المعالجة الحرارية للحام للأنابيب الفولاذية الملحومة ليست غامضة

أولاً، الغرض من التسخين بالحث والمعالجة الحرارية للحام.

يتم تقييم أداء الأنابيب الفولاذية الملحومة بشكل شامل من خلال أداء جزأين المعدن، جسم الأنبوب الفولاذي واللحام. أضعف نقطة في أي جانب ستحدد أداء الأنابيب الفولاذية الملحومة. أثناء عملية اللحام، وبسبب ارتفاع درجة حرارة اللحام، يتغير الهيكل المعدني للحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة وتخشن الحبوب، كما يحدث إجهاد داخلي كبير. ونتيجة لهذه التغييرات، فإن أداء المعدن في منطقة اللحام يختلف تمامًا عن أداء المادة الأصلية (جسم الأنبوب الفولاذي). علاوة على ذلك، فإن الأداء الشامل لمعدن اللحام أقل بكثير من أداء هيكل الأنبوب الفولاذي. لهذا السبب، يجب استخدام المعالجة الحرارية للحام لإزالة الفرق وجعله 'أنبوبًا فولاذيًا ملحومًا غير ملحوم' مع أداء شامل ومتسق.

(1) القضاء على الإجهاد الداخلي الناتج عن اللحام. تشكل المنطقة المتأثرة بالحرارة على جانبي اللحام بسبب اللحام ثلاث مناطق مختلفة تمامًا بهياكل وأحجام حبيبات مختلفة وتوزيعات الإجهاد من اللحام وجسم الأنبوب الفولاذي. بسبب اختلاف درجات حرارة التسخين ومعدلات التبريد للحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة وجسم الأنبوب الفولاذي، فإن الضغوط الداخلية بداخلها مختلفة. الإجهاد الداخلي في اللحام هو الأكبر، والمنطقة المتأثرة بالحرارة هي ثاني أكبر منطقة، وجسم الأنبوب الفولاذي هو الأصغر. عندما يتجاوز الضغط الداخلي حد الإنتاجية، فإن المعدن سوف يتعرض لتشوه البلاستيك، مما يتسبب في انحناء الأنابيب الفولاذية الملحومة؛ عندما يتجاوز الضغط الداخلي حد القوة، سيتعرض المعدن لشقوق حدودية، وبعد توسع الشقوق، سوف يتشقق اللحام. حبيبات المعدن في منطقة اللحام خشنة، وقوة الخضوع وقوة الشد هي الأدنى، مما يجعلها الأكثر عرضة للتشقق. كما أن المنطقة المتأثرة بالحرارة أكثر عرضة للتشقق من جسم الأنابيب الفولاذية. ولذلك، من أجل تحسين الأداء الشامل للحام، من الضروري القضاء على الإجهاد الداخلي للحام من خلال المعالجة الحرارية. عادة ما يتم استخدام التطبيع أو التلدين بدرجة حرارة عالية للتخلص من الضغط الداخلي للحام.

(2) تحسين البنية المجهرية للمعدن في منطقة اللحام والمتأثرة بالحرارة. إن الشرائط الفولاذية المستخدمة في صناعة الأنابيب هي في الغالب مدلفنة على الساخن ومبردة بالهواء، مع هيكل من الفريت الناعم + البرليت؛ تحتوي بعض شرائح الفولاذ عالية القوة ذات السبائك الدقيقة على بنية فريت دقيقة. تسبب درجات الحرارة المرتفعة للحام تأثيرين سلبيين على معدن اللحام. أولاً، يؤدي خشونة الحبوب إلى انخفاض قوة الخضوع والتقصف. ثانيا، تؤدي معدلات التبريد غير المتساوية بعد اللحام إلى بطء التبريد في منطقة اللحام، مما يؤدي إلى الفريت الخشن والبرليت، في حين يؤدي التبريد الأسرع في المنطقة المتأثرة بالحرارة إلى تكوين المارتنسيت الخشن والأوستينيت المحتفظ به بالإضافة إلى الفريت والبرليت. إلى جانب هذه العوامل، يؤدي خشونة الحبوب والتغيرات في البنية المجهرية للمعدن إلى هشاشة معدن اللحام، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في البنية والخصائص عن جسم الأنبوب الفولاذي. ولذلك، فإن المعالجة الحرارية للحام ضرورية لتحسين حجم الحبوب واستعادة البنية المعدنية لتقليل الاختلافات.

ثانياً، طرق المعالجة الحرارية للحام بالتسخين الحثي

أنواع الفولاذ التي تتطلب معالجة حرارية لتحسين الخواص الميكانيكية للحام هي في المقام الأول فولاذ خطوط الأنابيب. تشمل طرق المعالجة الحرارية الرئيسية لتحسين الأداء العام اللحامات التطبيع، والتطبيع + التقسية، والتبريد + التقسية. حاليًا، تعد عملية تطبيع اللحام هي الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة في إنتاج الأنابيب الفولاذية الملحومة المحلية، في حين لا يتم استخدام طرق المعالجة الحرارية الأخرى على نطاق واسع. المعالجة الحرارية الأكثر تقدمًا للأنابيب الفولاذية الملحومة هي التبريد + التقسية. يتم استخدام المعالجة الطبيعية في الغالب في خطوط إنتاج الأنابيب الفولاذية الملحومة واسعة النطاق في الخارج، ويتم استخدام معالجة التقسية فقط من قبل عدد قليل من الشركات في اليابان والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي. إن معالجة اللحامات بالتسخين التعريفي هي اتجاه التطوير المستقبلي.

(1) معالجة تطبيع التسخين بالحث اللحام. تتضمن معالجة تطبيع اللحام معالجة التلدين، والتي تسمى أحيانًا التلدين لتخفيف الضغط. المعالجة التطبيعية لتسخين اللحام هي تسخين اللحام إلى درجة حرارة أعلى من Ac3، 900-950 درجة مئوية، تبريد الهواء إلى أقل من 400 درجة مئوية، ثم تبريد الماء إلى درجة حرارة الغرفة. يؤدي ذلك إلى التخلص من إجهاد اللحام الداخلي، وتحسين حبيبات اللحام، وتحسين البنية الدقيقة، وتحسين مرونة اللحام وصلابة الصدمات. تعتبر المعالجة التطبيعية لتسخين اللحام مناسبة للفولاذ العادي منخفض السبائك وبعض الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك، أي ما يعادل الأنابيب الفولاذية الملحومة تحت درجة الفولاذ X60. معالجة التلدين بالتسخين التعريفي للحام هي تسخين اللحام إلى منطقة ثنائية الطور تبلغ 700-750 درجة مئوية، ثم تبريده بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة. والغرض من ذلك هو القضاء على الإجهاد الداخلي للحام وتحسين اللدونة. يتم استخدام معالجة التلدين بشكل رئيسي في لحام الفولاذ الكربوني وبعض الأنابيب الفولاذية العادية ذات السبائك المنخفضة.

(2) تطبيع تسخين اللحام + معالجة التقسية. عندما تكون صلابة اللحام لا تزال عالية ولكن اللدونة لا تزال منخفضة بعد المعالجة الطبيعية، يمكن استخدام معالجة التقسية ذات درجة الحرارة المرتفعة للتدابير العلاجية. معالجة التقسية بالتسخين الحثي هي تسخين اللحام إلى درجة حرارة أقل من Ac1، عادة حوالي 650 درجة مئوية ثم تبريده بالهواء. بعد معالجة درجة الحرارة العالية، يتحول هيكل مارتنسيت في الفولاذ الأصلي إلى بينيت وفريت مقسى، ويتم تحسين مرونة اللحام، وتقليل الصلابة، ولا تتغير القوة كثيرًا.

(3) تبريد التسخين بالحث + معالجة التقسية. وتسمى طريقة المعالجة الحرارية هذه أيضًا بالمعالجة الحرارية. يعد علاج التقسية بالتسخين بالحث عبر الإنترنت من أكثر تقنيات المعالجة الحرارية تقدمًا في الوقت الحاضر. بعد معالجة التقسية، تصل الخواص الميكانيكية الشاملة للحام بشكل كامل إلى مستوى جسم الأنبوب الفولاذي، ويتم تجانس أداء اللحام وجسم الأنبوب الفولاذي. جوهر تحقيق تكنولوجيا عملية المعالجة الحرارية هذه هو إتقان تكنولوجيا التسخين بالمجال المغناطيسي المستعرض لضمان توحيد ودقة درجة حرارة التسخين. بالنسبة إلى اللحامات المصنوعة من الفولاذ عالي القوة ذو السبائك المنخفضة والفولاذ عالي القوة ذو السبائك الخفيفة، فإن درجة حرارة التبريد هي 900-950 درجة مئوية، ودرجة حرارة التقسية هي 600-650 درجة مئوية. يستخدم التبريد التبريد بالرش، بينما يستخدم التبريد مزيجًا من تبريد الهواء والماء. عند استخدام تسخين المجال المغناطيسي الطولي للتبريد والتلطيف، يمكن التحكم في درجة الحرارة بدقة ±10 درجة مئوية، وهو مستوى تحكم ضروري للحفاظ على أداء مستقر للأنابيب الفولاذية الملحومة عالية القوة. يتطلب استخدام تسخين المجال المغناطيسي المستعرض لعمليات اللحام أيضًا دقة عالية في التحكم في درجة الحرارة.

ثالثا، التدفئة التعريفي تطبيع اللحامات

تعد عملية التطبيع حاليًا هي طريقة المعالجة الحرارية الأكثر استخدامًا لأنابيب الصلب الملحومة في الصين، والتي يشار إليها أحيانًا باسم التلدين باللحام. الفرق بين الاثنين هو أن التطبيع يتطلب درجة حرارة تسخين أعلى من Ac3، بينما التلدين يتطلب درجة حرارة تسخين أقل حول Ac1. بالنسبة للأنابيب الفولاذية الملحومة لخطوط الأنابيب، فإن تطبيع اللحام هو طريقة معالجة حرارية محددة في معيار API.

يمكن تصنيف عملية تطبيع اللحامات بالتسخين الحثي على أنها إما متصلة أو غير متصلة، اعتمادًا على تكوين الإنتاج. يمكن استخدام التطبيع دون الاتصال بالإنترنت للمنتجات ذات مجموعة واسعة من المواصفات وأحجام الدفعات الصغيرة. يجب استخدام التطبيع عبر الإنترنت للمنتجات ذات عدد صغير من المواصفات وأحجام الدفعات الكبيرة.

يتم استخدام التطبيع التحريضي في المقام الأول للأنابيب الفولاذية منخفضة الكربون ومنخفضة السبائك المعززة بالفاناديوم والنيوبيوم والتيتانيوم. الغرض من تطبيع اللحامات هو التخلص من الضغوط الداخلية الناتجة عن اللحام، وتحسين حجم حبيبات معدن اللحام، وتحسين مرونة المعدن وصلابته، وتقليل فرق الأداء بين اللحام والأنبوب.

رابعا، اختيار درجة الحرارة لتطبيع اللحامات

درجات الحرارة الطبيعية التقليدية للفولاذ منخفض السبائك هي 30-50 درجة مئوية فوق Ac3. ومع ذلك، مع معدل تسخين حثي يتراوح بين 20-50 درجة مئوية/ثانية⁻¹، يزداد Ac3 مع زيادة معدلات التسخين. بناءً على الخبرة التجريبية مع درجات حرارة التبريد الحثية، يزيد Ac3 بمقدار 20-50 درجة مئوية. لذلك، يجب أن تكون درجة الحرارة الطبيعية لتطبيع اللحامات الفولاذية منخفضة السبائك 50-100 درجة مئوية فوق Ac3. يتم استخدام الحد الأعلى عندما يحتوي الفولاذ على عناصر صناعة السبائك مثل Cr وV وTi؛ يتم استخدام الحد الأدنى عندما لا يحتوي الفولاذ على عناصر صناعة السبائك هذه.

لا ينبغي أن تكون درجات الحرارة الطبيعية مرتفعة للغاية. في ظل ظروف التسخين العادية، تبدأ حبيبات الأوستينيت الأولية من الفولاذ منخفض السبائك في النمو عند حوالي 900 درجة مئوية، مع نمو سريع فوق 950 درجة مئوية. لذلك، فإن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط تعيق تحسين بنية حبيبات اللحام وتقلل من فعالية التطبيع. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الطبيعية المرتفعة بشكل مفرط إلى تفاقم أكسدة المعادن في منطقة اللحام، مما يؤثر على جودة سطح الأنابيب الفولاذية الملحومة ويقلل إنتاجية الفولاذ. وبالمثل، فإن درجات الحرارة التطبيعية المنخفضة للغاية تفشل في تحسين مرونة معدن اللحام وصلابته، مما يتعارض مع غرض التطبيع.

خامسا، زمن الاحتفاظ وطرق التبريد للتسخين التعريفي لحامات التطبيع

اختيار وقت الانتظار للتسخين التعريفي لحامات التطبيع. التبريد، والحل، والتطبيع كلها معالجات حرارية تتضمن تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة الأوستنيتي ثم تبريده بمعدلات متفاوتة. في حين أن هدف الأوستنيت هو نفسه، إلا أن الطرق الثلاثة تشترك في نفس الهدف. أظهرت التجارب التي أجريت على التخلص من وقت احتجاز الأوستنيتي أثناء التبريد التعريفي للفولاذ منخفض السبائك ومعالجة محلول الفولاذ الأوستنيتي المقوى بالحرارة أنه من خلال زيادة درجات حرارة التبريد التعريفي ومعالجة المحلول بمقدار 50-100 درجة مئوية فوق درجات حرارة المعالجة التقليدية، يمكن تحقيق نتائج معالجة حرارية مكافئة دون الحاجة إلى وقت انتظار. يكون تركيز عناصر التقوية في المحلول ثابتًا، كما أن الخواص الميكانيكية لدرجة حرارة الغرفة وارتفاع درجة الحرارة بعد التقسية والتعمير تفوق تلك الخاصة بالمعالجات التقليدية. يوضح هذا أن التخلص من وقت الانتظار أثناء التطبيع التعريفي لا يؤثر على نتائج المعالجة الحرارية اللاحقة.

باختصار، بالنسبة للصلب منخفض السبائك، طالما تم تحديد درجة حرارة التطبيع الحثية بشكل مناسب ودرجة حرارة تسخين اللحام موحدة، يمكن التخلص من وقت التطبيع تمامًا دون المساس بنتائج المعالجة الحرارية. وذلك لأنه، بالنظر إلى معدل تحول الطور الميتالوغرافي، تلعب درجة الحرارة دورًا حاسمًا، وتأثيرها يفوق بكثير تأثير الزمن. درجة حرارة التداول للوقت هي السمة المميزة للمعالجة الحرارية السريعة.