من نخستینبار که درباره جوشکاری زیر آب شنیدم، تصورم از آن تنها یک فرایند مکانیکی بود که زیر سطح دریا انجام میگیرد و اندکی ماجراجویی در آن نهفته است. بااینحال، وقتی مطالعات عمیقتری انجام دادم و با افرادی که در این حوزه کار میکردند صحبت کردم، دریافتم که این شاخه از صنعت، بسیار بیشتر از یک فرآیند ساده صنعتیـفنی است. جوشکاری زیر آب در واقع ترکیبی از دانش متالورژی، فیزیک در شرایط فشار بالا، مهارت غواصی حرفهای و رعایت استانداردهای ایمنی ویژه است. من متوجه شدم که این فرایند از نظر تئوری همان اتصال دادن فلزات با ذوب موضعی الکترود یا سیم جوش در حضور قوس الکتریکی است، اما محیط اطراف (آب دریا، دریاچهها یا مخازن صنعتی) شرایطی ایجاد میکند که اصول و قواعد آن بهکلی متفاوت با جوشکاری متداول در خشکی است.
هرگاه فلزات در کف دریا یا در بخشهای عمیق تأسیسات نفتی و گازی نیازمند تعمیر یا اتصال باشند، از جوشکاری زیر آب برای ایجاد یک درز جوش مستحکم استفاده میشود. اساساً حضور آب، عوامل زیستمحیطی، فشار هیدرواستاتیک و الزامات ایمنی باعث شده که این نوع جوشکاری جایگاه خاصی در صنایع دریایی و فراساحلی داشته باشد. اگر بخواهم بهزبان علمی بگویم، جوشکاری زیر آب فرایندی است که در آن قوس الکتریکی، در محیط مملو از آب شکل میگیرد و فلز پایه بههمراه الکترود یا سیم جوش ایساب ذوب میشود تا یک اتصال فلزی پیوسته و بادوام بهوجود آید.
جوشکاری زیر آب در جهان و ایران
وقتی بهدنبال اولین نشانههای جوشکاری زیر آب گشتم، متوجه شدم که این ایده در اوایل قرن بیستم مطرح شد و تلاشهایی برای اجرای آزمایشی آن در پروژههای نظامی مربوط به جنگهای جهانی انجام گرفت. در آن زمان، نیروی دریایی کشورهایی مانند انگلستان و آمریکا برای رفع آسیبهای ناگهانی روی بدنه کشتیها و زیردریاییها به راهکاری نیاز داشتند که امکان ترمیم ساختار را در محل و بدون انتقال به حوضچه خشک فراهم کند.
من در ادامه مطالعاتم دیدم که در دهه ۱۹۴۰ میلادی، بهصورت گستردهای در نیروی دریایی آمریکا، روش جوشکاری قوسی مرطوب و تجهیزات ابتدایی غواصی استفاده شد؛ این تجهیزات بهتدریج پیشرفت کرد و روشهای جوشکاری خشک با ساخت اتاقکهای فشار نیز ابداع شد. اگر نگاهی به آمارهای موجود بیندازیم، در اواخر دهه ۱۹۶۰ میلادی، نزدیک به ۲۰ درصد از عملیاتهای تعمیر کشتی در بنادر بزرگ دنیا، با استفاده از جوشکاری زیر آب صورت میگرفت.
در ایران، با رشد صنایع نفت و گاز دریایی در خلیج فارس، مخصوصاً پس از دهه ۱۳۵۰ شمسی، نیاز به تکنسینها و جوشکاران ماهر در حوزه فراساحل احساس شد. در ابتدا تیمهایی از کشورهای خارجی برای پروژههای صنعتی دعوت میشدند، اما بعدها متخصصان داخلی آموزش دیدند و در دهه ۱۳۷۰ شمسی بود که نخستین گروههای جوشکاری زیر آب ایرانی فعالیت خود را در سکوهای نفتی خلیج فارس آغاز کردند.
من همواره فکر میکردم که چرا صنعتگران و کارآفرینان حاضرند هزینههای بالایی برای آموزش جوشکاران زیر آب بپردازند. وقتی آمار درآمد یک جوشکار زیر آب حرفهای را بررسی کردم، متوجه شدم که در پروژههای فراساحلی، دستمزد یک جوشکار زیر آب بسته به سطح مهارت، محل پروژه و خطرات کاری، بین ۳۰ تا ۵۰ درصد بیشتر از یک جوشکار معمولی است. حتی در برخی پروژههای بینالمللی، این اختلاف دستمزد به دو برابر هم میرسد.
جوشکاری زیر آب به دلیل تخصصی بودن و ریسک بالایی که دارد، فرصتی پرسود به شمار میآید. وقتی من با شرکتهای فعال در حوزه ساخت و تعمیر سکوهای نفتی صحبت کردم، همگی بر این باور بودند که وجود نیروی ماهر در جوشکاری زیر آب، زمان تعطیلی سکو برای تعمیرات را بهشدت کاهش میدهد و هر ساعت صرفهجویی در زمان توقف تولید، بهویژه در حوزه نفت و گاز، میتواند سود قابل توجهی را برای کارفرمایان به ارمغان بیاورد. با توجه به گزارشهای سال ۲۰۱۹، ارزش بازار جهانی خدمات جوشکاری زیر آب به بیش از ۳ میلیارد دلار در سال رسیده بود و پیشبینی میشود که تا سال ۲۰۳۰، این رقم بهعلت گسترش صنایع فراساحلی و افزایش تقاضا برای انرژی پاکتر دریایی، رشد حداقل ۴۰ درصدی داشته باشد.
انواع روشهای جوشکاری زیر آب (مرطوب و خشک)
وقتی درباره روشهای موجود جوشکاری زیر آب مطالعه میکنم، متوجه میشوم که دو رویکرد عمده وجود دارد: جوشکاری مرطوب (Wet Welding) و جوشکاری خشک (Dry Welding). در روش مرطوب، من میبینم که قوس الکتریکی در تماس مستقیم با آب دریا تشکیل میشود؛ جوشکار همراه تجهیزات غواصی به زیر آب میرود و با الکترودهای ویژهای که روکشی حاوی فلاکس پایدارکننده قوس دارند، اقدام به ذوب فلز پایه و الکترود کیسول میکند. یکی از چالشهای این روش، سرعت خنکشوندگی بالا و حبابهای گازی اطراف قوس است که بر کیفیت جوش تأثیر میگذارد.
در روش خشک، ساخت یک اتاقک فشار روی محل جوشکاری زیر آب ضروری است؛ در واقع، منطقه جوشکاری از آب خالی میشود و شرایط نسبتاً خشکی ایجاد میگردد. درنتیجه، کیفیت جوش به مراتب بالاتر میرود، اما هزینه ساخت و نگهداری اتاقک فشار قابل توجه است. این روش برای اتصالات حساسی که باید از استانداردهای جهانی پیروی کنند، بیشتر توصیه میشود.
چالشهای منحصربهفرد جوشکاری زیر آب
همیشه این پرسش را از خود داشتم که چرا با وجود پتانسیل بالای اقتصادی، تعداد افرادی که وارد این رشته میشوند کم است. وقتی به جزئیات کار نگاه کردم، متوجه شدم که چالشهای فنی و ایمنی خاصی وجود دارد. حضور آب و فشار بالا میتواند باعث افزایش احتمال بروز تخلخل در جوش شود و تشکیل ترکهای هیدروژنی در فولاد را تسریع کند. این ترکهای هیدروژنی ناشی از ورود هیدروژن آزاد به ساختار جوش هستند و میتوانند استحکام و عمر خستگی اتصالات را کاهش دهند.
یکی از مواردی که در پژوهشهای بینالمللی مطرح میشود، بررسی برهمکنش پوشش الکترود با آب دریا است. پوششهای الکترود مرطوب دارای ترکیبات پودری مثل اکسید تیتانیوم (TiO₂) و سلولز اصلاحشده میباشند که با برخی نمکهای موجود در آب دریا واکنش میدهند و درنتیجه گازهایی همچون H₂ و CO را در محل قوس آزاد میکنند. این گازها ممکن است در حین انجماد در فلز جوش به دام بیفتند و حفرههای ریزی را بهوجود آورند. در نتیجه، انتخاب الکترود ایساب مناسب از لحاظ ترکیب شیمیایی فلاکس برای کاهش ورود هیدروژن به حوضچه مذاب، حیاتی است.
تجهیزات و ابزارهای مورد نیاز برای جوشکاری زیر آب
وقتی وارد بحث تجهیزات میشوم، درمییابم که بخش اصلی یک بسته جوشکاری زیر آب شامل دستگاه جوش مخصوص با خروجی DC (بهدلیل ثبات بهتر قوس در زیر آب)، کابلهای عایقبندیشده در برابر رطوبت و فشار بالا، الکترود مخصوص و لباس غواصی حرفهای است. در برخی پروژهها، از رباتهای زیرآبی با بازوهای مکانیکی ویژه استفاده میشود، اما همچنان نیاز به نیروی انسانی ماهر برای کنترل و هدایت آنها وجود دارد.
لباس غواصی که من برای جوشکاری زیر آب مشاهده کردهام، تفاوت زیادی با لباس غواصی تفریحی دارد. این لباسها دارای سیستم گردش هوای فشرده، محفظههای ضد تراوش آب و معمولاً مجهز به یک کلاه خود (Helmet) محافظ فلزی هستند. همچنین، منبع تأمین اکسیژن و سیستمهای ارتباطی مقاوم در برابر فشار هم بخشی از این تجهیزات هستند. تأمین روشنایی زیر آب اغلب با چراغهای هالوژنی یا LED فشارقوی صورت میگیرد.
مهارتهای لازم برای جوشکاران زیر آب
من وقتی با یک جوشکار زیر آب خبره صحبت کردم، دریافتم که ترکیبی از توانایی غواصی در شرایط سخت و تسلط بر فرایند جوشکاری لازم است. این افراد معمولاً از دورههای تکمیلی غواصی در فشار بالا شروع میکنند و با یادگیری اصول ایمنی تنفس، کار در محیطهای بسته و مقابله با جریانهای دریایی پیش میروند. سپس آموزش تخصصی جوشکاری در آب را بهصورت تئوری و عملی پشت سر میگذارند.
آشنایی با متالورژی جوش، انتخاب صحیح الکترود مناسب مانند بهلر و نیز مهارت بالای کنترل قوس در محیط متلاطم زیر آب از الزامات اصلی است. من طی مطالعاتم متوجه شدم که ارگونومی و حالت بدن جوشکار نقش مهمی در کیفیت جوش دارد. چرا که جریانهای دریایی ممکن است جوشکار را جابهجا کنند یا قطعات را به حرکت درآورند و درنتیجه کنترل صحیح تورچ و فاصله قوس، بسیار دشوارتر از جوشکاری سطحی خواهد بود.
کاربردهای جوشکاری زیر آب در صنایع مختلف
بهصورت تاریخی، من میدانم که جوشکاری زیر آب بیشتر در صنایع دریایی و فراساحلی کاربرد داشته است. ساخت و تعمیر سکوهای نفت و گاز، کشتیسازی، حفظ و نگهداری خطوط لوله انتقال نفت و گاز در بستر دریا و حتی انجام عملیاتهای اورژانسی بر روی بدنه کشتیها در بنادر، از موارد متداول است. بااینحال، امروزه بخش دیگری از کاربردها در حوزه انرژیهای نو مانند ساخت و تعمیر سازههای بادی فراساحلی و نیروگاههای جزرومدی شکل گرفته است.
وقتی به پروژههای سدسازی نگاه میکنم، میبینم که جاهایی که امکان تخلیه کامل آب برای ترمیم بدنه سد وجود ندارد، از جوشکاری زیر آب بهره میگیرند. حتی در تعمیر پایه پلهایی که بر روی رودخانههای بزرگ احداث میشوند، این روش بسیار مؤثر است.
وضعیت فعلی صنعت جوشکاری زیر آب در ایران
من هنگامی که وضعیت فعلی این صنعت را در ایران بررسی کردم، متوجه شدم که تمرکز اصلی روی سکوهای نفتی خلیج فارس و عملیات تعمیر خطوط لوله در این ناحیه است. بر اساس گزارشهای سال ۱۳۹۸ وزارت نفت، حدود ۱۲ سکوی فعال در خلیج فارس بهصورت دورهای نیاز به بازرسی و تعمیر دارند و بخشی از این تعمیرات، حتماً زیر آب صورت میگیرد. علاوه بر آن، در دریای خزر هم برای ساخت و نگهداری تأسیسات نفتی و سازههای مرتبط با آبزیپروری، پروژههایی تعریف شده است.
تعداد شرکتهای داخلی فعال در جوشکاری زیر آب، طبق آمارهای غیررسمی، نزدیک به ۲۵ شرکت است که عمدتاً در مناطق بوشهر، عسلویه و بندرعباس فعالیت میکنند. اگرچه هنوز بخش قابل توجهی از نیاز بازار از طریق متخصصان خارجی تأمین میشود، اما در سالهای اخیر، رویکرد مثبتی برای تربیت نیروی بومی مشاهده شده است.
فرصتهای شغلی در حوزه جوشکاری زیر آب در ایران
همیشه این سؤال برایم مطرح بوده که چطور میتوان از ظرفیت بالای آبهای خلیج فارس و دریای خزر برای اشتغالزایی و ارزآوری استفاده کرد. وقتی با چند تن از فعالان این حوزه صحبت کردم، متوجه شدم که علاوه بر خود فرایند جوشکاری، بازار وسیعی برای تأمین قطعات و تجهیزات جانبی وجود دارد. تولید الکترودهای تخصصی، سیستمهای روشنایی زیر آب، رباتهای کمکی و حتی ارائه خدمات آموزشی به علاقهمندان، حوزههایی است که میتواند برای سرمایهگذاران جذاب باشد.
در حال حاضر، طبق آمارهای غیررسمی، حداقل ۵۰۰ نیروی متخصص جوشکاری زیر آب در ایران فعالیت میکنند که پاسخگوی نیاز گسترده پروژههای آتی نخواهد بود. این امر نشان میدهد که برای یک کارآفرین، ورود به این عرصه و ایجاد شرکتهای خدماتی یا ارائه طرحهای نوین در تعمیر و نگهداری سازههای دریایی، میتواند یک زمینه پرسود باشد.
چالشهای خاص جوشکاری زیر آب در ایران
اما دستیابی به این فرصتها با چالشهایی مواجه است. من که تجربه بازدید از چند پروژه دریایی را دارم، میدانم که محدودیت واردات تجهیزات پیشرفته، فقدان استانداردهای بومی و نبود آزمایشگاههای تخصصی برای تست جوش زیر آب، از جمله مشکلات اساسی محسوب میشوند. علاوه بر این، تفاوت دمای آب در فصول مختلف و تغییر شوری در سواحل شمالی و جنوبی ایران میتواند روی انتخاب الکترود مناسب و کیفیت جوش تأثیر بگذارد.
در برخی مناطق جنوب کشور، وجود رسوبات زیاد و جلبکهای دریایی اطراف سازهها، دید جوشکار را بهشدت محدود میکند. وقتی از جوشکاران فعال در عسلویه پرسیدم، گفتند که در بعضی فصول، دید افقی به کمتر از یک متر میرسد و همین موضوع دشواریهای کاری را افزایش میدهد. برای رفع این مشکل، استفاده از دستگاههای ویژه بازرسی و هدایت مغناطیسی توصیه شده، اما هزینههای این دستگاهها بالا است و تعداد شرکتهایی که چنین تجهیزات پیشرفتهای دارند، هنوز کم است.
همیشه برایم جالب بوده که بدانم مسیر ورود به این حرفه چطور است. من دیدهام که برخی هنرستانهای فنی در زمینه جوشکاری برنامههای مقدماتی دارند، اما آموزش غواصی صنعتی و تلفیق آن با جوشکاری نیازمند مجموعهای تخصصی است. در حال حاضر، دورههایی در مراکز آموزش غواصی در کیش، بندرعباس و بوشهر برگزار میشوند که مباحث نظری و عملی جوشکاری زیر آب را پوشش میدهند.
این دورهها معمولاً شامل آموزش مباحث ایمنی، متالورژی جوش، انتخاب الکترود و تمرین در استخرهای عمیق شبیهسازیشده است. گاهی برخی شرکتهای بزرگ نفتی در قالب قراردادهای چندساله، کارآموزان خود را برای گذراندن دورههای بینالمللی در خارج از کشور اعزام میکنند. به عقیده من، ایجاد یک مرکز ملی تحقیقاتی و آموزشی میتواند از مهاجرت جوانان به کشورهای دیگر جلوگیری کند و دسترسی به تجهیزات روز دنیا را تسهیل سازد.
وقتی به استانداردهای جهانی نگاه میکنم، مؤسساتی مانند American Welding Society (AWS) با معرفی استاندارد AWS D3.6 (برای جوشکاری زیر آب) و انجمنهای طب در فشار بالا، رهنمودهای جامع و دقیقی ارائه دادهاند. این دستورالعملها بر انتخاب صحیح جریان برق، ترکیب شیمیایی الکترودها و همچنین حفاظت کامل از جوشکار در برابر شوک الکتریکی تأکید دارند.
در ایران، هنوز استاندارد ملی مشخص و مستقلی که بهطور کامل برای جوشکاری زیر آب تدوین شده باشد، نداریم و شرکتها اکثراً از استانداردهای اروپایی یا آمریکایی استفاده میکنند. همچنین، نهادهایی مانند اداره کار و سازمان بنادر و دریانوردی بر مسائل ایمنی عمومی نظارت دارند. من معتقدم که نیاز به یک استاندارد ملی جامع احساس میشود تا بتوان بهصورت هماهنگ، شرایطی ایمن و کارآمد را برای این صنعت فراهم کرد.
چشمانداز آینده صنعت جوشکاری زیر آب در ایران
چشمانداز پیش روی جوشکاری زیر آب در ایران از نگاه من، بسیار امیدوارکننده است. با توسعه میادین نفتی و گازی و همچنین تکیه بیشتر بر سازههای دریایی، نیاز به جوشکاری زیر آب نهتنها کاهش نمییابد، بلکه رشد خواهد داشت. آمارهای غیررسمی پیشبینی کردهاند که در ده سال آینده، حداقل ۵۰ سکوی نفتی و گازی جدید یا توسعهیافته در خلیج فارس نیاز به بازرسی و تعمیر دورهای خواهند داشت.
از سوی دیگر، روند جهانی استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در سواحل (مزارع بادی دریایی) میتواند بازار تازهای را برای متخصصان ایجاد کند. اگر ایران بخواهد بخشی از اهداف خود در زمینه انرژیهای پاک را از طریق ساخت نیروگاههای فراساحلی محقق کند، همکاری میان متالورژیستها، کارشناسان انرژیهای نو و جوشکاران زیر آب الزامی خواهد بود.
راهکارهایی برای توسعه و بهرهبرداری از فرصتهای جوشکاری زیر آب در ایران
من همیشه وقتی درباره چگونگی بهرهبرداری از این فرصت صحبت میکنم، به این نتیجه میرسم که باید یک رویکرد چندجانبه در پیش گرفت. تخصیص بودجههای پژوهشی برای بررسی اثر شوری، دما و جریانهای دریایی بر کیفیت جوش و تدوین روشهای اجرایی متناسب با شرایط جغرافیایی کشور، اولین گام است. باید آزمایشگاههای مجهز به اتاقک فشار و استخرهای شبیهسازی عمیق در مراکز دانشگاهی ایجاد شود تا دانشجویان و محققان بتوانند روشهای جدید جوشکاری را آزمایش کنند.
من فکر میکنم که جرقه یک جهش بزرگ در این صنعت زمانی اتفاق میافتد که بخش خصوصی وارد میدان شود و با جذب سرمایه، هم تجهیزات رباتیک را وارد کند و هم نیروهای جوان را در پروژههای واقعی آموزش دهد. برای مثال، کارخانههای تولید الکترود میتوانند خط تولید ویژه الکترودهای ضد رطوبت با روکش حاوی ترکیبات کلسیمـفلورید راهاندازی کنند تا میزان هیدروژن محلول در حوضچه مذاب کاهش یابد. این ترکیبات در رده کلسیمـفلورید (CaF₂) به بهبود پایداری قوس و جلوگیری از تخلخل جوش کمک میکنند.
فولادهایی که در زیر آب جوشکاری میشوند اغلب ساختاری از جنس فولاد کمکربن تا فولادهای HSLA (High-Strength Low-Alloy) دارند که مقادیر بسیار کمی از عناصر آلیاژی نظیر وانادیوم (V)، نیوبیوم (Nb) یا مولیبدن (Mo) در ترکیبشان وجود دارد. این عناصر با ایجاد کاربیدها و نیتریدهای پایدار، استحکام و مقاومت در برابر ترک هیدروژنی را افزایش میدهند. الکترودی که انتخاب میشود باید متناسب با ساختار شیمیایی این فولادها باشد تا از عدم انطباق متالورژیکی پیشگیری کند.
در جدولی که در ادامه ارائه میکنم، به بررسی چند نمونه فولادهای رایج در جوشکاری زیر آب، نوع الکترود بهکاررفته، ترکیب شیمیایی شاخص آن و کاربرد آنها میپردازم. این جدول حاصل تحقیقات شخصی و مقایسه دادههای چندین پروژه فراساحلی است.
نوع فولاد | نوع الکترود مورد استفاده | ترکیب شیمیایی الکترود (مهمترین اجزا) | کاربرد عملیاتی اصلی |
فولاد کربنی ساده (A36) | الکترود روتیلی زیر آب (E6013-UW) | TiO₂، Cellulose اصلاحشده | تعمیر قطعات عمومی، اسکلتهای دریایی ساده |
فولاد HSLA (مانند A516) | الکترود کم هیدروژن (E7018-UW) | Fe، CaF₂، مقادیر کم سیلیکات و اکسید Mn | ساخت سکوهای نفتی و خطوط لوله فشار بالا |
فولاد ضدزنگ (مانند 316L) | الکترود استیل زیر آب (E316L-UW) | Cr، Ni، Mo، فریت کنترلشده | ساخت و تعمیر سازههای تحت خوردگی شدید |
فولادهای نیکلـمس (مانند Monel) | الکترود نیکلـمس زیر آب (ENiCu-UW) | Ni بالا (تا 70%)، Cu، مقادیر کم Fe | سیستمهای انتقال در محیط شور و دمای پایین |
در این جدول، الکترودهایی که پسوند «-UW» دارند، صرفاً برای بیان آن است که فرمول روکششان برای شرایط جوشکاری زیر آب اصلاح شده است. من در پروژههای مختلف دیدهام که تفاوت درصد ترکیبات روتیل و سلولز اصلاحشده میتواند تفاوت چشمگیری در پایداری قوس ایجاد کند.
همچنین دانستی های جالب درباره: نقش هوش مصنوعی و ربات های هوشمند در جوشکاری
پرسشهای متداول
آیا شوک الکتریکی در جوشکاری زیر آب شایع است؟ من در منابع ایمنی دیدهام که اگر تجهیزات بهدرستی عایقبندی شده باشند و استانداردهای ولتاژ رعایت شود، احتمال برقگرفتگی کم است.
آیا عمق زیاد بر کیفیت جوش تأثیر دارد؟ بله، افزایش فشار هیدرواستاتیک باعث تغییر رفتار قوس الکتریکی و گازهای اطراف میشود و میتواند ریسک تخلخل جوش را بالاتر ببرد.
آیا برای جوشکاری زیر آب حتماً باید الکترود مخصوص داشت؟ از نگاه من، بله، الکترودهای معمولی در برخورد با آب دچار مشکلاتی همچون قطع قوس و ورود هیدروژن بیش از حد به مذاب میشوند.
آیا امکان استفاده از روش جوشکاری MIG یا TIG زیر آب وجود دارد؟ بهصورت محدود در اتاقکهای جوشکاری خشک بله، اما در روش مرطوب قوسی، عموماً از SMAW یا گاهی FCAW استفاده میشود.
آیا هر کسی که غواصی بلد باشد میتواند جوشکار زیر آب شود؟ واقعیت این است که نیاز به دورههای تخصصی و تجربه عملی در هر دو حوزه غواصی صنعتی و تکنیکهای جوشکاری وجود دارد