تحليل عناصر العملية المؤثرة على الأنابيب الملحومة طولياً عالية التردد

المعايير الرئيسية لعملية التردد العاليأنبوب ملحوم ذو درز مستقيمتشمل هذه العوامل مدخلات حرارة اللحام، وضغط اللحام، وسرعة اللحام، وزاوية الفتح، وموضع وحجم ملف الحث، وموضع المعاوقة، وغيرها. لهذه العوامل تأثير كبير على تحسين جودة منتجات الأنابيب الملحومة بتردد عالٍ، وكفاءة الإنتاج، والطاقة الإنتاجية للوحدة. ويمكن أن يُمكّن التوفيق بين هذه العوامل المصنّعين من تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة.

1. مدخلات حرارة اللحام: في لحام الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم عالي التردد، تحدد قدرة اللحام كمية مدخلات حرارة اللحام. عندما تكون الظروف الخارجية ثابتة وتكون مدخلات الحرارة غير كافية، لا تصل حافة الشريط المسخن إلى درجة حرارة اللحام، وتبقى بنية صلبة تُشكل لحامات باردة لا تندمج. ينتج عن نقص الاندماج هذا قلة مدخلات حرارة اللحام. ويتجلى هذا النقص عادةً في فشل اختبار التسطيح، أو انفجار الأنبوب الفولاذي أثناء الاختبار الهيدروليكي، أو تشقق خط اللحام أثناء تقويم الأنبوب الفولاذي، وهو عيب خطير. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر مدخلات حرارة اللحام بجودة حافة الشريط. على سبيل المثال، عند وجود نتوءات على حافة الشريط، تتسبب هذه النتوءات في اشتعال قبل وصولها إلى نقطة اللحام في بكرة البثق، مما يؤدي إلى فقدان قدرة اللحام وانخفاض مدخلات الحرارة، وبالتالي عدم اندماج اللحام أو الحصول على لحامات باردة. عندما تكون الحرارة المُدخلة مرتفعة للغاية، تتجاوز حافة الشريط المُسخّن درجة حرارة اللحام، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أو حتى احتراقها، وقد يتشقق اللحام بعد تعرضه للإجهاد، وأحيانًا يتناثر المعدن المنصهر مُشكّلاً ثقوبًا نتيجةً لانهيار اللحام. وتتجلى هذه العيوب، مثل ثقوب الرمل والثقوب الناتجة عن الحرارة المُدخلة الزائدة، بشكل رئيسي في عدم اجتياز اختبارات التسطيح بزاوية 90 درجة، وعدم اجتياز اختبارات الصدم، وانفجار أو تسرب الأنابيب الفولاذية أثناء الاختبارات الهيدروليكية.

٢. ضغط اللحام (تقليل القطر): يُعد ضغط اللحام العامل الرئيسي في عملية اللحام. بعد تسخين حافة الشريط إلى درجة حرارة اللحام، تتحد ذرات المعدن لتشكيل لحام تحت تأثير قوة ضغط أسطوانة البثق. يؤثر مقدار ضغط اللحام على قوة ومتانة اللحام. فإذا كان ضغط اللحام منخفضًا جدًا، لا تندمج حافة اللحام بشكل كامل، ولا يمكن تصريف أكاسيد المعدن المتبقية في اللحام لتشكيل شوائب، مما يقلل بشكل كبير من قوة شد اللحام، ويسهل تشققه عند تعرضه للإجهاد. أما إذا كان ضغط اللحام مرتفعًا جدًا، فسيتم بثق معظم المعدن الذي يصل إلى درجة حرارة اللحام، مما لا يقلل فقط من قوة ومتانة اللحام، بل يُنتج أيضًا عيوبًا مثل النتوءات الداخلية والخارجية الزائدة أو اللحام التراكبي. يُقاس ضغط اللحام ويُحدد عادةً من خلال تغير قطر أنبوب الصلب قبل وبعد أسطوانة البثق، بالإضافة إلى حجم وشكل النتوءات. تأثير قوة بثق اللحام على شكل النتوءات. عند زيادة قوة البثق، يكون التناثر كبيرًا، وكمية المعدن المنصهر المتدفقة كبيرة، مما يؤدي إلى ظهور نتوءات كبيرة ومقلوبة على جانبي اللحام. أما عند انخفاض قوة البثق، فيكاد ينعدم التناثر، وتكون النتوءات صغيرة ومتراكمة. وعند استخدام قوة بثق معتدلة، تكون النتوءات المتشكلة عمودية، ويتراوح ارتفاعها عادةً بين 2.5 و3 مم. عند التحكم الأمثل في قوة البثق، يكون انسياب المعدن في خط اللحام متناظرًا من الأعلى إلى الأسفل، ومن اليمين إلى اليسار، وتتراوح الزاوية بين 55 و65 درجة. يُحسّن التحكم الأمثل في قوة البثق شكل انسياب المعدن في خط اللحام.

3. سرعة اللحام: تُعدّ سرعة اللحام من أهمّ معايير عملية اللحام، وهي مرتبطة بنظام التسخين، وسرعة تشوّه اللحام، وسرعة تبلور ذرات المعدن. في اللحام عالي التردد، تتحسّن جودة اللحام مع زيادة سرعة اللحام، لأنّ تقليل زمن التسخين يُضيّق نطاق منطقة التسخين الطرفية ويُقلّل من زمن تكوّن أكاسيد المعدن. أما عند خفض سرعة اللحام، فلا يقتصر الأمر على اتساع نطاق التسخين، أي اتساع المنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام، بل يتغيّر عرض منطقة الانصهار تبعًا لكمية الحرارة المُدخلة، كما تتكوّن نتوءات داخلية أكبر. يختلف عرض خط الانصهار باختلاف سرعات اللحام. عند اللحام بسرعة منخفضة، يُؤدّي انخفاض كمية الحرارة المُدخلة إلى صعوبات في اللحام. كما يتأثر اللحام بجودة حافة اللوح وعوامل خارجية أخرى، مثل مغناطيسية المعاوقة، وزاوية الفتح، وغيرها، ممّا يُسهّل حدوث عيوب متعدّدة. لذلك، أثناء اللحام عالي التردد، يجب اختيار أسرع سرعة لحام للإنتاج وفقًا لمواصفات المنتج في ظل الظروف التي تسمح بها سعة الوحدة ومعدات اللحام.

4. زاوية الفتح: تُعرف زاوية الفتح أيضًا بزاوية اللحام V، وهي الزاوية بين حافة شريط الفولاذ أمام أسطوانة البثق. تتراوح زاوية الفتح عادةً بين 3 و6 درجات. يتحدد حجم زاوية الفتح بشكل أساسي بموضع أسطوانة التوجيه وسُمك لوحة التوجيه. يؤثر حجم زاوية V بشكل كبير على استقرار اللحام وجودته. عند تقليل زاوية V، تقل المسافة بين حافة الشريط، مما يُعزز تأثير التقارب للتيار عالي التردد، وبالتالي يُمكن تقليل طاقة اللحام أو زيادة سرعة اللحام وتحسين الإنتاجية. أما إذا كانت زاوية الفتح صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى لحام مبكر، أي أن نقطة اللحام ستُضغط وتُصهر قبل الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، مما يُسهل تكوّن شوائب وعيوب اللحام البارد في اللحام، الأمر الذي يُقلل من جودة اللحام. على الرغم من زيادة استهلاك الطاقة مع زيادة زاوية V، إلا أنها تضمن استقرار تسخين حواف الشريط في ظروف معينة، وتقلل من فقدان الحرارة من الحواف، وتقلل من مساحة المنطقة المتأثرة بالحرارة. في الإنتاج الفعلي، ولضمان جودة اللحام، تُضبط زاوية V عادةً بين 4 و5 درجات.

٥. حجم وموضع ملف الحث: يُعد ملف الحث أداةً مهمةً في لحام الحث عالي التردد، ويؤثر حجمه وموضعه بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج. تتناسب الطاقة المنقولة من ملف الحث إلى الأنبوب الفولاذي طرديًا مع مربع الفجوة السطحية للأنبوب. إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، ستنخفض كفاءة الإنتاج بشكل كبير. يُختار حجم الفجوة عادةً حوالي ١٠ مم. يُحدد عرض ملف الحث وفقًا للقطر الخارجي للأنبوب الفولاذي. إذا كان ملف الحث عريضًا جدًا، سينخفض ​​حثه، وبالتالي سينخفض ​​جهد المحث، وستنخفض طاقة الخرج. أما إذا كان ملف الحث ضيقًا جدًا، فستزداد طاقة الخرج، ولكن سيزداد أيضًا فقد الطاقة الفعال في الأنبوب والملف نفسه. عمومًا، يُعد عرض ملف الحث الأمثل هو ١-١.٥ ضعف القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي (حيث D هو القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي). تكون المسافة بين الطرف الأمامي لملف الحث ومركز أسطوانة البثق مساوية لقطر الأنبوب أو أكبر منه بقليل، أي أن 1-1.2 ضعف القطر هو الأنسب. إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، سيقل تأثير زاوية الفتح، مما يؤدي إلى زيادة مسافة التسخين عند الحواف، وبالتالي لن تصل وصلة اللحام إلى درجة حرارة اللحام المطلوبة، مما يؤثر على عمرها الافتراضي.

٦. وظيفة المقاوم وموقعه: يُستخدم قضيب المغناطيس في المقاوم لتقليل التيار عالي التردد المتدفق إلى الجزء الخلفي من الأنبوب الفولاذي، وفي الوقت نفسه تركيز التيار لتسخين الزاوية V للشريط الفولاذي لضمان عدم فقدان الحرارة نتيجة تسخين جسم الأنبوب. في حال عدم وجود تبريد، سيتجاوز قضيب المغناطيس درجة حرارة كوري (حوالي ٣٠٠ درجة مئوية) ويفقد مغناطيسيته. بدون المقاوم، سينتشر التيار والحرارة المتولدة حول جسم الأنبوب بالكامل، مما يزيد من قوة اللحام ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم. لا يوجد تأثير حراري للمقاوم في الأنبوب الخام. يؤثر موضع المقاوم بشكل كبير على سرعة اللحام وجودته. وقد أثبتت التجربة أن أفضل نتيجة للتسوية تكون عندما يكون موضع الطرف الأمامي للمقاوم محاذيًا تمامًا لمحور بكرة البثق. عندما يتجاوز موضع المعاوقة خط مركز أسطوانة الضغط ويمتد إلى جانب آلة التشكيل، يقل تأثير التسطيح بشكل ملحوظ. أما عندما يكون موضعها أقل من خط المركز وعلى جانب أسطوانة التوجيه، تقل قوة اللحام. يُفضل وضع المعاوقة في الأنبوب الخام أسفل المحث، بحيث يتطابق رأسها مع خط مركز أسطوانة البثق أو يتم ضبطه على بُعد 20-40 مم في اتجاه التشكيل، مما يزيد من المعاوقة الخلفية للأنبوب، ويقلل من فقد التيار الدائري، وبالتالي يقلل من طاقة اللحام.