التشوه الحراري وتطور البنية المجهرية لأنابيب الصلب الملحومة ذات الجدران السميكة

أولًا، التشوه الحراري وتطور البنية المجهرية لأنابيب الصلب الملحومة ذات الجدران السميكة: تُعد أنابيب الصلب الملحومة ذات الجدران السميكة سبيكةً عالية الحرارة من النيكل مُقوّاة بالترسيب، يصعب تشكيلها. وهي مشابهة في تركيبها لسبيكة ЭИ929 السوفيتية السابقة، وتتميز بمستويات عالية من تقوية المحلول الصلب لعناصر السبيكة وتقوية طور γ' بالترسيب. تتمتع هذه الأنابيب بمقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل الحراري، بالإضافة إلى قوة خضوع وقوة شد وقوة زحف عالية عند درجات الحرارة المرتفعة. تُستخدم هذه الأنابيب بشكل أساسي في بيئات ذات درجات حرارة عالية وإجهادات معقدة ووسائط أكالة، مثل صناعة شفرات التوربينات لمحركات الطائرات. نظرًا لأن نطاق معايير المعالجة الحرارية لهذه السبيكة ضيق نسبيًا، فإن المشغولات المطروقة عند استخدامها في التشكيل الحراري لشفرات التوربينات تكون عرضةً للعيوب مثل عدم الاستقرار الهيكلي والتشققات، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الخردة. لذا، تُعدّ دراسة سلوك التشوه الحراري للسبيكة في ظل ظروف تشكيل ساخن مختلفة ذات أهمية بالغة للحصول على مشغولات مطروقة عالية الجودة. قام الباحثون بتحليل خصائص السلوك الريولوجي للسبيكة من خلال البيانات المُستقاة من اختبار الضغط عالي الحرارة لأنبوب فولاذي ملحوم سميك الجدران، ووضعوا المعادلة التكوينية لهذا الأنبوب ضمن نطاق مُعاملات التشكيل الساخن، ودرسوا تأثير درجة حرارة التشوه ومعدل الإجهاد على البنية المجهرية للسبيكة. المواد الخام المُستخدمة في التجربة هي قضبان مدرفلة على الساخن لأنابيب فولاذية ملحومة سميكة الجدران. تتكون البنية الأصلية بشكل أساسي من حبيبات متساوية المحاور بحجم يتراوح بين 10 و30 ميكرومتر. تم تشكيل القضبان إلى عينات أسطوانية بقطر 8 مم وطول 12 مم. تم عمل أخاديد ضحلة لتخزين مواد التشحيم عالية الحرارة على طرفي العينات. أُجريت تجارب الضغط متساوي الحرارة على جهاز اختبار Gleeble-1500. تتراوح درجات حرارة التشوه بين 1090 و1120 و1150 و1180 درجة مئوية، ومعدلات الإجهاد بين 0.1 و1 و10 و50 ثانية⁻¹، وتبلغ درجة التشوه القصوى حوالي 60%. خلال التجربة، يقوم جهاز الاختبار تلقائيًا بجمع وحساب بيانات الشوط والحمل والإجهاد والانفعال. بعد اكتمال التشوه، يتم تبريد العينة بالماء، ثم تُقطع طوليًا، وتُصقل، وتُلمّع، ثم تُعرّض للتآكل باستخدام محلول مكون من 20 غرامًا من كبريتات النحاس (CuSO₄) و5 مل من حمض الكبريتيك (H₂SO₄) و50 مل من حمض الهيدروكلوريك (HCl) و100 مل من الماء (H₂O). تُفحص البنية المجهرية للسبيكة باستخدام مجهر معدني. تُظهر نتائج الاختبار ما يلي:
1. عند تشكيل أنبوب فولاذي ملحوم ذي جدران سميكة في ظروف مختلفة، يحدث تليين ريولوجي مع ازدياد الإجهاد. ويعود سبب هذا التليين إلى إعادة التبلور الديناميكية التي تخضع لها السبيكة أثناء عملية التشكيل الساخن. ومع انخفاض معدل الإجهاد، ينخفض ​​كل من الإجهاد وإجهاد الذروة عند بلوغ إجهاد التدفق قيمته القصوى.
2. تم وضع المعادلة التكوينية لتشوه الأنابيب الفولاذية الملحومة ذات الجدران السميكة عند درجات الحرارة العالية. تتوافق القيمة المحسوبة للمعادلة بشكل جيد مع القيمة التجريبية، والخطأ النسبي أقل من 8%، مما يدل على أن المعادلة تصف بدقة السلوك الريولوجي للسبيكة أثناء التشوه الساخن.
3. تؤثر درجة حرارة التشكيل بشكل كبير على البنية المجهرية لأنبوب الصلب الملحوم ذي الجدران السميكة. فمع ارتفاع درجة الحرارة، يصبح إعادة التبلور الديناميكي أكثر كفاءة، ويكبر حجم الحبيبات، وتزداد تجانس بنيتها. ومع زيادة معدل الإجهاد، يتناقص حجم الحبيبات أولًا ثم يزداد. وعندما يكون معدل الإجهاد 1 ثانية⁻¹، تكون بنية الحبيبات دقيقة نسبيًا.
ثانيًا، اللحام الأفقي الثابت لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الجدران السميكة: أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن شرائح فولاذية طويلة مجوفة، تُستخدم على نطاق واسع كخطوط أنابيب لنقل السوائل، مثل النفط والغاز الطبيعي والماء وغاز الفحم والبخار، وغيرها. تتميز أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بخفة وزنها عندما تتساوى مقاومتها للانحناء والالتواء. تُستخدم هذه الأنابيب على نطاق واسع في تصنيع الأجزاء الميكانيكية والهياكل الهندسية، كما تُستخدم أيضًا في إنتاج مختلف الأسلحة التقليدية، مثل سبطانات البنادق والقذائف، وغيرها. تتطلب أنابيب الفولاذ التي تتحمل ضغط السوائل جدرانًا أكثر سمكًا، ويجب إجراء اختبارات هيدروليكية لاختبار مقاومتها للضغط والتأكد من عدم تسربها أو امتصاصها أو تمددها تحت الضغط المحدد. تُقسم أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ إلى نوعين: ملحومة وغير ملحومة. تُصنع الأنابيب غير الملحومة من سبائك أو أنابيب صلبة من خلال عملية تثقيب لتشكيل أنابيب خشنة، ثم تُدرفل على الساخن أو البارد أو تُسحب على البارد. تُحدد مواصفات أنابيب الفولاذ غير الملحومة بالملليمترات، وذلك بضرب القطر الخارجي في سمك الجدار. تُستخدم عادةً أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع 1Cr18Ni9Ti. فيما يلي، سنستخدم أنبوبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع 1Cr18Ni9Ti بقطر 159 مم وطول 12 مم كمثال لشرح طريقة اللحام الأفقي الثابت.

1. تحليل اللحام:
① يُستخدم وصلة اللحام الأفقي الثابت للأنابيب الكبيرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ Cr18Ni9Ti بقطر 159 مم وسماكة 12 مم بشكل أساسي في معدات الطاقة النووية وبعض المعدات الكيميائية التي تتطلب مقاومة للحرارة والأحماض. تُعدّ عملية اللحام صعبة للغاية، وتتطلب وصلة اللحام دقة عالية. يجب أن يكون السطح الداخلي مُشكّلاً، ومحدبًا بشكل معتدل، وخاليًا من التقعر. يلزم إجراء فحص PT وRT بعد اللحام. في السابق، كان يُستخدم لحام TIG أو اللحام القوسي اليدوي. الأول غير فعال ومكلف، والثاني يصعب ضمان كفاءته. لضمان الكفاءة وتحسينها، يُستخدم لحام TIG السلكي الداخلي والخارجي للطبقة السفلية، بينما يُستخدم لحام MAG للطبقة العلوية والسفلية، مما يضمن الكفاءة والفعالية معًا.
٢- يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 1Cr18Ni9Ti باختلاف كبير في معدل التمدد الحراري والتوصيلية مقارنةً بالفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، كما أن حوض اللحام المنصهر فيه ضعيف السيولة والتشكيل، خاصةً في اللحام الكامل. في السابق، كان لحام MAG (Ar+1%–2%O2) للفولاذ المقاوم للصدأ يُستخدم بشكل عام فقط في اللحام المسطح ولحام الزوايا المسطحة. خلال عملية لحام MAG، يكون طول امتداد السلك أقل من 10 مم، ويتم تنسيق سعة تأرجح مسدس اللحام وتردده وسرعته ووقت تثبيت الحافة بشكل دقيق، كما يتم تنسيق الحركات وتعديل زاوية مسدس اللحام باستمرار لضمان اندماج حافة سطح اللحام بشكل أنيق وجميل، مما يضمن ملء طبقة اللحام وتغطيتها.
2. طريقة اللحام:
المادة هي 1Cr18Ni9Ti، ومواصفات الأنبوب هي Ф159mm×12mm، ويتم استخدام اللحام اليدوي بالقوس الكهربائي للغاز الخامل بالتنغستن للقاعدة، ويتم استخدام اللحام المحمي بالغاز المختلط (CO2+Ar) للحشو ولحام الغطاء، ويتم استخدام اللحام الرأسي الأفقي الثابت في الوضع الكامل.
3. التحضير قبل اللحام:
① نظف الزيت والأوساخ، واطحن سطح الأخدود والمنطقة المحيطة به بمقدار 10 مم لإنتاج لمعان معدني.
② تحقق مما إذا كانت خطوط المياه والكهرباء والغاز غير مسدودة، ويجب أن تكون المعدات والملحقات في حالة جيدة.
③ قم بالتجميع وفقًا للمقاس، واستخدم تثبيت لوحة الضلع للحام الموضعي (نقطتان، 7 نقاط، و11 نقطة تُستخدم لتثبيت لوحة الضلع). يمكن أيضًا استخدام اللحام الموضعي في الأخدود، ولكن انتبه جيدًا أثناء اللحام الموضعي.