هل يمكنك لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني؟ نعم! يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني (الطري) بشكل موثوق عند استخدام المواد الاستهلاكية الصحيحة، وإجراءات اللحام، واستراتيجية التحكم في التآكل. تتمثل الممارسة الصناعية الروتينية في استخدام معادن حشو انتقالية (عادةً عائلة ER309/309L، وأحيانًا Inconel للخدمة الصعبة)، والتحكم في التخفيف ومدخلات الحرارة، وتأهيل إجراء اللحام وفقًا للكود المعمول به (ASME/ASME IX، AWS D1.6 أو الكود الحاكم للهيكل)، والتخطيط لمنع التآكل الجلفاني على مستوى التجميع. عندما يتم اتباع هذه الخطوات، تقدم اللحامات غير المتشابهة أداءً ميكانيكيًا مقبولًا وعمر خدمة طويل؛ وعندما يتم تجاهلها، تكون النتائج النموذجية هي الفشل الناتج عن التشقق أو التآكل.

سبب الحاجة إلى لحامات من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الكربون

• القطع الانتقالية ذات الحواف والمخفضات ذات الحواف حيث تكون مقاومة التآكل غير القابل للصدأ مطلوبة في المنطقة المبللة بينما تستمر الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني في المنبع أو المصب.

• أنظمة العادم، ووصلات المبادلات الحرارية، والسترات حيث يجب أن يقاوم جزء من التجميع الأكسدة أو التآكل في درجات الحرارة العالية.

• الوصلات الهيكلية حيث يتم توصيل الأجزاء الزخرفية/المصنعة غير القابل للصدأ بإطارات من الفولاذ الكربوني.

• عمليات الإصلاح والتعديل التحديثي حيث تكون إزالة الهيكل الكربوني الحالي غير اقتصادية.

هذه التطبيقات شائعة في مجالات توليد الطاقة والبتروكيماويات وتجهيز الأغذية وخدمات البناء. وعادةً ما يكون القرار الهندسي للحام المعادن غير المتشابهة هو حل وسط بين التكلفة ومقاومة التآكل وبساطة التصنيع.

الخلفية المعدنية - ما الذي يجعل هذه الحالة خاصة؟

الاختلافات الرئيسية التي يجب تذكرها:

• الكيمياء: يحتوي الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ (مثل 304/316) على نسبة كبيرة من الكروم والنيكل؛ ويحتوي الفولاذ الكربوني على نسبة قليلة جدًا من الكروم/النيكل. يتسبب اللحام في تخفيف معدن اللحام بالمعادن الأساسية؛ تحدد كيمياء اللحام النهائية سلوك التآكل والبنية المجهرية.

• التحوّل المرحلي: يمكن أن يشكّل الفولاذ الكربوني مارتينسيت ويمكن أن يتطلب تسخينًا مسبقًا/بعد التسخين لتجنب التشقق الناتج عن الهيدروجين؛ معظم أنواع الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ غير قابل للتصلب ولا يتطلب تسخينًا مسبقًا. وهذا يخلق تعارض التسخين المسبق/ما بعد التسخين المسبق عبر المفصل التي يجب حلها في تصميم الإجراء.

• التمدد الحراري والإجهاد المتبقي: غالبًا ما يكون لسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ معاملات تمدد حراري أعلى من الفولاذ الكربوني - وبالتالي تشهد اللحامات تطورًا مختلفًا في الإجهاد، مما قد يؤدي إلى حدوث تشقق في مناطق الحشو أو اللحام الهشة إذا لم يتم استيعابها.

• فرق الجهد الجلفاني: الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر نبلًا؛ في البيئات الرطبة يمكن أن يؤدي تجميع الفولاذ المقاوم للصدأ/الكربون إلى تآكل كلفاني - مما يجعل الفولاذ الكربوني يتآكل بشكل تفضيلي إذا لم يتم تصميمه بشكل صحيح.

هل يمكنك لحامها؟

نعم، ولكن يجب اختيار معدن اللحام بحيث:

1. يحتوي على ما يكفي من السبائك (Cr، Ni، Mo) لمقاومة التخفيف المفرط ولتجنب تكوين بنى مجهرية صلبة وهشة مختلطة هشة بالقرب من جانب الفولاذ الكربوني.

2. يوفر تطابقًا ميكانيكيًا (أو تطابقًا طفيفًا) مع المعدن الأصلي الأضعف.

3. يعالج إجراء اللحام المعدن الأم الأكثر تقييدًا لأشياء مثل التسخين المسبق ودرجة الحرارة البينية ومؤهلات عامل اللحام.

وهذا هو السبب في أن معادن الحشو مثل ER309 / ER309L / ER312 يوصى عادةً باستخدامها في وصلات الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ إلى الفولاذ الكربوني. تُدخل هذه الحشوات المزيد من الكروم والنيكل بحيث يقاوم معدن اللحام مشاكل التشقق والتخفيف. في الدورات الميكانيكية أو الحرارية عالية المتطلبات، تُستخدم أحيانًا الحشوات ذات القاعدة النيكلية (على سبيل المثال، عائلة Inconel) كطبقة انتقالية.

عمليات اللحام الشائعة وكيفية مقارنتها بالوصلات غير المتشابهة

قاعدة عملية: استخدام عملية تسمح بالتحكم في المدخلات الحرارية وخلط حوض اللحام حتى تتمكن من تقليل تخفيف الحشو الانتقالي وتجنب البنى المجهرية غير المقبولة على جانب الفولاذ الكربوني.

اختيار معدن الحشو - الخيارات القياسية وسبب نجاحها

الحشوات الموصى بها (الاستخدامات النموذجية)

• ER309 / ER309L (غير قابل للصدأ الأوستنيتي): "الخيار الأول" القياسي لربط الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ الشائع (304/316) بالفولاذ الكربوني. فهو يوفر نسبة أعلى من الكروم/النيكل لمقاومة التخفيف ويقلل من خطر المارتنسيت/الصلابة بالقرب من جانب الكربون. جيد لمعظم ظروف الخدمة.

• ER312 قوة أعلى وتوازن فريت مختلف؛ تُستخدم أحيانًا عندما تكون القوة أكثر أهمية.

• عائلة ER316L: ليس مثاليًا كحشو انتقالي لأن الكروم/نيكل أقل مقارنةً بـ 309؛ اختر 316 فقط عندما يكون كلا الأبوين 316 والمفصل بسيط.

• الحشوات ذات القاعدة النيكلية (على سبيل المثال، عائلة Inconel 82/182، Inconel 625): تستخدم في بيئات درجات الحرارة الشديدة أو التآكل، أو عندما يكون عدم تطابق التمدد الحراري ومخاطر التشقق غير مقبولة. وهي توفر عازل مقاوم للتآكل والتشقق وهي شائعة في تطبيقات المراجل الحرارية والغلايات.

مبادئ الاختيار

1. تطابق أو تتجاوز قليلاً المتطلبات الميكانيكية المنخفضة (يجب أن يكون معدن اللحام على الأقل بنفس قوة/صلابة المعدن الأصلي الأضعف).

2. توفير ما يكفي من السبائك لمنع المراحل الهشة وتوفير مقاومة للتآكل في بيئة الخدمة المتوقعة.

التركيب والتحضير والتصميم المشترك

• اللحامات التناكبية يُفضل استخدام الحشوات ذات الحواف المائلة المعتدلة للتطبيقات ذات الضغط المحكم: فهي تسمح بالتحكم في التخفيف وتسمح بالاختراق الكامل باستخدام الحشو المختار.

• طبقات الدعم أو طبقات الزبدة: بالنسبة للتركيبات الصعبة، قم أولاً بترسيب طبقة زبدية من حشو قاعدة النيكل أو ER309 على الفولاذ الكربوني لإنشاء انتقال متدرج؛ ثم قم بلحام الفولاذ المقاوم للصدأ في المنطقة المزبدة. يقلل ذلك من تخفيف معدن اللحام النهائي بقاعدة الكربون.

• الكسوة: من الحكمة في بعض التصميمات تكسية مكونات الفولاذ الكربوني بطبقة من الفولاذ المقاوم للصدأ بدلاً من عمل وصلة اندماج - حيث تقلل التكسية من تعرض الفولاذ الكربوني وتتجنب المسار الجلفاني المستمر.

• النظافة: قم بإزالة قشور الطاحونة والصدأ الثقيل والزيوت والطلاءات في منطقة اللحام المباشرة؛ حيث تعيق طبقات الأكسيد الاندماج السليم وتفضل العيوب. يجب التعامل مع الأسطح المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لتجنب التلوث من أدوات الفولاذ الطري.

التحكم في الحرارة - التسخين المسبق، ودرجة الحرارة البينية، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)

وغالبًا ما يكون هذا هو الجزء الأصعب: فالفولاذ الكربوني غالبًا ما يكون الاستفادة من التسخين المسبق لتجنب التشقق الهيدروجيني، ولكن يمكن أن يتضرر الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب درجات الحرارة العالية (التحسس) ولا يحتاج عمومًا إلى التسخين المسبق.

كيفية حل النزاع

1. اتبع المتطلبات الأكثر تقييداً لمنع التشقق - عادةً جانب الفولاذ الكربوني. إذا كان الفولاذ الكربوني يتطلب تسخينًا مسبقًا، استخدم التسخين الموضعي المتحكم فيه بعناية في جانب الكربون فقط، وقلل درجة الحرارة في جانب الفولاذ المقاوم للصدأ (استخدم قضبان التبريد أو تقنيات التسخين الموضعي أو الزبد).

2. الحد من درجة الحرارة البينية إلى مستوى يتجنب تحسس الجانب غير القابل للصدأ (بالنسبة للأوستنيتيات، تجنب التعرض الطويل في نطاق 450-850 درجة مئوية إذا لزم الأمر). استخدم عمليات منخفضة الحرارة (الليزر، TIG النبضي) لتقليل فترة المكوث في نطاقات التحسس.

3. بي دبليو إتش تي:: غير مألوف بالنسبة للفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ؛ أما بالنسبة للفولاذ منخفض السبائك في بعض الأحيان يكون مطلوبًا. إذا كانت هناك حاجة إلى PWHT للفولاذ الكربوني، فيجب اختيار الحشو والتصميم المتوافقين لتحمل دورة PWHT المختارة. تحقق دائمًا من الكود الحاكم.

استراتيجيات التحكم في التآكل والجلفنة

المشكلة: إن الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر نبالة من الفولاذ الكربوني؛ في البيئات المنحل بالكهرباء (الرطبة) ستفضل الخلية الجلفانية تآكل الفولاذ الكربوني بالقرب من الوصلة، وأحيانًا بقوة.

نُهج التخفيف من المخاطر:

• الطلاءات: قم بطلاء أو طلاء الفولاذ الكربوني، وإذا كان ذلك عمليًا، قم بطلاء الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا بالقرب من الوصلة لكسر التلامس الكهربائي المباشر. قم بطلاء الفولاذ الكربوني فقط عند الضرورة للحفاظ على نسبة الأنود/الكاثود مواتية.

• العزل: استخدام حشوات غير موصلة للكهرباء أو الأكمام أو البطانات العازلة على السحابات والوصلات المثبتة بمسامير.

• تصميم لنسبة المساحة: الحفاظ على مساحة الكربون كبيرة مقارنةً بالمقاومة للصدأ (أنود كبير إلى كاثود صغير) لإبطاء الهجوم الجلفاني؛ تجنب البقع الصغيرة من الكربون المتصلة مباشرةً بالمكونات الكبيرة غير القابلة للصدأ في الخدمة البحرية/الرطبة.

• الصرف والتهوية: تجنب الشقوق وفخاخ المياه في منطقة اللحام؛ تفاصيل التصميم لإلقاء السوائل والسماح بالتجفيف.

• اختيار المواد وحماية الأضاحي: في بعض الأنظمة إضافة أنودات مضحية أو قبول الفحص/الاستبدال الروتيني لعنصر الأنود الموضعي.

ملاحظة: إن تشطيب السطح وشكل اللحام مهمان: اللحام الخشن الذي يحبس الرطوبة يسرع من الهجوم الموضعي. يعد طلاء أو تكسية جانب الكربون على مسافة قصيرة من الوصلة (يوصى عادةً بطلاء أو تكسية جانب الكربون على مسافة قصيرة من الوصلة (25-40 مم) وسيلة تخفيف بسيطة.

المؤهلات والرموز وNDT

• التأهيل إلزامي للعمل الحرج. استخدم القسم التاسع من ASME (لأعمال الضغط/الأوعية) أو الرموز الإنشائية AWS حسب الاقتضاء (AWS D1.6 هو الرمز الإنشائي المقاوم للصدأ ويحكم تأهيل اللحام المقاوم للصدأ؛ وعادةً ما تندرج الوصلات الكربونية إلى غير القابل للصدأ تحت قواعد اللحام غير المتماثل ويجب أن تكون مؤهلة).

• كوبونات الاختبار يجب استخدام نفس المواد الأصلية ومعدن (معادن) الحشو بالضبط، ونفس عملية اللحام، ومعايير اللحام التي تتطابق مع الإنتاج: وهذا يثبت القبول الميكانيكي والمعدني.

• طرق NDT الشائعة: بصري، صبغ-بينيتانت للتشقق السطحي، جسيمات مغناطيسية على جانب الفولاذ الكربوني (ليس على الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ)، التصوير الإشعاعي للعيوب الحجمية، الموجات فوق الصوتية (مع الانتباه إلى اختلاف الخصائص الصوتية). يمكن استخدام قسائم التحليل الكيميائي/كوبونات التآكل في التحقق من الخدمة.

• الفحص المعدني قد تكون هناك حاجة إلى اللحامات غير المتشابهة الحرجة لضمان عدم وجود مناطق دقيقة منخفضة الصلابة بالقرب من جانب الكربون.

المشاكل النموذجية وطرق علاجها

إجراء لحام عملي خطوة بخطوة

1. تحديد المعادن الأساسية وبيئة الخدمة.

2. حدد الحشو (ER309L شائع؛ ضع في اعتبارك قاعدة النيكل للخدمة القصوى).

3. عملية اتخاذ القرار (يعتبر جذر GTAW + تعبئة GMAW شائعًا لتوازن الإنتاج).

4. إعداد مشترك:: التنظيف والشطف والتركيب. إزالة القشور/التلوث. احتفظ بالصدأ منفصلاً عن تلوث أدوات CS حيثما أمكن.

5. الزبدة أو الكسوة جانب الكربون إذا لزم الأمر للخدمة الشديدة.

6. تحديد حدود التسخين المسبق/التجاوز المسبق وتسجيلها حسب المادة الأكثر تقييدًا (المستند في WPS).

7. تأهيل الإجراء مع PQR وأي اختبار تدميري مطلوب بموجب الكود الحاكم.

8. إجراء لحامات الإنتاج مع مشغل مؤهل لنفس معلمات PQR.

9. الفحص بصريًا ومع الفحص غير الميكانيكي المطلوب؛ إجراء تدابير الحماية من التآكل.

10. المستند سجلات WPS/PQR وسجلات الفحص للتتبع.

الجداول - مرجع سريع

الجدول أ - خيارات الحشو الشائعة والاستخدامات النموذجية

---

الجدول ب - المعالجة والتدريع (إرشادات عملية)

معايير الفحص والاختبار والقبول

• الاختبار الميكانيكي على كوبونات تأهيل الإجراءات عادةً ما تتضمن اختبارات الشد والانحناء، والحفر الكلي، واختبارات السيرة الذاتية/التأثير إذا كان من المتوقع حدوث تحميل ديناميكي أو تحميل منخفض الحرارة.

• التصوير الإشعاعي تحدد العيوب الحجمية ولكنها قد لا تتعرف على العيوب المستوية الناقصة الاندماج بالقرب من الواجهات غير المتشابهة؛ ادمجها مع الطرق المخترقة أو المغناطيسية حسب الاقتضاء.

• علم المعادن من العينات التمثيلية هي الطريقة الوحيدة القاطعة للتحقق من وجود مرحلة (مراحل) غير مرغوب فيها أو ملامح تخفيف في الخدمة الحرجة.

متى لا يتم اللحام - بدائل للنظر فيها

• الكسوة (تراكب اللحام من الفولاذ المقاوم للصدأ على الكربون) عندما تكون مقاومة التآكل موضعية.

• الربط الميكانيكي (الفلنجات والوصلات) عندما تكون مشكلات التمدد الحراري التفاضلي أو الجلفنة هي السائدة.

• الترابط الانفجاري أو ترابط الانتشار في التطبيقات المتخصصة.

• استبدل الجزء الكربوني بآخر غير قابل للصدأ إذا كانت مخاطر التآكل أو تكلفة الصيانة تبرر ذلك.

أمثلة واقعية ونقاط حالة واقعية

• الأنابيب والانتقالات ذات الحواف: الحل الشائع هو بكرة قصيرة غير قابلة للصدأ ملحومة بشفة كربون باستخدام حشو ER309L للحام وحشية عازلة لمنع الاقتران الجلفاني.

• مواسير حرارية واختراقات الغلايات: غالبًا ما تستخدم الحشوات ذات القاعدة النيكلية لتعويض الإجهادات الحرارية والتآكل؛ وترتبط الأعطال تاريخيًا باستخدام 309 فقط في البيئات الحرارية الدورية جدًا.

• إصلاحات في الموقع: يعتبر اللحام التناكبي SMAW بقضبان 309L إصلاحًا ميدانيًا متكررًا للوصلات الصغيرة حيث يكون اللحام التناكبي الكامل في الورشة غير عملي. لا تزال هناك حاجة إلى إجراءات وعمال لحام مؤهلين لأنظمة الضغط.

الأسئلة الشائعة

1. هل ER309L هو الحشو المناسب دائمًا للحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالكربون؟
رقم ER309L هو الخيار الأول الأكثر شيوعًا واقتصاديًا بسبب محتواه من السبائك التي تقاوم مشاكل التخفيف. ولكن بالنسبة للدورات الحرارية الشديدة، أو الخدمة في درجات الحرارة العالية، أو البيئات المتآكلة القاسية، قد تكون هناك حاجة إلى مواد حشو ذات قاعدة نيكل (عائلة Inconel) أو سبائك أكثر تخصصًا. قم دائمًا بمطابقة مواد الحشو مع متطلبات الخدمة والرمز.

2. هل يمكنني استخدام حشو قياسي 316 لربط الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بالفولاذ الطري؟
غير مستحسن. تحتوي الحشوة 316 على محتوى سبيكة أقل من 309 وسوف تخفف بسهولة أكبر؛ وهذا يزيد من خطر المراحل الهشة بالقرب من جانب الكربون ومقاومة التآكل الأسوأ في معدن اللحام. استخدم عائلة 309 للوصلات غير المتشابهة ما لم تدعم دراسة معدنية 316.

3. هل أحتاج إلى التسخين المسبق عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني؟
يعتمد ذلك على صلابة الفولاذ الكربوني وسماكته. قد يلزم التسخين المسبق لمنع التشقق الهيدروجيني في الفولاذ الكربوني. يجب أن يوثق إجراء اللحام التسخين المسبق ويجب أن يتحكم التطبيق في درجة الحرارة لتجنب ارتفاع درجة حرارة الجانب غير القابل للصدأ.

4. كيف يمكنني منع التآكل الجلفاني في الوصلة؟
تشمل الخيارات الطلاء على الفولاذ الكربوني أو العزل العازل أو تصميم نسبة المساحة المناسبة أو التكسية أو الأنودات القربانية. يعد طلاء الفولاذ الكربوني على مسافة قصيرة من الوصلة (25-40 مم) خطوة عملية شائعة.

5. ما هي الرموز التي تحكم تأهيل اللحامات غير المتماثلة؟
عادةً ما يتم الرجوع إلى القسم التاسع من ASME (إجراءات اللحام وتأهيل عامل اللحام) و AWS D1.6 للأعمال الإنشائية غير القابلة للصدأ؛ يجب على المصمم التأكد من الكود المطبق على المشروع وتأهيل التركيبة المتباينة بدقة بموجب ذلك الكود.

6. هل الكسوة خيار أفضل على المدى الطويل؟
في كثير من الأحيان نعم لخدمة التآكل الشديد. تتفادى الكسوة مسار التلامس الجلفاني المستمر وتقلل من عدد وصلات الاندماج الحرجة؛ ومع ذلك، يمكن أن تكون أكثر تكلفة وتتطلب إجراءات مناسبة.

7. ما هو أفضل اختبار غير قابل للكشف عن المعادن لهذه الوصلات؟
استخدم مزيجًا من: الفحص البصري + المخترق (الشقوق السطحية)، والتصوير بالأشعة أو الموجات فوق الصوتية (الحجمية)، وفحص البنية المجهرية إذا لزم الأمر. تعمل الجسيمات المغناطيسية على مناطق الفولاذ الكربوني فقط.

8. هل يمكنني لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بالكربون دون أي حشو (ذاتي المنشأ)؟
لا يوصى باستخدامه في التركيبات غير المتشابهة لأن تخفيف المعدن الأساسي سينتج عنه لحام غير مخلوط (على جانب الكربون) وأداء ميكانيكي/ تآكل ضعيف. استخدم حشو انتقالي.

9. ما مدى أهمية اختيار غاز التدريع؟
حاسم في GMAW/TIG: تقلل الغازات الغنية بالأرجون للأوستنيتات من الأكسدة والمسامية؛ وتؤدي الإضافات الصغيرة من ثاني أكسيد الكربون أو O₂ أو O₂ إلى تغيير وضع النقل ولكن يمكن أن تضر بطبقة السطح النهائية أو مقاومة التآكل إذا أسيء استخدامها.

10. ما هو أكبر سبب وحيد لفشل اللحامات المصنوعة من الستانلس إلى الكربون؟
عدم تأهيل الإجراءات المناسبة والفشل في معالجة التآكل الجلفاني والتضارب بين التسخين المسبق/التسخين البيني. وفي الممارسة العملية، يتفوق سوء التخطيط على المعادن كسبب رئيسي.

ملخص - قائمة المراجعة الهندسية قبل اللحام

1. تحديد الكود ومسار التأهيل (ASME، AWS، مواصفات العميل).

2. اختر الحشو (ER309L الافتراضي؛ نيكل إذا لزم الأمر).

3. تصميم للتحكم في التآكل (الطلاءات والعزل ونسب المساحة).

4. حل التعارضات بين التسخين المسبق/التسخين المسبق/التسخين الحراري المسبق في نظام حماية الأرواح والممتلكات.

5. استكمال PQR وتأهيل اللحام - اختبار على المواد الدقيقة.

نصائح عملية أخيرة من ممارسة المتجر

• قم دائمًا بإجراء نموذج لحام صغير واختبارات تدميرية على الكوبونات قبل التعبئة للإنتاج.

• تسجيل التحليل الكيميائي لكل دفعة من مواد الحشو (شهادات المطاحن) لإمكانية التتبع.

• بالنسبة للحامات الميدانية، تأكد من الحفاظ على الأقطاب الكهربائية والأسلاك جافة واتباع المشغل لمعايير PQR بإحكام.

• ضع في اعتبارك طبقة الزبدة عند ربط المقاطع الرقيقة أو الحساسة حرارياً.

• عند الشك في أنظمة السلامة أو أنظمة الضغط، استشر مهندس لحام وارجع إلى الإصدار الدقيق للكود المتحكم.

مراجع موثوقة

• معهد النيكل - المبادئ التوجيهية للحام المعادن غير المتشابهة (دليل تقني PDF)
• لينكولن إلكتريك - ER309 / ER309L بيانات المنتج والاستخدام لمعدن الحشو ER309L
• AWS D1.6 - كود اللحام الإنشائي - الفولاذ المقاوم للصدأ (نظرة عامة على الكود ومتطلباته)
• معهد النيكل - إدارة التآكل الجلفاني (الوقاية العملية والتخفيف من آثاره)