حل شقوق اللحام الشائعة في أنابيب السبائك النيكلية: دليل عملي

حل شقوق اللحام الشائعة في أنابيب السبائك النيكلية: دليل عملي

يُعد لحام أنابيب سبائك النيكل، مثل تلك المصنوعة من سبيكة 625، C-276، 400، أو 600، مهمة حيوية في الصناعات بدءًا من المعالجة الكيميائية وصولاً إلى النفط والغاز البحري. تُختار هذه السبائك لمقاومتها الاستثنائية للتآكل ودرجات الحرارة العالية، لكن سلوكها أثناء اللحام يختلف بشكل ملحوظ عن الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

يشكل التشقق أثناء اللحام أو بعده مشكلة مكلفة وخطيرة. ويقدم هذا الدليل نهجًا مباشرًا وعمليًا لمنع أشيع أنواع تشققات اللحام وحلها، مع تجاوز الجزء النظري.

أسباب تشقق سبائك النيكل: الأسباب الجذرية

قبل الغوص في الحلول، تعرف على السببين الرئيسيين:

1. تلوث: إن سبائك النيكل حساسة للغاية للشوائب. حتى الكميات الصغيرة من الكبريت أو الرصاص أو الفوسفور أو عناصر أخرى ذات نقطة انصهار منخفضة يمكن أن تسبب التشقق.

2. إجهاد متبقي مرتفع: تتميز سبائك النيكل بموصلية حرارية أقل وتمدد حراري أعلى مقارنةً بالفولاذ الكربوني. وهذا يؤدي إلى إجهادات متبقية أعلى بعد اللحام، والتي يمكن أن تمزق اللحام إذا لم يتم التحكم فيها.

تحديد وحل أنواع الشقوق الشائعة

1. التشقق الساخن (تشقق التخليق)

• كيف يبدو: شقوق بين الحبيبات تحدث داخل معدن اللحام نفسه أثناء تصلده. وغالبًا ما تكون مركزة في وسط رابطة اللحام.

• السبب الرئيسي: التلوث (من المعدن الأساسي، أو معدن الحشو، أو البيئة) أو تركيبة لحام غير صحيحة تؤدي إلى تكوين بنية دقيقة عرضة للتشقق.

الوقاية العملية والحلول:

• النظافة الدقيقة أمر لا غنى عنه: هذا هو القاعدة رقم 1.

  • نظف الأسطح الداخلية والخارجية للأنبوب، ومساحة اللحام، والمناطق المجاورة باستخدام فرشاة سلكية مخصصة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

  • قم بإزالة الشحوم من جميع المكونات باستخدام مذيب مثل الأسيتون لإزالة جميع الزيوت والدهانات والشحوم. تجنب المذيبات المكلورة قدر الإمكان.

• التحكم في تصميم الوصلة ومدخل الحرارة:

  • استخدم تصميم وصلة يقلل من التقييد ويسمح بترسخ جيد دون حجم لحام مفرط.

  • استخدم مدخلاً منخفضًا إلى متوسطًا للحرارة. يؤدي المدخل العالي للحرارة إلى زيادة حجم بركة اللحام وفصل الشوائب، مما يعزز التشقق. اتبع المعايير الموصى بها من قبل الشركة المصنعة لمعدن الحشو.

• اختر معدن الحشو الصحيح:

  • استخدم معدن حشو "مُطابقًا بشكل زائد" مصممًا لمقاومة التشقق. على سبيل المثال، استخدم ERNiCrMo-3 (سبيكة 625) مادة حشو لربط العديد من سبائك النيكل-الكروم. تحتوي هذه المواد الحشو على عناصر مثل النيوبيوم (Nb) التي تساعد في "إعادة بناء" حدود الحبيبات أثناء التصلب.

2. تشقق الهشاشة المؤقتة (DDC)

• كيف يبدو: تشققات دقيقة بين الحبيبات في معدن اللحام أو بالقرب الشديد من خط الانصهار، وتحدث عادةً عند درجات حرارة أقل بكثير من درجة التصلب.

• السبب الرئيسي: تحدث هذه الظاهرة عندما تكون مطيلية معدن اللحام عند أدنى مستوياتها أثناء التبريد، ولا يستطيع تحمل إجهادات الانكماش الحراري.

الوقاية العملية والحلول:

• اختيار معدن حشو مقاوم لتشقق الهشاشة المؤقتة (DDC): هذه هي الاستراتيجية الأكثر فعالية. تم تصميم مواد حشو مثل ERNiCrFe-7 (FM-52) و ERNiCrCoMo-1 (سبيكة 617) خاصةً ببنية حبيبية محسّنة وتركيب كيميائي يقاوم تشقق الهشاشة المؤقتة (DDC).

• تقنية لحام التحكم:

  • استخدام خيط لحام ضيق بدلاً من خيط اللحام العريض ذو الحركة المتعرجة. فالمشي المتعرج يزيد من إجمالي إدخال الحرارة والوقت الذي تقضيه المعدن في المدى الحراري الحرج حيث تكون القابلية للتشوه منخفضة.

  • اترك وقتًا كافيًا بين المرورات للتحكم في درجة حرارة الربط البيني (عادة أقل من 150°م / 300°ف للعديد من السبائك). وهذا يُنظم دورة الإجهاد الحراري.

3. تشققات الشيخوخة الناتجة عن الانفعال (SAC)

• كيف يبدو: تشققات في منطقة التأثير الحراري (HAZ) للسبائك النيكلية المُعزَّزة بالترسيب (مثل سبيكة X-750) بعد المعالجة الحرارية ما بعد اللحام (PWHT) أو أثناء الخدمة عند درجات حرارة عالية.

• السبب الرئيسي: تتصلب منطقة التأثير الحراري بسبب دورة حرارة اللحام. وخلال التسخين اللاحق (لإزالة الإجهاد أو المعالجة الحرارية ما بعد اللحام)، تزداد قوة المعدن الأساسي أسرع مما يمكن لمنطقة التأثير الحراري من التكيف عبر الزحف، مما يؤدي إلى تشققها تحت تأثير الإجهادات المتبقية.

الوقاية العملية والحلول:

• استخدم مادة أساسية مُعالَجة حراريًا بالتفصيل: تأكد من أن الأنبوب في حالة التلدين بالذوبان قبل عملية اللحام.

• عدِّل دورة المعالجة الحرارية ما بعد اللحام (PWHT):

  • سخّن بسرعة قصوى حتى درجة حرارة التعتيق لتجنب التوقف في نطاق درجات الحرارة المتوسطة التي تؤدي إلى التشقق.

  • في الحالات القصوى، قد يكون من الضروري إجراء تلدين كامل للحل بعد اللحام (ولكن قبل التعتيق)، على الرغم من أن ذلك غالبًا ما يكون غير عملي للأنظمة الكبيرة من الأنابيب.

• استخدم معدن حشو منخفض المقاومة: استخدم معدن حشو أكثر ليونة من المعدن الأساسي المعالج (مثل AWS ERNiFeCr-1 لسبيكة X-750). يسمح ذلك لمعدن اللحام الألين بالانحناء وامتصاص الإجهاد، وبالتالي يمنع تشقق منطقة التأثير الحراري (HAZ).

قائمتك العملية لإرشادات اللحام

للوقاية من حدوث التشققات منذ البداية، قم ببناء إجراءاتك بناءً على هذه القائمة:

ما يجب فعله عند اكتشاف تشقق

1. أوقف اللحام: لا تحاول "اللحام فوق" الشق.

2. أزل الشق بالكامل: استخدم جهاز طحن أو أداة تقشير هوائية لإزالة الشق بالكامل. تحقق من الإزالة الكاملة باستخدام فحص النفاذية السائلة (PT أو فحص بالصبغة).

3. حدد السبب الجذري: هل كان بسبب تلوث؟ إدخال حرارة مرتفعة؟ أم استخدام سلك حشو خاطئ؟ لا تعاود اللحام قبل أن تعرف سبب التشقق.

4. إعادة اللحام: بمجرد التصدي للسبب وإزالة العيب بالكامل، قم بإعادة لحام المنطقة باستخدام الإجراء الصحيح.

الخلاصة: الأمر يتعلق بالتحكم

إن نجاح لحام أنابيب سبائك النيكل لا يعتمد على القوة الغاشمة؛ بل يعتمد على التحكم والدقة. ومن خلال التركيز على النظافة التامة , إدخال حرارة خاضع للتحكم ، و اختيار سلك الحشو الصحيح يمكنك باستمرار إنتاج لحامات سليمة وخالية من الشقوق، مما يضمن سلامة وكفاءة أنظمة الأنابيب عالية الأداء الخاصة بك على المدى الطويل.

يجب دائمًا الالتزام بمواصفات إجراءات اللحام المؤهلة (WPS) والاستثمار في تدريب عمال اللحام لفهم أسباب هذه الممارسات المحددة.