لحام أنابيب الصلب وسبائك النيكل بالزبدة وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ: دليل شامل

مقدمة

لحام المعادن المختلفة, مثل أنابيب الصلب سبائك النيكل وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ, هو مطلب شائع في صناعات مثل توليد الطاقة, النفط والغاز, البتروكيماويات, والطاقة النووية. غالبًا ما يتم ربط هذه المعادن باستخدام تقنية تسمى الزبدة, والذي يتضمن تطبيق طبقة من مادة الحشو المتوافقة على أحد المعادن الأساسية قبل إجراء اللحام النهائي. تساعد هذه العملية على تخفيف المشكلات المتعلقة باللحام المعدني المتباين, مثل عدم تطابق التمدد الحراري, تآكل, في السماكة الداخلية والخارجية المضطربة تزداد على طول الجدران الداخلية والخارجية للأنبوب للتعويض عن المعدن الذي تم إزالته في الخيوط..

في هذا الدليل الشامل, سوف نستكشف عملية اللحام النيكل أنابيب سبائك الصلب الزبدة لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. سوف نغطي تقنيات اللحام, مواد الحشو, خطوات التحضير, وعلاجات ما بعد اللحام المطلوبة لضمان نجاح اللحام. بالإضافة إلى, وسنقدم جداول مفصلة توضح التركيب الكيميائي, الخواص الميكانيكية, ومعلمات اللحام لمختلف سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ.

لماذا تعتبر الزبدة ضرورية لحام المعادن المتباينة

عند لحام معادن مختلفة مثل سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ, تنشأ العديد من التحديات بسبب الاختلافات في تركيبها الكيميائي, معاملات التمدد الحراري, ومقاومة التآكل. يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى مشكلات مثل:

• تكسير: يمكن أن تسبب معدلات التمدد الحراري المختلفة لسبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ إجهادًا أثناء التسخين والتبريد, مما يؤدي إلى حدوث تشقق في وصلة اللحام.
• تآكل: يمكن للمعادن المختلفة أن تشكل خلايا كلفانية, مما يؤدي إلى التآكل المتسارع في وصلة اللحام.
• تخفيف: يمكن أن يؤدي خلط المعادن المتباينة أثناء اللحام إلى لحام ذو خصائص ميكانيكية غير مرغوب فيها أو مقاومة للتآكل.

للتغلب على هذه التحديات, يتم استخدام تقنية تسمى الزبدة. تتضمن عملية التزيين وضع طبقة من مادة الحشو المتوافقة (عادة سبائك النيكل) إلى أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ قبل إجراء اللحام النهائي. تعمل هذه الطبقة كمخزن مؤقت, تقليل مخاطر التشقق والتآكل عن طريق إنشاء واجهة أكثر توافقًا بين المعدنين المختلفين.

سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ: لمحة عامة

سبائك النيكل

سبائك النيكل معروفة بمقاومتها الممتازة للتآكل, قوة درجات الحرارة العالية, ومقاومة الأكسدة. وهي تستخدم عادة في الصناعات التي تتطلب مواد لتحمل البيئات القاسية, مثل المعالجة الكيميائية, الطيران, وتوليد الطاقة.

تشمل بعض سبائك النيكل الشائعة المستخدمة في أنظمة الأنابيب:

• إنكونيل 600: سبائك النيكل والكروم ذات مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل عند درجات الحرارة العالية.
• إنكونيل 625: سبيكة من النيكل والكروم والموليبدينوم معروفة بقوتها العالية ومقاومتها للتآكل والشقوق.
• المونل 400: سبائك النيكل والنحاس ذات مقاومة جيدة للتآكل في مجموعة واسعة من البيئات, بما في ذلك مياه البحر والبيئات الحمضية.
• هاستيلوي سي-276: سبيكة من النيكل والموليبدينوم والكروم تتمتع بمقاومة ممتازة لمجموعة واسعة من الوسائط المسببة للتآكل, بما في ذلك الأحماض القوية وبيئات الكلوريد.

الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبائك تحتوي على الحديد على الأقل 10.5% الكروم, مما يمنحهم مقاومتهم المميزة للتآكل. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في صناعات مثل تجهيز الأغذية, المستحضرات الصيدلانيه, والنفط والغاز بسبب مقاومتها للتآكل وسهولة التصنيع.

تشمل الأنواع الشائعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة في أنظمة الأنابيب:

• 304 الفولاذ المقاوم للصدأ: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع مقاومة جيدة للتآكل وقابلية تشكيل ممتازة.
• 316 الفولاذ المقاوم للصدأ: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع الموليبدينوم المضاف لتحسين مقاومة التآكل والشقوق.
• 321 الفولاذ المقاوم للصدأ: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المثبت بالتيتانيوم لمنع ترسيب الكربيد أثناء اللحام.
• الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة: الفولاذ المقاوم للصدأ مع بنية مجهرية مختلطة من الأوستينيت والفريت, تقدم قوة عالية ومقاومة ممتازة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

عملية اللحام لزبدة الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك النيكل وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ

خطوة 1: اختيار المواد

الخطوة الأولى في عملية اللحام هي اختيار سبائك النيكل المناسبة ومواد الفولاذ المقاوم للصدأ. يعتمد اختيار المواد على التطبيق المحدد, بيئة التشغيل, والخصائص المطلوبة لمفصل اللحام النهائي.

فمثلا, إذا كان التطبيق ينطوي على درجات حرارة عالية وبيئات قابلة للتآكل, إنكونيل 625 يمكن اختياره لسبائك النيكل, بينما 316 يمكن اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

خطوة 2: اختيار مواد الحشو

تلعب مادة الحشو المستخدمة في التزيين واللحام دورًا حاسمًا في نجاح اللحام. يجب أن تكون مادة الحشو متوافقة مع كل من سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ لمنع حدوث مشكلات مثل التشقق, تآكل, والتخفيف.

تشمل مواد الحشو الشائعة المستخدمة في لحام سبائك النيكل بالفولاذ المقاوم للصدأ:

• إرنيكر-3: مادة حشو النيكل والكروم شائعة الاستخدام في لحام الإنكونيل 600 إلى الفولاذ المقاوم للصدأ.
• إرنيكرمو-3: مادة حشو النيكل والكروم والموليبدينوم المستخدمة في لحام الانكونيل 625 و Hastelloy C-276 مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.
• إرنيكو-7: مادة حشو النيكل والنحاس المستخدمة في لحام المونيل 400 إلى الفولاذ المقاوم للصدأ.

خطوة 3: دهن أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بالزبدة

تتضمن عملية الدهن وضع طبقة من مادة الحشو على أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ قبل إجراء اللحام النهائي. تعمل هذه الطبقة كمنطقة انتقالية بين الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل, تقليل خطر التشقق والتآكل.

عملية الزبدة:

1. تحضير السطح: يجب تنظيف سطح أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ جيدًا لإزالة أي ملوثات, مثل الزيت, شحم, أو طبقات الأكسيد. ويمكن القيام بذلك باستخدام الطرق الميكانيكية (على سبيل المثال, طحن) أو التنظيف الكيميائي.
2. التسخين: اعتمادًا على سمك المواد والسبائك المحددة التي يتم لحامها, قد تكون هناك حاجة إلى التسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. تتراوح درجات حرارة التسخين عادة من 100 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
3. ممر الزبدة: طبقة من مادة الحشو (على سبيل المثال, إرنيكرمو-3) يتم تطبيقه على أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام عملية لحام مثل GTAW (التنغستن الغاز لحام القوس) أو سماو (لحام القوس المعدني المحمي). يجب أن تكون طبقة الزبدة سميكة بدرجة كافية لمنع التخفيف مع المعدن الأساسي أثناء اللحام النهائي.
4. التفتيش: بعد تطبيق طبقة الزبدة, يجب فحصه بحثًا عن عيوب مثل الشقوق, المسامية, أو اندماج غير كامل. اختبار غير مدمر (الاختبار الإتلافي) يمكن استخدام طرق مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية أو الاختبار الشعاعي للتأكد من جودة طبقة الزبدة.

خطوة 4: لحام سبائك النيكل إلى الفولاذ المقاوم للصدأ بالزبدة

بمجرد تطبيق طبقة الزبدة على الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ, يمكن إجراء اللحام النهائي بين أنبوب سبائك النيكل وأنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المدهون بالزبدة.

إجراءات اللحام:

1. عملية اللحام: يمكن أن تختلف عملية اللحام المستخدمة لربط سبائك النيكل بأنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ المدهون بالزبدة اعتمادًا على المواد والتطبيقات المحددة. تشمل عمليات اللحام الشائعة:
   • غتو (لحام تيغ): يوفر تحكمًا دقيقًا في اللحام ويستخدم بشكل شائع في اللحامات عالية الجودة في التطبيقات المهمة.
   • SMAW (لحام العصا): عملية متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها للحام في مواقع وبيئات مختلفة.
   • GMAW (لحام ميغ): مناسبة لسرعات اللحام الأسرع والمواد السميكة.
2. مادة الحشو: نفس مادة الحشو المستخدمة في الزبدة (على سبيل المثال, إرنيكرمو-3) يجب استخدامه في اللحام النهائي لضمان التوافق بين سبائك النيكل والطبقة المدهونة بالزبدة.
3. معلمات اللحام: معلمات اللحام, مثل تيار اللحام, الجهد االكهربى, وسرعة السفر, ينبغي التحكم فيها بعناية لمنع ارتفاع درجة الحرارة والتشويه. يوفر الجدول التالي معلمات اللحام النموذجية لعمليات GTAW وSMAW:

عملية اللحام	مادة الحشو	حاضِر (ا)	الجهد االكهربى (V)	سرعة السفر (مم/دقيقة)	درجة حرارة التسخين المسبق (° C)	درجة الحرارة البينية (° C)
غتو (تيج)	إرنيكرمو-3	100-150	10-14	100-150	100-200	150-250
SMAW (يلزق)	إرنيكرمو-3	80-120	20-24	80-120	100-200	150-250
GMAW (أنا)	إرنيكرمو-3	150-200	20-25	150-200	100-200	150-250

4. المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT): اعتمادا على المواد والتطبيق, قد تكون هناك حاجة للمعالجة الحرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط المتبقية وتحسين الخواص الميكانيكية للحام. تتراوح درجات حرارة PWHT عادة من 600 درجة مئوية إلى 800 درجة مئوية, اعتمادا على السبائك المحددة التي يتم لحامها.

خطوة 5: التفتيش والاختبار

بعد الانتهاء من عملية اللحام, يجب فحص واختبار وصلة اللحام للتأكد من جودتها وسلامتها. وتشمل طرق التفتيش الشائعة:

• الفحص البصري: يتم فحص وصلة اللحام بصريًا بحثًا عن عيوب السطح مثل الشقوق, المسامية, أو اندماج غير كامل.
• اختبار غير مدمر (الاختبار الإتلافي): طرق مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT), اختبار التصوير الشعاعي (RT), أو اختبار اختراق الصبغة (حزب العمال) يمكن استخدامها للكشف عن العيوب الداخلية في وصلة اللحام.
• الاختبارات الميكانيكية: الاختبارات الميكانيكية مثل اختبار الشد, اختبار الانحناء, أو يمكن إجراء اختبار التأثير لتقييم قوة وصلة اللحام.

تحديات لحام سبائك النيكل بالفولاذ المقاوم للصدأ

يمثل لحام سبائك النيكل بالفولاذ المقاوم للصدأ العديد من التحديات بسبب الاختلافات في تركيبها الكيميائي وخصائصها الفيزيائية. وتشمل بعض التحديات الرئيسية:

1. عدم تطابق التمدد الحراري

سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ لها معاملات مختلفة للتمدد الحراري, والتي يمكن أن تؤدي إلى الضغوط الحرارية أثناء التدفئة والتبريد. هذه الضغوط يمكن أن تسبب تشققات في وصلة اللحام, خاصة في الأنابيب ذات الجدران السميكة أو الأشكال الهندسية المعقدة.

2. تخفيف

أثناء اللحام, المعادن الأساسية (سبائك النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ) يمكن أن تخلط مع مادة الحشو, مما يؤدي إلى التخفيف. يمكن أن يؤدي هذا إلى لحام ذو خصائص ميكانيكية غير مرغوب فيها أو مقاومة للتآكل. تساعد طبقة الزبدة على تقليل التخفيف عن طريق إنشاء واجهة أكثر توافقًا بين المعدنين المختلفين.

3. تآكل

يمكن أن يؤدي لحام المعادن المتباينة إلى تكوين خلايا كلفانية, مما يؤدي إلى التآكل المتسارع في وصلة اللحام. استخدام مادة حشو متوافقة (على سبيل المثال, إرنيكرمو-3) ويمكن أن تساعد العلاجات المناسبة بعد اللحام في التخفيف من هذه المشكلة.

4. تكسير

يمكن أن يحدث التشقق أثناء اللحام أو بعده بسبب الضغوط الحرارية, تخفيف, أو التقصف الهيدروجيني. التسخين, معلمات اللحام الخاضعة للرقابة, ويمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تقليل مخاطر التشقق.

الطاولة: التركيب الكيميائي لسبائك النيكل الشائعة والفولاذ المقاوم للصدأ

المواد	النيكل (ني)	الكروم (الجمهورية التشيكية)	السيليكون (مو)	حديد (Fe)	درجات (الاتحاد الجمركي)	T11 (ج)	عناصر أخرى
إنكونيل 600	72 أنا	14-17	–	6-10	–	0.15 ماكس	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, S
إنكونيل 625	58 أنا	20-23	8-10	5 ماكس	–	0.10 ماكس	ملحوظة:, يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية
المونل 400	63 أنا	–	–	2.5 ماكس	28-34	0.30 ماكس	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, S
هاستيلوي سي-276	57 أنا	14.5-16.5	15-17	4-7	–	0.01 ماكس	W, يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, S
304 الفولاذ المقاوم للصدأ	8-10.5	18-20	–	توازن	–	0.08 ماكس	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, ص, S
316 الفولاذ المقاوم للصدأ	10-14	16-18	2-3	توازن	–	0.08 ماكس	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, ص, S
321 الفولاذ المقاوم للصدأ	9-12	17-19	–	توازن	–	0.08 ماكس	منظمة الشفافية الدولية, يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, ص, S
دوبلكس ستانلس	4.5-6.5	22-23	3-3.5	توازن	–	0.03 ماكس	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن, الاشتراكية الدولية, ص, S

خاتمة

يعد لحام الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك النيكل بأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام تقنية التزيين عملية معقدة تتطلب اهتمامًا دقيقًا باختيار المواد, مادة حشو, معلمات اللحام, وعلاجات ما بعد اللحام. من خلال دهن طبقة من مادة الحشو المتوافقة, خطر التشقق, تآكل, ويمكن تقليل التخفيف بشكل كبير, مما أدى إلى وصلة لحام عالية الجودة.

يعتمد نجاح اللحام على إعداد السطح المناسب, التسخين, معلمات اللحام الخاضعة للرقابة, والتفتيش والاختبار الشامل. من خلال اتباع الإرشادات وأفضل الممارسات الموضحة في هذا الدليل, يمكنك ضمان لحام موثوق ودائم بين سبائك النيكل وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

لمزيد من المعلومات أو المساعدة في لحام المعادن المختلفة, استشر مهندس لحام أو متخصص مواد يمكنه تقديم إرشادات الخبراء بشأن المتطلبات المحددة لمشروعك.