دليل لحام الصلب عالي المتانة
خلاصة عملية للتحكم في التسخين المسبق والكربون المكافئ وسلك الحشو والإدخال الحراري للحصول على لحام متين وخالٍ من التشقق في ألواح S690QL و S700MC.
المبادئ العامة
صلب S690QL (السقي والتمبير / quenched and tempered) وصلب S700MC (الدرفلة الترموميكانيكية / TMCP) مادتان قابلتان للحام، لكنهما تتطلبان نهجاً أكثر عناية مقارنة بالصلب الإنشائي القياسي (S235/S355). الهدف هو الحفاظ على متانة وصلابة المعدن الأساسي في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)، والوقاية من التشقق البارد الناتج عن الهيدروجين.
هيدروجين منخفض
استخدم إلكترود/سلك منخفض الهيدروجين ومواد استهلاكية جافة؛ فالرطوبة هي السبب الرئيسي للتشقق البارد.
حرارة محكومة
تجنّب الإدخال الحراري المفرط والناقص معاً؛ هذا يحافظ على خصائص المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).
التسخين المسبق
طبّق التسخين المسبق حسب السماكة والكربون المكافئ؛ فهو يُبطئ التبريد.
الكربون المكافئ (CEV / CET)
يُعبّر الكربون المكافئ عن التأثير الإجمالي لعناصر السبيكة على القابلية للتصلّد (وبالتالي على ميل التشقق) برقم واحد. تُستخدم صيغتان شائعتان:
| المؤشر | الصيغة | الاستخدام |
|---|---|---|
| CEV (IIW) | C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | شائعة لصلب Q+T (S690QL) |
| CET | C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40 | في حساب التسخين المسبق (EN 1011-2) |
تقع قيمة الكربون المكافئ النموذجية لصلب S690QL تقريباً في نطاق 0,65 – 0,82 (حسب السماكة). أما S700MC، فبفضل انخفاض الكربون وإجمالي السبيكة، يتمتع بكربون مكافئ أدنى بشكل ملحوظ، وبالتالي قابلية لحام أسهل.
درجات التسخين المسبق
درجات التسخين المسبق وحرارة ما بين التمريرات الموصى بها حسب السماكة (قيم مرجعية):
| سماكة اللوح | التسخين المسبق | أقصى حرارة بين التمريرات |
|---|---|---|
| ≤ 20 mm | 100 °C | 250 °C |
| 20 – 40 mm | 125 – 150 °C | 250 °C |
| 40 – 80 mm | 150 – 175 °C | 250 °C |
| > 80 mm | 175 – 200 °C | 250 °C |
| سماكة اللوح | التسخين المسبق | أقصى حرارة بين التمريرات |
|---|---|---|
| ≤ 10 mm | غير لازم غالباً | ≈ 230 °C |
| 10 – 20 mm | 100 – 125 °C | ≈ 230 °C |
| > 20 mm / بيئة باردة | 125 – 150 °C | ≈ 230 °C |
ملاحظة: درجة الحرارة المحيطة المنخفضة (< 5°C)، وزيادة سماكة الوصلة، والتقييد العالي (restraint) كلها ترفع التسخين المسبق. يجب قياس التسخين المسبق على عرض نحو 75 mm حول الوصلة.
اختيار سلك الحشو
يُختار سلك الحشو وفق هدف المتانة والصلابة للوصلة. يوجد نهجان:
| النهج | المنطق | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|
| Undermatch (موصى به) | مادة استهلاكية أقل متانة قليلاً من المعدن الأساسي؛ تقلل خطر التشقق والإجهاد | معظم الوصلات الإنشائية |
| Matching | مادة استهلاكية بمتانة مكافئة للمعدن الأساسي | الوصلات الحرجة التي تتطلب متانة كاملة |
- MIG/MAG: أسلاك مصمتة/مُحَشّاة منخفضة الهيدروجين وعالية المتانة (مثلاً فئة ~70 ksi فما فوق).
- الإلكترود المغلّف: إلكترودات قاعدية منخفضة الهيدروجين؛ مجفّفة في الفرن ومحفوظة ساخنة.
- اللحام تحت المسحوق (Tozaltı): توليفة سلك-مسحوق مناسبة؛ مسحوق محمي من الرطوبة.
الإدخال الحراري وحرارة ما بين التمريرات
يُحسب الإدخال الحراري (kJ/mm) من تيار اللحام × الجهد / سرعة اللحام، ويؤثر مباشرة في خصائص المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ). في الصلب عالي المتانة تكون النافذة ضيقة:
- إدخال حراري منخفض جداً: تبريد سريع ← منطقة HAZ قاسية وهشة ← خطر التشقق.
- إدخال حراري مرتفع جداً: تبريد بطيء ← تليّن المنطقة HAZ وفقدان الصلابة (خاصة TMCP/S700MC).
- النطاق النموذجي: 0,5 – 2,5 kJ/mm؛ يُختار من منحنيات الشركة المصنّعة حسب السماكة والإجراء.
- حرارة ما بين التمريرات (interpass): تُبقى عند أقصى ~250°C في S690QL وأدنى (~230°C) في S700MC للحدّ من التليّن.
الوقاية من التشقق البارد (الهيدروجيني)
ينشأ التشقق البارد عند اجتماع ثلاثة عوامل. السيطرة على أحدها يخفض الخطر إلى حد كبير:
1. الهيدروجين
مادة استهلاكية منخفضة الهيدروجين، بيئة جافة، سطح نظيف (بلا رطوبة أو زيت أو صدأ أو طلاء).
2. البنية المجهرية القاسية
قلّل سرعة التبريد عبر التسخين المسبق والإدخال الحراري المحكوم (للحدّ من التصلّد).
3. الإجهاد
قلّل التقييد، اعتمد ترتيب تمريرات مناسباً، وعند اللزوم احفظ الحرارة فور آخر تمريرة (لخروج الهيدروجين).
في الوصلات السميكة وعالية التقييد، يمكن تطبيق تلدين إزالة الهيدروجين القصير بعد اللحام (مثلاً الإبقاء عند 200–250°C). أما المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) فغير لازمة عادةً؛ وإن لزمت تُجرى تحت درجة حرارة التمبير.
ملخّص الإجراء
| الخطوة | S690QL | S700MC |
|---|---|---|
| تحضير السطح | نظيف، جاف، بلا نتوءات | نظيف، جاف، بلا نتوءات |
| التسخين المسبق | 100–200°C (حسب السماكة) | غير لازم في المقاطع الرقيقة |
| المادة الاستهلاكية | منخفضة H₂، مكافئة/undermatch | منخفضة H₂، مكافئة/undermatch |
| الإدخال الحراري | 0,5–2,5 kJ/mm | أبقِه منخفضاً–متوسطاً |
| أقصى حرارة بين التمريرات | ~250°C | ~230°C |
| PWHT | غير لازم عادةً | غير لازم عادةً |
الأسئلة الشائعة
هل يمكن لحام S690QL؟
نعم. يُلحم S690QL بطرق منخفضة الهيدروجين (MIG/MAG، TIG، اللحام تحت المسحوق). يُنصح بتسخين مسبق 100–200°C حسب السماكة، وتبقى حرارة ما بين التمريرات تحت ~250°C. بسلك الحشو الصحيح والإدخال الحراري المحكوم تُنال وصلات موثوقة.
لماذا يلزم التسخين المسبق في اللحام؟
يُبطئ التسخين المسبق سرعة التبريد؛ فيتيح بذلك للهيدروجين وقتاً للخروج من المادة، ويقلل تكوّن البنية المجهرية القاسية/الهشة في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ). والنتيجة انخفاض ملحوظ في خطر التشقق البارد (الهيدروجيني). وكلما زادت السماكة والكربون المكافئ زاد التسخين المسبق اللازم.
ما هو الكربون المكافئ (CEV)؟
الكربون المكافئ يختزل التأثير الإجمالي لعناصر السبيكة في الصلب على القابلية للتصلّد في رقم واحد. الكربون المكافئ المرتفع يستلزم تسخيناً مسبقاً أكبر وتحكماً هيدروجينياً أشد. في S690QL يكون الكربون المكافئ النموذجي ~0,65–0,82؛ أما S700MC فيتمتع بقيم أدنى بفضل انخفاض الكربون والسبيكة.
أي سلك حشو يُستخدم؟
يُستخدم غالباً سلك حشو مكافئ أو أقل متانة قليلاً (undermatch) ومنخفض الهيدروجين. يقلل نهج الـ undermatch خطر التشقق والإجهاد المتبقي في معظم الوصلات الإنشائية. وفي الوصلات الحرجة التي تتطلب متانة كاملة يُفضَّل سلك الحشو المكافئ (matching). يُتخذ الاختيار وفق متطلبات التصميم وإجراء WPS الساري.
الصلب الصحيح + الشهادة الصحيحة
احصل على ألواح S690QL و S700MC لدينا بشهادة فحص 3.1؛ وخطّط لإجراء اللحام بثقة استناداً إلى التحليل الكيميائي الفعلي.