المعالجة الحرارية لما بعد اللحام للفولاذ الكربوني

تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على إزالة وإعادة توزيع الضغوط المتبقية التي نتجت عن عمليات اللحام، وغالبًا ما تكون مطلوبة بموجب القواعد الفنية للمواد التي تتجاوز متطلبات سماكة معينة.

يجب إدارة معدلات التسخين والتبريد بعناية لمنع حدوث صدمة حرارية أو تشوه أو تخفيف الإجهاد بشكل غير متساوٍ. ويمكن إجراء معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) إما باستخدام فرن أو بوسائد أو أغطية مقاومة كهربائية موضعية.

التلدين

تساهم معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) في خفض مستويات الإجهادات المتبقية الشدّية في مناطق اللحام بشكل ملحوظ، لكنها لا تقضي عليها تمامًا. ولا تزال معظم دورات الإجهاد تؤدي إلى إجهادات شدّية بحتة، وهو ما قد يكون ضارًا للغاية.

يتضمن التلدين الكامل تسخين المراحل شبه الإيوتكتويدية والإيوتكتويدية إلى درجات حرارة تزيد بنحو 50 درجة مئوية عن درجات حرارة Ac3 وAc1 الخاصة بكل منها، ثم تبريدها تدريجيًا للوصول إلى هياكل قريبة من حالة التوازن. تساعد هذه العملية على تجنب التقصف الهيدروجيني مع تقليل مخاطر التشقق المدعوم بالبيئة في الوقت نفسه.

يمكن إجراء معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) موضعية على المكونات الصغيرة، ولكن يجب تنفيذها بعناية. فقد يؤدي عدم تحديد أبعاد نطاقات التبريد والتسخين والتحكم في التدرج الحراري ووضعها بشكل صحيح إلى تشوه المكونات الهيكلية أو انهيارها؛ أو يؤدي إلى فشل كارثي بسبب عدم الاستقرار في حالة الإجهاد المتبقي. يجب استخدام العزل للحفاظ على استقرار درجات الحرارة داخل نطاقات التسخين؛ كما يجب استخدام مقاييس حرارة ذاتية التسجيل.

التطبيع

تُستخدم هذه المعالجة، التي تُطبق عادةً على الفولاذ منخفض السبائك، لإزالة البنية ذات الحبيبات الخشنة الناتجة عن اللحام وتحسين خصائص المادة. علاوة على ذلك، فإنها تقلل من خطر الكسر الهش وتمنع حدوث إجهاد حراري غير مقيد في منطقة اللحام.

تتمثل هذه العملية في تسخين المعدن إلى درجات حرارة تفوق النقطة الحرجة العليا، ثم تركه في هذه الحالة لفترة تتناسب مع سماكة المقطع قبل تبريده في بيئة بدرجة حرارة الغرفة في ظل عملية تبريد خاضعة للرقابة. وتؤدي هذه العملية إلى تكوين هياكل ذات حبيبات دقيقة وبنيات مجهرية متجانسة تساعد على تخفيف الضغوط الداخلية، مما يجعل المادة أكثر مرونة من حيث عمليات التشكيل والاستخدام.

قد تُعد عملية التسوية الكاملة — التي تُطبق في الغالب على الفولاذ الكربوني وفولاذ الكربون والمنغنيز — بديلاً فعالاً لعملية التصلب في بعض التطبيقات. لكن، للأسف، لا تقضي عملية التسوية الكاملة على جميع الإجهادات المتبقية؛ وقد تتطلب قواعد تصميم مقاومة الإجهاد إجراء عملية تسوية إضافية لمراعاة هذا الاختلاف.

تخفيف التوتر

يُستخدم تخفيف الإجهاد لتقليل الإجهادات الداخلية للمواد الناتجة عن عمليات التصنيع مثل التشكيل والتشغيل الآلي، مثل الضغط على السطح أو الشد في قلب المادة. ويشبه تخفيف الإجهاد عملية التلدين من حيث أنه يتضمن تسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى لفترة زمنية محددة قبل تبريدها ببطء مرة أخرى على مدار فترة زمنية محددة.

تقدم عملية تخفيف التوتر العديد من المزايا، بما في ذلك خفض مقاومة الشد في منطقة اللحام وتعزيز مقاومة الإجهاد في الشقوق الموضعية ومراكز تركيز التوتر، مع زيادة ترسيب الكربيد بين الحبيبات في الوقت نفسه. ومع ذلك، قد يتأثر تخفيف الإجهاد سلبًا باستخدام تقنيات تبريد غير مناسبة، أو ضوابط درجة حرارة غير صحيحة، أو تقنيات لحام غير ملائمة أثناء عمليات التسخين بعد اللحام (PWHT)؛ ولتحقيق أقصى قدر من النتائج، من الضروري استخدام هذه العوامل في الأوقات المناسبة ودرجات الحرارة الصحيحة خلال هذه العملية.

التقسية

تتطلب أنواع الفولاذ الكربوني منخفضة السبائك معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) من أجل الحصول على بنية مجهرية تتمتع بالقوة والمتانة الكافيتين. وتتضمن هذه العملية تسخين المكون إلى درجة حرارة محددة لفترة زمنية طويلة قبل تبريده تدريجيًا مرة أخرى.

قد تساعد التغييرات في البنية المعدنية على تقليل احتمالية حدوث التصدع المتأخر وزيادة الليونة، فضلاً عن تحسين مقاومة اللحامات للتآكل، وكذلك الصلابة وقوة الصدم ومقاومة الكسر الهش.

عادةً ما يتم تنفيذ عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) باستخدام أنظمة تسخين مسبق وتسخين قابلة للتحكم، مع وضع أزواج حرارية في مواقع استراتيجية لضمان تسخين متجانس دون حدوث تشوه في المكونات. كما يمكن استخدام التسخين الموضعي بعد اللحام (PWHT) على المكونات الأكبر حجمًا مثل اللحامات المحيطية على الأنابيب أو لحامات الإغلاق في أوعية الضغط الطويلة، على الرغم من أن تطبيق هذه التقنية هندسيًّا قد يكون أكثر صعوبة بسبب الاختلافات في التمدد الحراري التي قد تتسبب في تشوهات كبيرة.