لماذا تنحني الأنابيب الفولاذية الملحومة إلى الداخل؟

لماذا تنحني أنابيب الفولاذ غير الملحومة للداخل؟

يُعد الطي الداخلي مشكلة جودة شائعة في إنتاج أنابيب الفولاذ غير الملحومة. وهو عبارة عن توزيع غير منتظم للطيات المتقشرة واللولبية على السطح الداخلي للأنبوب، وتكون حواف العيوب غالبًا خشنة. هناك سببان رئيسيان لعيوب الطي الداخلي: جودة قطع الأنابيب المصبوبة المستمرة (عوامل داخلية) ونظام عملية التثقيب (عوامل خارجية).

بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي التشغيل غير السليم إلى انثناء الأنبوب الفولاذي للداخل. تشمل الأشكال الرئيسية للطي الداخلي أثناء التشغيل: الشبكة، والنقطة، والصفائح، واللولب، إلخ. عادةً ما تكون عيوب اللولب المنتظم عيوبًا ناتجة عن التآكل الشديد للسدادة أو المغزل. بالإضافة إلى التوزيع المنتظم، تتميز هذه العيوب أيضًا بحواف أكثر أناقة من عيوب الفولاذ. عادةً ما تحدث عيوب الطي الداخلي، مثل الشبكة غير المنتظمة، والنقاط، والصفائح، للأسباب التالية:

1) يكون مقدار الانخفاض أمام الجزء العلوي كبيرًا جدًا، مما يتسبب في تكوين تجويف مبكر في الأنبوب الخام عند ثقبه، مما يؤدي إلى انثناءه للداخل.

2) يتم تسخين الأنبوب الخام بشكل غير متساوٍ وتكون درجة حرارة التسخين مرتفعة جدًا، مما قد يؤدي بسهولة إلى انثناء داخلي.

3) لا يتم قطع الجزء الزائد بعد الثقب. عند ثقب المغزل مسبقًا، يتم إدخال هذا الجزء في الأنبوب الشعري، مما يؤدي إلى انثناءه للداخل.

الأسباب المحددة للطي الداخلي أثناء الثقب هي كما يلي:

1) تأثير معاملات تشوه التثقيب على الطيات الداخلية

يؤثر ضبط معاملات عملية التثقيب وتصميم الأدوات بشكل معين على الطي. لا يرتبط التمزق في المنطقة المركزية لقطعة الأنبوب الخام فقط بكمية التخفيض الكلية في الأسطوانة وكمية التخفيض الكلية قبل القمة، بل يرتبط أيضًا بالمنطقة المحلية عند دوران قطعة الأنبوب الخام نصف دورة. يرتبط ذلك بالانخفاض.

2) تأثير درجة حرارة التثقيب على الطي الداخلي

إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا، ووقت التسخين طويل جدًا، وارتفعت درجة حرارة الثقب بسرعة كبيرة، فسيظهر عدد كبير من عيوب الطي الداخلي الشبيهة بحراشف السمك ذات اللون الأصفر والبني؛ أما إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، ووقت التسخين قصير جدًا، فستتقلص لدونة المعدن، مما يجعل من الصعب عضه. أثناء التثقيب، يكون مركز قطعة الأنبوب الخام المصبوبة باستمرار سهل التشقق وتكوين عيوب طي. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فسيُنتج الأنبوب الشعري عيوب طيّ صغيرة متقشرة للداخل. معظم أنواع الفولاذ عالية الجودة معرضة لعيوب طيّ صغيرة متقشرة للداخل، والتي ترتبط بصعوبة العضّ.


3) تأثير ثقوب التمركز على الطيّ للداخل


ثقب التمركز صغير جدًا، أو مُزاح جدًا، أو غير أملس. عند ملامسة الثقب للسدادة، يحدث احتكاك موضعي، وتنثني نصف دورة أو حلقة من الشعيرات فوق الرأس. إذا كان ضغط وحدة التمركز مرتفعًا جدًا، وتعذّر تسطيح رأس أنبوب الصب المستمر، فسيكون من الصعب أيضًا اختراقه وثقبه في عضّة واحدة، مما يؤدي إلى طيّ الرأس للداخل في خط مستقيم.


لتحسين جودة السطح الداخلي لأنابيب الفولاذ وتقليل حدوث عيوب الطيّ الداخلي، ينبغي استخدام الطرق التالية:


1. ضمان اتساق الهيكل أثناء الصب، وتقليل الانفصال، ومنع التركيز المفرط للشوائب غير المعدنية؛


٢. استخدم درجة حرارة الصب المثالية لزيادة التخفيض الحرج؛ ٣. قبل الثقب، تأكد من درجة حرارة تسخين المادة غير المرغوب فيها وقلل من مقدار الضغط قبل الثقب.

لماذا تتعرض الأنابيب الملحومة لكسر هشاشة الهيدروجين؟

يتجلى هشاشة الهيدروجين عادةً بانخفاض ملحوظ في لدونة الفولاذ، وزيادة حادة في هشاشته، وميله للتشقق بعد تطبيق حمل ساكن (غالبًا ما يكون أقل من σb للمادة) لفترة من الزمن.

بشكل عام، هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على كسر هشاشة الهيدروجين في الأنابيب الملحومة:

1) العوامل البيئية
عند وجود الفولاذ في بيئة ذات محتوى عالٍ من الهيدروجين، مثل الماء والأحماض والهيدروجين، ينتشر الهيدروجين عبر الامتزاز على سطحه، مما يؤدي إلى هشاشته. في الوقت نفسه، يؤثر الضغط الجزئي للهيدروجين بشكل كبير على معدل نمو شقوق الهيدروجين، وزيادة الضغط الجزئي للهيدروجين تزيد من قابلية هشاشة الهيدروجين.

2) معامل القوة
بشكل عام، كلما زادت قوة الفولاذ، زادت قابليته لكسر الهيدروجين. تنص بعض الدول صراحةً على منع "تخليل الفولاذ عالي القوة" لمنع هشاشة الهيدروجين. يؤثر التركيب الكيميائي على كسر هشاشة الهيدروجين في الفولاذ من خلال متانته. ويرجع ذلك إلى أن فصل ذرات الهيدروجين، والكبريت، والفوسفور، وغيرها عند حدود الحبيبات يُضعف قوة ربطها، مما يُعزز الكسر الأول على طول حدود الحبيبات.


3) المعالجة الحرارية


يرتبط هشاشة الهيدروجين في الفولاذ ارتباطًا وثيقًا ببنيته المجهرية ومعالجته الحرارية. تُظهر التجارب والحقائق أنه كلما ضعف الاستقرار الديناميكي الحراري للهيكل، زادت قابليته للهشاشة الهيدروجينية. على سبيل المثال، يكون ميل البيرلايت والفيريت إلى الهشاشة الهيدروجينية أقل بكثير من ميل المارتنسيت، ويُعتبر المارتنسيت عالي الكربون الموزع في شبكة هو الأكثر حساسية.


تدابير لمنع هشاشة الهيدروجين


أظهرت الدراسات أن القياسات الكهروكيميائية المباشرة لنفاذية الهيدروجين في ظروف التخليل تُعد طريقةً عمليةً لدراسة سلوك نفاذية الهيدروجين أثناء التخليل. لتقليل درجة تغلغل الهيدروجين في أجزاء الفولاذ، يمكن اتخاذ التدابير التالية لمنع تغلغله:

1) استخدام مثبط بطيء متعدد الوظائف. يتميز مثبط التآكل متعدد الوظائف بوظائف تثبيط التآكل وإبطاء الضباب. فهو لا يتميز بسرعة تخليل عالية فحسب، بل يتميز أيضًا بوظيفة قوية في تثبيط تغلغل الهيدروجين ومعدل تثبيط تآكل مرتفع.

2) التحكم في ظروف التخليل. لا ترتبط كمية الهيدروجين التي يخترقها الفولاذ في محلول التخليل بالحموضة، بل تتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي لدرجة حرارة التخليل ووقت التخليل. يُنصح باستخدام طريقة ذات تركيز حمضي مرتفع نسبيًا ووقت تخليل قصير. يجب إيلاء هذه المسألة اهتمامًا أكبر عند تخليل الأجزاء المُخمّدة من الفولاذ عالي القوة، مثل الفولاذ عالي السرعة. يجب على وحدات الإنتاج المحددة تطوير تدفقات عمليات صارمة والتحكم في العناصر الثلاثة: تركيز الحمض، ودرجة حرارة الحمض، ووقت التخليل.

3) الانتباه إلى مشاكل التآكل الإجهادي. التشقق الإجهادي التآكلي هو عملية تتعرض فيها قطعة العمل لتأثير مشترك من إجهاد الشد الساكن وبيئة تآكلية محددة، مما يؤدي إلى تشقق هش للمادة. يجب تخفيف إجهاد جميع قطع العمل المُستقيمة والمُخمّدة، سواءً كانت أمامية أو مضادة، ثم معالجتها بالتخليل لتجنب احتمالية حدوث تشقق أو هشاشة الهيدروجين.


4) منع تلوث محلول التخليل بالشوائب المعدنية. أظهرت الأبحاث أن احتواء محلول التخليل على شوائب معدنية مثل الفوسفور، والزرنيخ، والقصدير، والزئبق، والرصاص، والزنك، والكادميوم، وغيرها، يزيد من تغلغل الهيدروجين ويزيد من احتمالية حدوث كسر هشاشة الهيدروجين.


5) المعالجة بالهيدروجين. بعد عملية التخليل، يُفضل إجراء معالجة إزاحة الهيدروجين عند درجة حرارة تتراوح بين 180 و200 درجة مئوية × 3 إلى 4 ساعات.