عند لحام أجزاء سميكة (ألواح أو أنابيب) معًا، يجب إجراء اللحام على السُمك الإجمالي للجزء لضمان الاستمرارية الميكانيكية للتجميع. لتحقيق ذلك، يتم عمل حافة مشطوفة على أسطح العناصر المراد ربطها قبل لحامها معًا.
اللحام الطرفي للأنابيب هو أمر خاص لأن اللحام لا يستطيع عادةً الوصول إلى داخل اللحام. لذلك، يجب إجراء جميع أعمال اللحام من الخارج، وبالتالي يجب تحضير الحواف وفقًا لذلك.
تعطي معايير اللحام المختلفة بشكل عام التعليمات التي يجب اتباعها فيما يتعلق بهندسة الشطب.
تتناول هذه المقالة الاستعدادات الأكثر شيوعًا في الصناعة، اعتمادًا على سمك جدار الأنابيب التي سيتم لحامها معًا.
تشكيل حافة مشطوفة على نهاية الأنبوب
1. الشطب
الشطب هو عملية إنشاء سطح مشطوف مسطح في نهاية الأنبوب. تتيح الفتحة التي تم إنشاؤها بواسطة الشطب للحام الوصول إلى السُمك الإجمالي لجدار الأنبوب وتسمح له بإجراء لحام موحد يضمن الاستمرارية الميكانيكية للتجميع. يتم إجراء تمريرة جذرية في قاعدة الشطب، والتي تشكل الأساس لملء زاوية الأخدود التي تشكلها الشطبتان. يتم تشكيل الشطبتان من خلال عمليات لحام متتالية.
2. مواجهة
يُطلق مصطلح “التسوية” على عملية إنشاء سطح مستوٍ في نهاية الأنبوب. وتسهل عملية التسوية المناسبة محاذاة الأنابيب قبل اللحام، كما تساعد في الحفاظ على فجوة ثابتة بين الأجزاء، بالإضافة إلى فجوة ثابتة بين الأجزاء. وهما من المعايير الأساسية للحفاظ على تدفق اللحام الصحيح وضمان اختراق طبقة الجذر بالكامل في اللحام.
3. ثقب داخلي
يمكن أن تؤدي تحمّلات تصنيع الأنابيب إلى اختلاف السُمك عبر محيط الأنبوب. يمكن أن يؤدي هذا إلى اختلافات في سمك المستوى الأرضي عند تصنيع الحافة المشطوفة. لذلك، يوصى عمومًا بالثقب المضاد في إجراءات اللحام. تتضمن المعالجة تشغيلًا خفيفًا للسطح الداخلي للأنبوب لضمان أن يكون للأرض أو المستوى الأرضي عرض ثابت عبر محيط الأنبوب بالكامل. يجعل عرض الأرض الثابت من السهل تطبيق تمريرة الجذر. هذه المعلمة ضرورية عند استخدام عمليات اللحام الآلية لأن الآلة غير قادرة على تقييم وتعويض كل مخالفة محتملة على الأرض، وهو ما لا يحدث بالطبع مع اللحام اليدوي.
أنواع مختلفة من الحواف
نطاق السُمك t ≤ 3 مم: إذا كان اللحام الطرفي مطلوبًا للأنابيب ذات السُمك الجداري الأقل من 3 مم، فإن تشطيب نهاية الأنبوب ليس ضروريًا بشكل عام. تتمتع تقنيات اللحام بالقوس بالقدرة على المرور عبر العمق الكامل للأنبوب في تمريرة واحدة.
عند استخدام تقنية اللحام الآلي (اللحام المداري أو عملية ذات مصادر عالية)، يجب مواجهة نهاية الأنبوب للتأكد من أن حواف اللحام عمودية تمامًا. اعتمادًا على التطبيق أو العملية المستخدمة، ستكون الفجوة بين الأقسام بين g=1/2t وg=0 (خاصة بالنسبة للعمليات ذات مصادر الطاقة عالية الكثافة).
نطاق السُمك 3 ≤ t ≤ 20 مم: بالنسبة لسمك الجدار الذي يزيد عن 3 مم، لا يمكن للمعدن الملحوم اختراقه بالكامل بشكل عام، ويجب عمل حافة مشطوفة حتى يتمكن اللحام من إنشاء ممر جذر في أسفل اللحام، والذي يتم ملؤه بعد ذلك بمرور لحام إضافي واحد أو أكثر. يتم عمل الممر الجذري باستخدام عملية لحام توفر أفضل احتراق ممكن (يتم استخدام الممر الجذري كقاعدة للحامات اللاحقة).
الزوايا الأكثر شيوعًا للأخاديد على شكل حرف V هي 60 درجة و75 درجة، اعتمادًا على عملية اللحام التي سيتم تطبيقها. بشكل عام، يلزم وجود أرض بعرض معين وفجوة بين الأجزاء المراد لحامها. يعتمد كلاهما على عملية اللحام واللحام نفسه.
ومع ذلك، تتطلب بعض السماكات في أغلب الأحيان تحضيرات الأخدود على شكل “J” (انظر التفاصيل أدناه). وهذا هو الحال بشكل خاص عند استخدام عمليات اللحام المداري، وهو أيضًا النوع الطبيعي من التحضير عند لحام السبائك مثل الدوبلكس أو الإينكونيل.
نطاق السُمك 20 مم ≤ t: مع زيادة سماكة جدار الأجزاء المراد لحامها، تزداد كمية المعدن المراد لحامه في حبة اللحام وفقًا لذلك. ولمنع عمليات اللحام من أن تكون طويلة جدًا ومكلفة للغاية من وجهة نظر العمالة والمواد الاستهلاكية، يجب إجراء الاستعدادات للوصلات الملحومة ذات السُمك الأكبر من 20 مم باستخدام حواف مشطوفة تسمح بتقليل الحجم الإجمالي للحواف المشطوفة.
الأخاديد ذات الزاوية المزدوجة على شكل حرف V (أو الأخاديد المركبة على شكل حرف V): الحل الأول لتقليل الشطبة هو تغيير زاوية الأخدود. يتم الجمع بين زاوية أولية 30 درجة أو 37.5 درجة مع زاوية ثانية، عادة ما تكون بين 5 درجات و15 درجة. يجب الحفاظ على الزاوية الأولية 30 درجة أو 37.5 درجة لمنع الأخدود من أن يصبح ضيقًا للغاية ومنع اللحام من تمرير الجذر.
الأخاديد ذات الزاوية المفردة والمزدوجة على شكل حرف J: الحل الثاني لتقليل حجم الحافة المشطوفة بشكل كبير، وبالتالي تقليل كمية المعدن المستخدم في اللحام أثناء تحضير الأخدود على شكل حرف J. تتكون الأخاديد ذات الزاوية المفردة على شكل حرف J من زاوية تتراوح عادة بين 5° و20°، ونصف قطر الأخدود (r) وارتفاع الأرض (e). يجعل العنصر الأخير عملية تمرير الجذر أسهل من خلال منح اللحام وصولاً أفضل إلى الأرض.
بالنسبة للصناديق ذات الجدران السميكة للغاية، يمكن عمل أخاديد على شكل حرف “J” بزاوية مركبة. وعادةً ما يتم عمل الزاوية الأولى عند 20 درجة والثانية عند 5 درجات. وعادةً ما يتم لحام أخاديد حرف “J” أو الأخاديد المركبة على شكل حرف “J” بفجوة صغيرة جدًا أو صفرية (g) بين الأقسام.