المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT)

يُعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) خطوة أساسية في تطبيقات تصنيع المعادن، إلا أنه يجب إدارة التحكم الدقيق في درجة الحرارة بعناية لتحقيق النتائج المرجوة وتجنب الآثار الجانبية السلبية.

تعرض كل من HSS WM وHAZ لتدهور كبير في خصائص الشد عند تعرضهما لدورات حرارية في إطار معالجة الحرارة بعد التصنيع (PWHT)، لذا فإن فهم سلوكهما من حيث الإجهاد والانفعال بعد معالجة الحرارة بعد التصنيع أمر ضروري.

تخفيف التوتر

يمكن أن تسهم الإجهادات المتبقية الناتجة عن اللحام في حدوث تشوهات وزيادة خطر حدوث تشققات ناتجة عن الهيدروجين (HIC). وتوفر المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) تخفيفًا لهذه الإجهادات عن طريق تسخين المادة بشكل متجانس حتى تصل إلى درجة حرارة مناسبة قبل تبريدها تدريجيًّا مرة أخرى.

كما تستخدم معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) درجات حرارة أعلى تتيح إجراء عمليات التلدين أو التقادم، مما يساعد على تقليل صلابة معدن اللحام وتحسين ليونته.

يمكن أن يقلل معالجة الحرارة بعد التصنيع (PWHT) بشكل كبير من مستويات الإجهادات المتبقية الناتجة عن الشد، إلا أنه لا يمكنها إزالتها تمامًا. فحتى في ظل الظروف المثلى للدورات الحرارية، لن تنخفض الإجهادات المتبقية إلا إلى ما يقارب 30% من مقاومة الخضوع للمادة – وهو ما يظل أقل بكثير مما يمكن توليده خلال دورات الإجهاد. ولهذا السبب، من الضروري إجراء معالجة PWHT بطريقة سريعة وصحيحة – وأفضل طريقة للقيام بذلك هي الاستعانة بشركة متخصصة في معالجة PWHT تتمتع بالخبرة وتحتوي على جميع المعدات اللازمة.

مقاومة التآكل

لا تساعد معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) في تقليل الضغوط المتبقية وإعادة توزيعها فحسب، بل إنها تعزز أيضًا مقاومة مادة اللحام للتآكل من خلال طرد الرطوبة وتجنب التقصف الهيدروجيني الناتج عن الكميات الزائدة من الهيدروجين التي تدخل أثناء عملية اللحام.

نظرًا لأن عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) قد تتسبب في تآكل مادة اللحام، فإن أنواعًا معينة منها تُصنف على وجه التحديد على أنها مقاومة للتآكل. وتتضمن هذه العملية تسخين منطقة اللحام إلى نطاق درجة حرارة مثالي قبل تبريدها ببطء لتجنب المزيد من تدهور المواد.

تشمل عمليات التسخين بالموجات الحرارية (PWHT) عمليات التلدين والترسيب والشيخوخة التي تقلل من صلابة المواد بعد اللحام، مع تحسين ليونتها وتقليل مخاطر الكسر الهش. وغالبًا ما توصي القواعد والمعايير بتطبيق عمليات PWHT هذه. ولتحقيق الآثار المرجوة من عمليات PWHT بكفاءة، تضمن عناصر التسخين بالمقاومة الكهربائية التي يتم تنظيمها بواسطة أزواج حرارية ثبات درجات حرارة التسخين المسبق في جميع أنحاء منطقة اللحام؛ مما يضمن الحصول على نتائج مثالية من عمليات PWHT هذه.

القوة

تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على تقليل وإعادة توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن عملية اللحام، مما يؤدي إلى تخفيفها لتقليل احتمالية حدوث التآكل الناتج عن الإجهاد والتشقق الناتج عن الهيدروجين. ولتحقيق أقصى قدر من الفعالية، من المهم اتباع إرشادات محددة وفقًا لنوع المعدن وتركيب السبائك.

يمكن أن يكون التسخين الموضعي مفيدًا بشكل خاص للمكونات ذات الأجزاء الطويلة، مثل اللحامات المحيطية على الأنابيب ولحامات الإغلاق في أوعية الضغط الطويلة. وتمنع عناصر التسخين بالمقاومة الكهربائية الموضوعة فوق منطقة اللحام فقدان الحرارة عبر مسارات التسرب؛ كما يحميها العزل المناسب.

تعمل عملية التلدين على تليين المعادن التي تم تقويتها عن طريق التبريد السريع، مما يقلل من هشاشتها ويزيد من صلابتها وليونتها. وتتميز المعادن التي خضعت لعملية تلدين سليمة بمقاومتها للإجهاد والتعب، مما يطيل من عمرها الافتراضي ويقلل من تكاليف الصيانة. تفرض العديد من اللوائح الصناعية، مثل تلك التي وضعتها ASME وAPI، إجراء معالجة حرارية بعد اللحام لضمان الأداء الآمن – وهذا يساعد في الحفاظ على سلامة اللحام وحمايته من العيوب المكلفة مثل التصدع الناتج عن التآكل الإجهادي. ويعد التحكم الدقيق في درجة الحرارة والمراقبة في الوقت الفعلي مفتاحي النجاح!

المتانة

تعمل المعالجة الحرارية بعد اللحام على إعادة البنية المجهرية للمعادن الملحومة إلى حالتها الطبيعية، بهدف تحسين خصائصها الميكانيكية وتسهيل عمليات التصنيع والتشكيل، مع زيادة الصلابة والليونة لجعل الملحومات أكثر مقاومة للتشقق في ظل ظروف التحميل الديناميكي. علاوة على ذلك، تقلل المعالجة الحرارية بعد اللحام بشكل كبير من مخاطر التقصف الهيدروجيني للمواد الملحومة السميكة عالية القوة التي تنقل الغازات والمواد الكيميائية الخطرة لمسافات طويلة – وهي خطوة أساسية للحفاظ على سلامة خطوط الأنابيب.

تُعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) عملية حرارية خاضعة للرقابة يتم خلالها تسخين قطع اللحام إلى درجة حرارة أعلى من نقطة الحرجة الدنيا الخاصة بها، ثم إبقاؤها عند هذه الدرجة لفترة طويلة، وعادةً ما تكون ساعة واحدة لكل 25 ملم (1 بوصة).

يُجرى التسخين بعد اللحام (PWHT) عادةً في فرن صندوقي أو حفرة يتم تسخينه بالغاز أو الزيت أو الكهرباء أو الحث الكهرومغناطيسي. وبغض النظر عن طريقة التسخين المختارة لعملية التسخين بعد اللحام (PWHT)، يجب أن يتم تسخين المكونات المحيطة بها بشكل متجانس لتجنب ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط والتغيرات المعدنية غير المرغوب فيها.