المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تعتبر المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (pwht) خطوة مهمة لتخفيف الضغوط المتبقية في معدات الضغط الملحومة التي يمكن أن تسبب عيوبًا ومستويات تصلب تتجاوز مواصفات التصميم، بالإضافة إلى تحسين الصلابة والليونة لتلبية معايير التصميم.

إن اختبار PWHT مطلوب في معظم مواصفات تأهيل إجراءات اللحام مثل EN 13445 وBS PD 5500، مع تفصيل متطلبات الوقت ودرجة الحرارة في شكل جداول في هذه الوثائق.

تخفيف التوتر

يمكن للمعالجة الحرارية لما بعد اللحام، والتي يشار إليها عادةً باسم PWHT، أن تقلل من الضغوط الداخلية في مكونات الصلب لمنع التشويه والمشاكل الأخرى التي قد تؤدي إلى فشلها. كما قد تساعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) أيضًا في تخفيف التشقق الناتج عن الهيدروجين في بعض السبائك وكذلك تخفيف مشاكل التآكل بالقرب من اللحامات في درجات معينة من المعدن.

قد يحدث إجهاد داخلي في الفولاذ أثناء عمليات التشكيل والسحب والتشغيل الآلي، مما يؤدي إلى ضغوط شد أو ضغط متبقية تؤدي إلى تشويه وفشل الخدمة في نهاية المطاف. يوفر PWHT حلاً فعالاً من خلال تسخين قطعة العمل فوق درجة الحرارة الحرجة المنخفضة قبل تبريدها تدريجياً بشكل موحد لتخفيف الإجهاد.

يقلل تسخين الهياكل إلى درجة الحرارة هذه من قوة خضوعها ويسمح لأي إجهادات لحام متبقية تتجاوز الحد الأدنى الجديد لتجاوزه، مما يؤدي إلى تشوه بلاستيكي يخفف من الإجهادات المتبقية. وتتضمن هذه العملية، المعروفة باسم تخفيف الإجهاد، نقع قطع العمل في درجة الحرارة هذه لفترة قابلة للتعديل حسب الحجم والتعقيد.

غالبًا ما يتم إجراء اختبار PWHT للمكونات الأكبر حجمًا مثل خزانات الهواء والغلايات لإزالة الضغوط الداخلية قبل أن تتسبب في أي ضرر دائم لضمان تقليل جميع الضغوط الداخلية إلى مستويات تحمل مقبولة قبل بدء عمليات التصنيع أو التشطيب النهائية. وقد يتم إجراؤه أيضًا في مراحل التصنيع من أجل التحقق من متطلبات التحمل قبل عمليات التشطيب النهائية.

التحكم في الصلابة

يعتبر اللحام جزءًا لا يتجزأ من تشغيل خطوط أنابيب النفط والغاز ومحطات الطاقة والمنشآت الصناعية الأخرى. وفي حين يوفر اللحام العديد من الوظائف المفيدة، إلا أن الإجهادات المتبقية يمكن أن تقلل من قوة المواد بمرور الوقت. ولتعويض هذه الإجهادات وضمان سلامة المعدات للتشغيل، يمكن استخدام عمليات المعالجة الحرارية مثل المعالجة الحرارية الحرارية الحرارية الفائقة؛ حيث تقلل المعالجة الحرارية الحرارية الفائقة الحرارة، من الإجهادات المتبقية مع تحسين الليونة والمتانة لتلبية قيم التصميم الأصلي أو تجاوزها.

عادةً ما يتم إجراء عملية المعالجة الحرارية الفائقة على الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ. تتضمن العملية تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة محددة قبل تثبيته في درجة حرارة محددة لفترة زمنية محددة - عادةً ساعة واحدة لكل بوصة سمك. يجب النظر بعناية في درجة الحرارة ومعدل التبريد ووقت الاحتفاظ بها لأن الإجراءات غير السليمة قد تتسبب في حدوث تقصف في المزاج وتشويه وتشقق بسبب إعادة التسخين.

يمكن أن تكون عملية المعالجة الحرارية الفائقة بالحرارة الفائقة مكلفة لأنها تعتمد على مصادر طاقة مكلفة للوصول إلى درجات الحرارة العالية اللازمة لتخفيف الإجهاد بفعالية والحفاظ عليها. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي الدورات المتعددة من المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة PWHT على مدى عمر المكوّن إلى زيادة الاستهلاك الكلي للطاقة. لحسن الحظ، هناك بدائل أخرى توفر مزايا مماثلة - على سبيل المثال يمكن للمواد المركبة استعادة القوة والصلابة دون الحاجة إلى أعمال ساخنة أو عمليات لحام واسعة النطاق.

تعزيز القوة

تعزيز القوة هي القدرة على تعزيز القوة البدنية للمرء؛ وهي قوة فرعية من التلاعب بالقوة وتنوع من القوة الثانوية.

تتضمن طرق التلدين (مثل التلدين والتطبيع والتلطيف) تسخين وتبريد الفولاذ لإزالة أو إعادة توزيع الضغوط المتبقية. قد تنطوي العمليات الأخرى على الترسيب أو التقادم أو التأثيرات المعدنية الأخرى التي تحسن الخواص الميكانيكية للمادة مثل تقليل الصلابة أو زيادة المتانة أو تقليل مخاطر التشقق الهيدروجيني؛ يجب طلب المشورة المتخصصة فيما يتعلق بالأوقات ودرجات الحرارة اللازمة لهذه العمليات.

قد يكون للمعالجة بالحرارة الفائقة (PWHT) أيضًا تأثير على البنية المجهرية لمعدن اللحام، مما يساعد على تنقيته. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين أداء إجهاد اللحامات، مما يؤدي إلى الوصول إلى ظروف أكثر ملاءمة.

ومع ذلك، في العديد من التطبيقات، لا يتحدد قرار استخدام المعالجة الحرارية الفائقة للحرارة PWHT فقط من خلال أداء إجهاد اللحام ولكن بدلاً من ذلك تحدده عوامل أخرى، مثل المتطلبات الكيميائية و/أو متطلبات السماكة لقوانين أو معايير محددة. ولذلك، عند اتخاذ هذا القرار يجب أن يكون متوازنًا مع التكلفة والآثار الضارة المحتملة؛ غالبًا ما تفرض قوانين أوعية الضغط وقوانين الأنابيب استخدام المعالجة الحرارية الفائقة للسمك لمعدن اللحام الذي يزيد سمكه عن سمك معين بينما في حالات أخرى تحدد قابلية التعرض للتشقق الإجهادي بالتآكل احتياجات المعالجة الحرارية الفائقة للسمك.

الليونة

تشير قابلية الليونة إلى قدرة المادة على التشوّه بشكل بلاستيكي (أي التمدد والانحناء دون أن تنكسر)، على عكس التشوّه المرن الذي يمكن عكسه عند إزالة الإجهاد. تكون معظم المعادن قابلة للسحب نسبيًا؛ حيث يسهل سحب الأسلاك أو ضرب الصفائح بفضل الروابط المعدنية التي تسمح للذرات المتكررة بالانزلاق على بعضها البعض عند التمدد أو التشكيل، بينما تميل المواد الأكثر هشاشة إلى التشقق عند النقاط التي تتركز فيها القوى.

القابلية للطرق هي سمة من سمات المواد التي تقيس مدى سهولة تشكيل المعدن إلى صفائح رقيقة أو أشكال أخرى، وهي صفة أساسية في تطبيقات التصنيع التي تتضمن مكونات صغيرة ورقيقة مثل تلك الموجودة في قطع غيار الطائرات أو السيارات.

بينما يمكن قياس الليونة والليونة باستخدام تقنيات مختلفة، فإن أحد أفضل المؤشرات وأكثرها موثوقية هو اختبار قوة الشد القياسي. في هذه الطريقة، يتم تعريض عينة مسطحة أو مستديرة مع أقسام مقبوضة على كل طرف وأقسام قياس أرق في المنتصف (ما يعادل عظام الكلاب أو الدمبل) مثبتة بإحكام بواسطة فكين علوي وسفلي متصلين بخلية تحميل إلى شد مطبق من مصدر قوة مطبقة ويتم شدها حتى يحدث الكسر، مما ينتج منحنى إجهاد-إجهاد مع تمدد العينة ثم انكسارها؛ ويعمل الإجهاد عند نقطة النخر كمؤشر جيد لليونة المادة على الرغم من أن تحديد الذروة قد يكون صعبًا اعتمادًا على جودة تكوين العينة.