المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) عملية أساسية في العديد من الصناعات، مثل صناعة الأنابيب وأوعية الضغط، وهي ضرورية لتقليل أو إعادة توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن اللحام، مع زيادة الليونة في الوقت نفسه لتقليل خطر حدوث كسر هش. ويجب إجراء المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) بعد الانتهاء من عملية اللحام.

تحدد مواصفات تأهيل إجراءات اللحام (WPQS) المدة والدرجة الحرارة المثاليتين لإجراءات اللحام التي تتضمن التسخين بعد اللحام (PWHT)؛ وأي انحراف عن هذه المعايير يتطلب إعادة اعتماد إجراء اللحام.

درجة الحرارة

في إطار هذا النوع من المعالجة الحرارية بعد اللحام، يتم تسخين المنتجات الملحومة وإخضاعها لدورة حرارية مناسبة وفقًا لنوع المادة المكونة لها، وذلك بهدف تقليل الضغوط الداخلية التي قد تتسبب في حدوث تشوهات أثناء المعالجة الآلية والاستخدام، فضلاً عن تقليل مخاطر حدوث تشققات ناتجة عن الهيدروجين.

تعد المعالجة الحرارية بعد التشكيل (PWHT) عملية معالجة حرارية أساسية للمكونات الفولاذية الهيكلية المعرضة لأحمال متكررة، مثل أوعية الضغط وخطوط الأنابيب. ومن شأن التنفيذ السليم لهذه المعالجة أن يقلل من الإجهادات المتبقية التي قد تؤدي في نهاية المطاف إلى فشل المكونات.

تتطلب عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) تسخين المكونات الملحومة ببطء ودقة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة كل من المعدن الأساسي (BM) والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)، ثم تبريدها تدريجيًا ببطء مرة أخرى. يضمن التحكم في درجة الحرارة عبر الفرن أو نظام التسخين بالمقاومة أو الحث الحراري التوحيد في درجة الحرارة؛ كما يمنع ذلك التدرجات الحرارية الناتجة عن المكونات ذات الأشكال المتنوعة في هيكل صعب التحكم من إحداث تمدد موضعي مفرط، وهو ما قد يؤدي بدوره إلى تركز الإجهاد أو الكسر.

الوقت

عندما تُجرى عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) بشكل صحيح، فإنها تقلل أو تعيد توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن اللحام، فضلاً عن تحسين البنية المعدنية وزيادة الليونة وتقليل خطر الكسر الهش. ويتطلب إجراء هذه العملية بنجاح إيلاء اهتمام دقيق للوقت ودرجة الحرارة.

يُعد اختيار طريقة معالجة حرارية فعالة عاملاً أساسياً لنجاح مشروعك. توفر اللوائح الصناعية، مثل تلك التي وضعتها جمعية المهندسين الميكانيكيين الأمريكية (ASME) ومعهد البترول الأمريكي (API)، إرشادات واضحة مصممة خصيصاً لأنواع معينة من المعادن؛ ومن خلال مواءمة عمليات المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) مع هذه المتطلبات، يمكنك ضمان الحفاظ على سلامة اللحام والأداء على المدى الطويل لجميع المكونات الملحومة.

تتضمن المعالجة الحرارية بعد اللحام عادةً تسخين منطقة اللحام وإبقائها في حالة التسخين لفترة زمنية محددة، والتي تُحدد عادةً حسب سماكة اللحام. ولتقليل التشوه إلى أدنى حد خلال عملية التسخين، من الضروري أن تكون المسافات بين الركائز — المصممة خصيصًا لتناسب المكون — موزعة بشكل مناسب؛ كما أن ذلك يمنع أي ضعف محتمل ناجم عن دورات إعادة التسخين المتكررة خلال مرحلة التبريد.

البيئة

يمكن أن تؤثر الظروف البيئية في منشآت اللحام والمعالجة الحرارية على نتائج عمليات المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)، لا سيما الرطوبة العالية أو وجود مواد كيميائية قد تتسبب في تشقق اللحامات أثناء تبريدها.

لمنع حدوث مشاكل في اللحامات، من الضروري إعادة تسخينها إلى النطاق المثالي لدرجة الحرارة من أجل تحرير جميع الضغوط الداخلية بشكل متساوٍ، مما يزيد من السلامة الهيكلية لللحامات والمناطق المتأثرة بالحرارة.

يُعد التلدين والتطبيع من أكثر التقنيات استخدامًا للوصول إلى هذا النطاق من درجات الحرارة، حيث يتم استخدام أنواع مختلفة من الأفران (أفران صندوقية أو أفران حفرة) في تنفيذهما. وبغض النظر عن نوع الفرن المستخدم، يجب الالتزام بمعدلات تسخين وتبريد متسقة لتجنب الصدمة الحرارية أو أي آثار سلبية مثل الإفراط في التلدين أو نقصه في المعادن.

المعدات

المعالجة الحرارية بعد اللحام هي عملية تهدف إلى إزالة وإعادة توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن عمليات اللحام، مثل خزانات التخزين والمفاعلات وأنظمة الأنابيب الصناعية. وغالبًا ما تفرض المعايير الصناعية اتباع هذا الإجراء من أجل الحفاظ على السلامة الهيكلية لهذه الأنظمة، فضلاً عن تحسين بنيتها المعدنية من خلال زيادة الليونة وتقليل مخاطر الكسر الهش.

تتطلب عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) معدات متخصصة ومشغلين ماهرين. وتتمثل هذه العملية، في جوهرها، في تسخين المادة إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة التحول الخاصة بها، ثم تبريدها تدريجيًّا بمعدل قابل للتعديل. وتشمل المعدات المستخدمة عادةً في عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) وحدات التحكم في الطاقة؛ وعناصر التسخين بالمقاومة الكهربائية؛ وسخانات الحصائر الخزفية؛ والأفران الصندوقية والأفران الحفرية.

قد تستغرق عملية المعالجة الحرارية بعد التصنيع (PWHT) لمعدات الضغط وقتًا طويلاً وتكون مكلفة بسبب متطلبات المعدات المتخصصة، فضلاً عن عدم ملاءمتها للمكونات الكبيرة أو التي يصعب التعامل معها؛ بالإضافة إلى ذلك، قد لا تكون هذه العملية مناسبة لبعض أنواع المواد.