كيف يتم تطبيق تراكب اللحام لإنشاء الأنابيب المكسوة بالفولاذ المقاوم للصدأ؟

أساسيات اللحام تراكب الكسوة

تراكب اللحام، والمعروف أيضًا باسم تكسية اللحام أو تسطيحه، هو عملية تصنيع تستخدم في الإنشاء الفولاذ المقاوم للصدأ يرتدون الأنابيب عن طريق ترسيب طبقة من السبائك المقاومة للتآكل على السطح الداخلي لأنبوب داعم من الكربون الأقل تكلفة أو من الفولاذ منخفض السبائك. على عكس طرق الربط باللف أو الانفجار، فإن تراكب اللحام يبني الطبقة المكسوة معدنيًا من خلال لحام الانصهار. تتضمن العملية استخدام نظام لحام آلي لتطبيق حبات لحام متتالية ومتداخلة على طول الجزء الداخلي للأنبوب بالكامل. يؤدي هذا إلى إنشاء طبقة من الفولاذ المقاوم للصدأ كثيفة ومتجانسة ومرتبطة بشكل متكامل بالمادة الأساسية. الهدف الأساسي هو الجمع بين القوة الميكانيكية والاقتصاد في الفولاذ الكربوني مع المقاومة المحددة للتآكل أو التآكل أو درجات الحرارة العالية لسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يؤدي إلى حل فعال من حيث التكلفة لبيئات الخدمة الصعبة.

عمليات اللحام الأولية لتطبيق التراكب

يتم تطبيق الطبقة المكسوة من خلال تقنيات اللحام الآلية الدقيقة التي تضمن الاتساق والجودة. يعتمد اختيار العملية على عوامل مثل حجم الأنبوب، وسمك الكسوة المطلوب، ومعدل الإنتاج، وتكوين السبائك.

اللحام بالقوس المغمور (SAW)

يعد اللحام بالقوس المغمور طريقة شائعة لتكسية تراكب اللحام على الأنابيب ذات القطر الكبير. يتم ضرب القوس تحت غطاء من التدفق الحبيبي القابل للانصهار، مما يمنع تلوث الغلاف الجوي والتناثر والأشعة فوق البنفسجية. يوفر SAW معدلات ترسيب عالية واختراقًا عميقًا، مما يجعله فعالاً لتطبيق الطبقات السميكة. يتم استخدامه عادةً مع الأقطاب الكهربائية الشريطية (على سبيل المثال، بعرض 60 مم) لتحقيق أقصى قدر من الإنتاجية وسطح تراكب أملس ومخفف.

لحام قوس غاز التنغستن (GTAW/TIG)

يستخدم اللحام بقوس الغاز التنغستن قطبًا كهربائيًا غير قابل للاستهلاك وغازًا خاملًا للحماية. تشتهر GTAW بالدقة والتحكم الممتاز في مدخلات الحرارة، وتنتج رواسب لحام عالية النقاء ومنخفضة التخفيف. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية عند التكسية بسبائك عالية الأداء مثل Inconel أو Hastelloy، حيث يعد تقليل خلط الفولاذ الكربوني من الأنبوب الأساسي أمرًا ضروريًا للحفاظ على مقاومة التآكل للكسوة. غالبًا ما يتم استخدامه للأقطار الأصغر أو ممر الجذر الحرج.

اللحام بالقوس المعدني الغازي (GMAW/MIG)

يستخدم لحام القوس المعدني بالغاز قطبًا سلكيًا مستهلكًا يتم تغذيته بشكل مستمر وغازًا واقيًا. تعد عمليات GMAW الآلية الحديثة، مثل نقل المعادن الباردة (CMT)، فعالة للغاية في الكسوة. يقلل CMT بشكل كبير من مدخلات الحرارة، ويقلل من التخفيف والتشويه مع السماح بالترسيب عالي السرعة. وهذا يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من أحجام الأنابيب وأنواع السبائك، مما يوفر توازنًا جيدًا بين الجودة والإنتاجية.

معلمات العملية الرئيسية والتحكم

يتطلب تراكب اللحام الناجح رقابة صارمة على العديد من المعلمات لضمان سلامة وأداء الطبقة المكسوة. يمكن أن يؤدي الانحراف إلى عيوب تؤثر على المنتج النهائي.

• مدخلات الحرارة: يعد التحكم الدقيق في التيار والجهد وسرعة السفر أمرًا بالغ الأهمية. يؤدي الإفراط في إدخال الحرارة إلى زيادة التخفيف (النسبة المئوية للمعدن الأساسي المختلط في اللحام)، مما قد يقلل من محتوى الكروم والنيكل في الكسوة، مما يؤدي إلى إضعاف مقاومتها للتآكل. يمكن أن يسبب أيضًا تشويهًا مفرطًا وضغوطًا متبقية.
• التحكم في التخفيف: الهدف عادة هو تحقيق مستويات التخفيف أقل من 10-15%. تساعد تقنيات مثل استخدام طبقة "الزبدة"، وتحسين معاملات اللحام، واستخدام رؤوس اللحام المتذبذبة على تقليل خلط المعادن الأساسية وضمان تلبية كيمياء الكسوة للمواصفات.
• درجة الحرارة البينية: تعد إدارة درجة الحرارة بين تمريرات اللحام المتعاقبة أمرًا بالغ الأهمية لمنع التشقق، خاصة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المعرض للحساسية (ترسيب كربيد الكروم).
• وضع الخرزة والتداخل: تقوم الأنظمة الآلية بتخطيط مسار الشعلة بدقة لضمان هندسة خرزية متسقة وتداخل كافٍ (عادةً 30-50%) بين الخرزات المتجاورة. وهذا يزيل عيوب نقص الانصهار ويخلق طبقة مكسوة سميكة بشكل موحد.

اختيار المواد: المواد الاستهلاكية والأنابيب الأساسية

إن اختيار مستهلكات اللحام يحدد بشكل مباشر خصائص الطبقة المكسوة. يجب اختيار معدن الحشو بناءً على مقاومة الخدمة المطلوبة للتآكل، وليس فقط مطابقة السبيكة الاسمية.

عادة ما يكون الأنبوب الأساسي، أو الفولاذ الداعم، من الفولاذ الكربوني (على سبيل المثال، ASTM A106 Gr. B) أو الفولاذ منخفض السبائك. وظيفتها الأساسية هي توفير القوة الهيكلية واحتواء الضغط. يجب تنظيف السطح بالكامل (عن طريق الطحن أو التشغيل الآلي) وفحصه قبل الكسوة لإزالة أي أكاسيد أو قشور أو ملوثات يمكن أن تسبب عيوب الترابط.

معالجة ما بعد الطلب والتفتيش

بمجرد تطبيق تراكب اللحام، يخضع الأنبوب المغطى للعديد من خطوات التشطيب والتحقق الحاسمة. غالبًا ما يتم تشكيل السطح الداخلي المغطى أو طحنه لتحقيق تسامح سلس ونهائي للأبعاد ولإزالة أي مخالفات سطحية قد تحبس الملوثات أو تعيق التدفق. يتم بعد ذلك إخضاع الأنبوب لمجموعة صارمة من الاختبارات غير المدمرة (NDE). يتحقق اختبار اختراق الصبغة (PT) أو اختبار الجسيمات المغناطيسية (MT) من الشقوق السطحية. يتم استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) على نطاق واسع لقياس سماكة الكسوة النهائية بشكل موحد على طول الأنبوب واكتشاف أي نقص في الترابط بين الكسوة والمعدن الأساسي. أخيرًا، تتم معالجة الأنبوب بالحرارة إذا كانت المواصفات مطلوبة (عادةً المعالجة الحرارية بعد اللحام لتخفيف الضغط) ويخضع للاختبار الهيدروستاتيكي للتحقق من سلامة الضغط كهيكل مركب.

مزايا وقيود طريقة تراكب اللحام

يعد فهم إيجابيات وسلبيات هذه الطريقة أمرًا حيويًا لاختيار المواد المناسبة في تصميم المشروع.

• المزايا: يوفر مرونة تصميمية استثنائية لتكسية الأشكال الهندسية المعقدة مثل التركيبات والصمامات وثنيات الأنابيب. إنه يسمح بتطبيق مجموعة واسعة من درجات السبائك، بما في ذلك السبائك الفائقة القائمة على النيكل والكوبالت. يمكن لهذه العملية إصلاح المكونات التالفة وبناء الأسطح البالية. فهو يتيح إنشاء "مفاصل انتقالية" بين المعادن المتباينة.
• القيود: إنها بشكل عام عملية أبطأ وأكثر كثافة في العمل مقارنةً بالربط الملتف لمقاطع الأنابيب الطويلة والمستقيمة. يمكن أن يؤدي التسخين والتبريد الدوريان إلى ضغوط متبقية كبيرة. يتطلب تحقيق تخفيف منخفض للغاية تحكمًا متقدمًا في العملية. هناك خطر حدوث عيوب مثل المسامية، أو التشقق، أو الانصهار غير الكامل إذا لم يتم التحكم في المعلمات بشكل كامل.

في الختام، يعد إنشاء الأنابيب المكسوة بالفولاذ المقاوم للصدأ عبر طبقات اللحام عملية هندسية معقدة تعمل على تحويل الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني إلى منتج ثنائي المعدن. من خلال التحكم الدقيق في اللحام الآلي، والمعلمات، وعلوم المواد، فإنه يقدم حلاً قويًا واقتصاديًا حيث تكون مقاومة التآكل والقوة الهيكلية ذات أهمية قصوى.