تحليل عناصر العملية المؤثرة على الأنابيب الملحومة طولياً عالية التردد

المعايير الرئيسية للعمليةأنبوب ملحوم ذو درز مستقيم عالي الترددتشمل هذه العوامل مدخلات حرارة اللحام، وضغط اللحام، وسرعة اللحام، وزاوية الفتح، وموضع وحجم ملف الحث، وموضع المعاوقة، وغيرها. لهذه العوامل تأثير كبير على تحسين جودة منتجات الأنابيب الملحومة بتردد عالٍ، وكفاءة الإنتاج، والطاقة الإنتاجية للوحدة. ويمكن أن يُمكّن التوفيق بين هذه العوامل المصنّعين من تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة.

1. مدخلات حرارة اللحام
في لحام الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم عالي التردد، تحدد قدرة اللحام كمية الحرارة المُدخلة. عندما تكون الظروف الخارجية ثابتة والحرارة المُدخلة غير كافية، لا تصل حافة الشريط المُسخن إلى درجة حرارة اللحام، وتبقى متماسكة، مما يؤدي إلى لحام بارد غير قابل للانصهار. ينتج عدم الانصهار عن قلة الحرارة المُدخلة. ويتجلى هذا عادةً في فشل اختبار التسطيح، أو انفجار الأنبوب الفولاذي أثناء الاختبار الهيدروليكي، أو تشقق خط اللحام عند فرد الأنبوب. يُعد هذا عيبًا خطيرًا. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر الحرارة المُدخلة بجودة حافة الشريط. على سبيل المثال، وجود نتوءات على حافة الشريط يُسبب اشتعالًا قبل وصولها إلى نقطة اللحام في أسطوانة البثق، مما يؤدي إلى فقدان قدرة اللحام وانخفاض الحرارة المُدخلة، وبالتالي لحام غير منصهر أو لحام بارد. عندما تكون الحرارة المُدخلة مرتفعة للغاية، تتجاوز حافة الشريط المُسخّن درجة حرارة اللحام، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أو حتى احتراقه، وقد يتشقق اللحام بعد تعرضه للإجهاد، وأحيانًا يتناثر المعدن المنصهر مُشكّلاً ثقوبًا نتيجةً لانهيار اللحام. وتتجلى هذه العيوب، مثل ثقوب الرمل والثقوب الناتجة عن الحرارة المُدخلة الزائدة، بشكل رئيسي في عدم اجتياز اختبارات التسطيح بزاوية 90 درجة، وعدم اجتياز اختبارات الصدم، وانفجار أو تسرب الأنابيب الفولاذية أثناء الاختبار الهيدروليكي.

2- ضغط اللحام (تقليل القطر)
يُعدّ ضغط اللحام العامل الرئيسي في عملية اللحام. فبعد تسخين حافة الشريط إلى درجة حرارة اللحام، تتحد ذرات المعدن لتشكيل لحام تحت تأثير قوة البثق من أسطوانة البثق. ويؤثر مقدار ضغط اللحام على قوة ومتانة اللحام. فإذا كان ضغط اللحام منخفضًا جدًا، لا تندمج حافة اللحام بشكل كامل، ولا تُصرّف أكاسيد المعدن المتبقية في اللحام لتُشكّل شوائب، مما يُقلّل بشكل كبير من قوة شدّ اللحام، ويجعله عرضةً للتشقق عند تعرّضه للإجهاد. أما إذا كان ضغط اللحام مرتفعًا جدًا، فإن معظم المعدن الذي يصل إلى درجة حرارة اللحام يُبثق، مما لا يُقلّل فقط من قوة ومتانة اللحام، بل يُنتج أيضًا عيوبًا مثل النتوءات الداخلية والخارجية الزائدة أو اللحام التراكبي. ويُقاس ضغط اللحام ويُحدّد عادةً من خلال تغيّر قطر أنبوب الصلب قبل وبعد أسطوانة البثق، وحجم وشكل النتوءات. تأثير قوة بثق اللحام على شكل النتوءات. إذا كانت كمية اللحام كبيرة جدًا، فإن الرذاذ يكون كثيفًا، وكمية المعدن المنصهر المتدفقة كبيرة، وتكون النتوءات كبيرة ومقلوبة على جانبي اللحام. أما إذا كانت كمية اللحام قليلة جدًا، فلا يوجد رذاذ تقريبًا، وتكون النتوءات صغيرة ومتراكمة. وعندما تكون كمية اللحام معتدلة، تكون النتوءات المتدفقة منتصبة، ويتراوح ارتفاعها عادةً بين 2.5 و3 مم. إذا تم التحكم بكمية اللحام بشكل صحيح، فإن زاوية انسياب المعدن في خط اللحام تكون متناظرة من الأعلى إلى الأسفل، ومن اليمين إلى اليسار، وتتراوح الزاوية بين 55 و65 درجة. يُحسّن التحكم بكمية اللحام بشكل صحيح من انسيابية شكل خط اللحام.

3 سرعات لحام
تُعدّ سرعة اللحام من أهمّ العوامل المؤثرة في عملية اللحام، وهي مرتبطة بنظام التسخين، وسرعة تشوّه خط اللحام، وسرعة تبلور ذرات المعدن. في اللحام عالي التردد، تتحسّن جودة اللحام مع زيادة سرعة اللحام، لأنّ تقليل زمن التسخين يُضيّق نطاق منطقة التسخين الطرفية ويُقلّل من زمن تكوّن أكاسيد المعدن. أما عند خفض سرعة اللحام، فلا يقتصر الأمر على اتساع نطاق التسخين، أي اتساع المنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام، بل يتغيّر عرض منطقة الانصهار تبعًا لكمية الحرارة المُدخلة، كما تتكوّن نتوءات داخلية أكبر. يختلف عرض خط الانصهار باختلاف سرعات اللحام. عند اللحام بسرعة منخفضة، يُؤدّي انخفاض كمية الحرارة المُدخلة إلى صعوبات في اللحام. كما يتأثر اللحام بجودة حافة اللوح وعوامل خارجية أخرى، مثل مغناطيسية المعاوقة، وزاوية الفتح، وغيرها، مما يُسهّل ظهور عيوب متعدّدة. لذلك، أثناء اللحام عالي التردد، يجب اختيار أسرع سرعة لحام للإنتاج وفقًا لمواصفات المنتج في ظل الظروف التي تسمح بها سعة الوحدة ومعدات اللحام.

4 زاوية فتح
تُعرف زاوية الفتح أيضًا بزاوية اللحام V، وهي الزاوية بين حافة الشريط قبل بكرة البثق، كما هو موضح في الشكل 6. تتراوح زاوية الفتح عادةً بين 3 و6 درجات، ويُحدد حجمها بشكل أساسي موضع بكرة التوجيه وسُمك صفيحة التوجيه. يؤثر حجم زاوية V بشكل كبير على استقرار اللحام وجودته. عند تقليل زاوية V، تقل المسافة بين حافة الشريط، مما يُعزز تأثير التقارب للتيار عالي التردد، وبالتالي يُمكن تقليل طاقة اللحام أو زيادة سرعته وتحسين الإنتاجية. أما إذا كانت زاوية الفتح صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى لحام مبكر، أي أن نقطة اللحام ستُضغط وتُصهر قبل الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، مما يُسهل تكوّن شوائب وعيوب اللحام البارد في اللحام، الأمر الذي يُقلل من جودته. على الرغم من زيادة استهلاك الطاقة مع زيادة زاوية V، إلا أنها تضمن استقرار تسخين حواف الشريط في ظروف معينة، وتقلل من فقدان الحرارة من الحواف، وتقلل من مساحة المنطقة المتأثرة بالحرارة. في الإنتاج الفعلي، ولضمان جودة اللحام، تُضبط زاوية V عادةً بين 4 و5 درجات.

5. حجم وموضع ملف الحث
يُعدّ ملف الحث أداةً أساسيةً 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 السطحية للأنبوب. إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، ستنخفض كفاءة الإنتاج بشكل كبير. يُختار حجم الفجوة عادةً حوالي 10 مم. يُحدد عرض ملف الحث وفقًا للقطر الخارجي للأنبوب الفولاذي. إذا كان ملف الحث عريضًا جدًا، سينخفض ​​حثه، وبالتالي سينخفض ​​جهد المحث، وستنخفض طاقة الخرج. أما إذا كان ملف الحث ضيقًا جدًا، فستزداد طاقة الخرج، ولكن سيزداد أيضًا فقد الطاقة الفعال في الأنبوب والملف نفسه. عمومًا، يُعدّ عرض ملف الحث الأمثل هو 1-1.5 ضعف القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي (حيث D هو القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي). تكون المسافة بين الطرف الأمامي لملف الحث ومركز أسطوانة البثق مساوية لقطر الأنبوب أو أكبر منه بقليل، أي أن 1-1.2 ضعف القطر هو الأنسب. إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، سيقل تأثير زاوية الفتح، مما يؤدي إلى زيادة مسافة التسخين عند الحواف، وبالتالي لن تصل وصلة اللحام إلى درجة حرارة اللحام المطلوبة، مما يؤثر على عمرها الافتراضي.

6- دور وموقع المقاوم
يُستخدم قضيب مغناطيسي من نوع "إمبراطور" لتقليل التيار عالي التردد المتدفق إلى الجزء الخلفي من الأنبوب الفولاذي، وفي الوقت نفسه تركيز التيار لتسخين الزاوية V للشريط الفولاذي لضمان عدم فقدان الحرارة نتيجة تسخين جسم الأنبوب. في حال عدم وجود تبريد، سيتجاوز القضيب المغناطيسي درجة حرارة كوري (حوالي 300 درجة مئوية) ويفقد مغناطيسيته. بدون المقاوم، سينتشر التيار والحرارة المتولدة حول جسم الأنبوب بالكامل، مما يزيد من قوة اللحام ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم. لا يوجد تأثير حراري للمقاوم في الأنبوب الخام. يؤثر موضع المقاوم بشكل كبير على سرعة اللحام وجودته. أثبتت التجربة أن أفضل نتيجة للتسوية تكون عندما يكون موضع الطرف الأمامي للمقاوم محاذيًا تمامًا لخط مركز بكرة البثق. أما عندما يتجاوز خط مركز بكرة الضغط ويمتد إلى جانب آلة التشكيل، فإن تأثير التسوية سيقل بشكل ملحوظ. عندما يكون موضع المعاوقة أقل من خط المنتصف وعلى جانب بكرة التوجيه، تقل قوة اللحام. يُفضل وضع المعاوقة في الأنبوب الخام أسفل المحث، بحيث يتطابق رأسها مع خط المنتصف لبكرة البثق أو يتم ضبطه على بُعد 20-40 مم في اتجاه التشكيل، مما يزيد من المعاوقة الخلفية للأنبوب، ويقلل من فقد التيار الدائري، وبالتالي يقلل من طاقة اللحام.

7. الخاتمة
(1) يمكن للتحكم المعقول في مدخلات حرارة اللحام أن يحقق جودة لحام أعلى.
(2) من المناسب عمومًا التحكم في كمية البثق عند 2.5 إلى 3 مم. تكون النتوءات المبثوقة عمودية، ويمكن أن يحقق اللحام متانة عالية وقوة شد عالية.
(3) التحكم في زاوية اللحام V عند 4°~5°، وإنتاج أعلى سرعة لحام ممكنة في ظل الظروف التي تسمح بها سعة الوحدة ومعدات اللحام، مما يقلل من حدوث بعض العيوب ويحقق جودة لحام جيدة.
(4) يبلغ عرض ملف الحث 1-1.5D من القطر الخارجي لأنبوب الصلب، والمسافة من مركز بكرة البثق 1-1.2D، مما يمكن أن يحسن كفاءة الإنتاج بشكل فعال.
(5) تأكد من أن الطرف الأمامي للمقاوم يقع بالضبط في خط الوسط لبكرة الضغط بحيث يمكن الحصول على قوة شد عالية للحام وتأثير تسوية جيد.