تحليل أربعة شقوق لحام الأنابيب الفولاذية الشائعة

شقوق اللحام

العيب الخطير الأكثر شيوعًا في الأجزاء الملحومة. تحت التأثير المشترك لإجهاد اللحام وعوامل الهشاشة الأخرى، يتم تدمير قوة ربط ذرات المعدن في المناطق المحلية للمفصل الملحوم، مما يؤدي إلى فجوة واجهة جديدة. يتميز بخصائص الشقوق الحادة ونسب العرض إلى الارتفاع الكبيرة. وفقًا لظروف التكوين يمكن تقسيمها إلى أربع فئات: الشقوق الساخنة، والشقوق الباردة، وشقوق إعادة التسخين، والتمزقات الطبقية.

أولا، الشقوق الباردة

تتولد الشقوق الباردة أثناء أو بعد اللحام عند درجة حرارة أقل، تقريبًا بالقرب من درجة حرارة تحول المارتينسيت (أي نقطة Ms) للصلب، أو أقل من 300-200 درجة مئوية (أو T <0.5Tm، Tm هي درجة حرارة نقطة الانصهار المعبر عنها بـ درجة الحرارة المطلقة)، لذلك تسمى الشقوق الباردة. يمكن تقسيم الشقوق الباردة إلى شقوق متأخرة، وشقوق تبريد، وشقوق هشة منخفضة اللدونة.

(I) شروط التوليد: تشكل الوصلة الملحومة هيكلًا متصلبًا. نظرًا لميل الفولاذ الكبير للتصلب، يتم إنشاء كمية كبيرة من المارتينسيت الهش والصلب والكبير أثناء عملية التبريد، مما يشكل إجهادًا داخليًا كبيرًا. ميل المفاصل إلى التصلب: تأثير الكربون هو المفتاح. كلما زاد محتوى الكربون والكروم، زادت سماكة اللوحة، وزادت مساحة المقطع العرضي، وكلما قلت الحرارة المدخلة، زادت شدة التصلب.

يحتوي الفولاذ واللحامات على المزيد من الهيدروجين القابل للانتشار. تتراكم (تتركز) ذرات الهيدروجين عند العيوب (الثقوب، والخلع) لتكوين جزيئات الهيدروجين. حجم جزيئات الهيدروجين أكبر من حجم ذرات الهيدروجين ولا يمكنها الاستمرار في الانتشار. وتستمر في التراكم، مما يولد ضغطًا هائلاً لجزيء الهيدروجين، يصل حتى إلى عشرات الآلاف من الأجواء، مما يتسبب في تشقق الوصلة الملحومة. في كثير من الحالات، يكون الهيدروجين هو العامل الأكثر نشاطًا في إحداث الشقوق الباردة.

تحدث التشققات عندما يكون إجهاد شد اللحام وإجهاد التقييد كبيرًا (أو تركيز الإجهاد) ويتجاوز حد قوة المفصل.

(ثانيا) الأسباب: يمكن تقسيمها إلى جانبين: اختيار المواد وعملية اللحام.

1. اختيار المواد

(1) المطابقة غير الصحيحة بين المادة الأصلية ومواد اللحام، مما يؤدي إلى اختلاف كبير في القوة؛

(2) تحتوي المادة على عدد كبير جدًا من العناصر مثل الكربون والكروم والموليبدينوم والفاناديوم والبورون، مما يزيد من حساسية الفولاذ للتصلب.

2. عملية اللحام

(1) لم يتم تجفيف قضيب اللحام بالكامل، وهناك رطوبة (ماء حر وماء كريستالي) في الطلاء؛ يوجد زيت، صدأ، ماء، طلاء، وما إلى ذلك على أخدود مادة اللحام والمادة الأساسية؛ الرطوبة المحيطة مرتفعة جدًا (> 90%)؛ الأخدود ملوث بالمطر والثلوج. تتحلل الرطوبة والمواد العضوية المذكورة أعلاه تحت تأثير قوس اللحام لإنتاج H، مما يتسبب في ذوبان الهيدروجين المفرط في اللحام.

(2) درجة الحرارة المحيطة منخفضة جدًا؛ سرعة اللحام سريعة جدًا؛ طاقة خط اللحام منخفضة جدًا. سيؤدي ذلك إلى تبريد منطقة المفصل بسرعة كبيرة، مما يسبب ضغطًا داخليًا كبيرًا.

(3) هيكل اللحام غير المناسب، مما يؤدي إلى إجهاد تقييدي كبير.

(4) حدثت شقوق بالفعل عند نقطة اللحام، لكن لم تتم إزالتها أثناء اللحام؛ نقاط تركيز الإجهاد مثل القطع السفلية تسبب تشققات في إصبع القدم؛ نقاط تركيز الإجهاد مثل الاختراق غير الكامل تسبب تشققات جذور اللحام؛ نقاط تركيز الإجهاد مثل شوائب الخبث تسبب تشققات اللحام.

(ثالثا) طرق الوقاية: يمكن أن تبدأ من جانبين: اختيار المواد وعملية اللحام.

1. الاختيار الصحيح للمواد

استخدام قضبان وتدفقات اللحام الأساسية منخفضة الهيدروجين لتقليل محتوى الهيدروجين المنتشر في معدن اللحام؛ تحديد ومطابقة المواد الأم ومواد اللحام؛ إذا سمحت الظروف الفنية، اختر مواد ذات صلابة جيدة (مثل مواد اللحام ذات درجة قوة أقل)، أو قم بتنفيذ غطاء 'ناعم' لتقليل الضغط المتبقي على السطح؛ إذا لزم الأمر، قم بإجراء التحليل الكيميائي، والخواص الميكانيكية، وقابلية اللحام، واختبارات حساسية التشقق على المادة الأم ومواد اللحام قبل التصنيع.

2. عملية اللحام

(1) إجراء عمليات اللحام بدقة وفقًا لمواصفات العملية الصحيحة التي تم الحصول عليها من الاختبار. تشمل بشكل أساسي: تجفيف قضيب اللحام بدقة وفقًا للمواصفات؛ اختيار مواصفات اللحام المناسبة وطاقة الخط والتيار المعقول والجهد وسرعة اللحام ودرجة حرارة الطبقات البينية وتسلسل اللحام الصحيح؛ فحص ومعالجة اللحام البقعي؛ تنظيف اللحام على الوجهين، وما إلى ذلك؛ تنظيف الأخدود وسلك اللحام بعناية لإزالة الزيت والصدأ والرطوبة.

(3) حدد هيكل لحام معقول لتجنب الإجهاد المفرط لضبط النفس؛ تصحيح شكل الأخدود وتسلسل اللحام؛ وتقليل قيمة الذروة لإجهاد اللحام المتبقي.

(4) يعد التسخين المسبق قبل اللحام، والتبريد البطيء بعد اللحام، والتحكم في درجة حرارة الطبقة البينية، والمعالجة الحرارية بعد اللحام من الطرق الفعالة لمنع الشقوق الباردة في الفولاذ عالي القوة مع ضعف قابلية اللحام والهياكل عالية القيد التي لا يمكن تجنبها. يمكن أن يؤدي التسخين المسبق والتبريد البطيء إلى إبطاء معدل التبريد (تمديد وقت المكوث بمقدار △t 800-500 ℃)، وتحسين البنية الدقيقة للمفصل، وتقليل ميل التصلب، وتقليل إجهاد البنية المجهرية؛ يمكن للمعالجة الحرارية بعد اللحام أن تقضي على إجهاد اللحام المتبقي وتقلل من محتوى الهيدروجين المنتشر في اللحام. في معظم الحالات، يجب إجراء المعالجة الحرارية لتخفيف الضغط مباشرة بعد اللحام.

(5) يعد الطرق مباشرة بعد اللحام لتشتيت الضغط المتبقي وتجنب مناطق الضغط العالي إحدى الطرق الفعالة لمنع الشقوق الباردة أثناء اللحام بالإصلاح المحلي.

(6) عند جذر اللحام وسطح اللحام حيث يتركز الإجهاد نسبيًا (المنطقة المتأثرة بالحرارة تخضع لضغط قيد أقل)، فإن استخدام الأقطاب الكهربائية ذات مستويات القوة المنخفضة غالبًا ما يحقق نتائج جيدة في ظل قيود عالية.

(7) اللحام المحمي بالغاز الخامل يمكن أن يزيد من التحكم في محتوى الهيدروجين في اللحام ويقلل من حساسية الشقوق الباردة، لذلك يجب تعزيز اللحام TIG و MIG بقوة.

ثانيا، تمزق الطبقات

تمزيق الطبقات هو شكل خاص من التشقق البارد. ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود شوائب ذات طبقات (على طول اتجاه التدحرج) (خاصة الكبريتيدات) في اللوحة الفولاذية. تحت إجهاد الشد المتعامد مع اتجاه التدحرج (اتجاه سماكة اللوحة) المتولد أثناء اللحام، تتولد شقوق ذات طبقات من نوع 'خطوة' موازية للسطح المدلفن للمادة الأصلية في المنطقة المتأثرة بالحرارة أو أبعد قليلاً في المنطقة لوحة الصلب. يحدث ذلك في مفاصل اللحام الزاوية للألواح السميكة على شكل T وK.

إن تحسين جودة الألواح الفولاذية، وتقليل شوائب الطبقات في الفولاذ، واتخاذ التدابير من جوانب التصميم الهيكلي وتكنولوجيا اللحام لتقليل إجهاد شد اللحام في اتجاه سمك اللوحة يمكن أن يمنع تمزق الطبقات. قبل لحام الألواح السميكة، يتم إجراء اختبار اختراق الأخدود والموجات فوق الصوتية للألواح للتحقق من شوائب الطبقات. في حالة وجود شوائب ذات طبقات، حاول تجنبها أو إصلاحها أو طحنها مسبقًا.

ثالثا: الشقوق الحرارية

تتولد الشقوق الحرارية عند درجات حرارة عالية، من نطاق درجة حرارة التصلب إلى درجات حرارة أعلى من A3، لذلك تسمى الشقوق الحرارية، وتعرف أيضًا بالشقوق ذات درجة الحرارة المرتفعة.

إذا كان هناك المزيد من عناصر الشوائب سهلة الانصهار (P، S، C، إلخ) والمزيد من عيوب الشبكة في المادة، فمن المحتمل أن يحدث فصل حدود الحبوب أثناء تبلور حوض اللحام المنصهر. المواد المنفصلة هي في الغالب مواد سهلة الانصهار منخفضة (مثل FeS-Fe، Fe3P-Fe، NiS-Ni، Ni3P-Ni) والشوائب. وهي موجودة في الطبقة البينية السائلة أثناء عملية التبلور، وتشكل طبقة سائلة ذات مقاومة تشوه منخفضة جدًا. وتوجد المرحلة السائلة المقابلة لفترة أطول، وفي النهاية تتبلور وتتصلب. القوة بعد التصلب منخفضة للغاية أيضًا. عندما يكون إجهاد شد اللحام كبيرًا بدرجة كافية، سيتم تفكيك الطبقة البينية السائلة، أو سيتم كسرها بعد وقت قصير من التصلب لتشكيل الشقوق.

بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت هناك مواد سهلة الانصهار منخفضة وشوائب على حدود الحبوب للمادة الأم، فإن هذه المواد سهلة الانصهار منخفضة سوف تذوب في طبقات بينية سائلة في المنطقة المتأثرة بالحرارة عندما تتجاوز درجة حرارة التسخين نقطة انصهارها. عندما يكون إجهاد شد اللحام كبيرًا بدرجة كافية، سيتم أيضًا تفكيكها لتكوين شقوق سائلة في المنطقة المتأثرة بالحرارة.

تتشقق جميع الشقوق الساخنة على طول حدود حبيبات الأوستينيت وتكون مسننة، لذلك تسمى أيضًا الشقوق بين الحبيبية. غالبًا ما تظهر في منتصف اللحام، خاصة في حفرة القوس. يوجد معظمها عند تقاطع البلورات العمودية للحام، أي الموضع النهائي لتصلب اللحام، وهو أيضًا الموضع الذي من المرجح أن يسبب فصل سهل الانصهار منخفض الذوبان؛ ويظهر عدد قليل منها في المنطقة المتضررة بالحرارة. تحدث الشقوق الطولية في اللحام بشكل عام في مركز اللحام، بالتوازي مع طول اللحام؛ تحدث الشقوق المستعرضة عمومًا على طول حدود الحبوب العمودية وتتصل بحدود الحبوب للمادة الأم، بشكل عمودي على طول اللحام. عندما يخترق الكراك السطح ويتواصل مع الهواء، يتأكسد سطح الكسر (مثل اللون الأزرق الرمادي، وما إلى ذلك)، وتمتلئ بعض الشقوق الكبيرة على سطح اللحام بالخبث.

(ط) أسباب الحدوث

1. اختيار المواد: محتوى الكبريت الزائد في المادة ينتج 'هشاشة ساخنة'؛ محتوى النحاس المفرط ينتج 'هشاشة النحاس'؛ محتوى الفسفور الزائد ينتج 'هشاشة باردة'.

2. عملية اللحام: الفولاذ المقاوم للصدأ القائم على النيكل، تسلسل اللحام غير المناسب أو درجة حرارة الطبقة البينية عالية جدًا، مدخلات الحرارة المفرطة، سرعة التبريد بطيئة جدًا؛ شكل الأخدود غير المناسب (اللحام الضيق والعميق مع معامل شكل اللحام ψ=b/h≥1)، اللحام أحادي الطبقة عرضة لشقوق فصل مركز اللحام؛ حماية سيئة لحفرة القوس، بسبب الفصل، تكون الشقوق الساخنة لحفرة القوس عرضة لحدوثها؛ ستؤدي الإصلاحات المتعددة إلى تجميع عيوب الشبكة وتشكيل شقوق ساخنة متعددة الأضلاع.

(ثانيا) طرق الوقاية

وبما أن حدوث الشقوق الساخنة يرتبط بعوامل الإجهاد، فيجب أن تبدأ طرق الوقاية أيضًا من اختيار المواد وعملية اللحام.

1. اختيار المواد

(1) الحد من محتوى العناصر والشوائب الضارة المعرضة للفصل في الفولاذ ومواد اللحام، وخاصة محتوى S وP وC، لأنها لا تشكل مواد سهلة الذوبان منخفضة فحسب، بل تعزز أيضًا الفصل. C<0.10%يمكن تقليل حساسية التكسير الساخن بشكل كبير. إذا لزم الأمر، يجب إجراء التحليل الكيميائي والفحص منخفض الطاقة (مثل طباعة الكبريت، وما إلى ذلك) للمادة.

(2) ضبط التركيب الكيميائي لمعدن اللحام، وتحسين الهيكل، وصقل الحبوب، وتحسين اللدونة، وتغيير شكل وتوزيع الشوائب الضارة، وتقليل الفصل، مثل استخدام هيكل ثنائي الطور من الأوستينيت بالإضافة إلى أقل من 6% فريت.

(3) زيادة قاعدية قضيب اللحام والتدفق لتقليل محتوى الشوائب في اللحام وتحسين درجة الفصل.

2. عملية اللحام

(1) اختر شكل أخدود معقول، ومعامل تشكيل اللحام ψ=b/h＞1، وتجنب اللحامات الضيقة والعميقة ''على شكل كمثرى''، ومنع البلورات العمودية من الالتقاء في وسط اللحام، وإنتاج فصل مركزي وتشكيل كسر هش استخدام اللحام متعدد الطبقات ومتعدد التمريرات لتعطيل تجميع الفصل. تجدر الإشارة إلى أن تيار اللحام الزائد سيشكل أيضًا لحامًا 'على شكل كمثرى'.

(2) مواصفات اللحام التحكم:

أ. استخدم طاقة خط لحام أصغر (مناسبة). بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (القائم على النيكل)، استخدم طاقة خط لحام أصغر قدر الإمكان (بدون تسخين مسبق، بدون تأرجح أو تأرجح أقل، لحام سريع، تيار صغير)، والتحكم بشكل صارم في درجة حرارة الطبقة البينية، لتقصير وقت بقاء الفولاذ المقاوم للصدأ. لحام المعدن في منطقة درجات الحرارة المرتفعة؛ ب. انتبه إلى الحماية عند إغلاق القوس، وأغلق القوس ببطء واملأ حفرة القوس لمنع فصل حفرة القوس والشقوق الحرارية؛

ج. تجنب الإصلاحات المتعددة قدر الإمكان لمنع عيوب الشبكة من التكتل وتوليد شقوق حرارية متعددة الأضلاع؛

د. اتخاذ التدابير اللازمة لتقليل إجهاد المفاصل، وتجنب تركيز الإجهاد، وتقليل الصلابة بالقرب من اللحام. قم بترتيب تسلسل اللحام بشكل صحيح، وحاول أن تجعل معظم اللحامات ملحومة بصلابة أصغر للسماح لها بالانكماش.

رابعا، إعادة تسخين الشقوق

تشير شقوق إعادة التسخين إلى الوصلات الملحومة لبعض الفولاذ منخفض السبائك عالي القوة والفولاذ المقاوم للحرارة الذي يحتوي على عناصر سبائك مثل الفاناديوم والكروم والموليبدينوم والبورون. أثناء عملية التسخين (مثل التلدين لتخفيف الضغط، واللحام متعدد الطبقات، والعمل في درجات الحرارة العالية، وما إلى ذلك)، تحدث في منطقة الحبيبات الخشنة في المنطقة المتأثرة بالحرارة، وتتشقق على طول الأوستينيت الأصلي حدود الحبوب. وتسمى أيضًا شقوق التلدين لتخفيف الإجهاد (شقوق SR).

تنشأ شقوق إعادة التسخين من المنطقة ذات الحبيبات الخشنة في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة، ولها خصائص كسر حدود الحبوب، وتحدث معظم الشقوق في المنطقة التي يتركز فيها الإجهاد.

التدابير الوقائية

1. عند اختيار المواد، يجب الانتباه إلى العناصر المكونة للكربيد والتي يمكن أن تسبب هطول الأمطار، وخاصة محتوى V. عندما يجب استخدام الفولاذ ذو الجهد العالي، يجب إيلاء اهتمام خاص أثناء اللحام والمعالجة الحرارية.

2. تجنب المناطق الحساسة لإعادة التسخين أثناء المعالجة الحرارية يمكن أن يقلل من احتمال إعادة تسخين الشقوق. إذا لزم الأمر، يجب إجراء اختبارات عملية المعالجة الحرارية قبل المعالجة الحرارية.

3. تقليل الإجهاد المتبقي وتركيز الإجهاد، وتقليل الارتفاع الزائد، والقضاء على التقويض، والاختراق غير الكامل، والعيوب الأخرى، وطحن الارتفاع الزائد ولحام إصبع القدم لتنعيمه إذا لزم الأمر؛ زيادة درجة حرارة التسخين المسبق، وإبطاء التبريد بعد اللحام، وتقليل الإجهاد المتبقي.

4. توفير طاقة مناسبة للخط لمنع ارتفاع درجة حرارة المنطقة المتضررة بالحرارة والحبوب الخشنة.

5. على أساس تلبية متطلبات التصميم، حدد قضيب لحام بدرجة قوة أقل لتحرير جزء من الضغط الذي تم التخلص منه عن طريق عملية المعالجة الحرارية، بحيث يتم تخفيف الضغط في اللحام، وهو أمر جيد لتقليل شقوق إعادة التسخين .