لحام الأنابيب الفولاذية المجلفنة: لماذا يغير طلاء الزنك كل شيء يتعلق باللحام

عملية اللحام على الأنابيب المجلفنة ليست نفس عملية اللحام على الأنابيب السوداء ذات السطح -اللوني المختلف. طلاء الزنك الذي يمنح الأنابيب المجلفنة مقاومتها للتآكل يتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الفولاذ عند درجات حرارة اللحام، وهذا الاختلاف يدفع تقريبًا كل الاحتياطات الخاصة المستخدمة في طاقم اللحام المجلفن - بدءًا من كيفية إعداد الوصلة، إلى كيفية تشغيل اللحام، إلى ما يحدث بعد خروج القوس. إن فهم سبب وجود هذه الاحتياطات، بدلاً من التعامل معها كقائمة مرجعية تعسفية، هو ما يفصل بين الوصلة المجلفنة الملحومة التي تدوم طوال مدة بقية الأنبوب وبين تلك التي تصبح أول مكان يتآكل فيه النظام.

لا تصل جميع الأنابيب المجلفنة إلى حجرة اللحام بنفس الطلاء، والفرق مهم حتى قبل بدء اللحام.

-أنبوب مجلفن بالغمس الساخنيتم إنتاجه عن طريق غمر الأنابيب الفولاذية النهائية في حمام من الزنك المنصهر، عادة حوالي 450 درجة مئوية. يتفاعل الزنك مع السطح الفولاذي ليشكل سلسلة من طبقات سبائك حديد الزنك-، المغطاة بطبقة من الزنك النقي نسبيًا. هذه الرابطة المعدنية - ليست مجرد رواسب سطحية - هي ما يمنح الطلاء المغموس الساخن - قوة التصاق ونطاق سمك نموذجي يتراوح تقريبًا من 45 إلى 100+ ميكرون اعتمادًا على سمك الفولاذ ووقت الغمر. الطلاء ليس موحدًا تمامًا على المستوى المجهري، ولكنه على المستوى العملي يغطي الأسطح الداخلية والخارجية للأنبوب بشكل مستمر، بما في ذلك -المناطق التي يصعب الوصول إليها-مثل الخيوط وطبقات اللحام، لأن الأنبوب مغمور بالكامل.

الأنابيب الكهربائية-المجلفنةيتم إنتاجه عن طريق ترسيب الزنك على سطح الفولاذ بطريقة كهروكيميائية، عادةً في درجة الحرارة المحيطة، من محلول ملح الزنك-. يكون الطلاء الناتج أرق - بشكل شائع في نطاق 5 إلى 25 ميكرون - وأكثر سلاسة في المظهر، ويتم ربطه عن طريق الالتصاق الكهروكيميائي بدلاً من طبقة انتشار السبائك الساخنة - التي يتم تطوير طلاء الغمس بها. يعد تطبيقه أسرع وأقل تكلفة، وينتج سطحًا نهائيًا أكثر اتساقًا ونظافة من الناحية التجميلية، ولهذا السبب يظهر غالبًا في تطبيقات التعرض -التآكل- الداخلية أو المنخفضة حيث يكون المظهر والتكلفة أكثر أهمية من عقود من عمر الخدمة الخارجي.

النتيجة العملية لللحام:-الطلاء بالغمس الساخن يحتوي على كتلة زنك أكبر مركزة بالقرب من المفصل، ويتم حبس المزيد منها في طبقة من السبائك التي تلتصق بسطح الفولاذ حتى تحت الحرارة، وطبقة أكثر سمكًا يتم نزعها مرة أخرى قبل اللحام. يعد الطلاء المجلفن الكهربائي- أرق وأسهل في الإزالة، ولكنه يوفر أيضًا عمر خدمة أقصر بمجرد عودة المفصل إلى الخدمة، نظرًا لوجود كمية أقل من الزنك هناك في البداية. لا يغير أي من الاختلاف الفيزياء الأساسية لما يحدث عندما يضرب القوس بالقرب من الزنك - فهو يغير مقدار المشكلة التي تتعامل معها وكيفية مقارنة أداء تآكل المفصل النهائي ببقية مسار الأنابيب.

المشكلة الأساسية هي عدم تطابق بسيط في درجة الحرارة. يغلي الزنك عند درجة حرارة 907 درجة مئوية تقريبًا. لا يبدأ الفولاذ في الذوبان إلا عند حوالي 1500 درجة مئوية. يكون قوس اللحام أكثر سخونة بكثير من أي من الشكلين - مما يعني أنه بحلول الوقت الذي يحدث فيه القوس أي شيء للفولاذ، يكون الزنك المحيط به مباشرة قد تبخر بالفعل.

يسبب هذا التسلسل عدة مشاكل متميزة في اللحام النهائي، وليس مشكلة واحدة فقط:

• المسامية- لا يتسرب بخار الزنك المنطلق إلى حوض اللحام بشكل كامل قبل أن يتصلب المعدن، مما يترك جيوب غازية في معدن اللحام. تقلل المسامية من المقطع العرضي الفعال -للحام وتمنح شقوق التآكل والإجهاد مكانًا للبدء.
• هشاشة المعادن السائلة- إذا دفعت حرارة اللحام الزنك المنصهر أو المتبخر إلى حدود الحبوب للمنطقة المتأثرة بالحرارة- في الفولاذ الأساسي، فيمكن أن يقلل ذلك من ليونة تلك المنطقة، وفي بعض الحالات، يساهم في التشقق تحت الحمل اللاحق أو الإجهاد الحراري. وهذا خطر موثق جيدًا-يرتبط تحديدًا بلحام الفولاذ المجلفن، وهو يختلف عن مسامية اللحام العادية.
• ترشيش وسوء المظهر الجانبي للخرز- يؤدي تبخير الزنك إلى إزعاج القوس وسطح حوض اللحام، مما يجعل من الصعب الاحتفاظ بخرزة نظيفة ومتسقة مقارنة بلحام نفس الوصلة في الفولاذ العاري.
• خطر الدخان- يتأكسد الزنك المتبخر بواسطة القوس بسرعة في الهواء، مما ينتج عنه دخان أكسيد الزنك. يؤدي استنشاق هذا الدخان بتركيز كافٍ إلى حدوث حمى الأبخرة المعدنية، وهو خطر مهني حقيقي -ومعترف به جيدًا، ولهذا السبب تعد التهوية وحماية الجهاز التنفسي، عند الحاجة، من الممارسات القياسية في أعمال اللحام المجلفن، وليست إجراء احترازيًا اختياريًا.

لا تختفي أي من هذه المشكلات لأن عامل اللحام ماهر - فهي عواقب جسدية للحام من خلال طلاء الزنك السليم. ما هي المهارة والتحكم في الإجراء هو مقدار المشكلة التي تصل إلى المفصل النهائي، ويبدأ هذا التحكم قبل ضرب القوس.

تتمثل الممارسة القياسية في تجريد طبقة الزنك من منطقة الوصلة قبل اللحام، باستخدام طاحونة زاوية، أو صنفرة كاشطة، أو تنظيف باللهب، بدلاً من اللحام مباشرة من خلالها. هذا ليس تجميليًا - ولكنه يعالج مخاطر المسامية والتقصف عند المصدر عن طريق إبقاء بخار الزنك خارج حوض اللحام و-المنطقة المتضررة بالحرارة في المقام الأول. تمتد المنطقة التي تم تنظيفها عادةً لمسافة قصيرة للخلف من حافة المفصل على كل من الأنبوب وأي فلنجة أو تركيبات متزاوجة، وليس فقط الوجه المائل المباشر، نظرًا لأن المنطقة المتأثرة بالحرارة-تمتد إلى ما هو أبعد من اللحام نفسه ويمكن أن يتبخر الزنك المتبقي خارج المفصل المرئي مباشرةً في المنطقة تحت حرارة اللحام.

كل طريقة إزالة لها مقايضة عملية. عملية الطحن سريعة ويمكن التحكم فيها ولكنها تنتج غبارًا-محملًا بالزنك يحتاج إلى نفس احتياطات الدخان/الغبار التي يتطلبها اللحام. يعمل التنظيف باللهب على حرق الطلاء باستخدام تمريرة شعلة أقل-شدة قبل بدء اللحام، وهذا مفيد في الأنابيب ذات القطر الأكبر-حيث يستغرق طحن المحيط بالكامل وقتًا-مستهلكًا للوقت، ولكنه لا يزال يطلق أبخرة أكسيد الزنك أثناء تمرير التنظيف نفسه، لذلك لا تختفي متطلبات التهوية لمجرد أن قوس اللحام لم يبدأ بعد.

بالنسبة للأنابيب المجلفنة فوق DN100 تقريبًا، يتم تحديد طرق الربط الميكانيكية - ذات الحواف أو الوصلات المحززة/الميكانيكية أو تركيبات الضغط من النوع - - بشكل متكرر بدلاً من اللحام الميداني، ويرتبط السبب مباشرة مرة أخرى بعبء إزالة الطلاء والإصلاح - الموضح أعلاه. يحتوي مفصل DN100+ على محيط كبير من الطلاء للتجريد واللحام ثم الإصلاح، وأي فجوة في هذا الإصلاح هي فجوة في الحماية من التآكل في المفصل والتي غالبًا ما يكون من الصعب فحصها أو إعادة -طلائها بمجرد تشغيل النظام. يتجنب المفصل الميكانيكي إزعاج الطلاء على الإطلاق في منطقة المفصل - بدون طحن أو لحام أو طلاء إصلاح - مما يزيل فئة المخاطر بأكملها الموضحة أعلاه بدلاً من إدارتها. ولا تعد هذه مسألة تتعلق بمتطلبات التعليمات البرمجية في معظم الولايات القضائية بقدر ما تتعلق بإدارة المخاطر العملية بمجرد أن تصبح منطقة إزالة الطلاء-كبيرة بما يكفي بحيث يصبح من الصعب ضمان الإصلاح المتسق تمامًا.

بمجرد لحام المفصل، فإن المنطقة التي تم طحنها أو حرقها عارية - مع حبة اللحام نفسها - تُترك بدون حماية من التآكل ما لم يتم إصلاحها عمدًا. هذا مهم أكثر مما قد يبدو في البداية: يحمي الزنك الفولاذ العاري المجاور جزئيًا من خلال العمل القرباني (الكلفاني)، حيث يتآكل الزنك بشكل تفضيلي ويحمي المناطق الصغيرة القريبة من الفولاذ المكشوف. تتمتع هذه الحماية بنطاق فعال محدود - وهي مناسبة للثقوب الصغيرة وأضرار الطلاء الطفيفة، وليس لدرزة اللحام الكاملة من الفولاذ العاري. إذا تركت منطقة اللحام دون إصلاح، فإنها تصبح أول نقطة تآكل في النظام، مما يقوض سبب تحديد الأنابيب المجلفنة في المقام الأول.

يستخدم الإصلاح القياسي مركبًا غنيًا بالزنك - - إما مركب جلفنة بارد يتم تطبيقه بواسطة فرشاة أو رذاذ، أو في بعض الحالات -معدنة زنك مرشوش حراريًا من أجل-تطبيقات ذات أداء أعلى - مبنية على سمك طبقة جافة يمكن مقارنته بطبقة الغمس الساخنة-المحيطة، غالبًا في طبقات متعددة للوصول إلى سمك مناسب في تمريرة واحدة. هذه ليست لمسة تجميلية-لمطابقة لون الطلاء؛ إنها تستعيد طبقة واقية فعلية مضحية، والإصلاح المطبق بشكل رقيق للغاية أو مع إعداد سطحي سيئ تحتها سوف يفشل قبل أن تفشل بقية الطبقة الأصلية للأنبوب.

يتم التحكم في جودة اللحام المتسقة على الأنابيب المجلفنة في خمس مناطق، تعالج كل منها نقطة مختلفة يمكن أن تسوء فيها المخاطر المتعلقة بالزنك-المذكورة أعلاه.

تأهيل اللحام والاستمرارية.يتطلب لحام الأنابيب المجلفنة بشكل صحيح تحكمًا أكثر إحكامًا في مدخلات الحرارة وسرعة السير مقارنة بلحام الوصلة الفولاذية العارية المكافئة، وذلك تحديدًا للحد من كمية تبخر الزنك قبل وحول حوض اللحام. يجب أن يكون الطاقم مؤهلاً وفقًا لإجراء يعكس هذا - وليس مجرد شهادة لحام عامة - ويتم التحقق من صحتها من خلال اختبار عملي في ظل ظروف الموقع التمثيلية قبل السماح لهم بالعمل. يؤدي الاحتفاظ بنفس الطاقم في المشروع إلى تقليل التباين الذي يأتي من إعادة تعلم عمال اللحام-هذه التعديلات جزئيًا خلال المهمة.

التعامل مع مواد الحشو.تمتص الأقطاب الكهربائية المغطاة بالتدفق- الرطوبة من الرطوبة المحيطة، وتمثل الرطوبة في طلاء القطب خطرًا منفصلاً ولكنه مركب - فهي تساهم في التشقق الناجم عن الهيدروجين- في اللحام، بشكل مستقل عن أي شيء متعلق بالزنك-. يجب أن تأتي المواد الاستهلاكية من مورد حاصل على شهادة المواد الكاملة، وأن يتم تخزينها وخبزها في درجة حرارة يتم التحكم فيها وفقًا للإجراء المعمول به، وأن يتم إصدارها بكميات تتطابق مع ما يقرب من نصف - يوم من الاستخدام حتى لا يتم ترك القضبان غير المستخدمة لإعادة امتصاص الرطوبة على أرضية المتجر. هذا التحكم مهم أكثر، وليس أقل، في الأعمال المجلفنة، حيث أن المسامية من بخار الزنك ومسامية الهيدروجين من المواد الاستهلاكية الرطبة يمكن أن تتراكم بعضها البعض في نفس اللحام.

حالة المعدات والمعايرة.يحتاج الإخراج الفعلي لآلة اللحام إلى مطابقة الإعدادات المعروضة، ولهذا السبب يجب معايرة أجهزة قياس التيار والجهد قبل بدء المشروع. نظرًا لأن اللحام المجلفن يعتمد على التحكم في الحرارة- بشكل أكثر إحكامًا من اللحام العادي بالفولاذ الكربوني، فإن تشغيل آلة غير معايرة - أو كابل لحام لفترة كافية لإحداث انخفاض ملموس في الجهد دون تعديل المعلمة المقابلة - يقوض المغزى الكامل من تحديد التحكم الدقيق في سرعة التيار والسير- في الإجراء.

الانضباط العملية.يجب التحقق من أبعاد الأخدود ونظافته (التأكد من إزالة طلاء الزنك بالفعل، وليس فقط تغميقه بصريًا) قبل بدء اللحام مباشرة. يجب أن يظل التيار والجهد وسرعة السير ضمن نطاق الإجراء المؤهل طوال الوقت، وليس فقط عند بداية المفصل، نظرًا لأن الانجراف نحو مدخلات حرارة أعلى يعيد تقديم المزيد من تبخير الزنك ومنطقة أوسع- متأثرة بالحرارة. تستحق الممرات الجذرية اهتمامًا خاصًا، نظرًا لأن الجذر هو الأقرب إلى أي زنك متبقي على الجانب البعيد من المفصل وهو المكان الذي من المرجح أن تنشأ فيه المسامية؛ يجب بناء اللحامات المتعددة-في طبقات رقيقة يمكن التحكم فيها بدلاً من عدد صغير من التمريرات الثقيلة. في -المفاصل الناتجة الأعلى، يجب أن يكون الفحص البصري مدعومًا باختبارات غير إتلافية مناسبة للخدمة - اختبار إشعاعي أو بالموجات فوق الصوتية للضغط الحرج أو المفاصل الهيكلية، على الأقل لعينة تمثيلية من التشغيل.

الظروف البيئية.تؤثر درجة الحرارة المحيطة والرطوبة وسرعة الرياح في موقع اللحام على جودة اللحام بشكل مستقل عن مشكلة الزنك - حيث تعمل الرياح على إزعاج التدريع، وتؤثر الرطوبة على التقاط الهيدروجين في حوض اللحام وفي المواد الاستهلاكية المخزنة، وتغير درجة الحرارة المحيطة الباردة معدل التبريد، ومعه، خطر التشقق في المنطقة المتضررة بالحرارة-. عندما يقع أي من هذه الأمور خارج النطاق المحدد للإجراء المؤهل، فإن الاستجابة الصحيحة هي تأجيل العمل، وليس اللحام على أي حال والاعتماد على الفحص لاكتشاف المشاكل بعد ذلك.