مقدمة

كل خط أنابيب صناعي عبارة عن شريان فولاذي، من المفترض أن يصمد تحت ضغط ألف رطل أو أكثر من الضغط لعقود طويلة. والعامل الوحيد الأكثر أهمية في تحديد موثوقية أي أنبوب على المدى الطويل هو خط اللحام. فإذا فشل اللحام، يفشل الأنبوب. وفي عالم الأنابيب الخطية ذات القطر الكبير، هناك نوعان رئيسيان من عمليات التصنيع: النوع الأول هو أنابيب فولاذ المنشار, والأنبوب الفولاذي المنشاري. هناك اختلاف واحد أساسي واحد بين هذين النوعين: زاوية واتجاه اللحام. إنه متغير بسيط له تداعيات كبيرة على أدائهما الميكانيكي النسبي.

تقدم هذه المقالة نظرة على مستوى المهندسين على الاختلافات الأساسية بين هذين النوعين من اللحامات، وكيف تخلق عمليات التصنيع الخاصة بهما توزيعات مختلفة من الإجهاد وأنواع العيوب المحتملة ومخاطر الفشل، وكذلك كيف تضمن مراقبة الجودة الحديثة موثوقية كليهما. هذا هو دليلك الموثوق لأهم الاختلافات التقنية التي تحتاج إلى معرفتها لاتخاذ الخيار الصحيح لمشروعك الحرج.

سلامة درزات اللحام الغوص العميق في أنابيب المنشار طويل السلسلة مقابل أنابيب المنشار قصير السلسلة

 

كيف يملي التصنيع هندسة التماس اللحام

لمعرفة ماهية اللحام، يجب أن نعرف من أين يأتي اللحام. طريقة صنعه هي ما يعطي اللحام هويته. وهي أيضًا ما يحدد اتجاه اللحام بالنسبة للضغوط التي سيتعرض لها الأنبوب.

عملية تصنيع LSAW هي عملية تصنيع على دفعات. العملية مباشرة وخطية - تبدأ بصفيحة منفصلة من الصلب وتنتهي بأنبوب عبارة عن أسطوانة من نفس الصفيحة بعد سلسلة من العمليات. في الطريقة الأكثر شيوعًا، فإن JCOE في هذه العملية، يتم ثني حواف الصفيحة الفولاذية المسطحة إلى الداخل أولاً (“J-ing”)، وبعد ذلك يتم تشكيل الصفيحة على شكل حرف “C” قبل أن يتم إغلاقها في النهاية على شكل أنبوبي على شكل حرف “O” في مكبس قوي. بعد اللحام بالمسامير، يتم لحام الدرز من الداخل والخارج في وقت واحد باستخدام تقنية اللحام بالقوس المغمور (SAW). والخطوة الأخيرة الحاسمة لأنابيب LSAW عالية الجودة هي التمدد الميكانيكي حيث يتم تحجيم الأنبوب إلى أبعاده النهائية عن طريق إجباره من خلال قالب إجباري، وهو ما يساعد أيضًا في تخفيف الضغط الداخلي. والنتيجة النهائية لهذه العملية هي درزة لحام واحدة مستقيمة موازية للمحور الطولي للأنبوب.

عملية تصنيع SSAW هي عملية تصنيع مستمرة، حيث يتم فك لفائف الفولاذ المدرفلة على الساخن وتغذيتها في مجموعة من البكرات التي تقوم بثني الشريط الفولاذي في شكل حلزوني أو حلزوني. عندما تلتقي حواف اللولب الحلزوني، يتم لحامها من الداخل والخارج بشكل مستمر باستخدام طريقة SAW. يتم تحديد قطر الأنبوب حسب عرض الملف الفولاذي وزاوية التشكيل. والنتيجة هي خط لحام طويل حلزوني أو حلزوني على جسم الأنبوب. مستقيمة ومتوازية مع محور الأنبوب مقابل حلزونية وبزاوية بالنسبة لمحور الأنبوب - هذا الاختلاف الجوهري يؤدي إلى سلوكيات ميكانيكية مختلفة جذريًا تحت الضغط الداخلي.

الفرق الأساسي: تحليل توزيع الإجهاد

عندما يتعرض الأنبوب لضغط داخلي (P)، يتولد إجهادان أساسيان في جدار الأنبوب:

1. إجهاد الطوق (σh): يؤثر ذلك بشكل محيطي وهو القوة التي تحاول شق الأنبوب. وهو الإجهاد المهيمن ويتم حسابه على أنه σh=PD/2t (حيث D هو القطر و t هو السُمك).

2. الإجهاد المحوري (σa): ويؤثر هذا على طول الأنبوب ويساوي نصف مقدار إجهاد الطوق، محسوبًا على الصورة σa=PD/4t.

تُعد العلاقة 2:1 بين إجهاد الطوق والإجهاد المحوري العامل الأكثر أهمية في تصميم خط الأنابيب.

-. يضع هذا التصميم متطلبات صارمة للغاية على جودة اللحام وتوحيده وخصائص المواد، حيث أن أي عيب دقيق يمكن أن يتضخم ويصبح نقطة فشل تحت القوة المباشرة للإجهاد الأساسي.

· حالة الإجهاد لدرزة لحام SSAW: يتم توجيه التماس الحلزوني لأنبوب SSAW بشكل أفضل بكثير. بزاوية حلزونية نموذجية (α) تتراوح بين 40 و75 درجة، لا يتم تطبيق الإجهاد الحلزوني الرئيسي بشكل عمودي على اللحام. وبدلاً من ذلك، يتم حل الإجهاد إلى مكونات، مما يقلل بشكل كبير من الإجهاد العمودي الذي يؤثر مباشرة على اللحام. الضغط على اللحام هو دالة لكل من الإجهاد الطوقي والمحوري، وبسبب الزاوية، يكون دائمًا أقل من الحد الأقصى للإجهاد الطوقي. يسمح هذا التوزيع الفائق للضغط للدرزة تجنب ذروة الإجهاد الرئيسي, وبالتالي تقليل تركيز الضغط وتعزيز قدرة الأنبوب الكلية على تحمل الضغط، خاصةً في التطبيقات ذات الأقطار الكبيرة.

تقييم العيوب المحتملة ومخاطر الفشل المحتملة

في الوقت الحاضر، تصنع المصانع الأشياء بشكل جيد للغاية وتفحصها بعناية. ولكن لكل طريقة لحام في صناعة الأنابيب مخاطرها الخاصة، ويجب التعامل مع هذه المخاطر بشكل مختلف.

عند صنع أنابيب LSAW، فإن الخطر الرئيسي يأتي من استخدام الفولاذ الرديء، وليس من كيفية صنع الأنبوب. إذا كانت الصفيحة الفولاذية بها عيوب بالداخل، مثل خطوط الضعف، فسوف تظهر هذه العيوب في جزء اللحام. نظرًا لأن خط اللحام قصير ومستقيم، يمكن للعمال فحصه بسهولة والعثور على أي مشاكل. ولكن إذا كان هناك عيب سيء، فمن المرجح أن ينكسر لأنه يقع عند زاوية 90 درجة على الضغط الرئيسي على طول الأنبوب، كما يحدث عندما تكسر عصا طباشير.

مع أنابيب SSAW، يكون القلق الأكبر في أنابيب SSAW هو الحفاظ على شكلها حيث يتم تصنيع الأنبوب ولحامه طوال الوقت. نظرًا لأن أنابيب LSAW تحتوي على أقصر لحام، فإن أنابيب SSAW، حيث يلتف اللحام حول الأنبوب، تحتوي على لحامات أطول بكثير. وهذا قد يعني المزيد من فرص حدوث خطأ. ومع ذلك، يقل احتمال حدوث كسر بسبب الطريقة التي يتم بها اللحام. تساعد زاوية اللحام على منع التصدع من الانتشار. إذا بدأ التصدع، فبدلاً من أن يتجه مباشرةً إلى أسفل الأنبوب، فإنه يلتف حول الأنبوب، مستهلكًا طاقة أكبر، مما يجعله أقل عرضة للكسر بطريقة كبيرة ومفاجئة.

الدور الحاسم للاختبارات غير المدمرة (NDT)

ولمواجهة هذه المخاطر، يعد الاختبار غير التدميري الصارم (NDT) جزءًا إلزاميًا ولا غنى عنه في إنتاج أنابيب LSAW وSSAW، كما تنص عليه معايير مثل API 5L.

· الفحص بالأشعة السينية: يُستخدم الاختبار الإشعاعي لتوفير صورة واضحة للهيكل الداخلي للحام وكشف العيوب الحجمية مثل المسامية وشوائب الخبث ونقص الاختراق.

· الاختبار بالموجات فوق الصوتية: يعتبر جهاز الفحص بالموجات فوق الصوتية حساسًا للغاية للعيوب المستوية مثل الشقوق ونقص الاندماج، والتي غالبًا ما تكون أكثر خطورة من العيوب الحجمية. عادةً ما يتم مسح خط اللحام بالكامل لكل أنبوب بالموجات فوق الصوتية.

· فحص الجسيمات المغناطيسية (MPI): تُستخدم هذه الطريقة على نهايات الأنابيب والحواف للكشف عن أي شقوق تكسر السطح قد تؤثر على اللحام الميداني.

· الاختبار الهيدروستاتيكي: وكاختبار إثبات نهائي، يتم ملء كل أنبوب بالماء وضغطه إلى مستوى يتجاوز بكثير تصنيفه التشغيلي. ويتحقق هذا الاختبار من المتانة الإجمالية ومقاومة التسرب لجسم الأنبوب ودرزات اللحام مما يوفر ضمانًا نهائيًا لسلامته.

الخاتمة

وخلاصة القول، هذه المقارنة بين LSAW و SSAW ليست مجرد استنتاج أيهما أفضل من الآخر، ولكن لمعرفة أيهما أفضل لتطبيق معين. مع وجود درزة لحام واحدة وقصيرة يسهل فحصها وتتعرض لضغط مباشر، يمكن أن تكون أنابيب LSAW بالتأكيد خيارًا قويًا لبعض التطبيقات عالية الضغط وعالية السماكة. وبفضل درزة اللحام الحلزونية، تتفوق أنابيب SSAW بطبيعة الحال في مقاومة التشقق وتوزيع الضغط، مما يجعلها حلاً موثوقًا واقتصاديًا خاصةً لخطوط الأنابيب ذات القطر الكبير (نقل المياه/الغاز).

ولكن أخيرًا، تعتمد النزاهة على الشركة المصنعة. فالشركة المصنعة التي تلتزم بصرامة بالمعايير الدولية (مثل API 5L)، وتستثمر بعمق في تكنولوجيا التصنيع/التصنيع/التصنيع غير المباشر، وتواصل نظام إدارة الجودة يمكنها توفير أنبوب آمن وموثوق به مهما كان اتجاه اللحام. كونك موردًا محترفًا للأنابيب, أنابيب الصلب أللاند يمكن أن توفر منتجات LSAW/SSAW عالية الجودة، وإرشادات الخبراء لمساعدتك في اختيار الحل الأكثر قيمة وملاءمة وفقًا لمتطلباتك الفنية/التجارية المحددة للمشروع.