PWHT: المعالجة الحرارية بعد اللحام

المعالجة الحرارية بعد اللحام هي عملية تهدف إلى تقليل وإعادة توزيع الإجهادات المتبقية الناتجة عن عملية اللحام، والتي قد تزيد من قابلية حدوث تشققات ناتجة عن الهيدروجين أو تتسبب في أشكال أخرى من الأعطال الهيكلية.

يُجرى التسخين بعد اللحام (PWHT) عادةً باستخدام التسخين الحثي. ويستعين التسخين الحثي بتيار كهربائي متردد عالي التردد لتوليد مجالات مغناطيسية وتيارات دوامية لتسخين المعدن، على غرار عملية التسخين بعد اللحام (PWHT) ولكن بسرعة أكبر.

التلدين

يُعد التلدين أحد أكثر المعالجات الحرارية فعاليةً التي تُستخدم في عمليات ما بعد اللحام، ويتمثل في تسخين منطقة معينة إلى درجة حرارة محددة لمدة زمنية معينة، ثم تبريدها تدريجيًّا. يساعد التلدين على تخفيف الإجهاد في المواد، كما يساعدها في الوقت نفسه على التمدد والانكماش بشكل أكثر توازناً مع مرور الوقت.

يساعد التلدين على تحسين الخصائص الفيزيائية للمناطق المتأثرة بالحرارة (HAZ) في اللحام. فعند إجراء عملية اللحام، تترسب بعض العناصر الموجودة في السبيكة — مثل الكربيد — من المحلول، مما يجعل المنطقة المتأثرة بالحرارة أكثر هشاشة وعرضة للتآكل؛ لكن التلدين يمكن أن يقلل من هذا التأثير ويعزز السلامة الهيكلية للمنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام.

يمكن لتقنية PWHT أن تقلل بشكل كبير من احتمالية حدوث تشققات ناتجة عن الهيدروجين في اللحامات، فضلاً عن منع أشكال أخرى من التشققات مثل التشققات الناتجة عن الإجهاد الالتوائي أو الدوري. علاوة على ذلك، تسهل تقنية PWHT عمليات الإصلاح أو الاستبدال عند الضرورة، وتزيد من كفاءة الإنتاج الإجمالية.

عند تنفيذ عملية التسخين بعد اللحام (PWHT)، من الضروري استخدام طرق التسخين والتبريد المناسبة لتحقيق أفضل النتائج. وعلى وجه الخصوص، يجب أن يكون التسخين كافياً لرفع درجة الحرارة في منطقة اللحام، في حين يجب ألا تتسبب معدلات التبريد في إجهادات إضافية ناجمة عن الحرارة. وقد تساعد المواد العازلة في الحفاظ على استقرار درجات حرارة اللحام أثناء عملية التسخين بعد اللحام (PWHT).

التطبيع

التطبيع هو طريقة لتخفيف الضغوط الداخلية وزيادة ليونة اللحامات. ويتم ذلك عن طريق رفع درجات الحرارة تدريجيًا قبل إعادة تبريدها تدريجيًا مرة أخرى — مما يساعد على تجنب التشوه والانحراف وانتهاكات السلامة الهيكلية في معدات الضغط من خلال توفير معدلات تبريد متساوية في جميع أجزائها. علاوة على ذلك، تسمح عملية التطبيع للمادة بالتبريد بوتيرة متساوية، مما يقلل من خطر حدوث تشققات.

تتضمن عملية التسوية تحويل مكونات السبائك إلى حالة أكثر تجانسًا وتماثلًا، مما يساعد على تقليل التباينات الموضعية في الخصائص التي تؤثر على القوة والمتانة الإجمالية لللحامات، في حين أن إعادة توزيع الذرات أثناء المعالجة الحرارية تقلل من تشققات الهيدروجين في اللحامات.

تعتمد متطلبات التسخين بعد اللحام (PWHT) على التركيب الكيميائي وسماكة مادة اللحام. وقد تفرض القوانين تطبيق التسخين بعد اللحام (PWHT) على الأنابيب الحيوية أو مكونات أوعية الضغط؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي استخدامه إلى إطالة العمر الافتراضي من خلال تقليل التعرض للتآكل.

يمكن إجراء معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) على مواد وسبائك متنوعة، بما في ذلك الفولاذ منخفض الكربون وعالي الكربون. واعتمادًا على المادة والتطبيق المقصود، قد تساعد معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) في تخفيف الضغوط المتبقية، وتلطيف اللحامات، وتقليل محتوى الهيدروجين، وتعزيز قوة الشد، ومقاومة الزحف، وصلابة اللحامات عند الشق.

تخفيف التوتر

يُعد «تخفيف الإجهاد PWHT» (أو المعالجة الحرارية بعد اللحام، ويُختصر بـ PWHT) عملية معالجة حرارية إضافية تُستخدم لتخفيف الإجهادات المتبقية في المكونات المعدنية الملحومة. ولتحقيق هذا الهدف، تتضمن العملية تسخين المعدن إلى درجة حرارة أقل من نطاق التحول الخاص به لفترة طويلة قبل تبريده ببطء مرة أخرى – مما يقلل من الصلابة مع زيادة المرونة وتحسين الليونة؛ مما يجعل المادة أقل عرضة للتشقق ويقلل من احتمالية تعرضها للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي بسبب الظروف البيئية القاسية أو الحمضية.

قد يُفرض إجراء اختبار PWHT للكشف عن الإجهاد المتبقي بموجب قوانين اللحام ومعايير تصميم أوعية الضغط والأنابيب، حيث إن الأحمال التراكمية قد تتجاوز حدود تصميم المواد، مما قد يؤدي إلى فشل اللحامات، وتلف الهيكل، وإصابات شخصية.

كما أن إزالة التوتر تتمتع بميزة إضافية تتمثل في المساعدة على منع التصدع الناتج عن الهيدروجين (HIC)، الذي ينتج عن تركيزات الهيدروجين العالية في البيئة المحيطة والتي تتسرب إلى المواد الملحومة أثناء عمليات اللحام. ويمكن تجنب التصدع الناتج عن الهيدروجين (HIC) عن طريق تسخين المواد فور الانتهاء من اللحام، مما يؤدي إلى طرد الهيدروجين من منطقة اللحام قبل أن يتسبب في حدوث التصدع. ولهذا السبب، تُستخدم معالجات التسخين بعد اللحام (PWHT) مثل هذه عادةً على المكونات الطويلة مثل الأنابيب أو لحامات إغلاق أوعية الضغط.

التبريد

تنتج العديد من عمليات اللحام الهيدروجين أثناء سير العملية، ويجب إبعاده عن معدن اللحام ومنطقة التأثر الحراري (HAZ) لتجنب التشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC). وعادةً ما يتطلب ذلك رفع درجة الحرارة إلى أقصى حد لها ثم خفضها ببطء بعد ذلك، على الرغم من أنه يجب اتخاذ تدابير أخرى أيضًا، مثل الحفاظ على درجات حرارة التسخين المسبق ودرجات الحرارة بين المراحل المناسبة، حتى يعمل هذا الإجراء بفعالية.

يمكن لهذه الطريقة أن تقلل الإجهادات المتبقية في معدن اللحام إلى مستوى مقبول، وإن كانت لا تقضي تمامًا على الإجهادات المتبقية الشدّية الموجودة.

تقتضي الممارسة المتبعة ترك المادة في درجة حرارتها القصوى لفترة زمنية مناسبة، اعتمادًا على سماكتها ونوعها. وكلما طالت مدة هذا التبريد، انخفضت مستويات الإجهاد المتبقي فيها.

يُعد «التطبيع» تقنية فعالة أخرى لخفض مستويات صلابة اللحام، وهو مفيد بشكل خاص للمواد المعرضة لمستويات عالية من الملوحة والتجوية، مما يساعد على تقليل التشوه في بنيتها. وتتضمن هذه العملية تسخين المادة حتى تصل إلى درجة حرارتها القصوى، ثم تبريدها ببطء مرة أخرى — وهذا يتيح أيضًا التخلص من أي فائض من الهيدروجين الذي قد يكون تراكم، وذلك لمنع حدوث تآكل الهيدروجين (HIC).