متطلبات المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) لأنابيب الصلب الكربوني

قد تتجاوز العديد من المشاريع التي تتضمن أنابيب الصلب الكربوني PWHT من خلال الاستفادة من سماكة الفولاذ الكربوني التي تسمح بها BS 2633 والقوانين المماثلة بسماكة تصل إلى 19 مم دون استخدام PWHT للفولاذ منخفض السبائك ذي المحتوى المنخفض من الكربون؛ حيث تميل هذه المتطلبات إلى تلبية أو تجاوز تلك التي حددتها القوانين الأمريكية؛ ولكن BS 2633 تنص على متطلبات تسخين أعلى.

إجراءات اللحام

لا تُعد المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) مجرد خطوة إجرائية أخرى: إنها عملية هندسية متكاملة تؤثر بشكل مباشر على سلامة المعدات وسلامة العمال والأداء طويل الأجل. تقلل المعالجة الحرارية لما بعد اللحام PWHT من الإجهادات المتبقية مع تنقية البنى المجهرية لمنع التشقق الإجهادي وتجنب التشقق الإجهادي التآكلي تمامًا.

ينطوي PWHT على تسخين اللحام إلى درجة حرارة مرتفعة لفترة طويلة، مما يسمح لمصفوفته المعدنية بامتصاص الضغوط الداخلية وإعادة توزيعها من أجل تقليل خطر الكسر الهش وتحسين المتانة والليونة ومنع تلف الهيدروجين.

لتحقيق مستويات مثالية من المعالجة الحرارية قبل اللحام وبعد اللحام، يجب أن تتضمن إجراءات اللحام تدابير لكل من التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام، بما في ذلك اختيار أنواع التسخين المسبق ودرجات الحرارة المناسبة بالإضافة إلى مراقبة درجات حرارة التسخين/الحبس وتنفيذ تدابير مراقبة الجودة.

قد لا يكون PWHT وحده كافيًا لتقليل الصلابة وزيادة ليونة المواد المستخدمة في اللحام؛ قد يلزم إجراء عمليات إضافية من قبل موظفي اللحام المؤهلين تأهيلاً عاليًا.

التسخين المسبق

طورت الأبحاث الحديثة طريقة تجريبية وتحليلية للتسخين المسبق أثناء اللحام متعدد الممرات للإصلاح باستخدام كاميرات الرؤية الحرارية وتحليل انتقال الحرارة؛ وقد أثبتت كلتا الطريقتين دقتهما.

منذ إصدار عام 2014 من ASME B31.3، تم إعفاء أنابيب الفولاذ الكربوني السميك من المعالجة الحرارية الفائقة الحرارة (PWHT) طالما تم تسخينها مسبقًا إلى درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة الأوستنيتي الحرجة وتم إجراء اللحامات باستخدام عمليات لحام متعددة الممرات - وهو اختلاف مهم عن المتطلبات السابقة.

في حين أن هذه الإعفاءات الجديدة قد تساعد في توفير المال، إلا أنها تنطوي على مخاطر ينبغي النظر فيها بعناية قبل اختيارها. من المحتمل أن تعاني هذه اللحامات من التآكل ومشاكل في الخدمة؛ بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي عدم وجود متطلبات PWHT إلى تصميم غير سليم يستلزم إعادة اللحام في بعض الحالات؛ ويوصى بالتسخين المسبق لمنع ذلك.

المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تتضمن المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) تسخين اللحامات إلى درجة حرارة محددة لفترة وجيزة ثم تبريدها ببطء، مما يساعد على تخفيف الإجهاد وزيادة صلابة اللحامات. ومع ذلك، يجب إجراء المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT) بعناية لتجنب الإفراط أو التفريط في المعالجة الحرارية مما يضعف خصائص المواد.

يتضمن المعالجة الحرارية الفائقة PWHT تسخين اللحام إلى درجات حرارة تتراوح بين 550-625 درجة مئوية لمدة ساعة تقريبًا لكل بوصة من السُمك، مما يؤدي إلى تغيير بنيته المجهرية من الأوستنيتي إلى مارتينسيت مزدوج متساوي الأضلاع وتغيير خواصه الميكانيكية عن طريق زيادة المتانة مع تقليل الصلابة.

قد تكون PWHT ضرورية في بعض حالات اللحام الهيكلي؛ ولكن في حالات أخرى لا تكون ضرورية. تسمح ASME B31.1 و B31.3 بالحد من سماكة جدار الأنابيب الفولاذية C-Mn المستخدمة في أوعية الضغط وأنظمة الأنابيب وصهاريج التخزين دون الحاجة إلى المعالجة الحرارية الفائقة بعد اللحام شريطة استخدام اللحام متعدد المراحل وتنفيذ تدابير التسخين المسبق.

المؤهلات

يقدم الجدول 331-1-3 تفاصيل التعديلات الهامة التي تم إجراؤها في عام 2014 على متطلبات المعالجة بالحرارة الفائقة في أنابيب الصلب الكربوني التي تخضع لقياسات المعالجة بالحرارة الفائقة في أنابيب الصلب الكربوني التي كانت تخضع لقياسات المعالجة بالحرارة الفائقة في أنابيب الصلب الكربوني، استجابةً للمخاوف من أن إعفاءات حد سمك المعالجة بالحرارة الفائقة في أنابيب الصلب الكربوني السابقة ربما كانت مقيدة للغاية أو متحفظة بشكل مفرط.

أظهرت الاختبارات التي يرعاها معهد بحوث الطاقة والموارد الطبيعية (EPRI) (المرجع 1) أن المواد P رقم 4 خضعت لتقلبات كبيرة في الصلابة والمتانة مع زيادة درجة حرارة المعالجة الحرارية، خاصةً في وصلات المواد غير المتشابهة بين المواد P رقم 1 وP رقم 4.

تسمح تعديلات عام 2014 على B31.3 بإعفاء جميع مواد الصلب الكربوني التي تقع في مجموعة المواد P رقم 1 وجميع سمك التحكم وأنواع اللحام من المعالجة الحرارية بعد اللحام إذا تم استخدام تسخين مسبق لا يقل عن 95 درجة مئوية قبل اللحام. هذا النهج مشابه لما توصي به BS 2633 في بريطانيا؛ ومع ذلك، يجب على مفتش NDE التحقق من امتثال جميع العمليات لمتطلبات الكود.