الغرض من PWHT

تلتزم العديد من الصناعات بمعايير ولوائح صارمة فيما يتعلق بالتسخين بعد اللحام (PWHT) للمكونات الملحومة المستخدمة في خطوط الأنابيب ومحطات الطاقة النووية أو غيرها من التطبيقات الصناعية. يضمن التسخين بعد اللحام (PWHT) قدرة المكونات الملحومة على تحمل الضغط والتآكل اللذين تتعرض لهما عند التعرض لمستويات عالية من الضغط والتآكل – مثل تلك التي تحدث عند نقل النفط والغاز عبر أنابيب الضغط أو المفاعلات النووية – مما يضمن استمرار عمرها التشغيلي.

تتضمن المعالجة الحرارية بعد اللحام تسخين المادة إلى درجة حرارة مناسبة ولمدة مناسبة بهدف تخفيف الإجهادات المتبقية، وتحسين البنية المجهرية، وزيادة الصلابة والليونة.

يقلل من الضغوط المتبقية

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة والتبريد السريع اللذان يحدثان أثناء عملية اللحام إلى تكوّن إجهادات في منطقة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)، مما قد يؤدي إلى تشوه الهياكل الفولاذية وتشققها، بل وفشلها في نهاية المطاف. وتساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على تخفيف هذه الإجهادات المتبقية لزيادة متانة المواد المستخدمة في الهياكل.

تعمل المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على تقليل الإجهادات المتبقية في اللحامات بنسبة تتراوح بين 30 و35% تقريبًا، وذلك بفضل إعادة توزيع الإجهادات الحرارية خلال دورة التبريد، على الرغم من أن هذه الإجهادات لا يمكن أن تصل إلى الصفر طالما بقيت دورات الإجهاد في منطقة اللحام.

هناك تقنيات متنوعة للكشف عن الضغوط المتبقية في المكونات. وتشمل هذه الطرق تقنيات حفر الثقوب، والتصوير بالنيوترونات أو بالأشعة السينية، وتحليل العناصر المحدودة (FEA). وقد يثبت تحليل العناصر المحدودة (FEA) فائدته بشكل خاص في تحسين إجراءات التسخين بعد اللحام (PWHT) من خلال التنبؤ بالضغوط المتبقية التي من المرجح أن تجتاز فحص تقييم المخاطر (ECA).

تزداد الحاجة إلى معالجة PWHT بشكل متزايد في مختلف الصناعات فيما يتعلق بالمكونات الفولاذية الإنشائية. تخضع أنابيب النفط والغاز لمعالجة PWHT لزيادة صلابتها ومقاومتها للتآكل من أجل تحمل الظروف البيئية القاسية، في حين أنها تلعب دورًا أساسيًا في بناء الجسور والبنية التحتية مثل السدود. توفر معالجة PWHT للمكونات الفولاذية الملحومة العديد من المزايا التي تساعد على ضمان إنشاء هياكل آمنة وطويلة الأمد.

يحسّن الخصائص الميكانيكية

تعد المعالجة الحرارية بعد اللحام خطوة أساسية في الحد من التشوه وتحسين الخصائص الميكانيكية لمناطق اللحام. فهي تساعد على تحسين البنية المجهرية، وتقويتها، وزيادة القوة ومقاومة الكسر الهش. علاوة على ذلك، تقلل المعالجة الحرارية بعد اللحام من الإجهادات المتبقية التي تتراكم أثناء عملية اللحام، والتي قد تتجاوز حدود تصميم المادة، مما يؤدي إلى فشل اللحام ومشاكل هيكلية.

تساعد معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) على زيادة مقاومة الشد وصلابة معدن اللحام من خلال زيادة حجم الحبيبات، وزيادة الليونة، وتقليل المسامية، فضلاً عن خفض معدلات المسامية/النفاذية وزيادة مقاومة التآكل لمكونات معدن اللحام.

أُجريت دراسات حول تأثيرات المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية لعينات من NiTi ملحومة بالليزر باستخدام معالجة PWHT. وأظهرت العينات الملدنة ذات البنية الفريتية قوة شد وقيم صلابة أقل، لكنها أظهرت قيم ليونة وصلابة أعلى، في حين أظهرت العينات المصلدة ذات البنية المارتنسيتية أعلى قيم للصلابة، لكنها أظهرت أدنى قيم للليونة والصلابة.

يُعد معالج Pwht متطلبًا أساسيًا في العديد من الصناعات، مثل صناعة الأنابيب وأوعية الضغط، لضمان سلامة العمليات. لكن للأسف، يتطلب تطبيقه تدريبًا معقدًا لتجنب مشكلات مثل التقصف الناتج عن التبريد السريع والتليين المفرط. كما يجب إدارة معدلات التسخين/التبريد بعناية من أجل تخفيف الإجهاد دون إحداث آثار جانبية سلبية على الأداء.

يعزز اللحام

يُعد اللحام جزءًا لا يتجزأ من عملية تشييد الهياكل الفولاذية، إلا أن اللحام قد يتسبب في حدوث تشوهات ويؤدي إلى تغيير خصائص المواد، مما يؤدي بدوره إلى تشوه الهياكل وإضعاف متانتها، وقد يزيد من تعرضها للخطر في ظل ظروف الأحمال الديناميكية، وقد يؤدي في النهاية إلى انهيار الهياكل. لذلك، يلجأ المهندسون والمصنعون إلى المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). ولهذا الغرض، يستخدم المهندسون المعالجة الحرارية بعد اللحام كإجراء وقائي فعال.

تساعد معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) على تقليل وإعادة توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن عمليات اللحام، فضلاً عن تحسين البنية المجهرية للمادة الأساسية من خلال خفض الصلابة مع زيادة المتانة والليونة في الوقت نفسه. علاوة على ذلك، قد تساعد هذه المعالجة في إزالة الهيدروجين الذي يتسرب أثناء اللحام لتقليل مخاطر حدوث التشققات الناتجة عن الهيدروجين (HIC).

وكما هو الحال مع أي تقنية، يعتمد نجاح معالجة التسخين بعد اللحام (PWHT) على متغيرات متنوعة. يجب إدارة درجة الحرارة وأوقات التبقيع بعناية من أجل منع الآثار الضارة مثل التقصف الناتج عن التلدين والتليين المفرط؛ كما يجب تحديد المدة التي يقضيها المعدن عند درجة الحرارة القصوى بشكل مناسب لتخفيف الإجهاد دون حدوث نمو مفرط للحبيبات؛ ويجب أيضًا التحكم في معدل التبريد حتى لا يتسبب في ظهور إجهادات متبقية جديدة؛ وعند تنفيذها بفعالية، يمكن لمعالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) أن تقوي اللحامات بشكل كبير مع تحسين خصائصها الميكانيكية.

يمنع التآكل

وقد أثبت استخدام معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) نجاحًا كبيرًا في الحماية من ظواهر التآكل طويلة الأمد، مثل التصدع الناتج عن التآكل تحت الإجهاد والتآكل النقطي، في العديد من البيئات، وغالبًا ما يتم تحديدها في القواعد الفنية الخاصة بالأوعية والأنابيب المعرضة لمثل هذه الأعطال، بغض النظر عن تركيب المعدن أو سماكة الجدار.

كما توصل الباحثون إلى أن تقنية PWHT يمكنها منع تآكل أنواع الفولاذ الملحومة المستخدمة في التطبيقات الحمضية، مثل 12Cr6Ni2Mo وSMSS، في بعض البيئات الحمضية، وذلك من خلال تجنب تكوّن الكربيدات عند حدود الحبيبات، والتي تؤدي إلى انخفاض لا رجعة فيه في مقاومة التآكل.

تجدر الإشارة إلى أن المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) لا تمنع تآكل IGSCC في ظروف الخدمة الحمضية، والذي يحدث عبر آليات مختلفة عن تلك التي تمت مناقشتها أعلاه، ويجب منعه من خلال ممارسات الصيانة والتصميم المناسبة. ومع ذلك، فإن المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) ستساعد في زيادة المقاومة ضد هذا النوع من التآكل في الفولاذ الملحوم المستخدم في الخدمة الحمضية، لذا ينبغي أخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار هذا النوع من الخدمة.