كيف يحدث تشويه واجهاد المفاصل الملحومة Weld Distortion

عندما بدء اللحامون والناس الاكثر خبرة يواجهون مشكلة تشوه اللحام بالانجليزية weld distortion بات امرا مزعجا لعدد من الاسباب والسبب الاكثر اهمية هو الانشاء المعدني الغير سليم من الناحيه الهيكلية، وسوف تساعدك هذه المقالة على تحديد انواع تشوهات اللحام ومن ثم توفير عملي لفهم اسباب الانحناء، وفهم آثار الانكماش في الانواع المختلفة من تجمعات اللحام المصهورة.

عموما يحدث التشويه عند التمدد والانكماش في معدن اللحام المصهور والنتيجه يقع تأثير مباشر على شكل المعدن الاساسي واللحام اثناء دورة التسخين والتبريد عند اجراء اللحام على جانب واحد دون الاخر، ولو تناوبت من جانب لاخر لكان التشوه اقل كثيرا.

ما هو Distortion – التشوية – او الانحناء

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على انكماش المعادن وتؤدي الى التشوه مثل الخصائص الفيزيائية والميكانيكية التي تتغير عند تطبيق الحرارة، على سبيل المثال مع زيادة درجة حرارة منطقة اللحام تنخفض الليونه وقوة الخضوع وينخفض التوصيل الحراري ، في حين يزيد التمدد الحراري، وبشكل عام هذه التغييرات تؤثر على التدفق والتوزيع الحراري وفي الشكل الاتي منحنى التغيرات في خصائص الصلب مع زيادات درجة الحرارة.

عموما لفهم كيف ولماذا يحدث التشوه اثناء تسخين وتبريد المعادن، ضع في اعتبارك بما ان قطعة الفولاذ يتم تسخينه بشكل منتظم فانه يتمدد في كل الاتجاهات وعندما يبرد لدرجة حرارة الغرفة سيرجع بشكل موحد الى ابعاده الاصلية كما في الشكل A.

اما اذا مسكت القطعة بكلامبات الشكل B فعند تسخينه لا يمكن ان يحدث التمدد الجانبي ولكن لان عملية التمدد الحراري لابد ان تحدث اثناء التسخين فان التمدد سيحدث في اتجاه عمودي على السمك وتصبح اكثر سمكا ، وعندما تبرد لدرجة حرارة الغرفة تنكمش في جميع الاتجاهات وتصبح قصيرة لكنها اكبر سمكا وقد تم تشويها بشكل دائم كما في الشكل C، للتبسيط من فضلك انظر الى الرسومات ادناه

في وقت سابق شرحت في اعداد وتجهيز وصلات اللحام مفهوم التآثير الذي يقع علي مكونات اللحام اثناء عمليات التجهيز في القطع الحراري وقمت بوصف الضغوط الناتجة اثناء العملية بالانجليزية Residual stress.

عموما تسخين اي مادة لم يتم فرض قيود كلامبات عليها وتركها تبرد بصورة طبيعية لن يكون هناك اي انحناء او تشوهات، وربما تنتج التشوهات عند تعرض المواد لعمليات التسخين والتبريد غير المتكافئة، والنتيجة معدلات مختلفة من التمدد والانكماش في جميع جزيئات المادة.

التشوهات في اعمال اللحام

عند اجراء اللحام، العملية نفسها لا يتم فيها تسخين وتبريد المواد بشكل طبيعي فتكون منطقة حوض الوصلة هي الاكثر سخونة دائما بسبب معدن الحشو المنصهر وبالتالي يتمدد وينمكش بمعدل اكبر من المعادن الاساسية، لذلك يتم التوصية بالكود على ضرورة التسخين المسبق للمعدن الام والحفاظ على درجات حرارة interpass قبل واثناء عمليات اللحام.

ومع ذلك لا يمكن الوصول لدرجة حرارة الانصهار لكن سيتم التخفيف تدريجا لدرجات الحرارة القادمة من حوض الوصلة ومعدن الحشو المصهور، ومن المؤكد ان هناك بعض التشويه والانحناء البسيط و سوف يحدث دائما ولا يوجد اي تقنية تمنع ذلك حتى الان، تعود الاسباب الى ان معدن اللحام المصهور يعمل على نقل الحرارة وتسخين المناطق المحيطة بكميات كبيرة. يمكنك الاطلاع علي الرسومات الاتية لبعض الامثلة.

يلعب معامل التمدد الحراري للمادة دورا كبيرا في مقدار كمية الضغط التي يمارسها اللحام على المواد الاساسية المعروفة باسم welding stress، وبناء على هذا الضغط الناتج يتم تقدير معدلات الانحناء والتشوية distortion، وان ارتفاع معامل التمدد الحراري يعني ارتفاع مستويات التشويه، هذا ايضا سبب رئيسي في ارتفاع مستوى التشويه على الفولاذ المقاوم للصداء stainless steels الذي لديه تمدد حراري اكبر لمستوى التشوية عن الفولاذ الصلب carbon steels.

الاسباب الرئيسية في تشوه وصلات اللحام

• انكماش معدن اللحام في اتجاه طولي بالانجليزية longitudinal transverse
• انكماش في اتجاه عرضي قصير بالانجليزية short transverse directions
• التشوه في اتجاه دوراني.

و العلاقة بين الانكماشات و حدوث التشوهات لديها نمط معقد جدا ووجه نظر مبالغ فيها وغير مفهومة بالمرة 😀 من فضلك انظر الرسومات الهندسية اعلاه قد تساعدك علي فهم ما هو الانكماش بشكل مبسط

في كثير من الحالات يكون الاعداد السيئ للوصلات سبب وجيه للانحناء والتشويه كما وان اعداد المفاصل يعمل ايضا علي تحديد مقدار (distortion) الناتج، لكن هندسيا الزوايا المشطوفة تساعد علي توجيه اتجاهات منحنيات التشويه، من خلال سمك جدار المعدن و كمية معدن الحشو المطلوبة، مع ملاحظة ان حجم اللحام نفسه يؤثر على مستوى الضغط والانحناء.

تشرح الرسومات اعلاه نوع من لحام الاخدود المشطوف الزوايا single V الذي يعاني من تشوهات ناتجة من عملية الغرز الاولية بالانجليزية initial root runs و التي لم يتم ضبطها بواسطة الكلامبات بشكل صحيح، وعند النظر الى النتيجة توضح مستويات عالية جدا من انكماش معدن الحشو في حوض الوصلة ومع المزيد من الاشواط ادي الى الانحناء وتشويه الوصلة.

الحقيقة ان التآثير الواقع على الوصلة ليس تآثيرا تراكميا سببتها الاشواط ولكنه الضبط السيئ للمفصل قبل بداية الشوط الاول، وتتلخص مهمة الضبط على منع المشترك من الحركة حتي وان كانت الوصلة المحلومة من نوع لحام الاخدود المربع (square-edged)  فسوف يحدث لها انحناء بسيط  وفي الشكل التالي مقارنات توضح كيف تتأثر الوصلات من نوع single V and  square – edged butt weld

اذا كان لديك استفسار من فضلك اتركه بالتعليقات كما نآمل ان نكون وفقنا في شرح كيف يحدث التشويه والانحناء للوصلات الملحومة distortion و التابعة لدورة التفتيش الهندسيي علي اللحام طبقا لمواصفات الكود ASME – AWS – BS – ISO – EN او TWI CSWIP  فكما وضحنا سابقا اننا لا نستند الي اي كود او معيار محدد وان اي اختلاف بين المعايير يتم شرحة عبر مقارنات بنفس القسم مثل ما هو موضح بدورة رموز اللحام او مسميات اوضاع اللحام يمكنك استخدام القائمة الرئيسية او التصنيف للتنقل الي الدروس السابقة ولاتنسى الاشتراك ببريد اصدقاء الموقع للحصول علي كل جديد والاشتراك بصفحتنا علي مواقع التواصل الاجتماعي.