بررسی جوش نفوذ ناقص در آیین نامه AISC

استفاده از جوش شیاری با نفوذ ناقص در طراحی وصله جوشی ستون

در آیین‌نامه AISC (American Institute of Steel Construction)، جوش نفوذ ناقص (Partial Joint Penetration Weld یا PJP) به نوعی از جوش اشاره دارد که در آن فلز پرکننده جوش به‌صورت کامل به ضخامت مقطع جوش نفوذ نمی‌کند. این نوع جوش به‌طور خاص زمانی استفاده می‌شود که نیازی به مقاومت یا سختی کامل مشابه جوش نفوذ کامل (Complete Joint Penetration Weld یا CJP) نباشد، اما همچنان باید اتصالات مستحکم و کافی برای تحمل نیروهای موردنظر فراهم کند.

ویژگی‌های اصلی جوش نفوذ ناقص (PJP):

محدوده نفوذ:
- ضخامت جوش تنها بخشی از ضخامت قطعات متصل را پوشش می‌دهد. این میزان نفوذ توسط طراحی مشخص می‌شود.
کاربردها:
- معمولاً در سازه‌هایی استفاده می‌شود که نیروی اعمالی کمتر از ظرفیت کامل جوش است.
- هزینه پایین‌تری نسبت به جوش نفوذ کامل دارد.
طراحی و بررسی:
- طبق آیین‌نامه AISC، باید مقاومت جوش با در نظر گرفتن میزان نفوذ واقعی و هندسه اتصال محاسبه شود.
استانداردسازی:
- برای طراحی PJP باید از الزامات AISC (مانند AWS D1.1) استفاده شود تا اطمینان حاصل شود که عملکرد مورد نظر به‌درستی تأمین می‌گردد.

آیا مجاز هستیم یک جوش با نفوذ مثلا ۴۰ درصد در طراحی و نقشه در نظر بگیریم ؟

بله ، مجاز هستیم یک جوش با نفوذ ۴۰ درصد در طراحی و نقشه در نظر بگیرید، اما باید موارد زیر رعایت شوند:

محاسبات مهندسی دقیق بر اساس ضخامت واقعی نفوذ.
تأیید اینکه مقاومت اتصال برای بارهای وارده کافی است.
ذکر جزئیات در نقشه‌ها و رعایت استانداردهای AISC و AWS.

طبق آیین‌نامه AISC و استانداردهای مرتبط مانند AWS D1.1، شما می‌توانید از جوش نفوذ ناقص (Partial Joint Penetration Weld – PJP) در طراحی استفاده کنید، اما باید موارد زیر را رعایت کنید:

1. مجاز بودن استفاده از جوش نفوذ ناقص:

استفاده از جوش نفوذ ناقص در طراحی مجاز است، به‌شرط آنکه طراحی بر اساس ظرفیت واقعی جوش و ضخامت نفوذ انجام شود.
میزان نفوذ (مثلاً ۴۰ درصد) باید به‌وضوح در نقشه‌ها و مستندات طراحی مشخص شود.
این مقدار باید با محاسبات و بررسی‌های مهندسی، و با توجه به الزامات بارگذاری و استحکام، توجیه شود.

2. محاسبات مقاومت جوش:

مقاومت جوش بر اساس نفوذ واقعی (مثلاً ۴۰ درصد ضخامت اتصال) محاسبه می‌شود.
معادلات مربوط به جوش PJP در آیین‌نامه AISC 360 و استاندارد جوش AWS D1.1 ارائه شده است. مقاومت نهایی اتصال باید برای بارهای اعمالی کافی باشد.

3. ذکر جزئیات در نقشه‌ها:

اگر از جوش با نفوذ ۴۰ درصد استفاده می‌کنید، باید به‌صورت دقیق در نقشه ذکر شود:
- نوع جوش (PJP)
- درصد نفوذ موردنظر (مثلاً ۴۰٪)
- ابعاد شیار جوش و زاویه پخ‌زنی (اگر نیاز است)
- استاندارد مرجع (مانند AWS D1.1)

4. کنترل کیفیت و بازرسی:

هنگام اجرای جوش PJP، کنترل کیفیت بسیار مهم است. باید اطمینان حاصل شود که میزان نفوذ مشخص‌شده در طراحی واقعاً در اجرا حاصل شود.
آزمایش‌های غیرمخرب (مانند رادیوگرافی یا اولتراسونیک) برای اطمینان از کیفیت جوش توصیه می‌شود.

5. تعریف جوش نفوذ ناقص در AWS

در آیین‌نامه AWS، جوش نفوذ ناقص (Partial Joint Penetration Welds – PJP) به عنوان جوشی تعریف می‌شود که در آن نفوذ جوش کامل نیست و فقط بخشی از ضخامت مقطع موردنظر را پوشش می‌دهد. این نوع جوش معمولاً در شرایطی استفاده می‌شود که نیازی به انتقال کامل بار وجود ندارد.

در AWS D1.1، بخش‌هایی نظیر Clause 3 (Design) و Clause 4 (Qualification) مشخصاً به جوش‌های نفوذ ناقص اشاره دارند.
جوش PJP معمولاً برای اتصالاتی که تحت بارهای متوسط قرار دارند، اقتصادی‌تر است اما برای کاربردهایی که نیاز به ظرفیت باربری کامل دارند، مناسب نیست.

6. راندمان جوش (Weld Efficiency) چیست؟

راندمان جوش، یا به عبارتی ضریب کارایی جوش، نسبتی است که کیفیت و استحکام یک اتصال جوش داده‌شده را نسبت به استحکام ماده پایه ارزیابی می‌کند. این پارامتر معمولاً در طراحی و ارزیابی جوش‌ها به‌کار می‌رود و به‌صورت درصدی بیان می‌شود. راندمان جوش () برابر است با:

$<img decoding="async" class="size-full wp-image-16144 alignnone" src="https://hamyarsaze.com/wp-content/uploads/2025/01/Screen-Shot-01-24-25-at-11.15-AM.png" alt="Screen Shot 01 24 25 at 11.15 AM" width="172" height="98" title="بررسی جوش نفوذ ناقص در آیین نامه AISC 2" srcset="https://hamyarsaze.com/wp-content/uploads/2025/01/Screen-Shot-01-24-25-at-11.15-AM-150x85.png 150w, https://hamyarsaze.com/wp-content/uploads/2025/01/Screen-Shot-01-24-25-at-11.15-AM.png 172w" sizes="(max-width: 172px) 100vw, 172px" />$

: استحکام کششی یا تنشی جوش
: استحکام کششی یا تنشی فلز پایه

مقادیر رایج راندمان جوش:

جوش نفوذ کامل (CJP): راندمان حدود 100٪.
جوش نفوذ ناقص (PJP): راندمان معمولاً بین 30٪ تا 50٪ بسته به نوع اتصال، آماده‌سازی، و شرایط جوشکاری.

7. ظرفیت باربری جوش نفوذ ناقص :

در طراحی جوش نفوذ ناقص، میزان نفوذ و راندمان باید به دقت انتخاب شود.

راندمان جوش E : راندمان پیشنهادی برای جوش PJP در وصله ستون 30٪ تا 50٪ بسته به کیفیت آماده‌سازی، زاویه شیار، و کنترل‌های اجرایی. اگر جوش به خوبی اجرا شود و زاویه پخ مناسب باشد (50 تا 60 درجه)، می‌توان راندمان 50٪ را در نظر گرفت.

درصد نفوذ جوش : درصد نفوذ معمولاً بر اساس شرایط پخ و آماده‌سازی جوش مشخص می‌شود. اگر عمق شیار موجود 50 درصد ضخامت قطعه یا بیشتر باشد، درصد نفوذ را می‌توان 50 درصد یا بیشتر در نظر گرفت.حداقل درصد نفوذ برای جوش PJP: 50٪. اگر امکان افزایش عمق شیار وجود داشته باشد، نفوذ بیشتری پیشنهاد می‌شود.

ضخامت مؤثر جوش (Effective Throat Thickness) : ضخامت مؤثر جوش که در انتقال نیرو دخالت دارد. این مقدار به درصد نفوذ جوش و ضخامت فلز بستگی دارد.