تضمین کنید!