المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تعمل معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) على تقليل الإجهادات المتبقية، وتحسين الخصائص الميكانيكية، وزيادة مقاومة التآكل في القطع الملحومة، مما يعزز موثوقيتها كهياكل ملحومة. ولكن قبل البدء في عمليات معالجة الحرارة بعد اللحام، من الضروري فهم جميع قيودها والمخاطر المحتملة.

تُعرف معالجة الحرارة بالغسل بالضغط (PWHT) بأنها عملية تسخين الفولاذ إلى درجات حرارة تقل عن نطاق التحول الخاص به، وإبقائه عند تلك الدرجة لفترة طويلة. ويتطلب هذا الموضوع التقني معرفة ومعدات متخصصة.

تخفيف التوتر

تعمل المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)، والمعروفة أيضًا باسم تخفيف الإجهاد بعد اللحام، على تقليل وإعادة توزيع الإجهادات المتبقية في الملحومات، مع تحسين خصائصها الميكانيكية مثل الليونة والمتانة. وتتضمن المعالجة الحرارية بعد اللحام تسخين المعدن إلى درجة حرارة محددة بدقة لفترة طويلة — على أن تظل هذه الدرجة أقل من درجة حرارة التحول الخاصة بالمادة لمنع الإضرار بخصائصها.

غالبًا ما تتشكل التوترات الداخلية خلال عمليات التصنيع مثل التصنيع الآلي والختم واللحام. ويؤدي ذلك إلى حدوث تشوهات في المكونات، والتي يجب إزالتها قبل استخدامها. ويوفر التسخين بعد اللحام (PWHT) آلية للتخفيف الحراري يمكنها تخفيف هذه التوترات دون تغيير خصائصها الفيزيائية.

يرجى ملاحظة أن عملية إزالة الإجهاد قد تتأثر بالبيئة المحيطة. فقد تؤدي الرطوبة العالية أو التعرض للمواد الكيميائية إلى تغيير عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) وتقليل فعالية إزالة الإجهاد المتبقي، مما يزيد من خطر فشل اللحام وكذلك خطر التآكل.

لا يقتصر دور التسخين بعد اللحام (PWHT) على تقليل الإجهاد المتبقي فحسب، بل إنه يوفر أيضًا حماية ضد التآكل. فعند تعرض المعدن لظروف الإجهاد والتآكل في آن واحد، قد يصبح عرضة للتشقق الناتج عن التآكل بسبب عدم التوازن بين إجهادات الشد والتشوه المرن في بنية مادته. ويمنع تخفيف الإجهاد أثناء عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) حدوث ذلك عن طريق تقليل إجهادات الشد مع زيادة التشوه المرن، مما يؤدي إلى تجنب التشقق الناتج عن التآكل تمامًا.

الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن عملية اللحام تؤدي إلى تباينات كبيرة في درجات الحرارة بين معدن اللحام والمواد الأصلية، فإن الإجهادات المتبقية في مادة اللحام قد تقلل من متانتها. ويمكن استخدام المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) لتخفيف هذه الإجهادات وتحسين الخصائص الميكانيكية — ويُشار إلى هذه العملية عادةً باسم PWHT.

تتضمن معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) تسخين المادة الملحومة إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة التحول الحرجة الدنيا وإبقائها عند تلك الدرجة لفترة زمنية محددة، وتُجرى هذه العملية عادةً على أوعية الضغط وغيرها من المعدات التي تتطلب مستويات عالية من السلامة والموثوقية. وقد تساعد هذه المعالجة في الحد من الكسر الهش في اللحامات مع زيادة خصائصها الشدّية.

ومع ذلك، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) قد تؤدي أيضًا إلى تدهور بعض الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك صلابة الصدم وليونة اللحام؛ ومع ذلك، تظل فوائدها كبيرة.

وقد ثبت أن المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) تعزز بشكل كبير الخصائص الميكانيكية لمواد NiTi الملحومة، ولا سيما تركز الإجهاد البلاستيكي في المناطق ذات الحبيبات الخشنة مثل منطقة التأثير الحراري (HAZ) ومنطقة الانتقال (FZ)، وذلك من خلال كبح تكوّن الانزياح وتقليل إجهاد التشغيل في هذه المناطق؛ وهو تأثير يُعزى إلى تقوية مراحل g عن طريق الذوبان أثناء المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT).

مقاومة التآكل

المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)، أو المعالجة الحرارية التالية لللحام، هي عملية تُجرى بعد اللحام لضمان الامتثال لقواعد ومواصفات الصناعة، فضلاً عن الحد من مخاطر التآكل. وهي خطوة أساسية لا بد من إجرائها لضمان استيفاء المواد لمواصفات الصناعة مع توفير الحماية لها في الوقت نفسه.

تتضمن المعالجة الحرارية تسخين المعدن الملحوم إلى درجة حرارة محددة قبل تبريده ببطء، وذلك بهدف تخفيف الضغوط المتبقية الناتجة عن عملية اللحام ومنع حدوث التشققات الناتجة عن الهيدروجين (HIC). علاوة على ذلك، يمكن لهذه المعالجة تحسين الخصائص الميكانيكية من خلال تكوين مادة أكثر تجانسًا ذات صلابة أقل.

تتضمن عملية التسوية تسخين المادة عند درجات حرارة أعلى ولمدة أطول مقارنة بعملية التلدين؛ مما يتيح لها الحصول على بنية حبيبية أدق مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة أعلى. ومع ذلك، يجب أن يُذكر أن بعض البنى لا يمكن أن تخضع لعملية التسوية (PWHT) بسبب عدم قدرة المكونات الكبيرة والمعقدة الشكل على دعم نفسها عند درجة حرارة التبسيط؛ مما قد يتسبب على الأرجح في حدوث انحناء وتشوه كارثيين. لذلك، يجب إجراء معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) فقط على المكونات التي يمكن دعمها بسهولة؛ ومن الأمثلة على ذلك الطرف المقعر لوعاء الضغط، حيث يُعد هذا النوع من المكونات مرشحًا ممتازًا لمعالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) في عملية التسوية. يمكن استخدام معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) لإعادة الذوبان لإذابة أي كربيدات الكروم الموجودة على طول حدود الحبيبات بين الفريت دلتا والأوستينيت، والتي قد تضعف مقاومة التآكل النقطي لطبقة اللحام الفوقية من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS).

الظروف البيئية

يُعد التسخين بعد اللحام (PWHT) خطوة أساسية في تصميم وصيانة العديد من الهياكل الفولاذية، مثل أوعية الضغط ومعدات الأنابيب والجسور والمنصات البحرية. ويقلل التسخين بعد اللحام من التشققات الناتجة عن العوامل البيئية من خلال تقليل الإجهادات المتبقية في اللحام وتليين البنية المجهرية لمعدن اللحام، مع زيادة المتانة لتحسين المقاومة للأحمال والظروف البيئية التي ستتعرض لها مجموعة اللحامات طوال عمرها التشغيلي.

عادةً ما تكون عملية التبريد المضبوط بعد اللحام (PWHT) مطلوبة في التطبيقات الإنشائية التي تتضمن فولاذ الكربون الذي يتجاوز عتبة السماكة المحددة في المعايير، وكذلك الفولاذ منخفض السبائك، وذلك للحد من الإجهاد المتبقي الناتج عن اللحام، والذي قد يؤدي بخلاف ذلك إلى ظهور الشقوق، ومن ثم الكسر الهش. وتشمل هذه العملية التسخين المسبق، والتركتيب، والتسخين حتى درجة الحرارة المستهدفة، والتبريد المتحكم فيه، وذلك بهدف تقليل التشوهات أو الإجهادات المتبقية في مناطق اللحام المجاورة إلى أدنى حد ممكن.

غالبًا ما تُستخدم عمليات التسخين بعد اللحام (PWHT) الموضعية، مثل التكوينات النقطية أو على شكل «عين الثور»، بعد إجراء إصلاحات وتعديلات باللحام في أوعية الضغط وأنظمة الأنابيب. ويعد التصميم الهندسي الدقيق لتكوينات المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) المحلية عاملاً أساسياً لتجنب التشوه والتشقق والأضرار الأخرى التي تطيل فترة التوقف عن العمل أثناء الإصلاح؛ ويمكن أن تساعد التحليلات الحرارية-الميكانيكية المتقدمة باستخدام العناصر المحدودة لتكوينات المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) المحلية وحالات الإجهاد المتبقي فيها على تحقيق هذه النتيجة.