يدخل اللحام في قسما كبيرا من العدد والأجهزة التي تستخدم في مختلف الميادين ويتعرض الكثير منها إلى ظروف تشغيل قاسية من درجات حرارة وضغوط مرتفعة أو أوساط تآكلية معادية أو اجهادات في حالة تذبذب مستمر وغير ذلك .. والمطلوب من منطقة اللحام تحمل هذه الظروف القاسية ولفترات طويلة من الزمن . الأمر الذي يقتضي وضع ضوابط ومواصفات لعملية اللحام لضمان نوعيتها وجعله ملائما للاستعمال . وغالبا ما يؤدي فشل اللحام إلى التوقفات الاستثنائية للأجهزة والمعدات وخطوط الأنابيب في المنشئات النفطية بشكل عام مؤديا إلى خسارة مالية باهظة من جراء توقف الإنتاج وإعمال الصيانة ,ولكي نكون على دراية من إن عمليات اللحام تنفذ بموجب الضوابط والمواصفات وان اللحام المنتج بحالة جيدة خال من العيوب ويتمكن من تحمل ظروف التشغيل المطلوبة ويبقى في حالة سليمة لمدة طويلة من الزمن .ولكي نحقق كل ذلك يتوجب علينا معرفة (( عملية اللحام )). وكيفيتها وطرقها وعيوبها
ولان طرق اللحام عديدة ومتنوعة اخترنا منها ما هو شائع الاستخدام في المجال النفطي وهو((لحام القوس الكهربائي ))
--
عمليات اللحام
تشتمل وصلات اللحام على المناطق التالية :-
1- منطقة اللحام .
2- المنطقة المتأثرة (المجهدة حراريا) بالحرارة .
وبصورة عامة يجب أن تحقق وصلة اللحام (معدن اللحام والمنطقة المجاورة المتأثرة بحرارة اللحام )
الشروط التالية :-
1- إن تكون الصفات الميكانيكية والكيمياوية لوصلة اللحام أعلى أو مشابه لصفات المعدن الأصلي ..
2- إن يكون التركيب الكيمياوي للحام مكافئا (او مقاربا) قدر المستطاع للتركيب الكيمياوي للمعدن الأصلي 3- أن تكون وصلة اللحام خالية من عيوب اللحام التي يمكن كشفها بأجهزة الفحص الدقيقة المألوفة ويجب التأكد من أن كلا من معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة تتوفر فيها هذه الشروط..
نبذة مختصرة عن أسلاك اللحام
تعد نوعية وسلسلة مواصفات أسلاك اللحام بطريقة القوس المعزول (SMAW ) من العوامل الأساسية في عملية اللحام بصورة عامة إذ أنها المكون الرئيسي لوصلة اللحام وعلية تعتمد جميع خواص اللحام ولان المعادن كثيرة وقد أصبح من السهل تركيبها وتشكيلها فان أسلاك اللحام لكي تلاؤم المعادن المراد لحامها باتت هي أيضا متنوعة من حيث المعدن الأساس ومساعدات الصهر ويصنع الالكترود المغطى بتغطية سلك القالب المعدني بطبقه من خلطة مساعدات الصهر تسمى فلكس كما موضح بالصوره ادناه .
فوائد استخدام مساعد الصهر ( الفلكس )
إذا أزيلت مادة مساعد الصهر من على الالكترود وتم استخدام قضيب اللحام بدون تكسيه فسوف يلتصق الالكترود بالشغله وتكون عملية اللحام في غاية الصعوبة . كذلك يكون القوس متقطعاً وتتكون الفجوات ويكون اللحام هشأ .
من هذا يتضح أن فوائد استخدام مساعد الصهر هي كالتالي :-
1- لعمل قوس كهربائي مركز وثابت :-
فى حالة استخدام قضيب لحام فقط بدون مساعد الصهر ( فلكس ) تتكون دائرة مغلقه ويصبح عمل القوس والاستمرار في اللحام غاية في الصعوبة أو شبه مستحيل وكل هذه المشاكل من الممكن أن تحل إذا غطى الالكترود ويكون القوس مركزاً
2- لحماية القوس :-
بتوليد غاز كنتيجة لعملية انصهار الفلكس تتكون الغازات حول القوس ويمكن بواسطة هذه الغازات حماية معدن اللحام المنصهر من عمليات التأكسد والنترده أثناء عملية اللحام . ومما يساعد على رفع كفاءة عملية اللحام كذلك من الممكن الحصول على لحامات تحتوى على كمية ضئيلة جدا من النيتروجين .
3- لإنتاج خبث :-
تلعب خواص الخبث المتكون أثناء عملية اللحام كنقطه الانصهار واللزوجة والوزن النوعي دورا هاما في التحكم في وضع اللحام ( أفقي – رأسي – فوق مستوى البحر )
4- تجنب التبريد المفاجئ:-
كذلك يعمل الخبث كواقي إذا كانت تغطية الخبث جيده ويكون سطح مادة اللحام ناعماً وشكله جيد ..
5- لمنع تأكسد مادة اللحام:-
عادة تضاف مواد مانعه للتأكسد مثل السيلكون (Si) أو المنجنيز ( Mn) ( إلى الفلكس وذلك لإبعاد الأكسجين عن مادة اللحام وتحسين خواص المعدن الملحوم .
6- لاضافة عناصر سبائكيه :-
من الممكن إضافة عناصر سبائكيه في داخل الفلكس وذلك للتحكم في الخواص الميكانيكية والميتالورجيه لمعدن اللحام المنتج .
7- لزيادة كفاءة الترسيب:-
بإضافة بودرة الحديد إلى مادة الفلكس تزداد معدلات الترسيب والتغلغل لمادة اللحام .
8- لزيادة العزل الكهربىائي :-
فلمادة الفلكس قدره عاليه على العزل وعلى ذلك فهي تمنع وقوع أي حوادث كهربائية أثناء عملية اللحام.
يوجد حوالي 100 نوع من أنواع البودرة المستخدمة في إنتاج الفلكس والتي تخلط مع بعضها طبقا لحسابات خاصة مثل بودرة الاكاسيد، والنيترات، والكربونات، والسيليكات، والفلوريدات، وبعض المواد العضوية وكذلك السبائك الحديدية.
معظم الالكترودات يمكن تقسيمها إلى ثلاث مجموعات بناء على تكوين طبقة الفلكس هي :-
السليلوزيه ، والروتيل وقاعدية كل منها مميزة بمجموعة من الخصائص.
أ- الالكترودات السليلوزيه
تحتوي نسبة كبيرة من السليلوز، أكثر من 30 ٪ .بالإضافة إلى الروتيل (مادة ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2 ، أكسيد المنجنيز وفيرومنجنيز ويتم خلطها مع سيليكات الصوديوم أو البوتاسيوم قبل كبسها على سلك. محتوى الرطوبه لتلك الالكترودات عالية جدا ، عادة ما بين 4 و 5 ٪. يحترق السليلوز في القوس لتشكيل درع من غاز اول اكسيد الكربون وثاني اكسيد الكربون ، وبالتزامن مع رطوبه الفلكس ينتج كميات كبيرة من الهيدروجين ، عادة 30 الى 45 مم هيدروجين/100جم من معدن اللحام. تتميز تلك الالكترودات بخاصية الاختراق العميق وارتفاع معدل ترسيب و سهولة بداية القوس الكهربائي واستقراره وكذلك تنتج خبث هش ويسهل إزالته الخبث. وبسبب التجمد السريع للخبث يمكن استخدامها في الوضع الرأسي لأسفل وتيار مستمر DC(+).
ب- اسلاك الروتيل :-
كما يوحي الإسم ، تتضمن قدرا كبيرا من الروتيل ، ثاني أكسيد التيتانيوم ، عادة حوالي 50 ٪ ، بالإضافة إلى السيليلوز والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) ، والسليكا والميكا (البوتاسيوم سيليكات الألومنيوم) ، وفيرمنجنيز. تلك الالكترودات لها خصائص متوسطة الاختراق ، وقوس هادئ مستقر وكمية ترشاش قليلة جدا و تستخدم فى تيار مستمر او متردد مما يجعلها المفضلة عادة و لكن وجود السليلوز والرطوبه يعني ان الالكترودات تنتج مستويات عالية نسبيا من الهيدروجين مثلها مثل الالكترودات السليلوزيه وهى تحتاج الى اعادة التجفيف حوالى 120 درجة مئويه.
ج- الاسلاك القاعدية:-
تحتوى على نسبة عالية من كربونات وفلوريدات الكالسيوم و لا يوجد بها نسب ملحوظة من اى مادة عضوية وذلك يجعلها منخفضة الهيدروجين و يمكن تجفيفها فى درجات حرارة عالية 250 درجة مئوية. تستخدم في تيار مستمر DC(+) أو متردد وتعتبر المفضلة في لحام الصلب عالي المتانة والسمك العالية
تصنيف الالكترود المغطى
يشتمل التصنيف الامريكى AWS – ASTM للالكترود المغطى على جميع الخواص ألهامه للالكترود في صوره مجموعه رقميه تدل على الخواص الميكانيكية لمعدن اللحام المترسب ، نوع الغلاف الكاسي ، وضع اللحام الموصى به وكذلك التيار المستخدم .
النظام الرقمي يشتمل على مجموعه من أربعة أو خمسه أرقام مسبوقة بحرف لاتيني E . الحرف E يعنى الكترود ( أي يتصل بالدائرة الكهربائية ) . الرقمين الأولين ( الأرقام الثلاثة الأولى في المجموعة المكونة من خمسه أرقام ) مضروب في إلف تعطى أقل إجهاد شد لمعدن اللحام بوحدة رطل لكل بوصه مربعه . مثال لذلك 60 في الكترود E6010 تعنى 60,000 P.S.i ( رطل xبوصه المربعة ) ، 100 في الكترود E10010 تعنى 100,000P.S.i المربعة . الرقم التالي ( قبل الأخير ) تعنى وضع اللحام الموصى به لهذا النوع . حيث أن 1 تعنى جميع الأوضاع 2 تعنى اللحام في الوضع تحت مستوى البصر والوضع الافقى . الرقم الأخير يعنى نوع الغلاف الكاسي ونوع التيار وفي ما يلي توضيح بشكل مختصر عن بعض أسلاك اللحام المستخدمة في المجال النفطي والتي هي أكثر استخداما وشيوعا..
أسلاك لحام الصلب الكاربوني
( أ ) نوع مرتفع السليلوز (E6010, E6011).
يلحم الكترود E6010 فى جميع الأوضاع ( تيار مستمر – قطبيه معكوسه) والغلاف الكاسي يحتوى على كمية عاليه من السليلوز ويتميز بقوه وتركيز القوس الكهربائي ويعطى تغلغل جيد ويتميز أيضا بسرعة تجمد معدن اللحام وكمية خبث قليله فى حين أن كميه الغازات المحيطة تكون كبيره .
يلحم الكترود E6011) (. في جميع الأوضاع – تيار متردد وباقي الخصائص تماثل الكترود E6010 .
(ب) نوع مرتفع فأكسيد التيتانيوم . (E6012 , E6013)
يلحم الكترود E6012 في جميع الأوضاع – تيار متردد وتيار مستمر الالكترود سالب – يتميز بتغلغل معقول ولكن ليس بنفس درجه E6010 الغلاف الكاسي به نسبة عاليه من التيتانيا والصوديوم هذا بالاضافه إلى فولسبار وطين وكميه الخبث كبيره بينما كمية الغازات المحيطة قليله .
يلحم الكترود E6013 . في جميع الأوضاع – تيار متردد وتيار مستمر الالكترود سالب . له نفس خصائص E6012 بينما يتميز عنه بسهوله إزالة الخبث كما أن القوس يبدأ بسهوله ويستخدم هذا الالكترود بنسبه كبيره في لحام أنواع الصلب ذات التخانات المنخفضة
(ج) نوع منخفض الهيدروجين (E7015 , E7018)
يلحم الكترود E7015 . في جميع الأوضاع – تيار مستمر اللاكترود موجبه – تستخدم سيليكات الصوديوم كمادة رابطه – ذات درجة تغلغل متوسطه وكميه الخبث كثيفه وسهل الازاله يفضل عند استخدام هذا النوع أن يكون طول القوس قصيرا جدا ويستخدم في لحام مختلف أنواع الصلب . وفى أغلب الأحيان لا يحتاج إلى تسخين سابق أوتسخين لاحق أثناء اللحام .
يلحم الكترود E7018 في جميع الأوضاع – تيار متردد وتيار مستمر الالكترود موجب الغلاف الكاسي يحتوى على نسبه عاليه من بودرة الحديد تتراوح مابين 25% الى 40% ويتميز بلحام له خواص ميكانيكيه جيده ملائمة لمعدن الأساس الملحوم .
الكترود E7028 له نفس خصائص E7018 مع بعض الاختلافات حيث انه يحتوى على كمية أعلى من بودرة الحديد تصل إلى حوالي 50 % ولذ فان معدل الترسيب أعلى بينما التغلغل أقل عمقا .
تهيئة وصلة اللحام
من الضروري جداً تهيئة وصلات اللحام بشكل صحيح لضمان نفاذية اللحام وبتالي ضمان تحمل هذه الوصلة للظروف القاسية ولفترات طويلة من الزمن ولكي تتم العملية بشكل علمي صحيح من الواجب
إتباع الخطوات التالية :-
1- تهيئة جزئي وصلة اللحام بحيث تحقق زاوية تقترب من (70) درجة أي ان كل جزء من وصلة اللحام يقترب من زاوية قدرها (35) درجة وبالتالي نكون قد حققنا شكل حرف V كما مبين في أشكال وصلة اللحام .
وهذه الزاوية تعد من الضروريات في عمليات اللحام والتي من الواجب أخذها بنظر الاعتبار . 2- إجراء عملية الترهيم لجزئي وصلة اللحام بحيث نظمن الأمور التالية : أ- أن يكون الشكل تناكبي صحيح ونظمن فيه مستوى واحد لجزئي الوصلة (أي لا يكون جزء مرتفع وجزء منخفض ) . ب- أن نظمن فيه وجود فتحة جذرية بين الجزئين بقدر (2-3 ملم) لتحقق لنا النفاذية بين الجزئين . ت- ان تكون وصلة اللحام على خط مستقيم ولا يوجد فيها أي انحراف . 3- تثبيت وصلة اللحام بشكل جيد لمنع التشويه . 4- التنظيف الميكانيكي (بالكوسرة أو الفرشاة ...الخ) لإزالة فيلم اوكسيد الحديد اللاصق عل سطح المعدن المراد لحامه . 5- إجراء عملية التسخين الأولي بحدود (100-200 ) درجة مؤية لإزالة الرطوبة التي تتسبب عادتاً بالمسامية العالية وكذلك لتقليل اللأجهادات الداخلية للمعدن (التسخين الأولي غالباً مايكون في الأجواء الباردة )والشكل رقم (3) و(4)أدناه يبينان ابسط أشكال وصلة اللحام المثالية. أما الفرق في عمليات التسخين فيظهر واضحا في الشكل رقم (3)...
طريقة اللحام
1- التمرريرة الجذرية (ROOT PASS )
وهي التمرييرة الأولى التي يتطلب فيها النفاذية العالية وعادتاً يستخدم في هذه التمرريرة الكترودات لحام لها قابلية النفاذ بين جزئي وصلة اللحام وهي (E6010 ) وأيضا تستخدم تيارات عالية لنفس السبب (النفاذية ) ويجب ان لايكون هناك تقعر او انحياد الى جه في الجذر (
2- التمرريرة الحارة. (HOT PASS )
بعد ان يتم تنظيف التمرريرة الجذرية (ROOT PASS )بواسطة الكوسرة أو الفرشاة السلكية بشكل يضمن لنا أن يترك المعدن صقيل ولامع خالي من بقايا الخبث (FLUX ) المساعدة للصهر .
يتم البدء بالتمريرة الثانية (HOT PASS ) وهذه التمريرة هي تمريرة سريعة ذات سمك قليل وتيار عالي وهي بمثابة غطاء للتمريرة الاولى
3- تمريرة الإملاء (FULLING PASS )
أيضا يتم تنظيف التمريرة الثانية بواسطة الفرشاة السلكية بشكل جيد يبدأ بعدها التمريرة الثالثة تمريرة الإملاء (FULLING PASS ) .وهذه التمريرة يراد منها إملاء وصلة اللحام (الحرف V ) حتى السطح الخارجي وهنا تعتمد تمريررات الإملاء على سمك الأنبوب المراد لحامه إذ إن زيادة سمك الأنبوب يعني زيادة عدد تمريرات الإملاء . وكما موضح في الشكل رقم(7)
ويمكن أن تكون هناك ثلاث أو أربع تمريرات للإملاء وخصوصاً في أنابيب نقل الغاز الجاف .
4- تمرريرة الغطاء (CAP PASS ) :
كما هو معتاد تنظف التمرريرة السابقة من الخبث لتبدأ تمريرة الغطاء (CAP PASS ) وهذه التمريرة يراد منها أمرين .
الأمر الأول : هي تمريرة أمان أي انها تعتبر تمريره اضافية لزيادة الامان على وصلة اللحام . إذ إن عمليات اللحام اكتملت وهذه التمريرة لزيادة عامل الأمان فقط . الأمر ثانياً : هي لجمالية اللحام إذ إن وصلت اللحام يجب أن تتمتع بشكل جميل وان لا يظهر فيها ارتفاعات وانخفاضات في مستوى اللحام, كما وان الضروري الاعتناء بهذه التمريرة بشكل يضمن عدم إعطاءها سمك مبالغ فيه (أي ارتفاعها كثيراً عن السطح الخارجي ) أكثر من (3mm) وان لا تكون عريضة بحيث تبتعد عن الحواف كثيراً
العوامل والمتغيرات بالنسبة إلى اللحام بالقوس الكهربائي المعدني ( ****L ARCPROCESS )
- قيمة التيار (منخفض ’ ملائم ’عال )
- السرعة ( منخفضة , ملائمة ’ عالية ) - طول القوس ( ARCLENGTH ) ( قصير ’ ملائم ’ طويل ) - القطبية ( موجبة ’ سالبة ) - المعدن الأصلي (الصفات الميكانيكية ,التركيب الكيمياوي ,البنية المجهرية .......الخ ) - تغليف أسلاك اللحام الغازات الحامية الصفات الفيزياوية _ التركيب مساعدات الصهر الكيميائي وخاصة الرطوبة وامتصاص غاز اله |
Ibrahimalkholy شاب يعشق التكنولوجيا مهتم با الانترنت والمواقع و التدوينات