يمكن للأنبوب المزدوج المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ والمقاوم للتآكل تمامًا أن تتلف خصائصه بسبب بضع دقائق من اللحام السيئ. يجب الحفاظ بعناية على البنية المجهرية الفريدة ثنائية الطور التي تمنح الطباعة على الوجهين قوتها ومقاومتها أثناء كل وصلة يتم تصنيعها في الورشة أو الميدان. إن تحديد إجراء اللحام الصحيح لا يقتصر فقط على تجنب التسربات-إنما يتعلق أيضًا بالحفاظ على مقاومة التآكل التي اكتسبتها السبيكة بشق الأنفس في بيئات الكلوريد والأحماض القاسية.
الأساس المعدني: لماذا يختلف الدوبلكس؟
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (على سبيل المثال، UNS S32205، S31803 – عادة 2205) على خليط متوازن من حوالي50% أوستينيتو50% فريت. يوفر هذا الهيكل ثنائي الطور ما يلي:
قوة ميكانيكية عالية (حوالي ضعف قوة 316L).
مقاومة ممتازة للتكسير الناتج عن التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد (SCC).
مقاومة جيدة للتآكل والشقوق، يتم قياسها بواسطة PREN (رقم مكافئ لمقاومة الحفر) يبلغ 34-36.
أثناء اللحام، يتم ذوبان المادة ثم تصلب بسرعة. يحدد معدل التبريد والتاريخ الحراري توازن الطور النهائي في معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ). إذا كان الإجراء غير صحيح، يمكن أن تحدث ظاهرتان ضارتان:
فرط تكوين الفريت- يسمح التبريد البطيء أو الحرارة المرتفعة للفريت بالهيمنة، مما يقلل من المتانة ومقاومة التآكل.
هطول المراحل المعدنية- أبرزهامرحلة سيجما (σ).(FeCrMo) ومرحلة تشي (χ).والتي تتشكل في نطاق درجة حرارة 600-900 درجة. هذه المراحل غنية بالكروم والموليبدينوم، لذا فإن تكوينها يترك المصفوفة المحيطة مستنفدة في عناصر السبائك المهمة هذه. النتيجة: تقصف شديد وخسارة فادحة في مقاومة التآكل.
على العكس من ذلك، قد يؤدي إدخال الحرارة غير الكافية أو التبريد السريع جدًا إلى إنتاج الكثير من الأوستينيت، مما يقلل من القوة. ولذلك، يجب احترام نافذة المعالجة الضيقة.
المعلمات الرئيسية في إجراء لحام الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين
مناسبإجراء لحام مزدوج للفولاذ المقاوم للصدأ وتآكل الأنبوبتتحكم استراتيجية الوقاية في المتغيرات التالية بدقة.
1. اختيار المعادن حشو
يجب أن يتطابق معدن الحشو مع محتوى سبيكة المعدن الأساسي أو يتجاوزه للحفاظ على مقاومة التآكل وتوازن الطور. بالنسبة للطباعة على الوجهين 2205، يكون الحشو القياسي هوER2209(أونس S39209). تركيبته تحتوي على نسبة زائدة قليلاً من سبائك النيكل والنيتروجين مقارنةً بالمعدن الأساسي، مما يعزز تكوين الأوستينيت في رواسب اللحام. وهذا يعوض التأثير المفضل للفريت للتصلب السريع.
بالنسبة لدرجات الطباعة المزدوجة الفائقة (على سبيل المثال، 2507)، يتم استخدام معدن الحشو مثل ER2594. لا تستخدم أبدًا مادة حشو الأوستنيتي (على سبيل المثال، 308L، 316L) على المعدن الأساسي المزدوج؛ سيكون للحام الناتج خصائص تآكل خاطئة وقد يتشقق.
2. التحكم في إدخال الحرارة
إن الإدخال الحراري هو دالة للجهد والتيار وسرعة السفر. بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، يتراوح نطاق إدخال الحرارة الموصى به عادة بين0.5 و 2.5 كيلو جول لكل ملليمتر. إن المدخلات الحرارية المنخفضة جدًا تؤدي إلى خطر الاندماج غير الكامل أو الفريت الزائد؛ يؤدي إدخال الحرارة العالية جدًا إلى تعزيز التبريد البطيء، مما يسمح بتكوين مرحلة سيجما والفريت ليصبح خشنًا.
الهدف النموذجي لـ GTAW (لحام قوس غاز التنغستن) المكون من 2205 أنابيب هو0.5-1.5 كيلوجول/مم. بالنسبة إلى GMAW (لحام القوس المعدني الغازي) مع نقل الرش النبضي، قد تكون النطاقات الأعلى قليلاً (تصل إلى 2.0 كيلوجول/مم) مقبولة إذا تم التحكم بدقة في درجة حرارة الممر البيني.
3. درجة الحرارة البينية
يجب الحفاظ على درجة حرارة الممر البينى (درجة حرارة منطقة اللحام قبل المرور التالي).أقل من 150 درجة، وغالبًا ما تكون أقل من 100 درجة في التمريرات القليلة الأولى. تعمل درجات الحرارة البينية العالية على تجميع الحرارة، مما يزيد بشكل فعال من وقت التبريد ويعزز هطول الأمطار في مرحلة سيجما. بالنسبة للأنابيب ذات الجدران الرقيقة (على سبيل المثال، جدار 2-3 مم)، قد يكون تبريد الهواء الطبيعي بين الممرات كافيًا. بالنسبة للأقسام الأكثر سمكًا، يلزم تبريد الهواء القسري أو حتى الانتظار لفترة أطول بين التمريرات.
4. التدريع وتطهير الظهر
يجب حماية اللحامات المزدوجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من الأكسجين الجوي على كل من وجه اللحام وجانب الجذر. لحام الأنابيب:
غاز التدريع الأساسي- غالباً ما يستخدم الأرجون مع 1-3% نيتروجين. النيتروجين هو عامل استقرار الأوستينيت. تساعد إضافة نسبة صغيرة إلى غاز التدريع في الحفاظ على توازن الطور المطلوب في معدن اللحام.
تطهير الظهر– يتم تطهير الجزء الداخلي من الأنبوب باستخدام الأرجون النقي (أو الأرجون مع 2-5% نيتروجين) لمنع أكسدة حبة الجذر. ينتج تلوث الأكسجين قشور أكسيد الكروم التي تسبب استنفاد الكروم وفقدان مقاومة التآكل.
5. عملية وتقنية اللحام
تُفضل تقنيات القوس النبضي (GTAW النبضي أو GMAW النبضي) للأنابيب المزدوجة لأنها:
تقليل مدخلات الحرارة باستخدام تيار الذروة العالية تليها تيار الخلفية المنخفضة.
تحسين التحكم في حوض اللحام وتقليل مخاطر الاحتراق على الجدران الرقيقة.
إنتاج بنية مجهرية أدق وأكثر اتساقًا.
بالنسبة للحام اليدوي، يتم استخدام خرز سترينجر (تمرير مستقيم بدون نسج) بدلاً من خرز نسج عريض، مما يزيد من مدخلات الحرارة ويبطئ التبريد.
الخطوة الحاسمة: التنظيف بعد اللحام (التخليل والتخميل)
حتى اللحام المصنوع من مدخلات حرارية مثالية سيكون لهصبغة الحرارة(مقياس الأكسيد) على سطحه ومنطقة HAZ المجاورة. طبقة الأكسيد هذه مستنفدة للكروم لأن الكروم يتفاعل بشكل تفضيلي مع الأكسجين، مما يترك المعدن الأساسي بمحتوى أقل من الكروم. في هذه المنطقة المستنزفة، يبدأ التآكل والشقوق بسهولة في خدمة الكلوريد.
التنظيف بعد اللحام ليس اختياريًا.طريقتان فعالتان:
التخليل (الإزالة الكيميائية)
معجون التخليل أو الحمام- خليط من حمض النيتريك (HNO₃) وحمض الهيدروفلوريك (HF) يذيب الصبغة الحرارية ويزيل الطبقة المستنفدة للكروم. بالنسبة للأنابيب، يتم دهن معجون التخليل على منطقة اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، ويترك لفترة محددة (على سبيل المثال، 15-60 دقيقة)، ثم يشطف جيدًا بالماء.
تخليل الغمر- بالنسبة لتجميعات الأنابيب الصغيرة أو قطع البكرات، يكون الغمس في حمام التخليل الساخن أكثر تجانسًا ولكنه يتطلب مرافق خاصة.
التنظيف الميكانيكي يليه التخميل
طحن أو تنظيف الأسنان بالفرشاة– يمكن إزالة الصبغة الحرارية باستخدام وسادات كاشطة دقيقة أو فرش غير معدنية (على سبيل المثال، فرش سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ تستخدم فقط على الطباعة على الوجهين، وليس على الفولاذ الكربوني أبدًا). يجب أن يزيل الطحن الطبقة الملونة بالكامل دون ترك جزيئات الحديد المدمجة.
التخميل– بعد التنظيف الميكانيكي، تتم معالجة السطح بمحلول حمض النيتريك أو حمض الستريك لاستعادة طبقة أكسيد الكروم السلبية. هذه الخطوة ضرورية لأن الطحن وحده يمكن أن يشوه المعدن ويترك سطحًا أقل حماية.
اللحام الجيد غير مرئي للتآكل- وهذا يعني أنه بعد التخليل المناسب، يجب أن يكون للحام وHAZ نفس المظهر ونفس مقاومة التآكل مثل الأنبوب الأصلي. إذا بقيت الصبغة الحرارية، فسيكون اللحام هو نقطة الفشل الأولى.
التحقق من جودة اللحام: قياس الفريت
للتأكد من أن إجراء اللحام قد حافظ على توازن الطور الصحيح، أنطاق الفريت(أداة الحث المغناطيسي) تستخدم لقياس محتوى الفريت في معدن اللحام و HAZ. النطاق المقبول للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج هو عادة30-70% فريت(توازن الأوستينيت). تستهدف العديد من المواصفات 40-60٪.
تشير القيم الأقل من 30% إلى زيادة الأوستينيت، مما يقلل من القوة.
تشير القيم التي تزيد عن 70% إلى زيادة في الفريت، مما يقلل من المتانة وقد يشير إلى وجود مرحلة سيجما (سيجما غير مغناطيسي، ولكن نسبة الفريت تنخفض مع تشكل سيجما؛ يمكن أن تكون قراءة الفريت المنخفضة أو غير المتسقة بشكل غير متوقع دليلاً).
للتطبيقات الهامة، أالفحص المجهري(علم المعادن) يمكن إجراؤه على قسيمة ملحومة للتحقق من وجود مراحل بين المعادن. تظهر مرحلة سيجما على شكل راسب ممتلئ أو محدد داخل حبيبات الفريت.
الأخطاء الشائعة وكيفية تجنبها
| خطأ | عاقبة | وقاية |
|---|---|---|
| باستخدام معدن حشو 308L أو 316L | يتمتع اللحام بمقاومة ضعيفة للتآكل وقد يتشقق | استخدم دائمًا حشوة الطباعة المزدوجة المتطابقة (ER2209 لـ 2205) |
| مدخلات حرارة زائدة (أعلى من 2.5 كيلوجول/مم) | مرحلة سيجما هطول الأمطار، التقصف، انخفاض PREN | حساب مدخلات الحرارة، واستخدام القوس النبضي، والحد من سرعة السفر |
| درجة حرارة البينية فوق 150 درجة | الحرارة المتراكمة تعزز سيجما | قياس مع الحرارية. السماح بالتبريد بين التمريرات |
| لا يوجد تطهير خلفي على جذر الأنبوب | تتأكسد حبة الجذر، ونضوب الكروم، وتآكل الشقوق | تطهير مع الأرجون أو خليط الأرجون والنيتروجين |
| ترك الصبغة الحرارية دون إزالة | يبدأ التآكل الموضعي عند حافة اللحام | مخلل أو نظيف ميكانيكيًا وخاملًا |
| استخدام فرش من الصلب الكربوني أو عجلات الطحن | يؤدي تلوث الحديد إلى التآكل الجلفاني | استخدم أدوات مخصصة من الفولاذ المقاوم للصدأ، ويفضل استخدامها على الوجهين فقط |
مواصفات إجراءات اللحام (WPS) والتأهيل
لأي تطبيق صناعي، رسميمواصفات إجراءات اللحام (WPS)يجب أن يتم تطويره وتأهيله وفقًا لرمز مثل ASME القسم IX أو AWS D1.6 أو ISO 15614. يجب أن ينص WPS الخاص بأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة بشكل صريح على ما يلي:
درجة المعدن الأساسي ونطاق السماكة.
تصنيف معادن الحشو (على سبيل المثال، ER2209).
عملية اللحام (GTAW، GMAW، أو SMAW).
التدريع تكوين الغاز ومعدل التدفق.
تطهير الغاز الخلفي وطريقة.
المعلمات الكهربائية (الجهد والتيار وسرعة السفر) مع نطاق إدخال الحرارة.
حد درجة الحرارة البينية (على سبيل المثال، 150 درجة كحد أقصى).
متطلبات التسخين المسبق (عادةً لا شيء للطباعة على الوجهين إلا إذا كانت درجة الحرارة المحيطة أقل من 5 درجات).
إجراءات التنظيف بعد اللحام (معجون التخليل أو الغمر أو الميكانيكي + التخميل).
معايير القبول لمحتوى الفريت (على سبيل المثال، 30-70% من الفريت في معدن اللحام).
يتضمن اختبار التأهيل الاختبارات الميكانيكية (الشد والانحناء) واختبارات التآكل (على سبيل المثال، اختبار تأليب كلوريد الحديديك وفقًا لمعيار ASTM G48). لحام الأنابيب، أاختبار الهيدروستاتيكيأوالتفتيش الحالي الدوامةقد تكون هناك حاجة أيضا.
اعتبارات اللحام الميداني
يعد لحام الأنابيب المزدوجة في الحقل (على سبيل المثال، للإصلاحات أو عمليات الربط) أكثر صعوبة من اللحام في الورش لأن التحكم البيئي أصعب. ويجب إيلاء اهتمام خاص لما يلي:
التدريع الرياح– استخدام العدسات والشاشات الغازية لمنع انقطاع الغاز التدريعي.
مراقبة درجة الحرارة- موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء أو البيرومترات الاتصالية للتحقق من درجة حرارة الممرات البينية.
تطهير- بالنسبة للأنابيب ذات القطر الكبير، قد يكون تطهير الطول بالكامل غير عملي؛ ويمكن استخدام سد التطهير الموضعي (سدادات مطاطية قابلة للنفخ).
تخليل– تتوفر معاجين التخليل الميدانية. ويجب تطبيقها وتحييدها بعناية لتجنب الجريان السطحي على المعدات المحيطة.
الخلاصة: جودة المادة لا تكون إلا بجودة الأيدي التي انضمت إليها
يعد اختيار إجراء اللحام الصحيح لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة أمرًا ضروريًا لتجنب الفقدان الكارثي لمقاومة التآكل. يمكن أن يتم تدمير البنية المجهرية المتوازنة من الأوستينيت والفريت، والتي تمنح الوجهين قوته ومقاومته للتنقر، عن طريق الحرارة المفرطة المدخلة، أو درجات الحرارة البينية المرتفعة، أو معادن الحشو غير المتطابقة، أو وجود صبغة حرارية مستنفدة للكروم. إجراء منضبط-يتم التحكم في إدخال الحرارة (عادة 0.5–2.5 كيلوجول/مم)، ودرجة حرارة الممر البينية أقل من 150 درجة، وحشو ER2209 للمعدن الأساسي 2205، والتطهير الخلفي الخامل، والتخليل الشامل بعد اللحام-يضمن احتفاظ منطقة اللحام بنفس أداء التآكل مثل الأنبوب الأصلي. يؤكد التحقق عن طريق قياس الفريت (30-70% فريت) النجاح. جودة المادة جيدة بقدر جودة الأيدي التي تنضم إليها؛ اللحام الذي تم تنفيذه بشكل جيد يكون غير مرئي للتآكل.
