تعمل المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) على تحسين الخواص الميكانيكية للمكونات الملحومة

تحتاج الأنابيب الصناعية وصهاريج التخزين المعرضة لدرجات الحرارة القصوى أو التآكل إلى المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)، من أجل تقليل الضغوطات المتبقية وتحسين البنى المجهرية؛ حيث تضمن المعالجة الحرارية بعد اللحام قدرة هذه المكونات على تحمل البيئات القاسية.

PWHT (أو تخفيف الإجهاد)، ينطوي على تسخين المادة الملحومة إلى درجة حرارة مثالية وتثبيتها عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة. وهذا يخفف أي إجهادات متبقية بطريقة متساوية ويوزعها بالتساوي على كامل المادة.

يقلل من الضغوط المتبقية

يخلق اللحام تدرجًا عاليًا في درجة الحرارة ينتج عنه إجهادات متبقية في كل من مادة اللحام والمادة الأم. إذا اقترنت هذه الإجهادات المتبقية بإجهادات الحمل، فقد تتجاوز هذه الإجهادات المتبقية حدود تصميم المادة وتتسبب في فشلها بالكامل.

تساعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) على تخفيف الإجهادات المتبقية وتقليل التشوه من خلال السماح للحام والمعدن الأصلي بالاسترخاء وإعادة التوزيع بشكل متساوٍ. قد تسمح المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) أيضًا بحدوث بعض عمليات التقسية أو الترسيب، مما يزيد من الليونة مع تقليل مقاومة الكسر الهش.

تتطلب المعالجة الفعالة للحرارة الحرارية الفائقة (PWHT) التحكم في درجات الحرارة والأوقات لتحقيق تقليل الإجهاد بشكل موحد في اللحامات وتقليل الإجهادات المتبقية حسب الرغبة. يجب تنفيذ درجات الحرارة وأوقات النقع المناسبة لتحقيق أقصى قدر من تقليل الإجهاد.

أثبتت الأبحاث أن تقنية PWHT تقلل من الإجهادات المتبقية إلى مستويات أقل من 30% من قوة الخضوع؛ ومع ذلك، فإنها لا تزال تحتوي على قوة كافية لإتلاف أصابع اللحام ويجب أخذها في الاعتبار عند التنبؤ بأداء المكونات الملحومة.

يعزز الخواص الميكانيكية

ينشئ اللحام وصلات أساسية بين المعادن، ولكن يمكن أن يؤدي أيضًا إلى حدوث ضغوط وتشويه للمواد. تُعد المعالجة الحرارية بعد اللحام أمرًا بالغ الأهمية لتخفيف هذه التوترات والتأكد من قدرة المواد على تحمل البيئات القاسية.

تنطوي هذه العملية على تسخين المادة الملحومة إلى درجات حرارة معينة قبل تبريدها ببطء، لتحسين القوة بجعلها أكثر اتساقًا وتقليل الصلابة. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يساعد ذلك على تجنب التشوه الحراري في معدات الضغط الذي يمكن أن يضر بسلامتها ويؤدي إلى حدوث تسربات أو أعطال.

يتضمن عادةً التلدين بالمحلول PWHT عادةً تلدين مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ بالمحلول عند درجات حرارة تتراوح بين 550-625 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لكل بوصة من السماكة، من أجل تخفيف الضغوط المتبقية وتخفيف التوتر في مناطق اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)، واستعادة خصائص مقاومة التآكل للسبائك، وتعزيز الخواص الميكانيكية مثل الليونة والمتانة ومقاومة الكسر الهش وكذلك تسهيل تأثيرات التقسية مثل ترسيب التقسية أو تقادم بعض أنواع الفولاذ مع تقسية سبائك أخرى في أوقات ودرجات حرارة محددة دون المخاطرة بمزيد من التدهور في هذه الخواص.

يمنع التشقق الناتج عن الهيدروجين

يشكل انتشار الهيدروجين أثناء لحام المواد عالية القوة والسميكة خطرًا شديدًا على سلامة اللحام. إذا انتشر الهيدروجين المتذرر الذي لا يمكن أن يتحد مع الأكسجين في معدن اللحام في التقطعات في الفولاذ، فسوف تتشكل الشقوق. هذه الحالة، المعروفة باسم التقصف الهيدروجيني، تجعل اللحامات غير صالحة للاستخدام. تسمح تقنيات المعالجة الحرارية لما بعد اللحام مثل خبز الهيدروجين بالتسرب من الهيدروجين المحتجز في الغلاف الجوي بدلاً من أن يصبح قوى متقصفة تعرض اللحامات للخطر.

كما تساعد تقنية المعالجة الحرارية الفائقة (PWHT) أيضًا على حماية المكونات الملحومة من التشقق في المنطقة الرخوة (SZC)، وهو تأثير تلف الهيدروجين الذي يمكن أن يتسبب في تعطلها قبل الأوان ويؤدي إلى إعادة عمل مكلفة، ووقت تعطل وفقدان الإنتاج. وفي حين أن قابلية التشقق في المنطقة الرخوة (SZC) تعتمد على البنية المجهرية للصلب، فإن المعالجة الحرارية الفائقة PWHT وإجراءات اللحام المناسبة يمكن أن تقلل بشكل كبير من حدوثه.

يقلل من التآكل

تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام على تخفيف الضغوطات المتبقية وتعزيز الخواص الميكانيكية للمكونات الملحومة، بالإضافة إلى تقليل التشوه وزيادة مقاومة التآكل.

تتطلب صناعات مثل توليد الطاقة ومعالجة البتروكيماويات والتكرير مكونات تخضع لمستويات إجهاد عالية ودرجات حرارة قصوى لتلبية الرموز الصارمة ومعايير السلامة. ويضمن المعالجة الحرارية الفائقة PWHT قدرة هذه المكونات على تحمل هذا الإجهاد من خلال تقليل مستويات الإجهاد المتبقية وتحسين البنى المجهرية وتجنب التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي - وهو نهج نستخدمه لكل مكون في هذه الصناعات.

قد تتعرض صهاريج التخزين ومعدات المعالجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الملحوم للمواد الكيميائية والوقود الخطرة التي تتطلب المعالجة الحرارية الفائقة PWHT كإجراء ضروري لتجنب التآكل والحفاظ على السلامة الهيكلية. تتضمن دورة PWHT تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ بعناية حتى تذوب أي كربيدات ضارة؛ وفي الوقت نفسه تحسين هيكلها الداخلي لتحقيق التوازن بين الصلابة والمرونة لتحسين تجربة المعدن في البيئات القاسية. تضمن هذه الدورة أيضًا أقصى درجات الأمان في المواقف الصعبة.