PWHT – اختصار لـ Post Weld Heat Treatment – هو الاسم الأكثر شيوعًا وعالميًا لما يُعرف أيضًا بالتلدين منخفض الإجهاد. غالبًا ما تُستخدم مثل هذه المعالجة الحرارية لتقليل الضغوط الحرارية في الفولاذ بعد اللحام. في بعض المشاريع، تكون هذه العملية نفسها شرطًا أساسيًا.
ما هو PWHT بالضبط؟
قبل أن نتعمق أكثر في المواصفات الفنية، من المفيد أن نعرف ما هو PWHT بالضبط. وببساطة، هو معالجة حرارية يتم إجراؤها بعد عمليات اللحام. تتكون المعالجة من عملية خاضعة للرقابة يتم فيها تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة معينة وإبقائها ثابتة.
تغير الحرارة خصائص مادة قطعة العمل، مثل القوة التي يمكن تطبيقها عليها. تكون درجة الحرارة أقل بقليل من نقطة حرجة، وعند هذه النقطة تكون هناك فرصة لتحول المادة (مثل الذوبان) – وهو أمر يجب منعه بالطبع. يتم تحديد درجة الحرارة وفقًا لنوع المادة وسمك قطعة العمل والتعديلات المطلوبة، من بين أمور أخرى.
مع PWHT، يتم تسخين قطعة العمل ببطء، والحفاظ على درجة الحرارة وتبريدها ببطء مرة أخرى. ومن بين أمور أخرى، يقلل هذا من الضغوط التي تحدث في المادة بعد اللحام. ومن خلال تقليل الضغوط، يمكنك منع تكوّن الشقوق أو الكسور بمجرد البدء في العمل على قطعة العمل. وبالتالي، يمكن ضمان السلامة والموثوقية عند تطبيق التلدين منخفض التوتر.
يمكن أن يكون PWHT اختيارًا حرًا، ولكنه غالبًا ما يكون أيضًا شرطًا لمشاريع معينة. فكر في المشاريع في (البترو)كيماويات وبناء الغلايات والمعدات وفي البحر، حيث يجب على سبيل المثال أن تلبي الهياكل أو خزانات التخزين متطلبات صارمة لعلامة الجودة. قد تطلب شركة التأمين أيضًا أن تخضع مثل هذه المشاريع لعملية PWHT.
كيف تعمل عملية PWHT؟
يعتمد تحديد ما إذا كانت قطعة العمل يجب أن تخضع لعملية PWHT ومدة هذه المعالجة على عوامل معينة. ومن بين أمور أخرى، تلعب المادة ونظام السبائك والسمك دورًا في هذا الاعتبار. بالإضافة إلى ذلك، يجب أخذ أي معالجات سابقة في الاعتبار.
حتى عند بناء قطعة عمل – مثل خزان التخزين أو المبادل الحراري – يجب على الصانع أن يفكر بعناية في نوع المادة التي سيستخدمها. وذلك لأن المعالجة الحرارية ضرورية للحفاظ على خصائص المادة أو تحسينها. بعد كل شيء، لا داعي للقول إن الهيكل يجب ألا يتشوه أو يذوب.
التسخين المسبق
التسخين المسبق، كما هو محدد في مصطلحات وتعريفات اللحام القياسية الخاصة بجمعية اللحام الأمريكية (AWS)، هو الحرارة المطبقة على المعدن الأساسي أو الركيزة لتحقيق درجة حرارة التسخين المسبق والحفاظ عليها.
يتم تعريف درجة حرارة التسخين المسبق في نفس الوثيقة مثل درجة حرارة المعدن الأساسي في الحجم المحيط بنقطة اللحام مباشرة قبل بدء اللحام. في اللحام متعدد الطبقات، تكون أيضًا درجة الحرارة قبل بدء الطبقة الثانية والطبقات اللاحقة مباشرة (درجة حرارة التداخل).
كيف يجب أن تتم عملية التسخين المسبق؟
للتسخين المسبق، يمكن استخدام مواقد الغاز أو لهب غاز الأكسجين أو البطانيات الكهربائية أو التسخين بالحث أو التسخين في الفرن. للحصول على نتائج ممتازة، يعد التسخين المنتظم حول المفصل أمرًا بالغ الأهمية. التسخين المكثف غير المنتظم لا يفيد كثيرًا في تأخير التبريد وقد يتسبب في إجهادات متبقية أعلى أو تشوهات أو تغيرات معدنية غير مرغوب فيها في المادة الأساسية.
عند تحديد التسخين المسبق، يجب تسخين وصلة اللحام بالكامل بشكل موحد في جميع أنحاء سمك المادة إلى الحد الأدنى المطلوب من درجة الحرارة. للحصول على درجة حرارة متساوية على كامل سمك المادة، من المستحسن تطبيق مصدر حرارة على جانب واحد من سطح المادة وقياس درجة حرارة المادة على الجانب الآخر.
عندما يتم إجراء عملية التسخين وقياس درجة الحرارة من نفس السطح، يجب على المفتش التأكد من تسخين أكثر من سطح المادة فقط. من المهم التأكد من تسخين المادة إلى درجة حرارة موحدة في جميع أنحاء سمكها.
بالإضافة إلى ضبط درجة حرارة التسخين المسبق، قد يلزم مراعاة حد درجة حرارة التداخل لبعض التطبيقات. يجب أن تنعكس هذه المعلومات في مواصفات إجراء اللحام. عند تحديد درجة حرارة التداخل، يجب فحص موقع اللحام قبل تطبيق حبة اللحام التالية. لا ينبغي إجراء اللحام إذا تجاوزت درجة الحرارة المقاسة الحد الأقصى لظروف التداخل المحددة في إجراء اللحام. يجب السماح للحام بالتبريد إلى الحد الأعلى المحدد لدرجة حرارة التداخل قبل إجراء المزيد من اللحام.
اعتمادًا على الخصائص المعدنية للمادة و/أو الخصائص الميكانيكية المطلوبة للجزء الملحوم، يمكن تقييم درجات حرارة التسخين المسبق والتداخل لأسباب مختلفة. على سبيل المثال، قد تأخذ عملية لحام الفولاذ الطري، الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الكربون وقابلية منخفضة نسبيًا للتصلب ويستخدم في تطبيق بدون متطلبات صيانة خاصة، في الاعتبار درجات حرارة التسخين المسبق والتداخل الدنيا بناءً على سمك المادة.
تحدد إجراءات اللحام المستخدمة في الفولاذ منخفض السبائك القابل للمعالجة بالحرارة والفولاذ المصنوع من الكروم والموليبدينوم مع متطلبات الصدمات عادةً قيمة دنيا وقيمة قصوى لدرجات حرارة التسخين المسبق والتداخل. يمكن أن تتمتع هذه المواد منخفضة السبائك بقدرة عالية على التصلب وهي عرضة للتشقق الهيدروجيني.
إن السماح لهذه المواد بالتبريد أو ارتفاع درجة حرارتها بسرعة كبيرة قد يؤدي إلى تدهور خصائصها بشكل كبير. عند لحام سبائك النيكل، فإن ارتفاع درجة الحرارة أثناء اللحام هو مصدر قلق في المقام الأول. يمكن للحرارة الناتجة عن عملية اللحام ودرجات حرارة التسخين المسبق والتداخل أن تتسبب في تدهور هذه المواد بشكل خطير. يمكن أن تؤدي الحرارة المرتفعة إلى التسييل المفرط وترسب الكربيد وغيرها من الظواهر المعدنية الضارة. يمكن أن تتسبب هذه التغيرات المعدنية في حدوث تشققات أو فقدان مقاومة التآكل.
غالبًا ما تتضمن إجراءات اللحام لبعض سبائك الألومنيوم تقليلًا عامًا في مدخلات الحرارة. بالنسبة لهذه المواد، يتم التحكم في أقصى درجات حرارة التسخين المسبق والتداخل لتقليل تأثير التلدين والشيخوخة على المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) والخسارة الناتجة في قوة الشد.
في التطبيقات الحرجة، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التسخين المسبق. في هذه المواقف، يتم استخدام أنظمة تسخين قابلة للتعديل ويتم توصيل أجهزة قياس الحرارة لمراقبة الجزء الذي يتم تسخينه. توفر هذه الأجهزة الحرارية إشارة إلى وحدة التحكم التي يمكنها التحكم في مصدر الطاقة المطلوب للتسخين. باستخدام هذا النوع من المعدات، يمكن التحكم في الجزء الذي يتم تسخينه وفقًا لتفاوتات ضيقة للغاية.
لماذا التسخين المسبق ضروري؟
بعض الأسباب الرئيسية للتسخين المسبق هي..
- لطرد الرطوبة من منطقة اللحام: يتضمن ذلك عادةً تسخين سطح المادة إلى درجة حرارة منخفضة نسبيًا، أعلى بقليل من نقطة غليان الماء. يؤدي هذا إلى تجفيف سطح الورقة وإزالة الملوثات غير المرغوب فيها التي قد تتسبب بخلاف ذلك في المسامية أو هشاشة الهيدروجين أو التشقق بسبب امتصاص الهيدروجين أثناء عملية اللحام.
- لتقليل التدرج في درجة الحرارة: تستخدم جميع عمليات اللحام بالقوس مراجع حرارية عالية الحرارة. يحدث فرق كبير في درجة الحرارة بين مصدر الحرارة المحلي والمادة الأساسية الباردة التي يتم لحامها. يتسبب هذا الفرق في درجة الحرارة في تمدد وانكماش حراري تفاضلي وإجهادات عالية حول المنطقة الملحومة. يقلل تقليل فرق درجة الحرارة عن طريق التسخين المسبق للمادة الأساسية من مشاكل التشوه والإجهاد المتبقي المفرط. إذا لم يتم إجراء التسخين المسبق، فقد يكون هناك فرق كبير في درجة الحرارة بين موقع اللحام والمادة الأم. يمكن أن يتسبب هذا في تبريد سريع، مما يؤدي بدوره إلى تكوين المارتنسيت واحتمال حدوث تشققات عند لحام بعض المواد ذات الصلابة العالية.
المعالجة الحرارية بعد اللحام
يتم استخدام أنواع مختلفة من المعالجات الحرارية بعد اللحام لأسباب مختلفة ومع مواد مختلفة.
- تقليل الإجهاد – عادة ما يتم استخدام المعالجة الحرارية بعد اللحام لتقليل الإجهاد. والغرض من تقليل الإجهاد هو إزالة أي إجهادات داخلية أو متبقية قد تكون موجودة أثناء اللحام. قد يكون تقليل الإجهاد بعد اللحام ضروريًا لتقليل خطر الكسر الهش، أو منع التشوه اللاحق أثناء التشغيل، أو القضاء على خطر التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
- الحصول على بنية معدنية مناسبة – قد تتطلب بعض أنواع الفولاذ السبائكي معالجة بالتسخين الحراري للحصول على بنية معدنية مناسبة. يتم إجراء هذه المعالجة بعد أن يبرد اللحام، ولكن في ظل ظروف معينة قد يلزم إجراء هذه المعالجة قبل أن يبرد اللحام لمنع التشقق.
- التطبيع بعد اللحام – يمكن تطبيع الهياكل الفولاذية الملحومة الخشنة للغاية، مثل تلك المستخدمة في عملية اللحام بالخبث الكهربائي، بعد اللحام. تعمل هذه المعالجة على تحسين بنية الحبيبات الخشنة، وتقليل الضغوط التي تحدث بعد اللحام، وإزالة أي مناطق صلبة في المنطقة المتأثرة بالحرارة.
- استعادة الخواص الأصلية – تتطلب سبائك التصلب بالترسيب، مثل سبائك الألومنيوم القابلة للمعالجة بالحرارة، في بعض الأحيان المعالجة الحرارية بعد اللحام لاستعادة خصائصها الأصلية. في بعض الحالات، يتم استخدام معالجة الشيخوخة فقط، على الرغم من أن المعالجة الحرارية الكاملة ومعالجة الشيخوخة الاصطناعية ستؤدي إلى استعادة أفضل للخصائص بعد اللحام.
- عند استخدام التسخين المسبق و/أو المعالجة الحرارية بعد اللحام في اللحام، من المهم أن يفهم مفتش اللحام هذه المتطلبات للتأكد من تنفيذها بشكل صحيح ووفقًا لمواصفات إجراءات اللحام ذات الصلة و/أو المتطلبات الواردة في المعيار.
