التحكم في موضع ملف الحث وتحسين نقائه في أنبوب فولاذي ذي لحام مستقيم

التحكم في موضع ملف الحث عالي التردد لـأنبوب فولاذي ذو لحام مستقيم:
يتناسب تردد الإثارة لأنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم عكسيًا مع الجذر التربيعي للسعة والحث في دائرة الإثارة، أو طرديًا مع الجذر التربيعي للجهد والتيار. بتغيير السعة أو الحث أو الجهد والتيار في الدائرة، يمكن تغيير تردد الإثارة، وبالتالي التحكم في درجة حرارة اللحام. بالنسبة للصلب منخفض الكربون، تُضبط درجة حرارة اللحام عند 1250-1460 درجة مئوية، ما يفي بمتطلبات اختراق جدار الأنبوب بعمق 3-5 مم. إضافةً إلى ذلك، يمكن ضبط درجة حرارة اللحام أيضًا عن طريق تعديل سرعة اللحام.

يجب أن يكون ملف الحث عالي التردد قريبًا قدر الإمكان من أسطوانة البثق. فإذا كان بعيدًا عنها، يطول وقت التسخين الفعال، وتتسع المنطقة المتأثرة بالحرارة، ويقلّ عزم اللحام؛ وعلى العكس، لا تُسخّن حافة اللحام بالقدر الكافي، ويكون التشكيل رديئًا بعد البثق. المعاوقة عبارة عن قضيب مغناطيسي خاص أو مجموعة من القضبان المغناطيسية المستخدمة في لحام الأنابيب. يجب ألا تقل مساحة المقطع العرضي للمعاوقة عادةً عن 70% من مساحة المقطع العرضي للقطر الداخلي لأنبوب الصلب. تتمثل وظيفتها في جعل ملف الحث وحافة لحام الأنبوب الخام والقضيب المغناطيسي يشكلون حلقة حث كهرومغناطيسي، مما يُحدث تأثيرًا تقاربيًا، ويؤدي إلى تركيز حرارة التيارات الدوامية بالقرب من حافة لحام الأنبوب الخام، وبالتالي تسخينها إلى درجة حرارة اللحام. يتم تثبيت المعاوقة داخل الأنبوب الخام بواسطة سلك فولاذي، ويجب تثبيت مركزها نسبيًا بالقرب من مركز أسطوانة البثق. عند تشغيل الماكينة، وبسبب الحركة السريعة للأنبوب الخام، تتعرض المعاوقة لتآكل كبير نتيجة احتكاكها بالجدار الداخلي للأنبوب، مما يستدعي استبدالها بشكل متكرر.

بعد تسخين حافتي أنبوب اللحام الخام إلى درجة حرارة اللحام، يتشكل غلاف الزيت على هيئة حبيبات معدنية مشتركة تحت ضغط أسطوانة البثق، حيث تتداخل هذه الحبيبات وتتبلور لتشكل في النهاية لحامًا متينًا. إذا كانت قوة البثق ضعيفة جدًا، فإن عدد البلورات المشتركة المتشكلة يكون قليلًا، مما يقلل من قوة معدن اللحام، وقد تحدث تشققات عند تعرضه للإجهاد. سيترك اللحام ندوبًا بعد عملية اللحام والبثق، والتي تحتاج إلى معالجة. تتمثل الطريقة في تثبيت الأداة على الإطار وكشط ندوب اللحام لتصبح مستوية عن طريق تحريك الأنبوب الملحوم بسرعة. عادةً لا توجد نتوءات داخل الأنبوب الملحوم. أما إذا كان ضغط البثق مرتفعًا جدًا، فسوف يندفع المعدن المنصهر خارج اللحام، مما لا يقلل من قوة اللحام فحسب، بل ينتج أيضًا عددًا كبيرًا من النتوءات الداخلية والخارجية، وقد يتسبب في عيوب مثل تداخل اللحام.

عندما تكون الحرارة المُدخلة غير كافية، لا تصل حافة اللحام المُسخّن إلى درجة حرارة اللحام المطلوبة، ويبقى الهيكل المعدني صلبًا، مما يؤدي إلى عدم انصهار أو اختراق غير كامل. وعندما تكون الحرارة المُدخلة غير كافية أيضًا، تتجاوز حافة اللحام المُسخّن درجة حرارة اللحام المطلوبة، مما يؤدي إلى احتراق زائد أو تكوّن قطرات منصهرة، وتشكيل ثقب منصهر في اللحام. تتأثر درجة حرارة اللحام بشكل رئيسي بالقدرة الحرارية للتيارات الدوامية عالية التردد. ووفقًا للمعادلة ذات الصلة، تتأثر القدرة الحرارية للتيارات الدوامية عالية التردد بشكل رئيسي بتردد التيار، وتتناسب هذه القدرة طرديًا مع مربع تردد إثارة التيار. ويتأثر تردد إثارة التيار بجهد الإثارة، والتيار، والسعة، والحث.

تتميز عملية إنتاج الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم بالبساطة، وكفاءة الإنتاج العالية، والتكلفة المنخفضة، والتطور السريع. وتكون قوة الأنابيب الملحومة عمومًا أعلى من قوة الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم. ويمكن إنتاج أنابيب ملحومة بأقطار أكبر باستخدام قضبان أضيق، كما يمكن إنتاج أنابيب ملحومة بأقطار مختلفة باستخدام قضبان بنفس العرض. ومع ذلك، بالمقارنة مع الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم بنفس الطول، يزداد طول اللحام بنسبة تتراوح بين 30 و100%، وتكون سرعة الإنتاج أقل. لذا، تُستخدم اللحام المستقيم في معظم الأنابيب الملحومة ذات الأقطار الصغيرة، بينما تُستخدم اللحام التقليدي في معظم الأنابيب الملحومة ذات الأقطار الكبيرة.

تُستخدم منتجات الأنابيب الملحومة على نطاق واسع في مشاريع مياه الشرب، وصناعة البتروكيماويات، والصناعات الكيميائية، وقطاع الطاقة، والري الزراعي، والبناء الحضري، وهي من بين أهم 20 منتجًا تم تطويرها في بلدي. وتشمل استخداماتها نقل السوائل: إمدادات المياه والصرف الصحي. كما تُستخدم لنقل الغازات: غاز الفحم، والبخار، وغاز البترول المسال. أما في مجال الإنشاءات، فتُستخدم كأنابيب للركائز، والجسور، والأرصفة، والطرق، وأنابيب بناء الهياكل، وغيرها.

يحدث تسطح وتصدع الأنابيب الملحومة بترددات عالية بسبب الشقوق الدقيقة الناتجة عن اللحام، والشوائب الصلبة والهشة، والهياكل الحبيبية الخشنة، وما إلى ذلك.

لتحسين التحكم في اللحام، يُقترح مفهوم مؤشر تشقق شوائب اللحام. وينتج هذا التشقق بشكل رئيسي عن عدم كفاية قوة اللحام، أو شكل جسم الإنسان، أو الليونة. فعند وجود شوائب صغيرة تؤثر على مقاومة الصدمات في لحام التماس، قد لا يحدث تشقق اللحام إلا عندما تتسطح جدران الأنبوب الفولاذي المتقابلة بشكل كبير بالقرب من الصندوق الحديدي. ولتقليل تشقق اللحام، وتحسين مقاومته، وتقليل شوائب اللحام، فكيف يمكن تقليل شوائب اللحام؟

أولًا، حسّن نقاء المواد الخام، وخفّض محتوى الفوسفور والكبريت، وقلّل من الشوائب. ثانيًا، افحص حواف شريط الصلب للتأكد من خلوها من الكدمات والصدأ والتلوث، إذ يُعيق ذلك خروج المعدن المنصهر ويُسهّل تكوّن شوائب اللحام. ثالثًا، يُمكن أن تُؤدي سماكة الجدار غير المتساوية والنتوءات والانتفاخات إلى تذبذبات في تيار اللحام، ما يُؤثر سلبًا على عملية اللحام.