المعرفة والاحتياطات الخاصة بلحام أنابيب الصلب

إعداد المواد بشكل شامل: أساس جودة اللحام

ينبغي أن يبدأ نجاح أي عملية لحام لأنابيب الفولاذ بإعداد دقيق وشامل للمواد. وقبل إشعال قوس اللحام، يجب تنظيف الأسطح المراد وصلها من جميع الملوثات التي قد تُضعف سلامة اللحام. ويجب إزالة الزيوت والشحوم والدهانات والماء والصدأ وغيرها من الشوائب تمامًا من كلا جانبي منطقة اللحام باستخدام عجلات الطحن أو فرش الأسلاك أو المنظفات الكيميائية وهذا التنظيف بالغ الأهمية خصوصًا في سبائك الفولاذ عالية القوة، إذ قد تؤدي أدنى ملوثات سطحية إلى التشقق أو المسامية يجب فحص شكل وحجم التجويف للتأكد من مطابقته لمتطلبات العملية، مع التحقق من الفجوة والحواف المسطحة والزاوية وانحراف المحاذاة مقابل المواصفات. في اللحام متعدد الطبقات، يجب إزالة الخبث عن كل طبقة قبل وضع الطبقة التالية. وبالإضافة إلى ذلك، يجب فحص مواد اللحام — ومنها الأقطاب الكهربائية وسلك اللحام والفلوكس — للتأكد من مطابقتها للمواصفات المطلوبة وظروف التخزين المناسبة. ويجب تحميص الأقطاب الكهربائية حسب المتطلبات قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة التي قد تُدخل الهيدروجين إلى منطقة اللحام. .

التحكم في معايير اللحام: تحقيق التوازن بين مدخلات الحرارة والاستقرار.

يُعد التحكم الدقيق في معايير اللحام أمراً جوهرياً لإنتاج لحامات أنابيب فولاذية سليمة وخالية من العيوب. ويجب ضبط تيار اللحام وفقاً لنوع المادة وسمكها والظروف الخارجية لضمان الانصهار السليم دون اختراق مفرط أو ثقوب. .. التيار الزائد يمكن أن يسبب تدفقًا مفرطًا للمعادن المنصهرة ويقلل من جودة اللحام ، في حين أن التيار غير الكافي قد يؤدي إلى عدم وجود اندماج .. يجب أيضا اختيار الجهد الالتحامية والسرعة بعناية للحفاظ على استقرار القوس وإدخال الحرارة المناسبة .. لللحام عالي التردد من أنابيب الصلب ، يجب التحكم في فجوة الحاميل في غضون 1-3 مم ؛ إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا ، فإن تأثير القرب ينخفض ، مما يؤدي إلى عدم كفاية حرارة التيار الدوامي وضعف الارتباط بين الحبيبات ، في حين .. يجب وضع لفائف التشغيل عالية التردد بالقرب من أدوات التطويق؛ إذا تم وضعها بعيدًا جدًا ، فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة تتوسع وتقل قوة اللحام .. يجب أيضا أن يكون ضغط التطويق متوازنا: يؤدي الضغط غير الكافي إلى لحام ضعيف عرضة للكراك، في حين أن الضغط المفرط يضغط على المعدن المنصهر ويخلق حفرة داخلية وخارجية يجب الحفاظ على مدخل حرارة اللحام عند أدنى مستوى ممكن عمليًّا لتقليل التشوه والاهتزاز أثناء اللحام .

التسخين المبدئي ودرجة حرارة المرور بين الطبقات ومعالجة ما بعد اللحام

إدارة درجة الحرارة طوال دورة اللحام أمرٌ بالغ الأهمية لمنع التشقق وضمان أفضل الخصائص الميكانيكية. أما بالنسبة للفولاذ عالي الكربون والفولاذ السبائكي وأنابيب الجدران السميكة، فإن تسخين المادة الأساسية قبل اللحام يقلل من الإجهادات الحرارية ويمنع التشقق البارد يجب الحفاظ على أقل درجة حرارة مطلوبة للتسخين المبدئي طوال عملية اللحام؛ وعند بدء اللحام، تُسمى هذه الحرارة بدرجة حرارة المرور بين الطبقات. ويجب قياس درجة حرارة المرور بين الطبقات في منطقة اللحام مباشرةً قبل تطبيق الطبقة التالية. وتقدِّم مواصفات إجراءات اللحام القياسية إرشاداتٍ بشأن المتغيرات الأساسية في اللحام للفولاذ الكربوني ذي السماكة حتى ٣٨ مم. وفي البيئات التي تنخفض فيها درجة الحرارة دون ٠°م أو يتجاوز فيها الرطوبـة النسبية ٩٠٪، يجب اتخاذ تدابير خاصة قبل اللحام لمنع التشقق الناتج عن الهيدروجين. تشمل معالجة ما بعد اللحام التبريد المتحكم فيه وإزالة خَبَث اللحام، ولبعض أنواع الفولاذ السبائكي تُطبَّق معالجة حرارية ما بعد اللحام (PWHT) لتخفيف الإجهادات المتبقية وتعزيز سلامة اللحام. أما بالنسبة للفولاذ السبائكي عالي القوة، فإن التبريد البطيء ما بعد اللحام وتغطيته بقطعة قماش الأسبستوس تساعدان في منع تكوُّن البنية المارتنسيّة والتشققات. يجب ترتيب آخر ممر للحام بحيث يُخضع منطقة التأثر بالحرارة لعملية التلدين، مما يحسّن البنية المجهرية بشكلٍ إضافي .

طرق اللحام الشائعة وضوابط العملية

تتطلب تطبيقات أنابيب الصلب المختلفة طرق لحام مختلفة، ولكلٍّ منها إجراءات تحكم محددة. لحام القوس المغمور (SAW) وتُستخدم على نطاق واسع في خطوط أنابيب النفط والغاز ذات القطر الكبير، وتتطلب التحكم الدقيق في مواصفات سلك اللحام والفلوكس، وأبعاد المجرى، ومعايير العملية بما في ذلك التيار والجهد وسرعة اللحام ويحسّن استخدام لوحة بدء القوس عند طرف الأنبوب من جودة اللحام من خلال تمكين بدء القوس بشكلٍ صحيح قبل بدء اللحام الرئيسي . لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW/MIG) و لحام القوس الكهربائي بالتنغستن (GTAW/TIG) تُستخدم عادةً لأنابيب الجدران الرقيقة والتطبيقات التي تتطلب تحكّمًا دقيقًا وللمواد الرقيقة، يوفّر لحام الغاز المحمي نتائج نظيفة وخالية من الشرر أما بالنسبة للأنابيب التي يتجاوز سمك جدارها ٢ مم، فيُلجأ غالبًا إلى لحام القوس اليدوي (لحام القوس المعدني المحمي) . لِلّحَمْلِ أَحَادِيِّ الجَانِبِ لِلأَنْبُوبَاتِ ذَاتِ القُطْرِ الصَّغِيرِ، يَجِبُ عَلَى اللَّاحِمِينَ المَاهِرِينَ تَحْقِيقَ تَشَكُّلِ اللَّحْمِ مِنْ جَانِبَيْنِ، وَيَتَطَلَّبُ ذَلِكَ إِجْرَاءَ تَجَارِبَ بِكُرَاتٍ فَوْلَذِيَّةٍ لِضَمَانِ أَنْ تَتِمَّ مُوَافَقَةُ المَسَاحَةِ العَرْضِيَّةِ وَتَشَكُّلِ اللَّحْمِ لِلمُتَطَلَّبَاتِ التَّصْمِيمِيَّةِ . اللحام بالمقاومة الكهربائية (ERW) وَيَشْمَلُ ضَبْطُ الجَوْدَةِ الفَحْصَ غَيْرَ المُهْدِمِ عَلَى الوَصْفِ، وَالفَحْصَ المَعْدِنِيَّ، وَتَجَارِبَ التَّمْلِيسِ، وَالفَحْصَ بِالضَّغْطِ المَائِيِّ لِالتَّأَكُّدِ مِنْ سَلَامَةِ اللَّحْمِ.

وَقَايَةٌ مِنْ عُيُوبِ اللَّحْمِ الشَّائِعَةِ

وَيَتَوَقَّفُ إِنْتَاجُ لَحْمِ أَنْبُوبَاتٍ فَوْلَذِيَّةٍ مَوْثُوقَةٍ عَلَى فَهْمِ عُيُوبِ اللَّحْمِ الشَّائِعَةِ وَوَقَايَتِهَا. تشققات حرارية تَحْدُثُ هَذِهِ العُيُوبُ عِنْدَ تَبَرُّدِ اللَّحْمِ وَالمِنْطَقَةِ المُؤَثَّرَةِ بِالحَرَارَةِ إِلَى دَرَجَاتِ حَرَارَةٍ عَالِيَةٍ قَرِيبَةٍ مِنْ نُقْطَةِ التَّجَانُسِ، وَيَكُونُ السَّبَبُ فِي ذَلِكَ التَّأْثِيرُ المُشْتَرَكُ لِلمَرَكَّبَاتِ المُنْصَهِرَةِ ذَاتِ نُقْطَةِ الانْصِهَارِ المُنْخَفِضَةِ فِي حَوْضِ اللَّحْمِ وَالإِجْهَادِ الشَّدِّيِّ خِلَالَ التَّجَانُسِ. وَلِوَقَايَتِهَا، يَجِبُ التَّحَكُّمُ فِي الشَّوَائِبِ الضَّارَّةِ (كَالكَارْبُونِ وَالكِبْرِيتِ وَالفُوسْفُورِ)، وَاسْتِعْمَالُ أَقْطَابٍ لَاحِمَةٍ قَاعِدِيَّةٍ أَوْ مَوَادَّ لَاحِمَةٍ قَاعِدِيَّةٍ، وَالتَّحَكُّمُ فِي مُعَامِلِ شَكْلِ اللَّحْمِ، وَاسْتِعْمَالُ طَرِيقَةِ اللَّحْمِ بِالطَّبَقَاتِ المُتَعَدِّدَةِ . الشقوق الباردة تحدث عند درجات حرارة منخفضة (٢٠٠–٣٠٠°م) بشكل رئيسي في فولاذ متوسط الكربون، وفولاذ منخفض السبائك، وفولاذ عالي القوة متوسط السبائك، وتنتج عن قابلية المادة للتصلب، والهيدروجين المذاب، والإجهادات الناتجة عن التقييد. ولمنعها يلزم تجفيف مواد اللحام بدقة، وتنظيف الحفر، واختيار مواد لحام منخفضة الهيدروجين، والتسخين المبدئي المناسب، والتبريد البطيء . الشقوق الناتجة عن إعادة التسخين تحدث أثناء المعالجة الحرارية بعد اللحام أو أثناء اللحام متعدد الطبقات ضمن مدى درجات الحرارة ٥٨٠–٦٥٠°م، وبخاصة في الفولاذ المحتوي على الكروم والموليبدنوم والتنغستن. ولمنعها يلزم التحكم في التركيب الكيميائي وتعديل العناصر السبيكية . كما يجب مراقبة العيوب مثل الانخفاض على طول حافة اللحام (الانحسار)، والمسام، وشوائب الخبث، والانصهار غير الكامل، والاختراق غير الكامل، والثقوب الناتجة عن انصهار كامل للقاعدة، والتحكم فيها عبر اختيار المعايير المناسبة وتطبيق التقنية السليمة . أما بالنسبة لأنابيب الفولاذ عالي القوة، فإن لحام MIG وTIG يشكل تحديات بسبب ارتفاع إدخال الحرارة ومعدلات التبريد السريعة، ما يستدعي التحكم الدقيق في العملية لتقليل التشوه.

إجراءات فحص الجودة والسلامة

بعد اللحام، يُجرى فحص جودة شامل للتحقق من سلامة لحام أنبوب الصلب. الفحص البصري يتحقق من عمق اختراق اللحام وجودة الاندماج . فحص الصوت ويشمل طرقعة مفصلية على وصلة اللحام لتقييم حجم ونوعية بركة اللحام استنادًا إلى الصوت الناتج . فحص كثافة التيار ويستخدم أجهزة متخصصة للتحقق من الخصائص الكهربائية للحام . تُعد طرق الفحص غير المدمِّر — ومنها الاختبار بالموجات فوق الصوتية، والفحص الإشعاعي، وفحص الجسيمات المغناطيسية — ضرورية لاكتشاف العيوب الداخلية. ويجب الالتزام الصارم بإجراءات السلامة طوال عملية اللحام. ويجب على عمال اللحام ارتداء معدات الحماية مثل خوذات اللحام، ونظارات الحماية، والقفازات، والملابس الواقية . يجب أن تكون منطقة اللحام خاليةً من المواد القابلة للاشتعال أو الانفجار لمنع وقوع حرائق أو انفجارات . يجب أن تكون أماكن العمل جيدة التهوية لمنع تراكم الغازات السامة ، و يجب فحص معدات اللحام بانتظام والصيانة لضمان التشغيل الطبيعي .. من خلال اتباع هذه الاحتياطات الشاملة من إعداد المواد ومراقبة المعايير من خلال إدارة درجة الحرارة ومنع العيوب وتفتيش الجودة وإجراءات السلامة يمكن للمصنعين إنتاج لحام أنابيب الصلب الذي يلبي أعلى معايير