الغسل الخلفي في لحام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ: منع التسكر والتأكسد الجذري

الغمر الخلفي يعني استبدال الهواء الموجود داخل أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ بغاز خامل، عادةً الأرجون، بحيث يتصلّب سطح اللحام السفلي المنصهر دون ملامسة الأكسجين. وإذا نفذت هذه العملية بدقة، فإنك تمنع ظاهرة «التسكر»، أي تشكُّل سطح سفلي حبيبي شديد التأكسد يُفقِد الأنابيب مقاومتها للتآكل ولا يمكن إزالته بالطحن بعد تشكله. والهدف العملي هو خفض نسبة الأكسجين المتبقي داخل المفصل إلى أقل من ٠٫٥٪ تقريبًا، وإلى أقل من ٠٫١٪ في أعمال السبائك عالية الجودة والتطبيقات ذات النقاء العالي، وذلك قبل إشعال القوس الكهربائي. ووجود سطح سفلي لامع ونظيف ليس مجرد مظهر جمالي؛ بل هو ما يحافظ على الغشاء الوقائي (الباسيڤ) وعلى عمر الأنابيب الافتراضي.

ما هي ظاهرة التسكر ولماذا تحدث
عندما تصل الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية والثنائية إلى درجة حرارة اللحام، يتفاعل الكروم مع أي أكسجين متاح. وفي الأنبوب غير المُنَظَّف، يؤدي الهواء المحبوس إلى أكسدة السطح الداخلي الساخن للوصلة، مكوِّنًا طبقة خشنة داكنة تشبه السكر من أكاسيد غنية بالكروم، ومستنزفة للكروم من المعدن الواقع مباشرةً تحتها. وبسبب نقص الكروم في هذه المنطقة، لا يمكنها الحفاظ على طبقة واقية سلبية، وبالتالي تصبح السطح الداخلي أضعف نقطة في الوصلة أمام التآكل النقطي، والتآكل الشقي، والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

ويترتب على ظاهرة «السكرية» عواقب ميكانيكية أيضًا. فطبقة الأكسيد هشّة وغير منتظمة؛ وهي تعطل جريان السوائل، وتؤوي الرواسب، وتوفر بيئة مناسبة لتبدأ فيها عمليات التآكل والإجهاد التعبوي. وبمجرد حدوث هذه الظاهرة، يكون الضرر معدنيًّا جوهريًّا، وليس مجرد طبقة سطحية فقط. كما أن صقل السطح الداخلي لأنبوبٍ تم إنجازه بالفعل نادرًا ما يكون ممكنًا، بل وحتى لو أمكن، فإنه لن يعيد الكروم الذي فقده السبيكة، لذا فإن منع هذه الظاهرة أثناء عملية اللحام هو الحل الوحيد الموثوق به.

دور غاز الأرجون في التنقية الخلفية
تتم عملية التفريغ الخلفي عن طريق ملء الجزء الداخلي للمفصل بغاز الأرجون، وهو غاز خامل أثقل من الهواء ولا يتفاعل مع المعدن الساخن. وعند تدفق غاز الأرجون، فإنه يخفف تركيز الهواء الحاوي على الأكسجين ويزيحه تدريجيًّا حتى يصبح محتوى الأكسجين المتبقي منخفضًا بما يكفي لمنع تكوُّن أكاسيد ذات أهمية أثناء التصلُّب. ثم تُجرى عملية اللحام بحيث يحمي غاز التغطية المنبعث من الشعلة السطح الخارجي، بينما يحمي غاز التفريغ السطح الداخلي، وبذلك يبقى كلا وجهَي الجذر نظيفين.

يُعد الأرجون الخيار المعتاد نظرًا لخامتِه الخاملة وتوافرِه وكتلته النوعية العالية التي تساعد في استقراره وإزاحة الهواء في الوصلات الأفقية. أما في الوصلات الأكثر سماكة أو ذات السبائك الأعلى، فيضيف بعض المصانع كمية صغيرة من الهيدروجين إلى الأرجون للحصول على جذر أكثر إشراقًا، لكن خلطات الهيدروجين تقتصر على الدرجات الأوستنيتيّة فقط، ولا تُستخدم أبدًا مع الفولاذ ذي البنية الثنائية (ديوبلكس) أو الفولاذ المارتنسيتي بسبب خطر التشقق. ولا يتغير المبدأ الأساسي: وهو منع وصول الأكسجين إلى الجذر الساخن حتى يبرد إلى درجة حرارة أقل من تلك التي تحدث عندها عملية الأكسدة.

الوصول إلى هدف الأكسجين

يُقاس إزالة الغازات بشكل فعّال، ولا يُقدَّر ذلك بالتخمين. أغلق الحجم الذي تُجري فيه الإزالة، وأدخِل الأرجون بمعدل خاضع للتحكم، وراقب الغاز الخارج باستخدام محلِّل للأكسجين حتى تصل القراءة إلى القيمة المستهدفة قبل أن تبدأ اللحام. وغالبًا ما يُعتبر العتبة المقبولة هي أقل من ٠٫٥٪ من الأكسجين المتبقي في أعمال الفولاذ المقاوم للصدأ العامة، مع وجود حدود أكثر صرامة للخدمات ذات المتطلبات العالية.

يجب أن يتناسب حجم التدفق وكمية الغاز المستخدمة في التطهير مع قطر وأنبوب الطول. فالتدفق القليل جدًّا يترك جيوبًا من الهواء، أما التدفق الكبير جدًّا فيُحدث اضطرابات هوائية قد تؤثِّر على بركة المصهور أو تطفئ منطقة الجذر. ويجب إدخال الأرجون من الأسفل وإخراجه من الأعلى بحيث يدفع الغاز الخامل الأخف وزنًا الهواء أمامه أثناء التقدُّم، كما يجب منح عملية التطهير وقتًا كافيًا قبل إشعال القوس.

سدادات التطهير والإعداد العملي
في الأنابيب الطويلة، يكون تطهير الأنبوب بالكامل بطيئًا وهدرًا للوقت والموارد، ولذلك تُستخدم سدادات تطهير قابلة للذوبان أو ميكانيكية لعزل منطقة قصيرة حول الوصلة. وتتميَّز سدادات الورق أو الفيلم القابلة للذوبان في الماء بشعبية كبيرة لأنها تذوب وتُزال تمامًا أثناء الاختبار الهيدروستاتيكي اللاحق أو أثناء التشغيل، دون ترك أي بقايا داخل الأنبوب. أما السدادات القابلة للنفخ والمكونات الميكانيكية فهي قابلة لإعادة الاستخدام في المهام المتكررة. وبغض النظر عن نوع السدادة، يجب توفير فتحة تهوية خاضعة للتحكم لمنع ارتفاع الضغط الذي قد يشوِّه منطقة الجذر، كما يجب لصق الشق المخصص للحام أو تغطيته حتى بدء عملية اللحام.
الممارسة الجيدة تعني أيضًا إجراء عملية التفريغ قبل اللحام والحفاظ على تدفق الغاز أثناء اللحام، واستمرار التفريغ حتى يبرد الجزء السفلي (الجذر) والمرور الساخن، وحماية نهايات الأنابيب المفتوحة من التيارات الهوائية. وتطبّق شركة وينكيانغ هذه الضوابط في إنتاجها لأنابيب وأنابيب اللحام وفقاً للمواصفات القياسية ASTM A249 وA269 وA312 وA928، ويتم التحقق من جودة اللحام بواسطة الفحص غير المدمر (NDT) واختبار الضغط الهيدروستاتيكي ضمن نظام ISO 9001.

قراءة لون الجذر وقبوله
لون الجذر النهائي يُعد مؤشراً بصرياً سريعاً لكمية الأكسجين التي وصلت إلى المعدن. فالجذر اللامع بلون فضي أو أصفر قشّي يدل على أدنى حد ممكن من الأكسدة، وهو مقبول عموماً. أما الألوان الداكنة، بدءاً من الأزرق ووصولاً إلى الرمادي، فتشير إلى تزايد درجة الأكسدة، بينما يُعد الجذر الرمادي الداكن أو الأسود الحبيبي ظاهرة «التَّسُكُّر» (sugaring)، ويُرفض في هذه الحالة. وتحدد العديد من المواصفات والمعايير، مثل مواصفة AWS D18.1 الخاصة بلحام الأنابيب الصحية، مستويات التغير اللوني المقبولة باستخدام جداول ألوان.
بما أن تغير لون الحرارة يقلل من مقاومة التآكل حتى قبل الوصول إلى درجة السكر الكاملة، فإن الأعمال ذات النقاء العالي والبيئات الخادعة تتطلب أشد الجذور إشراقًا وأحيانًا تنظيف اللحام بعد إنجازه. ويساعد تسجيل لون الجذر جنبًا إلى جنب مع قراءات الأكسجين في الغاز المُنفَّث على توفير دليلٍ يمكن تتبعه لإثبات أن الوصل تم تحت تحكّم كامل.

الخاتمة
التنفيس العكسي هو الفارق بين لحام من الفولاذ المقاوم للصدأ يصمد أمام التآكل لعقودٍ عديدة وبين لحامٍ يفشل من الداخل إلى الخارج. استبدل الهواء بالأرجون، وخفض تركيز الأكسجين المتبقي إلى أقل من ٠٫٥٪ تقريبًا، وعزل الوصل باستخدام سدّادات التنفيس، وتحقق من غاز العادم باستخدام محلِّل أكسجين، واقبل فقط الجذور اللامعة الخالية من الأكاسيد. وباتباع هذه الخطوات، تحافظ على الكروم الذي يمنح الفولاذ المقاوم للصدأ خاصية التمرير. والنتيجة هي جذر لحامٍ يتمتع بنفس مقاومة التآكل الموجودة في الأنبوب الأصلي، وهي الخاصية التي تتطلبها أنابيب الصناعات الكيميائية والصحية والغذائية والبحرية في ظروف التشغيل الصعبة على مدى عقودٍ من الخدمة.

الأسئلة الشائعة
س: هل يمكنني كشط طبقة السكر بعد اللحام؟
أ: عمومًا لا. إن ظاهرة التسكر تشير إلى أكسدة الجذر الداخلي، والتي تستنزف أيضًا الكروم من المعدن الموجود تحته، كما أن الجزء الداخلي للأنبوب عادةً ما يكون غير قابلٍ للوصول. ولا يمكن للطحن أن يعيد الكروم المفقود، لذا فإن منع هذه الظاهرة باستخدام التغذية الخلفية للغاز الخامل أثناء اللحام هو النهج الوحيد الموثوق به.
س: ما مستوى الأكسجين المتبقي الذي ينبغي أن أستهدفه قبل إجراء اللحام؟
ج: يُعتبر مستوى أقل من ٠٫٥٪ مقبولًا في العديد من تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما يجب أن تصل اللحامات ذات السبائك العالية أو عالية النقاء أو تلك المُستخدمة في بيئات تشغيل قاسية إلى مستوى أقل من ٠٫١٪ تقريبًا. ويجب دائمًا التحقق من ذلك باستخدام محلِّل أكسجين متصل بمنفذ غاز التغذية الخلفية قبل بدء القوس الكهربائي.

أنابيب فولاذ مقاوم للصدأ ملحومة بتقنية التغذية الخلفية للغاز الخامل ونظيفة من التآكل، من شركة ون تشيانغ: +٨٦ ٥٧٧ ٨٩٢٢ ٢٥٩٥ / https://www.chinawqsteel.com/