المشاكل الشائعة في اللحام عالي التردد لأنابيب الصلب

الأنبوب فولاذي عالي الترددتُعدّ وحدة اللحام المعدات الأساسية في خط إنتاج اللحام عالي التردد، وتتطلب خبرة فنية عالية. يؤثر أي خلل في ضبطها بشكل مباشر على جودة أنابيب الصلب الملحومة. تستخدم هذه المقالة لحام البثق بخمس بكرات كمثال لتوضيح المشاكل الشائعة في اللحام عالي التردد وأسبابها.

أولاً، شكل النتوء الخارجي
تتشكل النتوءات الخارجية نتيجة التسخين عالي التردد وبثق حافة الصفيحة. ويتأثر شكل هذه النتوءات بعوامل مثل حجم البثق أثناء اللحام، وقوة اللحام، وشكل حافة الصفيحة. لذا، يُعد شكل النتوءات الخارجية المؤشر الأكثر وضوحًا لجودة اللحام، ويمكن استخدامه لتقييمها.

1. نتوء خارجي منتظم: يتحقق شكل النتوء الخارجي الجيد عندما يتخذ النتوء المعدني المبثوق شكلاً يشبه الفطر، متداخلاً مع النتوء المعدني المشوه ومندمجاً معه جزئياً. ينتج عن ذلك لحام ذو منطقة متأثرة بالحرارة متوسطة العرض.
٢. النتوءات الخارجية المسطحة: تظهر نتوءات المعدن المبثوق على شكل رقائق تغطي نتوءات المعدن المشوه، لتشكل نتوءًا مسطحًا مقوسًا يستقر على سطح أنبوب الصلب الملحوم. قد تؤدي هذه الحالة بسهولة إلى منطقة متأثرة بالحرارة واسعة جدًا في منطقة اللحام. وتكون نتوءات المعدن المشوه وفيرة نسبيًا، بينما تكون نتوءات المعدن المبثوق قليلة نسبيًا أو معدومة. وهذا يمنع إزالة الشوائب من اللحام، وقد يؤدي إلى تشققات أثناء اختبار التسطيح. في المقابل، قد تؤدي كلتا الحالتين بسهولة إلى منطقة متأثرة بالحرارة ضيقة جدًا في منطقة اللحام.

السبب: بشكل عام، عند ثبات معدل البثق، تساهم طاقة اللحام العالية في زيادة نسبة النتوءات المعدنية المبثوقة إلى إجمالي حجم النتوءات الخارجية، ويصبح شكل النتوءات أكثر تسطحًا. عند ثبات طاقة اللحام، تساهم معدلات البثق العالية في زيادة نسبة النتوءات المعدنية المشوهة إلى إجمالي حجم النتوءات الخارجية، وتصبح النتوءات أكثر استقامة. تتطلب معدلات البثق المنخفضة طاقة لحام أقل لضمان جودة اللحام؛ وعلى العكس، تتطلب معدلات البثق العالية طاقة لحام أعلى لضمان جودة اللحام. مع ذلك، فإن انخفاض معدل البثق بشكل مفرط يعيق إزالة شوائب اللحام، بينما قد يؤدي ارتفاعه بشكل مفرط إلى بثق مفرط للمعدن المنصهر، مما ينتج عنه لحام بارد.
3. نتوءات خارجية مائلة. السبب: يؤدي عدم محاذاة حافتي الصفيحة أثناء اللحام التناكبي إلى حالات إجهاد مختلفة، مما يتسبب في انضغاط المعدن المنصهر وانحرافه عن موضعه الأصلي.

ثانياً، تأثير شكل حافة الشريط على جودة اللحام.
1. شكل حافة الشريط. طريقة تحديد شكل حافة الشريط:
اختبار اللحام الجزئي: يُجرى هذا الاختبار على عينة لحام جزئي بتردد عالٍ. تُعرف عينة اللحام الجزئي بأنها الجزء من حافة اللحام التناكبي حيث ينتقل اللحام من اللحام التناكبي إلى اللحام الانصهاري. باستخدام جهاز اختبار التسطيح، تُكسر عينة اللحام الجزئي على طول خط اللحام، مما يكشف عن منطقتين متميزتين: منطقة اللحام الانصهاري والمنطقة غير المنصهرة. يظهر كسر منطقة اللحام الانصهاري بلون أبيض فضي، بينما تظهر المنطقة غير المنصهرة بلون أزرق داكن. يشكل الحد الفاصل بين المنطقتين منحنى على شكل حرف C.
٢. لاحظ درجة زوايا خطوط الانسياب العلوية والسفلية في علم المعادن عالي التردد للحام. بشكل عام، يُلاحظ شكل V موجب عندما تكون زاوية خط الانسياب السفلي أكبر من زاوية خط الانسياب العلوي؛ ويُلاحظ شكل I عندما تكون زوايا خط الانسياب العلوي والسفلي متساوية أو متقاربة؛ ويُلاحظ شكل V مقلوب عندما تكون زاوية خط الانسياب العلوي أكبر من زاوية خط الانسياب السفلي.
3. عدم محاذاة شكل الحافة وضبطها. يُعد عدم محاذاة حواف الصفيحة (المعروف أيضًا باسم لحام التراكب) عاملًا مهمًا يؤثر على جودة اللحام. في حال حدوث عدم محاذاة نتيجةً لضبط غير صحيح، يقل سُمك جدار اللحام الفعال، مما يؤدي بسهولة إلى تركيز الإجهاد.

أسباب عدم المحاذاة أثناء لحام الأنابيب الفولاذية هي:
(1) في معظم الحالات، يكون السبب هو اختلاف ارتفاعي بكرتي البثق العلويتين. لذلك، يمكن تصحيح ذلك عن طريق ضبط ارتفاع إحدى بكرتي البثق العلويتين.
(2) أحيانًا يكون السبب هو اختلاف ارتفاعات بكرات حافة البثق في اللحام. ويمكن تصحيح ذلك بإضافة أو إزالة حشوات معدنية في أسفل أو جانب إطار بكرة حافة البثق.
ينتج عدم المحاذاة عن اختلاف زوايا حواف الصفيحة الملحومة. قد يؤدي هذا الخلل بسهولة إلى انحراف نتوء اللحام إلى جانب واحد. يُظهر الفحص المعدني للحام عالي التردد خط انصهار منحنيًا أو زوايا انسيابية غير متماثلة على جانبي خط الانصهار. أسباب هذا الخلل هي:
(1) يكون موضع بكرة اللحام العلوية غير متناظر على طول مركز الدرفلة لأنبوب الصلب الملحوم، مما يؤدي إلى تطبيق قوتين غير متساويتين من بكرتي اللحام العلويتين على حافتي الصفيحة. يمكن تعديل إطار بكرة اللحام العلوية أفقيًا بحيث تتحرك البكرة إلى اليسار أو اليمين في الوقت نفسه، وفي النهاية يصبح اللحام في مركز بكرة اللحام العلوية (الشكل 12). (2) يختلف ارتفاع بكرتي اللحام الجانبيتين أو يكون إطار بكرة اللحام مائلًا.
(3) أسباب تتعلق بجودة حافة اللوحة. تحتوي الشريط على عيوب مثل الانحناء الهلالي والانحناء المتموج، أو أن حافة الشريط مهترئة من جانب واحد.
أسباب التواء اللحام:
(1) تختلف ارتفاعات بكرات اللحام الجانبية، ويمكن تصحيح ذلك عن طريق إضافة أو إزالة الحشيات المعدنية في الجزء السفلي أو الجانبي من إطار البكرة الأفقية.
(2) إن مواضع بكرات البثق الجانبية غير متماثلة على طول مركز الدرفلة لأنبوب الصلب الملحوم، مما يؤدي إلى قوى غير متساوية تطبقها بكرات البثق الجانبية على كتلة الأنبوب، مما يتسبب في التواء كتلة الأنبوب.
(3) تلف المحامل أو لوحات التوجيه الخاصة بأسطوانات التشطيب، مما يؤدي إلى عدم القدرة على التحكم في التواء اللحام.
(4) إذا تم ضبط موضع بكرة التوجيه على ارتفاع عالٍ جدًا في الاتجاه الرأسي، فإن جزءًا فقط من فتحة بكرة التوجيه يلامس قضيب الصلب، مما يؤدي إلى تطبيق قوة غير كافية على قضيب الأنبوب، وبالتالي لا يمكن التحكم في التواء البكرة، أو قد تتلف بكرة التوجيه أو المحمل. ثالثًا، الانبعاجات والحفر في أنابيب الصلب: هناك نوعان من الانبعاجات. الأول هو انبعاج خطي، ينتج عن ضبط غير صحيح لموضع البكرة؛ والآخر هو انبعاج هلالي الشكل، ينتج عن الانتفاخات الناتجة عن تآكل البكرة. أما الحفر الموجودة على أنابيب الصلب فتنتج عادةً عن الانتفاخات الموجودة على البكرة وطبقة الأكسيد الملتصقة بها.

1. انحراف خطي
(1) الانبعاج الخطي المستمر: ينتج عن عدم تطابق مواضع البكرات فيما بينها، ويظهر غالبًا بين فجوات البكرات. يُعد الانبعاج بين البكرة العلوية والبكرة الجانبية أكثر أنواع الانبعاج شيوعًا. بالإضافة إلى ذلك، قد تُحدث البكرة الجانبية والبكرة السفلية انبعاجات أيضًا.
السبب: يحدث ذلك بشكل عام بسبب عدم تطابق مواضع بكرات الأسطوانة الجانبية والأسطوانة العلوية.
طريقة الضبط: يمكن ضبطها عن طريق رفع موضع بكرة البثق العلوية أو تقليل المسافة بين البكرتين الجانبيتين.
السبب: يحدث ذلك بشكل عام بسبب عدم تطابق مواضع بكرات الأسطوانة الجانبية والأسطوانة السفلية.
طريقة الضبط: يمكن ضبطها عن طريق خفض موضع بكرة البثق السفلية أو تقليل المسافة بين البكرتين الجانبيتين.
السبب وطريقة التعديل:
أ. ارتفاع إحدى بكرات البثق العلوية منخفض جدًا. اضبط ارتفاع بكرة البثق العلوية الوحيدة.
ب. يكون موضع بكرة البثق الجانبية غير متماثل. وبسبب اختلاف القوى، يمكن شد البكرة الجانبية على الجانب الذي يحدث فيه الانبعاج، أو إرخاء البكرة الجانبية على الجانب الذي لا يحدث فيه الانبعاج.
ج. تنتج البكرات الجانبية عن اختلاف الارتفاعات.
د. المسافة بين بكرتي البثق العلويتين واللحام غير متساوية بسبب عدم محاذاة بكرتي البثق العلويتين. اضبط إطار بكرة البثق العلوي أفقيًا.
(2) انخفاض خطي غير متصل. الأسباب الشائعة:
أ. بشكل عام، يكون محمل الأسطوانة تالفًا.
ب. في الأسطوانة المنقسمة، ينحرف مكون الأسطوانة عن موضعه الأصلي بسبب الكسر الجزئي لمسمار الأسطوانة.
٢. الانبعاج الهلالي: عادةً ما يكون سطح الأسطوانة متآكلاً، مما يؤدي إلى عدم انتظام سطح التلامس، وبالتالي ظهور انبعاج هلالي الشكل على الأنبوب الفولاذي. يظهر هذا الانبعاج عادةً عند الموضع الذي يكون فيه نصف قطر الأسطوانة أكبر ما يمكن، وذلك لأن السرعة الخطية للأسطوانة تكون في أعلى مستوياتها، وبالتالي يكون الاحتكاك في أعلى مستوياته. ويمكن إزالة هذا الانبعاج الهلالي عن طريق التجليخ أثناء التشغيل.
3. الحفر
السبب الأول: نتوء على الأسطوانة يتسبب في حدوث حفرة في الأنبوب الفولاذي. والسبب هو نفسه سبب حدوث انبعاج على شكل هلال.
السبب الثاني: انبعاج ناتج عن أسطوانة التشكيل. نتيجةً للمعالجة الحرارية متوسطة التردد عند خط اللحام، تتشكل كمية كبيرة من طبقة الأكسيد. بعد مرور الأنبوب عبر أسطوانة التشكيل، تلتصق هذه الطبقة بسطحها. إذا لم يكن رذاذ المستحلب في الوضع الصحيح أو كان تدفقه منخفضًا جدًا، فلن تُزال الطبقة. مع مرور الوقت، تتراكم الطبقة، مما يؤدي في النهاية إلى ظهور حفر بالقرب من خط لحام الأنبوب الفولاذي الملحوم.

رابعًا: شرارة عالية التردد
يُعدّ الشرر عالي التردد شائعًا جدًا في اللحام عالي التردد، مما يؤثر بشكل خطير على جودة اللحام وقد يتسبب في إيقاف تشغيل وحدة اللحام.
الأسباب الشائعة:
1. بسبب شوائب أكسيد المعادن في المستحلب، يمكن أن تتسبب بعض أكاسيد المعادن في حدوث اتصال كهربائي بين المكونات المعزولة أثناء تبريد الأسطوانات.
٢- نتوءات على حواف الصفيحة بعد القطع. يمكن أن تتداخل هذه النتوءات بسهولة قبل لحام الزاوية على شكل حرف V، مما يتسبب في حدوث شرارات.
3. يؤدي الاستخدام المطوّل لبكرات FP إلى تآكل شديد في شفرات منع التسرب، مما ينتج عنه أخاديد في أسفل الشفرات. هذه الفجوة بين الأخاديد والمنطقة غير المتآكلة تُسبب نتوءات على حافة الصفيحة نتيجة القص. تتداخل هذه النتوءات قبل اكتمال لحام الزاوية على شكل حرف V، مما يُسبب شرارات.
4. يمكن أن يتسبب تراكم الأوساخ بالقرب من ملفات الحث أثناء التشغيل طويل الأمد بسهولة في حدوث اتصال كهربائي وشرارات.
5. قد يؤدي التركيب غير الصحيح لمكونات جهاز الحث إلى وصلات غير محكمة أو تلف مكونات العزل بسبب التشغيل طويل الأمد.

تساهم عوامل عديدة في جودة تشكيل أنابيب الصلب الملحومة، بما في ذلك شكل حافة الشريط، وعدم المحاذاة، وتكوين النتوءات الداخلية والخارجية، وبثق اللحام، ودرجة حرارة اللحام، والمقاومة الكهربائية، ومياه التبريد، واختبارات المجهر المعدني للحام عالي التردد. ولا يمكن تقييم حالة اللحام بسرعة ودقة إلا من خلال فهم شامل لجميع العوامل المؤثرة على لحام التشكيل.