الرئيسية / اللحام / عيوب اللحام / شرح عيب اللحام cracks and crater cracks الكراك والشروخ والكسور والتصدعات
لشرح عيب اللحام cracks and crater cracks الكراك والشروخ

شرح عيب اللحام cracks and crater cracks الكراك والشروخ والكسور والتصدعات

يمكن تعريف الكراك crack انه عبارة عن كسر او شرخ او تصدعات و اذا كانت النتائج تشير الي استخدام الخامات الفقيرة والغير مناسبة مثل المعدن الاساسي او معادن الحشو او التبريد السريع او مجموعة متنوعة من الملوثات والعوامل الجوية فان عيب اللحام cracks and crater cracks الكراك والشروخ والكسور والتصدعات يحمل في طياته عواقب وخيمة لاي عملية لحام وهذا يؤثر سلبيا على سلامة اللحام النهائية ، ويتطلب ايضا الكثير من الوقت والمال لعملية الاصلاح  وفي الغالب يجب على المشغل الازالة الكاملة للكراك cracking او الشروخ بواسطة carbon arc gouging او استخدام وسائل ازالة اخرى وفي بعض الحالات يتم رفض العملية بآكملها.

فعند تطبيق عمليات اللحام الهامة سوف تتكبد الشركات تكاليف كبيرة جدا لفحص المواد واللحامات وفي النهاية سوف ترفض بسبب الشروخ والكراك cracking وتتطلب جولة ثانية من اجرآت الفحص التي سوف تزيد من التكاليف وستؤثر سلبيا في حالة المنتجات وقد يتطلب الامر الى اجراء المعالجة الحرارية PWHT وقد تطول عملية اصلاح الشروخ cracking وتتكلف الشركة ساعات و ايام لاعادة تقييم وصياغة التقارير وقد يسبب هذا التآخير  غرامات مالية لعدم الوفاء بالمواعيد المحددة.

ولحسن الحظ : فعلى موقع عقل المهندس لن يصبح عيب اللحام cracking لغزا فسوف نتعرف سويا على فهم و اسباب انواع الشقوق والكراك والشروخ لعمليات اللحام المختلفة التي يمكن تجنبها اثناء عمليات التشغيل.

تحديد الكراك weld cracking ( المظهر المرئي)

عادة تتميز الشقوق Solidification cracks عن الانواع الاخرى من الكراك نتيجة العوامل التالية:

  • لا يمكن حدوثها الا في معدن اللحام
  • تظهر عادة على شكل خطوط مستقيمة في منتصف حبات اللحام  weld bead كما هو مبين بالشكل ادناه ولكن ايضا يمكن ان تظهر على شكل شروخ عرضية وهذا يعتمد على بنية التصلب والتجمد
  •  قد يكون الشرخ او crack على شكل تفريعة crater cracks
  • غالبا ما يكون عيب اللحام الكراك مفتوح لذلك يمكن رؤيته بالعين المجردة

عيوب اللحام cracks in the final crater

في حالات شقوق اللحام او الكراك المفتوحة في سبائك الفولاذ و النيكل قد يكون له مظهر اكسدة لونه ازرق blue oxidised والذي يوضح لنا ان الكراك حدث والمعادن لاتزال ساخنة

المدغرافيا ودراسة المعادن Metallography

في الواقع تتشكل الشروخ والتصدعات cracks اثناء عملية التصلب والتجمد وهي عملية متداخلة بشكل خاص في الانتقال من الحالة المنصهرة الى الحالة الصلبة، التي تعكس هيكلة عملية تشكيل صلابة اللحام ويعتبر الكراك دليل علي الانفصال المرتبط بحدود عملية التجمد وتحدث الشقوق في لحظات التبريد او بعد تجمد اللحام مباشرة.

اسباب حدوث عيوب اللحام solidification cracking (الكراك)

يعد السبب الرئيسي لحدوث عيب اللحام الكراك والشقوق هو ان حبة اللحام في المرحلة النهائية من التجمد ليس لديها القدرة الكافية لتحمل ضغوط الانكماش التي تتولدت عند التصاقها بتجمع اللحام المصهور في الاتجاه الطولي لحبة اللحام نفسها وهذا قد يحدث في درجات الحرارة العالية ٥٣٨ درجة او ١٠٠٠ فهرنهايت وقد يعود السبب في الفولاذ الصلب الي نسبة الكبريت العالية ومحتوى الفسفور ويمكن تلخيص الاسباب حسب الاتي

  • انتاج حبة لحام غير كافية في الحجم او الشكل
  • وجود اللحام تحت ضغط welding under high restraint
  • خصائص المواد لديها نسبة او كمية كبيرة من الانكماش والتصلب السريع
  • وجود مواد الطلاء والشحوم وغيرها من الملوثات
  • معادن الحشو غير مطابقة للمواصفات مثل التي يضاف اليها البورون boron لضبط هيكلة حبوب اللحام

يمكن ايضا لتصميم الوصلات السيئ fit-up or a poor joint design ان يكون له تآثير على مستوى الضغوط فيتم خلق حبة لحام عريضة في حلق ضيق او رقيق thinner throat مما يجعل اللحام اضعف ويتم وضع اللحام تحت ضغط لامبرر له على خط المنتصف مما يتسبب في حدوث عيب اللحام الكراك ويمكن لاستخدام الفولت العالي مع اسلاك اللحام التي سوف تخلق بركة من سائل اللحام فيسبب حبة لحام مقعرة وغير مستقرة التي سوف تقلل من سمك حلق اللحام throat thickness وقوة اللحام بشكل عام مما يجعلها ضعيفة واكثر عرضة للكسر والتصدعات.كما يحدث الكراك عندما يتوقف مشغل اللحام عن اللحام قبل الانتهاء من الشوط مما يترك مسافة واسعة او ضيقة في نهاية كل شوط وكما ان السرعات العالية تؤدي الى عملية فصل كبيرة في تجمع اللحام التي بدورها تزيد من خطر تكسير او تصدع اللحام.

اسباب حدوث الكراك في الحديد او الفولاذ Steels

يرتبط حدوث عيب اللحام الكراك بالشوائب الموجودة بالفولاذ وخاصة الكبريت والفسفور والذي يعززه الكربون في حين ان المنغنيز والسيليكون يمكن ان يساعد على الحد من مخاطر عيب اللحام الكراك crack ولذلك يمكن استخدام مستويات منخفضة من الكربون ويكون المنغنيز مرتفع نسبيا وكقاعدة عامة بالنسبة للكاربون استيل يجب ان لايزيد نسبة الكاربون عن ٠.٠٦٪  يمكنك زيارة تكافؤ الكربون في اللحام .

في الواقع ان التركيب المعدني لمعدن الحشو هو المهيمن على العملية برمتها وهو يستخدم معدن انظف من المعدن الاساسي فيكون التكسير او الكراك اقل احتمالا و في لحام القوس الكهربائي كما هو مبين بالايزو EN 1011-2:2001 Annex E, يمكن تقييم المخاطر لحساب حساسية وحدات الكراك Units of Crack Susceptibility UCS من خلال التركيب الكيميائي لمعدن اللحام او معدن الحشو

UCS = 230C* + 190S + 75P + 45Nb – 12.3Si – 5.4Mn – 1
C* = carbon content or 0.08 whichever is higher

وعلي كل حال اذا كانت النتائج UCS 20 فما فوق فهي تشير الى خطر حدوث التكسير والكراك في لحام الاخدود Butt/Groove Weld وقيمة 25 UCS فالموضوع منتهي.

اسباب حدوث الكراك في الالومنيوم Aluminium

يحدث الكراك عند التمدد الحراري العالي للالمنيوم الذي هو حوالي ضعف التمدد الحراري للفولاذ الصلب وبالتالي فهو له القدرة على التجمد والتصلب والانكماش بسرعة وهو عادة ما يكون اكبر من ٥٪ من مستوى التصلب في الفولاذ وهذا يعني ان سبيكة الالومنيوم اكثر عرضة للتكسير والشروخ ويمكن تقليل المخاطر باستخدام معدن الحشو مقاوم للتصدع الذي هو عادة مصنوع من سبائك الزنك ارقام 5xxxx and 4xxxx ويعتبر العيب الوحيد ان معدن اللحام يكون له خصائص غير مطابقة للمعدن الاصلي حيث انه اقل قوة.

اسباب حدوث الكراك في الفولاذ المقاوم للصداء Austenitic Stainless Steel

ان اجراء اللحام للفولاذ المقاوم للصداء الآوستنيتي  الذي يحتوي على مابين ٥ الي ١٠ ٪ من ferrite الفريت هو اكثر عرضة للتكسير cracking والكراك وقد اثبتت التجارب ان الفريت له قدرته على احتواء الشوائب الضارة داخل الحبيبات التى من شئنها ان تشكل درجة منخفضة عن درجة حرارة الانصهار وبالتالي تسبب الانفصال والشقوق لذلك فانه مستحسن اختيار مواد الحشو المقاومة لمنع التكسير ويمكن استخدام انواع ٣٠٨ و نوع ٣٠٤ من معادن الحشو المقاومة للصداء

افضل الممارسات في تجنب ومنع عيب اللحام الكراك solidification cracking

وبصرف النظر عن اختيار مواد الحشو ومعادن اللحام الاساسية فآن افضل التقنيات الرئيسية لتقليل خطر عيب اللحام solidification cracking هي كآلاتي:

  • التحكم الجيد في تصميم الوصلات joint fit-up
  • تنظيف جميع الملوثات من المواد العالقة قبل اجراء اللحام
  • التآكد من ان welding sequence لن يؤدي الى مزيد من الضغوط الحرارية
  • تحديد معلمات اللحام وتقنيات انتاج حبة لحام مع نسب كافيه من العمق الى العرض او مع ما يكفي من سمك حلق اللحام بخصوص لحامات الفليه لضمان حبة لحام لديها مقاومة كافيه لاجهاد التصلب ويوصي الكود نسبة العمق الي العرض علي الاقل ١ : ٠.٥
  • تجنب انتاج نسب كبيرة جدا من حبات العمق الى العرض depth to width ratio  مما سيشجع على الفصل بين السلالات العرضية او ما يطلق عليه transverse strains in restrained joints وتعتبر حبات اللحام التي تتجاوز ١:٢ من العمق للعرض اكثر عرضة لحدوث عيب اللحام cracking
  • تجنب سرعات اللحام العالية والتي سوف تزيد من كمية عزل حبات اللحام عن بعضها وبالتالي زيادة مستوى الاجهاد
  • عند التوقف يجب التآكد من ملء الحفر لتجنب حدوث الشكل المقعر غير المرغوب به

سماحيات العيب ومعايير القبول Acceptance standards

في اغلب المعايير يعتبر عيب اللحام  cracks and crater cracks هي تشققات وتصدعات ذات حواف حادة وانها غير مسموح بها في جميع اللحامات التي تتطلب شروط تفي بمستويات الجودة وفي بعض الحالات يسمح بوجود عيب اللحام crater cracks في لحام الانابيب اعتمادا على حجمه وسوف يتم اضافة جدول بجميع عيوب اللحام في القريب بموقع عقل المهندس

طرق الكشف عن عيب اللحام cracks and crater cracks وطريقة الاصلاح

  • يمكن الكشف عن عيوب اللحام الكراك cracks and crater cracks بسهولة باستخدام الفحص البصري visual examination او تقنية المواد المتغلغلة او اختبار الجسيمات المغنطيسية  او الموجات فوق الصوتية UT او استخدام التصوير الصناعي
  • معظم المعايير الدولية تتطلب ان يتم ازالة عيب اللحام cracks and crater cracks ويجب اصلاح منطقة التصدع بهامش امان حوالي ٥ مم من الاطراف المرئية لمنطقة التصدع ثم يتم اعادة اللحام باستخدام معدن حشو مقاوم للتصدعات

ظهور عيب اللحام cracks and crater cracks على فيلم التصوير بالاشعة

يمكن الكشف عن عيوب اللحام الكراك في صورة شعاعية عندما يكون هناك انتشارا في الاتجاه الذي ينتج تغييرا في السمك او التخانة الموازية لحزمة الاشعة السينية او اشعة جاما وسوف تظهر الشقوق على شكل خطوط خشنة غير منتظمة وغالبا ما تكون خافتة جدا ويمكن ان تظهر ايضا على شكل ذيول على شوائب الخبث كما هو موضح بالشكل الاتي:

ظهور عيب اللحام cracks and crater cracks على فيلم التصوير بالاشعة 
ظهور عيب اللحام cracks and crater cracks على فيلم التصوير بالاشعة

ظهور عيب اللحام cracks and crater cracks على فيلم التصوير بالاشعة 

في نهاية الموضوع يجب ان نعلم انه مع افضل مواد حشو اللحام واستخدام افضل الممارسات لطريقة تخزينها فآن نتائج منع حدوث cracks and crater cracks ليست مضمونة  ولا يزال من الممكن امتصاص الهيدروجين من الجو وخاصة في المناطق ذات الرطوبة العالية وسوف يكون لنا لقاء اخر مع الكراك الهيدروجيني.

وخلاصة القول: ان الشروخ والتصدعات و cracks and crater cracks يكلف الكثير من المال بغض النظر عن شكل العيب ولحسن الحظ انه مع المعرفة سوف تحصل علي المفتاح لفهم المشكلة وحلها واامل ان اكون قد وفقت لشرح عيب اللحام cracks and crater cracks الكراك والشروخ ويمكنك متابعتي علي مواقع التواصل الاجتماعي والاشتراك بنشرة بريد الموقع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *