عملية المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

يُعد اللحام طريقة فعالة لإنشاء هياكل معدنية متينة. ومع ذلك، فإن درجات الحرارة الشديدة التي ينطوي عليها هذا العملية قد تؤدي أيضًا إلى حدوث إجهادات داخلية وتغيرات في البنية المجهرية للمعادن، مما قد ينتج عنه توترات داخلية خفية أو تغيرات في البنية المجهرية.

يمكن أن تقلل المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) من هذه الآثار لتحسين الأداء وإطالة عمر المكونات. بدءًا من التسخين التمددي وصولاً إلى التلدين بالحل، تعمل عملية المعالجة الحرارية بعد اللحام التي تطبقها شركة Team على تقليل الضغوط الداخلية مع تحسين السلامة الهيكلية لتلبية معايير الصناعة.

التلدين

نظرًا لأن عملية اللحام تنطوي على تسخين وتبريد سريعين للمواد، فقد تنشأ تدرجات حرارية عالية تؤدي إلى تشوه الهياكل أو إضعافها. وتساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام على التخفيف من هذه الآثار عن طريق تقليل الإجهادات المتبقية وتحسين الخصائص الميكانيكية للمكونات الملحومة.

تُعرف عملية PWHT (المعالجة الحرارية لللحامات الدقيقة) بأنها عملية يتم خلالها تسخين أجزاء من التركيبات الملحومة إلى درجات حرارة مرتفعة لفترة طويلة، ثم إبقاؤها عند تلك الدرجة لتمكين تمدد المادة وإعادة توزيعها، مما يؤدي إلى التخلص من الضغوط غير المرغوب فيها التي قد تؤدي، في حالة عدم القيام بذلك، إلى الهشاشة أو التشقق أو أنماط فشل أخرى في ظل ظروف التحميل الديناميكي.

تتطلب المعادن المختلفة معالجات حرارية محددة بعد اللحام للحصول على أفضل النتائج، مما يجعل اختيار الطريقة المناسبة أمرًا ضروريًا. وعادةً ما تحتاج خطوط الأنابيب إلى تقنيات خاصة مثل التسوية وتخفيف الإجهاد لتقليل التشققات الناتجة عن الهيدروجين التي تحدث تحت الأرض أو في البحر، مما يضمن السلامة والموثوقية تحت الأرض أو في البحر. وغالبًا ما يتعين على المعدات الثقيلة أن تتحمل أحمالًا شديدة؛ وللتصدي للتعب والتآكل بشكل أفضل، يمكن لطرق مثل التصلب أن تزيد من صلابة وليونة المكونات الملحومة بحيث تقاوم التعب والتآكل.

التطبيع

تؤدي المعالجة الحرارية التطبيعية (NHT) إلى تقليل الصلابة مع زيادة الليونة والمتانة، فضلاً عن توحيد بنيتها المجهرية لجعل حبيباتها أكثر نعومة، مما يسهل عمليات التشغيل الآلي والتشكيل اللاحقة، ويمنع حدوث التشققات الناتجة عن الهيدروجين (HIC).

بعد عملية اللحام، قد تتعرض المعادن مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي لتبريد سريع يؤدي إلى تغيير بنيتها المجهرية، مما يؤدي بدوره إلى تركز الإجهاد أو التشوه أو التشقق — وهو ما يجعل التسخين بعد اللحام (PWHT) أمرًا ضروريًا للغاية في الهياكل الكبيرة أو خطوط الأنابيب المعرضة لدورات تحميل متكررة.

تتضمن عملية التطبيع تسخين المعدن الملحوم بعناية إلى درجة حرارة تقع بين درجة حرارة إعادة التبلور ودرجة حرارة الانصهار، مما يؤدي إلى استبدال حبيبات الأوستينيت الأصلية ببنية باينيتية أدق تتميز بحبيبات الفريت المتناثرة، وشوائب السمنتيت المتناثرة عند حدود الحبيبات، وهجرة الذرات لتقليل تباين البنية المجهرية، مما يؤدي إلى توزيع أكثر اتساقًا لمكونات السبائك، وبالتالي تحقيق نتائج التطبيع المرجوة.

تخفيف التوتر

يُعد تخفيف الإجهاد التقنية المفضلة لتخفيف الإجهادات الداخلية المتبقية الناتجة عن عملية اللحام. وتتمثل طريقة PWHT في تسخين المادة إلى درجة حرارة مرتفعة ثم تبريدها ببطء، مما يسمح لها بالتمدد والانكماش بشكل متساوٍ وتخفيف الإجهاد في بنيتها. وتكتسب هذه الطريقة أهمية خاصة عند العمل على المكونات المقرر أن تخضع لمزيد من المعالجة، مثل الطحن باستخدام الحاسب الآلي (CNC).

يقلل التلدين لتخفيف الإجهاد من الإجهادات المتبقية الناتجة عن الشد بشكل كبير، ولكنه لا يزيلها تمامًا؛ ولذلك يجب دائمًا إجراء هذه العمليات قبل أي عملية تصنيع لتجنب التغيرات في الأبعاد وحدوث الأعطال. كما أنها تمنع الهيدروجين المحبوس من الانتشار في اللحامات، الأمر الذي قد يؤدي بخلاف ذلك إلى التقصف والتشقق الناتج عن الهيدروجين، مما يجعل هذه الطريقة ذات أهمية خاصة عند التعرض لبيئات تحت الأرض أو تحت الماء، أو بالنسبة للمعدات الثقيلة التي يجب أن تتحمل الإجهاد والعوامل الأخرى؛ وغالبًا ما تستخدم هذه الطريقة التسخين الحثي، الذي يسرع هذه العملية بشكل كبير.

التقسية

يمكن أن يقلل التسخين بعد اللحام (PWHT) من الإجهادات المتبقية الناتجة عن عملية اللحام، والتي تسهم في حدوث التشققات الناتجة عن الهيدروجين والتآكل الإجهادي، مما يقلل من احتمالية حدوث الأعطال ويزيد من الأداء.

التقسية هي عملية تسخين المادة الملحومة إلى درجة حرارة محددة بدقة، ثم تبريدها ببطء، مما يؤدي إلى تبديد الضغوط الداخلية مع تقليل أو إزالة أي ضغوط متبقية في منطقة اللحام دون المساس بقوتها.

يمكن إجراء المعالجات الحرارية المحلية بعد اللحام باستخدام تقنيات مختلفة، مثل اللهب الأكسجيني، أو عناصر التسخين بالمقاومة، أو التسخين في الأفران. ولضمان تسخين متجانس في جميع أنحاء المكون بأكمله، فإن التجانس أمر بالغ الأهمية — فقد يؤدي التسخين غير المتجانس إلى حدوث تدرجات حرارية قد تضيف ضغوطًا متبقية إضافية أو تتسبب في حدوث تشوهات.

يُعد المعالجة الحرارية السليمة بعد اللحام عاملاً أساسياً في ضمان القوة والموثوقية على المدى الطويل. وعندما تُجرى المعالجات الحرارية بعد اللحام بشكل صحيح، فإنها يمكن أن تحسّن قوة الشد، ومقاومة الزحف، وصلابة الشقوق، فضلاً عن منع الكسر الهش والتقصف الهيدروجيني؛ ولكن عندما تُجرى بشكل غير صحيح، فإنها قد تؤدي إلى فشل اللحامات، وانخفاض قدرة التحمل، فضلاً عن انخفاض الليونة ومقاومة التآكل.