لحام أنابيب فولاذية ذات جدران سميكة وقطر كبير

تستخدم عمليات اللحام الآلي الكامل للأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة (أكبر من 21 مم) غالبًا أخاديد على شكل حرف U أو أخاديد مركبة. ونظرًا لأن معالجة الأخاديد من النوع الأول والأخاديد المركبة تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب جهدًا كبيرًا، فإن كفاءة لحام الأنابيب تكون محدودة. أما معالجة الأخاديد على شكل حرف V فهي أبسط، مما يوفر الوقت والجهد. ومع ذلك، عند لحام الأخاديد على شكل حرف V للأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة آليًا، فإن اختيار معايير عملية اللحام بشكل غير صحيح سيؤدي إلى عيوب في اللحام.
مع ازدياد قوة أنابيب الصلب المستخدمة في بناء خطوط الأنابيب إلى مستويات X70 و X80، وزيادة قطر الأنابيب وسماكة جدرانها، بدأ تطبيق تقنية اللحام الآلي تدريجياً في بناء خطوط الأنابيب منذ عام 2003. تتمتع تقنية اللحام الآلي لخطوط الأنابيب بإمكانات كبيرة في تطبيق بناء خطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة نظرًا لمزاياها المتمثلة في كفاءة اللحام العالية، وانخفاض كثافة العمل، وقلة تأثر عملية اللحام بالعوامل البشرية.
مع ذلك، لا تزال تقنية اللحام الآلي لخطوط الأنابيب في بلدي في طور التطوير، ولم تُحل بعض مشكلات الوصلات بشكل كامل، مثل عدم التحام الجذور والجدران الجانبية، والأخاديد المعقدة. غالبًا ما تُستخدم منحدرات النوع الأول في اللحام الآلي لخطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة. كما أن المرافق الداعمة، مثل أخاديد الأنابيب أو الأخاديد المركبة وآلات تشكيل أخاديد نهايات الأنابيب، لا تزال قيد التطوير، لذا فإن دراسة تقنية اللحام الآلي للأخاديد المُشكّلة للأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة تُعدّ ذات أهمية بالغة.
يبلغ الطول الإجمالي لخط ربط تشونغوي-جينغبيان لخط أنابيب الغاز الثاني بين الغرب والشرق حوالي 345 كيلومترًا. وقد أدخلت شركة تشينغ للهندسة الإنشائية، المتخصصة في أنابيب الصلب، آلة لحام أوتوماتيكية بالكامل من نوع CRC، والتي استُخدمت في لحام الأنابيب ذات سماكة جدار 21 مترًا في القسم 1B من خط الربط.
أساليب اللحام، والمعدات، والمواد
تعتمد طريقة اللحام على لحام جذر STT بالإضافة إلى ماكينة اللحام الأوتوماتيكية CRC-F260 للحام الساخن والتعبئة والتغطية. معدات اللحام: ماكينة لحام Lincoln STT، وماكينة Lincoln DC-400، وماكينة اللحام الأوتوماتيكية CRC-F260. غاز الحماية: غاز الحماية المستخدم في لحام جذر STT هو 100% ثاني أكسيد الكربون، بينما غاز الحماية المستخدم في اللحام الأوتوماتيكي بالكامل هو 80% أرجون + 20% ثاني أكسيد الكربون.
تُستخدم الأخاديد المركبة أو الأخاديد الجانبية بشكل شائع في اللحام الآلي، ويمكن استخدامها أيضًا في خطوط الأنابيب ذات الجدران الرقيقة. وتتميز هذه الأخاديد بصغر الفجوة بينها. يبلغ سمك جدار خط أنابيب الغاز الثاني بين الشرق والغرب 21.0 مم، ويبلغ العرض العلوي للأخدود على شكل حرف Y حوالي 22 مم. هذا العرض قريب من حد دوران مسدس اللحام CRC-P260. يمثل هذا النوع من الأخاديد تحديًا كبيرًا للحام الآلي. وقد تم تحديد معايير عملية اللحام لاختبار اللحام الآلي بناءً على الخبرة.
استُخدمت المعايير المذكورة أعلاه لإجراء اختبارات اللحام الآلي. وخلال عملية اللحام التجريبية، تبيّن أن اللحامات الآلية عُرضة للعيوب، مثل عدم اندماج الطبقات، وعدم اندماج الجدار الجانبي، وكثافة المسام، وزيادة الارتفاع في جزء اللحام العلوي.
أثناء عملية اللحام التجريبية، عندما كان التيار يتراوح بين 210 و235 أمبير، والجهد بين 21 و23 فولت، وسرعة تغذية السلك بين 420 و480 بوصة/دقيقة، وسرعة اللحام 1215 بوصة/دقيقة، لوحظ عدم ظهور طبقة تقريبًا على اللحامات F1 وF2 وF3. لم يحدث اندماج بين الفراغات، ولا في الأخاديد، وكانت المسامات كثيفة. يُشير التحليل إلى أن عرض الأخاديد في اللحامات F1 وF2 وF3 صغير، وأن الحماية بالغاز كافية، لذا لن تتولد ثقوب نيتروجينية. كما أن صغر عرض الأخاديد يُقلل من تأرجح مسدس اللحام ويزيد من تردد التأرجح. في ظل سرعة تغذية سلك معينة، يندمج المعدن الأساسي ومعدن الحشو بشكل كامل، مما يقلل من احتمالية حدوث احتكاك. كما أن تعزيز اللحام في الجزء العلوي من اللحام ليس كبيرًا. عندما يكون التيار الكهربائي بين 200 و250 أمبير، والجهد بين 18 و22 فولت، وسرعة تغذية السلك بين 400 و500 بوصة/دقيقة، وسرعة اللحام بين 12 و16 بوصة/دقيقة، لوحظ أثناء اختبار اللحام وجود انصهار بين الطبقات وتكوّن أخاديد في مواضع اللحام الرأسية F4 وF5 وF6. لم يحدث انصهار كامل، ولكن لم تكن هناك مسامات، ولم يكن هناك تعزيز كافٍ في الجزء العلوي من اللحام. أما عندما يكون تيار اللحام أقل من 220 أمبير، والجهد 21 فولت، وسرعة تغذية السلك أقل من 450 بوصة/دقيقة، وسرعة اللحام أكبر من 15 بوصة/دقيقة، وتردد تأرجح مسدس اللحام أقل من 90 مرة/دقيقة لزيادة تغذية السلك، فلا يحدث انصهار بين الطبقات ولا تكوّن أخاديد. تم ضبط السرعة والتيار والجهد (مع تعديل طول امتداد سلك اللحام)، وزيادة سعة تأرجح مسدس اللحام، ومحاولة اختيار تردد تأرجح أعلى لمسدس اللحام، والتحكم في سرعة اللحام في الجزء الرأسي. بعد عمليات الفحص F4 وF5 وF6، لم يُلاحظ أي نقص في الاندماج بين الطبقات. لم يكن الأخدود مندمجًا. عند استخدام تيار يتراوح بين 220 و250 أمبير، وجهد يتراوح بين 20 و22 فولت، وسرعة تغذية سلك تتراوح بين 450 و500 بوصة/دقيقة، وسرعة لحام تتراوح بين 14 و16 بوصة/دقيقة، لم يُلاحظ أي عدم اندماج في لحام الغطاء، ولكن تجاوز ارتفاع لحام الغطاء في موضع اللحام العلوي الحد المسموح به. يُظهر التحليل أن عرض لحام الغطاء يتراوح بين 18 و22 ملم، وهو قريب من أقصى مدى تأرجح لمسدس اللحام CRC-P260. يؤدي اتساع خط اللحام، وسعة حركة مسدس اللحام الكبيرة، وسرعة تأرجحه العالية، إلى بقاء حوض المعدن المنصهر لفترة طويلة، مما يجعله مكشوفًا أثناء حركة المسدس. يُحدث هذا الحوض تأثيرًا مُحركًا، مما يؤدي إلى ترسب المعدن المترسب في موضع اللحام العلوي بفعل الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية وغيرها، الأمر الذي قد يتسبب في تجاوز قوة اللحام في هذا الموضع للمعايير المطلوبة.
لضمان فعالية تشكيل الغطاء، ينبغي اختيار سرعة لحام منخفضة وتقليل تردد حركة مسدس اللحام قدر الإمكان لجعل لحام الغطاء رقيقًا وعريضًا، مما يقلل من زمن بقاء حوض اللحام المنصهر ويحقق هدف رفع مستوى يو غاو. بناءً على نتائج اختبار اللحام والتحليل، تم تحديد معايير عملية اللحام الجذري STT + CRC الأوتوماتيكية بالكامل لملء وتغطية خط الربط لخط أنابيب الغاز الثاني بين الغرب والشرق. تم اللحام وفقًا لمعايير اللحام الموضحة في الجدول 3. تم فحص اللحام وتبين خلوه من أي عيوب مثل المسام والشقوق وعدم الانصهار. سطح اللحام ذو شكل جيد، والتركيب المعدني المجهري جيد. تم اختبار الخواص الميكانيكية للحامات بواسطة مركز تكنولوجيا اللحام التابع لمعهد أبحاث خطوط أنابيب البترول والغاز الطبيعي الصيني، وتلبي جميع المؤشرات متطلبات بناء وصلة خط الربط لخط أنابيب الغاز الثاني بين الغرب والشرق. إن التطبيق الناجح للحام الجذر STT + اللحام الآلي CRC-P260 على الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة والجدران السميكة (ذات الأخدود V) يعكس بشكل كامل خصائص الجودة العالية والكفاءة وانخفاض كثافة العمل لتكنولوجيا اللحام الآلي.
استُخدمت المعايير المذكورة أعلاه في اختبارات اللحام الآلي. وخلال عملية اللحام التجريبية، تبيّن أن اللحامات الآلية عُرضة للعيوب، مثل عدم اندماج الطبقات، وعدم اندماج الجدران الجانبية، وكثافة المسام، وزيادة الارتفاع في جزء اللحام العلوي.
أثناء عملية اللحام التجريبية، عندما كان التيار يتراوح بين 210 و235 أمبير، والجهد بين 21 و23 فولت، وسرعة تغذية السلك بين 420 و480 بوصة/دقيقة، وسرعة اللحام بين 12 و215 بوصة/دقيقة، لوحظ انعدام اللحام تقريبًا في اللحامات F1 وF2 وF3. لم يحدث اندماج بين الطبقات، ولا اندماج للأخاديد، كما لوحظت مسامات كثيفة. يُشير التحليل إلى أن عرض الأخاديد في اللحامات F1 وF2 وF3 صغير، وأن الحماية بالغاز كافية، لذا لن تتولد ثقوب نيتروجينية. كما أن صغر عرض الأخاديد يُقلل من تأرجح مسدس اللحام ويزيد من تردد التأرجح. في ظل سرعة تغذية سلك معينة، يندمج المعدن الأساسي ومعدن الحشو بشكل كامل، مما يقلل من احتمالية حدوث احتكاك. كما أن تعزيز اللحام في الجزء العلوي من اللحام ليس كبيرًا. عندما يكون التيار 200-250 أمبير، والجهد 18-22 فولت، وسرعة تغذية السلك 400-500 بوصة/دقيقة، وسرعة اللحام 12-16 بوصة/دقيقة، خلال اختبار اللحام، وُجد أن مواضع اللحام الرأسية F4 وF5 وF6 أظهرت اندماجًا بين الطبقات، ولم تندمج الأخاديد، ولكن لا تزال خالية من المسام.