تحليل العوامل المؤثرة على عملية لحام الأنابيب ذات اللحام المستقيم عالي التردد

المعايير الرئيسية لعملية التردد العاليأنابيب ملحومة بخط مستقيمتشمل هذه العوامل مدخلات حرارة اللحام، وضغط اللحام، وسرعة اللحام، وزاوية الفتح، وموضع وحجم ملف الحث، وموضع المقاوم، وغيرها. تؤثر هذه المعايير بشكل كبير على تحسين جودة منتجات الأنابيب الملحومة بتردد عالٍ، وكفاءة الإنتاج، والطاقة الإنتاجية للوحدة. ويمكن للمصنعين تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة من خلال مطابقة هذه المعايير.

1. مدخلات حرارة اللحام: في لحام الأنابيب ذات اللحام المستقيم عالي التردد، تحدد طاقة اللحام كمية مدخلات حرارة اللحام. عندما تكون الظروف الخارجية ثابتة ولكن مدخلات الحرارة غير كافية، لا تصل حافة الشريط المسخن إلى درجة حرارة اللحام، وتبقى بنية صلبة تشكل لحامًا باردًا، ولا يمكن حتى أن تندمج. يحدث ارتباك بسبب قلة مدخلات حرارة اللحام.

عادةً ما يظهر عدم الانصهار أثناء الفحص على شكل فشل في اختبار التسطيح، أو انفجار الأنبوب الفولاذي أثناء الاختبار الهيدروستاتيكي، أو تشقق اللحام أثناء تقويم الأنبوب، وهو عيب خطير. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر كمية حرارة اللحام بجودة حافة الشريط. على سبيل المثال، إذا كانت هناك نتوءات على حافة الشريط، فإنها ستتسبب في شرارات قبل وصولها إلى نقطة لحام بكرة الضغط، مما يؤدي إلى فقدان طاقة اللحام وتقليل كمية الحرارة المُدخلة، وبالتالي عدم الانصهار أو اللحام البارد. عندما تكون الحرارة المُدخلة عالية جدًا، تتجاوز درجة حرارة حافة الشريط المُسخن درجة حرارة اللحام، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أو حتى احتراقها. كما يتشقق اللحام بعد تعرضه للإجهاد. في بعض الأحيان، يتناثر المعدن المنصهر ويُشكل ثقوبًا نتيجة لانهيار اللحام. وتتكون الفقاعات والثقوب بسبب الحرارة المُدخلة الزائدة. أثناء الفحص، تظهر هذه العيوب بشكل رئيسي على شكل فشل في اختبار التسطيح بزاوية 90 درجة، وفشل في اختبار الصدم، وانفجار أو تسرب الأنبوب الفولاذي أثناء الاختبار الهيدروليكي.

٢. ضغط اللحام (تقليل القطر): يُعد ضغط اللحام العامل الرئيسي في عملية اللحام. بعد تسخين حافة الشريط إلى درجة حرارة اللحام، تتحد ذرات المعدن تحت تأثير قوة ضغط أسطوانة الضغط لتشكيل اللحام. يؤثر مقدار ضغط اللحام على قوة ومتانة اللحام. فإذا كان ضغط اللحام منخفضًا جدًا، لا تندمج حافة اللحام بشكل كامل، ولا يمكن التخلص من أكاسيد المعدن المتبقية في اللحام، مما يؤدي إلى تكوين شوائب، وبالتالي انخفاض كبير في قوة شد اللحام، ويكون اللحام عرضة للتشقق بعد تعرضه للإجهاد. أما إذا كان ضغط اللحام مرتفعًا جدًا، فسيتم بثق معظم المعدن الذي يصل إلى درجة حرارة اللحام، مما لا يقلل فقط من قوة ومتانة اللحام، بل يُنتج أيضًا عيوبًا مثل النتوءات الداخلية والخارجية الزائدة أو اللحام التراكبي.

يُقاس ضغط اللحام ويُحدد عادةً من خلال انخفاض قطر أنبوب الصلب قبل وبعد بكرة البثق، بالإضافة إلى حجم وشكل النتوءات. ويؤثر ضغط البثق على شكل هذه النتوءات. فإذا كان ضغط البثق كبيرًا جدًا، يكون تناثر المعدن المنصهر كبيرًا، وتكون النتوءات كبيرة ومائلة على جانبي اللحام. أما إذا كان ضغط البثق منخفضًا جدًا، فلا يكاد يوجد تناثر، وتكون النتوءات صغيرة ومتراكمة. وعندما يكون ضغط البثق متوسطًا، تكون النتوءات منتصبة، ويُضبط ارتفاعها عادةً بين 2.5 و3 مم. وعند ضبط ضغط البثق بشكل صحيح، يكون انسياب المعدن في اللحام متناظرًا في جميع الاتجاهات، بزاوية تتراوح بين 55 و65 درجة. ويُحسّن ضبط ضغط البثق شكل انسياب المعدن في اللحام.

3. سرعة اللحام: تُعدّ سرعة اللحام من أهمّ معايير عملية اللحام، إذ ترتبط بنظام التسخين، وسرعة تشوّه اللحام، وسرعة تبلور ذرات المعدن. في اللحام عالي التردد، تتحسّن جودة اللحام مع زيادة سرعة اللحام، وذلك لأنّ تقليل زمن التسخين يُضيّق نطاق منطقة التسخين الطرفية ويُقلّل من زمن تكوّن أكاسيد المعدن. عند خفض سرعة اللحام، لا يقتصر الأمر على اتساع منطقة التسخين، أي اتساع المنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام، بل يتغيّر عرض منطقة الانصهار بتغيّر الحرارة المُدخلة، كما يزداد حجم النتوءات الداخلية المتكوّنة. يوضح الشكل عرض خط الانصهار عند سرعات لحام مختلفة. أما في اللحام منخفض السرعة، فإنّ انخفاض الحرارة المُدخلة يُصعّب عملية اللحام، كما يتأثر بجودة حافة اللوحة وعوامل خارجية أخرى، مثل مغناطيسية المقاوم، وحجم زاوية الفتح، ما قد يُؤدّي بسهولة إلى ظهور عيوب متعدّدة. لذلك، أثناء اللحام عالي التردد، يجب اختيار أسرع سرعة لحام للإنتاج وفقًا لمواصفات المنتج قدر الإمكان في ظل الظروف التي تسمح بها سعة الوحدة ومعدات اللحام.

4. زاوية الفتح: تُعرف زاوية الفتح أيضًا بزاوية اللحام V، وهي الزاوية بين حافة الشريط أمام أسطوانة البثق، كما هو موضح في الشكل 6. تتراوح زاوية الفتح عادةً بين 3 و6 درجات، ويُحدد حجمها بشكل أساسي موضع أسطوانة التوجيه وسُمك صفيحة التوجيه. يؤثر حجم زاوية V بشكل كبير على استقرار اللحام وجودته. عند تقليل زاوية V، تقل المسافة بين حواف الشريط، مما يُعزز تأثير التقارب للتيار عالي التردد، والذي بدوره يُقلل من طاقة اللحام أو يزيد من سرعة اللحام ويُحسّن الإنتاجية. أما إذا كانت زاوية الفتح صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى لحام مُبكر، أي أن نقطة اللحام ستُضغط وتُصهر قبل الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، مما يُؤدي إلى ظهور عيوب مثل الشوائب واللحام البارد في اللحام، وبالتالي يُقلل من جودته. على الرغم من أن زيادة زاوية V تزيد من استهلاك الطاقة، إلا أنها في ظل ظروف معينة تضمن استقرار تسخين حافة الشريط، وتُقلل من فقدان الحرارة عند الحافة، وتُقلل من المنطقة المتأثرة بالحرارة. في الإنتاج الفعلي، ولضمان جودة اللحام، يتم التحكم في زاوية V بشكل عام عند 4 درجات إلى 5 درجات.

5. حجم وموضع ملف الحث: يُعد ملف الحث أداة مهمة في لحام الحث عالي التردد. ويؤثر حجمه وموضعه بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج.

تتناسب الطاقة المنقولة من ملف الحث إلى الأنبوب الفولاذي طرديًا مع مربع الفجوة الموجودة على سطح الأنبوب. فإذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، تنخفض كفاءة الإنتاج بشكل حاد. أما إذا كانت صغيرة جدًا، فقد يشتعل الملف بسهولة مع سطح الأنبوب أو يتلف بسببه. عادةً، يكون السطح الداخلي لملف الحث ملامسًا لجسم الأنبوب، وتُختار الفجوة عادةً حوالي 10 مم. يُحدد عرض ملف الحث وفقًا للقطر الخارجي للأنبوب. فإذا كان الملف عريضًا جدًا، سينخفض ​​حثه، وبالتالي سينخفض ​​جهد المحث، وستقل الطاقة الناتجة. أما إذا كان ضيقًا جدًا، فستزداد الطاقة الناتجة، ولكن سيزداد أيضًا فقد الطاقة الفعالة في الأنبوب والملف نفسه. عمومًا، يُعد عرض ملف الحث الأمثل هو من 1 إلى 1.5 ضعف القطر الخارجي للأنبوب.

تكون المسافة بين الطرف الأمامي لملف الحث ومركز أسطوانة الضغط مساوية لقطر الأنبوب أو أكبر منه بقليل، أي أن المسافة من 1 إلى 1.2 ضعف القطر هي الأنسب. إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، سيقل تأثير تقارب زاوية الفتح، مما يؤدي إلى زيادة مسافة التسخين عند الحافة، وبالتالي يستحيل الحصول على درجة حرارة لحام أعلى عند وصلة اللحام. أما إذا كانت المسافة صغيرة جدًا، فستولد أسطوانة البثق حرارة مستحثة أعلى، مما يقلل من عمرها الافتراضي.

٦. وظيفة المقاوم وموقعه: يُستخدم مغناطيس المقاوم لتقليل تدفق التيار عالي التردد إلى الجزء الخلفي من الأنبوب الفولاذي، وفي الوقت نفسه تركيز التيار لتسخين الزاوية V للشريط الفولاذي لضمان عدم فقدان الحرارة نتيجة تسخين جسم الأنبوب. إذا لم يكن التبريد كافيًا، فسيتجاوز قضيب المغناطيس درجة حرارة كوري (حوالي ٣٠٠ درجة مئوية) ويفقد مغناطيسيته. بدون المقاوم، سينتشر التيار والحرارة المتولدة حول الأنبوب بأكمله، مما يزيد من قوة اللحام ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأنبوب. لا يوجد تأثير حراري للمقاوم في الأنبوب الخام. يؤثر موضع المقاوم بشكل كبير على سرعة اللحام وجودته. أثبتت التجربة أنه عندما يكون الطرف الأمامي للمقاوم محاذيًا تمامًا لخط مركز بكرة الضغط، ستكون النتيجة تسطيحًا. عند امتداده خارج خط مركز بكرة البثق باتجاه جانب آلة التشكيل، سيقل تأثير التسطيح بشكل ملحوظ. عندما يكون موضع المقاومة أقل من خط المنتصف ولكن على أحد جانبي بكرة التوجيه، تقل قوة اللحام. يتمثل الموضع الأمثل في وضع المقاومة في الأنبوب الخام أسفل المحث، بحيث يتطابق رأسها مع خط المنتصف لبكرة البثق أو يتم ضبطه على بُعد 20 إلى 40 مم في اتجاه التشكيل، مما يزيد من مقاومة الأنبوب العكسية، ويقلل من فقد التيار الدائري، وبالتالي يقلل من طاقة اللحام.