مواصفات ماكينة المعالجة الحرارية لما بعد اللحام

تعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) جزءًا لا يتجزأ من صناعة اللحام والتصنيع. وتساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام على تلطيف المعدن عن طريق تخفيف الإجهادات المتبقية، وبالتالي تقليل مخاطر الكسر الهش والتآكل والتشقق الناتج عن الإجهاد.

غالبًا ما تشترط قوانين ومعايير التصنيع إجراء معالجة الحرارة بعد التصنيع (PWHT) لمكونات الفولاذ الكربوني، على الرغم من أن إجراء معالجة الحرارة بعد التصنيع المحلية في حالة فوق الحرجة عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الحرجة قد يؤدي إلى تدرجات حرارية غير مرغوب فيها عبر سماكة المادة.

نطاق درجات الحرارة

تُعرف المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) بأنها عملية يتم خلالها تسخين المعدن وتركه لفترة معينة لتخفيف الضغوط الداخلية الناتجة عن عملية اللحام، والتي قد تؤدي، في حالة عدم معالجتها، إلى حدوث تشققات أو إجهاد أو فشل بسبب تآكل الإجهاد في المادة. وغالبًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة بموجب قوانين البناء، كما أنها تساعد في تلبية المتطلبات الخاصة بدرجات أو سماكات معينة من الفولاذ.

تقدم شركة «ليبراثيرم» وحدات تحكم PID ذات منطقة واحدة أو متعددة المناطق، تعمل بنظام «الارتفاع التدريجي والتثبيت» (Ramp Soak)، من أجل تنظيم عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) بدقة. وتقبل كلتا الوحدتين المزدوجات الحرارية المؤرضة وغير المؤرضة مباشرةً، وتوفران مخرجات تناظرية ومخرجات SSR مع آلية تحكم PID لمراحل الارتفاع التدريجي والتثبيت والتبريد، وذلك لتحقيق معدلات تسخين دقيقة. ويمكن تشغيلها بشكل منفرد أو في الوضع التسلسلي (رئيسي-تابع)؛ علاوة على ذلك، توفر واجهة MODBUS الاختيارية عبر RS-485 إمكانية الوصول إلى أنظمة SCADA أو PLC أو أنظمة تسجيل البيانات.

تختلف أوقات التبريد المطلوبة باختلاف أنواع الفولاذ وطرق اللحام اختلافًا كبيرًا؛ فعلى سبيل المثال، يتطلب اللحام بالمقاومة أوقات تبريد تختلف عن تلك المطلوبة في اللحام بالقوس الكهربائي؛ كما تعتمد فترة التبريد هذه على عوامل مثل العمر التشغيلي المطلوب وآلية الفشل المحتملة لللحامات. وعند تسخينها إلى هذه الدرجة لفترات طويلة، تصبح مناطق التأثير الحراري (HAZ) واللحامات جزءًا مما يُعرف باسم «نطاق التسخين» أو «نطاق التحكم في التدرج الحراري» – سواء كان ذلك محوريًّا أو على طول سماكة الأنبوب.

مدة التسخين

يمكن أن يسهم المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) في تحسين الخصائص الميكانيكية للفولاذ الإنشائي بشكل كبير، حيث تقلل من الصلابة وتزيد من الليونة، مع تخفيف الضغوط الناتجة عن اللحام، وتوفير الحماية من التآكل، وزيادة مقاومة الإجهاد لدى الهياكل الملحومة. لكن للأسف، تتطلب المعالجة الحرارية معدات متخصصة ومشغلين ماهرين، مما قد يؤدي إلى ارتفاع التكاليف بالإضافة إلى أي تأخيرات ناتجة عن ذلك.

يختلف توقيت دورات التسخين بعد التصنيع (PWHT) باختلاف المواد واحتياجات التشغيل، ويتطلب دراسة متأنية لحدود تحمل درجات الحرارة، ومعدلات التسخين، وفترات البقاء عند درجات الحرارة المحددة. وقد يؤدي الفشل في التحكم في هذه العملية بشكل سليم إلى حدوث تشوهات، وهشاشة ناتجة عن التلدين، وتليين مفرط، وهي آثار قد تكون كارثية على الأداء الوظيفي للوحدة المُجمَّعة.

يُعد وقت التسخين عاملاً حاسماً في الوصول إلى مستوى مقبول من معالجة التسخين بعد اللحام (PWHT)، ويمكن التحكم فيه باستخدام أنواع مختلفة من آلات التسخين الحثي ذات مستويات طاقة متنوعة. تمتلك شركة MSM حالياً ثلاثة أفران لمعالجة التسخين بعد اللحام (PWHT) لتوفير قدر أكبر من التحكم وتسريع العمليات. تتميز آلات التسخين بعد التصنيع (PWHT) الحثية بدوائر تبريد هوائية لمنع ارتفاع درجة حرارة المعدن بشكل مفرط، بالإضافة إلى شاشات LCD كبيرة تعمل باللمس تجعل التشغيل أكثر بساطة؛ كما أنها تسجل وتطبع ما يصل إلى ستة منحنيات لدرجات الحرارة، مما يتيح لنا تسجيلها وطباعتها بسهولة! علاوة على ذلك، يمكن تعديل أحجام السخانات وقوتها لتناسب الأجزاء المحددة وتلبية متطلبات درجة الحرارة المطلوبة.

جهاز تسجيل درجة الحرارة

تُستخدم أجهزة تسجيل درجة الحرارة على نطاق واسع في المنشآت التجارية لتتبع الشحنات، في حين تستخدمها أحواض السمك غالبًا لضمان صحة أسماكها، التي تتطلب نطاقات درجة حرارة ضيقة جدًّا من أجل النمو السليم. وقد يستخدم العلماء أيضًا أجهزة تسجيل درجة الحرارة لرصد درجات حرارة الأنهار والجداول من أجل تقييم القضايا المتعلقة بصحة البيئة.

تتوفر أجهزة تسجيل البيانات بأشكال وأحجام متنوعة، إلا أن كل منها يؤدي الوظيفة الأساسية نفسها: وهي التوصيل بمحولات درجة الحرارة لتسجيل البيانات على مخططات شريطية لتحليلها لاحقًا. وتدعم معظم أجهزة تسجيل البيانات الحديثة كلاً من المزدوجات الحرارية وأجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومية، مما يوفر مرونة قصوى.

يجب أن تضمن أجهزة تسجيل درجة الحرارة دقة القياس. وتظهر هذه المعلومات عادةً إما على شكل “FS” أو “rdg”، حيث يشير “FS” إلى الخطأ الكلي في المقياس، بينما يُظهر “rdg” دقة القراءة.

وينبغي أن تشمل الاعتبارات أيضًا الطريقة التي يتم بها جمع البيانات على المدى الطويل، وبالتالي تحديد جهاز تسجيل درجة الحرارة القادر على جمعها، نظرًا لأن ذلك قد يؤدي إلى توليد كميات كبيرة من المعلومات بمرور الوقت. ومن الحكمة اختيار جهاز يتمتع بسعة تخزين عالية.

تأكد من أن جهاز تسجيل درجة الحرارة قادر على استئناف عملية التسجيل في حالة انقطاع التيار الكهربائي عند التشغيل، وذلك لتقليل الأخطاء أثناء القياس إلى أدنى حد ممكن. وتوفر بعض الطرز هذه الميزة، في حين أن طرزًا أخرى لا توفرها.

كابل التعويض

ينبغي اختيار آلات PWHT المبردة بالهواء بحيث تُمنع لفائفها من التعرض لارتفاع مفرط في درجة الحرارة أثناء التسخين. وبشكل عام، كلما كان الجزء المُسخَّن أكبر حجماً وأعلى مستوىً من الطاقة — والعكس صحيح — كلما كان من الأفضل أخذ هذا الاختيار في الاعتبار.

يُعد تخفيف الإجهاد جزءًا لا يتجزأ من قطع الفولاذ الكربوني التي قد تتعرض لإجهادات عالية أثناء اللحام أو المعالجة الحرارية بعد اللحام، وقد يقلل من التشوه أو التشقق أثناء الاستخدام.

تتألف مجموعة الكابلات الثلاثية من قطعتين من الكابلات النحاسية المقاومة للحرارة والزيت والمثبطة للهب (HOFR)، معزولين مزدوجًا ومزودين بموصلات كاملوك سعة 300 أمبير في أحد طرفيهما وكابل تعويضي مزود بقابس ومقبس للمزدوج الحراري في الطرف الآخر، وذلك لتوصيل عناصر تسخين متعددة بمخرج تحكم واحد من وحدة المعالجة الحرارية من أجل تنظيم دقيق لدرجة الحرارة حسب المناطق.