كفاءة الوصلات Joint Efficiency جودة اللحام

كفاءة الوصلات بالانجليزية Joint Efficiency هو مصطلح يطلق على المفاصل والمشتركات الملحومة وقد يعبر عن جودة اللحام، ويُعد عاملا مطلوبا في جميع حسابات اوعية الضغط التي تضم الرأس والهيكل وهو الذي يفسر مدى اقتراب مفصل اللحام النهائي من جودة المواد الاساسية غير الملحومة.

وبدون اجراء مزيداً من التفتيش والفحص، فطبقا لكود ASME VIII-1 سيُفترض ان المفصل الملحوم Weld Joint اضعف من المادة المحيطة به بسبب العيوب المحتملة مثل:-

• المسامية – المسامات porosity
• شوائب الخبث – slag inclusions
• الشروخ والتصدعات – Cracks
• و غيرها

ومع زيادة سماكة الجسم (الغلاف) Shell thickness ، بالتبعية يتم زيادة كمية مواد الحشو المودعة weld material quantity ، وهذا يسبب انخفاض في القوة.

حيث ينص كود القسم التاسع ASME ix فيما يخص اختبار وتأهيل اللحامين (العاملين) على انه بعد اجراء عملية اللحام يجب ان تحصل الوصلات المؤهلة على نفس قوة المعادن الاساسية بنسبة ١٠٠٪ ، بالتالي بدون اجراء مزيد من الإختبارات يتم تقليل القوة المسموح بها للمشترك المُنتج الى ٧٠٪.

في النهاية تعرف كفاءة الوصلات Joint Efficiency على انها تتساوى بنسبة من ٧٠٪ الى ١٠٠٪ مع المعدن الام اعتماداً على عدد الاختبارات NDT

بالنسبة لبعض شروط جودة اللحام في التصاميم الهندسية مثل أوعية الضغط للخدمة الثقيلة heavy duty service ، يتطلب الكود من المصمم تحديد التصوير الشعاعي الكامل radiography لكل المفاصل.

ومع ذلك ، عندما لايكون مطلوباً ، يمكن للمصمم تحديد الفحص الشعاعي اختيارياً لزيادة كفاءة الوصلات joint efficiency ومن ثم تقليل السماكة المطلوبة للجسم والرؤس shells and heads.

بشكل مبسط هو ان الدزاينر اثناء التصميم يقدر يعمل موازنه ما بين المواد المستخدمة وتكاليف اللحام في مقابل تكاليف الفحص الشعاعي ومن ثم تحديد المعيار الانسب للتطبيق.

عموما الموضوع يعتمد بشكل كلي على قيمة الكفاءة المطلوبة في المفاصل وان الكود ASME VIII-1 رقم PTB-4-2013 يضم العديد من الامثلة فيما يخص اجراءات التفتيش الهندسي.

توضح الاشكال الهندسية ادناه قيمة كفاءة الوصلات طبقا لمعيار ASME VIII-1 بناء على النوع رقم # ١ عبارة عن (وصلات لحام الاخدود Butt-Grove Joints الملحومة بالكامل من كلا الجانبين او ما يعادلها من المشتركات الأخرى) مع توضيح درجة التصوير الصناعي بالأشعة.

حيث تم انشاء المعلومات والعينات الواردة ادناه باستخدام مخططات منطقية للتصوير الشعاعي من كود الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين القسم السابع بالإقتباس ادناه

Part 7 of PTB-4-2013 ASME Section VIII – Division 1 Example Problem Manual

وسيتم الاشارة الى الارقام PTB-4 E7.1 الى E7.4 عندما ينطبق ذلك على الرسم الهندسي. كما تشير الحروف ادناه الى.

• E الكفاءة Efficiency
• A اللحام الطولي longitudinal seams
• B اللحام المحيطي circumferential seams
• H اللحام التخيلي imaginary welds

بدون تصوير No Radiography

• كود ASME PTB-4 المرجع. رقم .: غير مطلوب

E = 0.70
E = 0.85

الفحص البصري بدون اجراء التصوير الشعاعي هو ابسط خيارات التفتيش على كل وصلات الجسم shell والرسم اعلاه يوضح المفاصل A and B والتي لها efficiency كفاءة = 0.70

وتم تقليل كفاءة وصلات رأس الوعاء seamless head من 1.00 الي 0.85 حيث لا يتم فحص التماس او التقاطعات المحيطة مع جسم الوعاء وفقا لقواعد الكود UW-12 – d و لكنه يظهر على انه خط اللحام (التخيلي) H في الشكل اعلاه.

الخيار الأول RT-4 Option 1 – جودة اللحام

• كود ASME PTB-4 المرجع. رقم .: غير مطلوب

E = 0.85
E = 0.70
E = 0.85

نظرا لأن ضغط المحيط هو الذي يتحكم في تصميم جسم الوعاء الاسطواني فإن اجراء التصوير الشعاعي الموضعي spot radiography على لحامات longitudinal seams التماس الطولي فهو يعتبر اسهل طريقة يمكن للمصمم استخدامها لتحسين كفاءة الوصلات ، وبالتالي تقليل سمك الجسم shell.

فعندما يتم تحديد تصوير جزء من الوصلات ، يتطلب الكود spot radiography التصوير الموضعي فحصاً واحداً لكل ٥٠ قدم من نفس نوع اللحام بشرط ان يتم توضيح و تحديد او تمثيل عمل كل عامل قام باللحام.

كما يمكن اجراء spot radiography واحد فقط على كل وصلات Type 1 (النوع رقم # ١) لوعاء الضغط ، هذا اذا كان الطول الاجمالي للمفاصل اقصر من او يساوي ٥٠ قدم ، وبالتالي يؤدي هذا الى زيادة كفاءة اللحام من 0.70 الى 0.85 ، حيث يمكن للمصمم تقليل سماكة الجسم الاسطواني للوعاء للوصول لأقل تكلفة. وتظل كفاءة المفصل التخيلي للرأس كما هي 0.85 بسبب UW-12 – d

RT-3 كفاءة الوصلات

• طبقا لكود ASME PTB-4 المرجع. رقم: E7.3

E = 0.85
E = 0.85

يزيد نظام RT-3 من متطلبات التفتيش باستخدام spot radiography على كل من اللحامات A and B لوعاء الضغط ، والحقيقة لا توجد اي قيمة مضافة للتصوير الشعاعي عند التطبيق على وصلات B نوع circumferential المحيطية،

نظرا لان كفاءة مفصل longitudinal الطويل حرف A هو المتحكم الاساسي في التصميم وليس وصلات B ، والطبيعي ان الخيار RT-4 Option 1 قد اعطى زيادة للحامات الطويلة A الى 0.85 , مع العلم سيظل اللحام التخيلي H كما هو طبقا لمتطلبات UW-12 – d.

RT-2 joint efficiency

• طبقا لكود ASME PTB-4 المرجع. رقم: E7.2

E = 0.70
E = 1.00
E = 1.00

غالبا ما يتم استخدام نظام RT-2 لتقليل سمك الرأس غير الملحوم H غير الكروية non-hemispherical لتحسين كفاءة مفصل الرأس ، مع العلم انه يجب فحص جميع اللحامات A الطويلة long seams للاستفادة من هذا الخيار.

وسيتم ملاحظة انه لأول مرة تم استيفاء القواعد المطلوبة طبقا لما ورد في UW-12 – d حيث ستكون A اللحامات long seams واللحام H التخيلي للرأس يساوي 1.00

الخيار الثاني RT-4 Option 2

• طبقا لكود ASME PTB-4 المرجع. رقم: E7.2

E = 0.85
E = 1.00
E = 1.00

يتشابه الخيار RT-4 Option 2 مع RT-2 حيث انه اضاف مزيداً من التصوير الشعاعي spot radiography لزيادة كفاءة الوصلات على اللحام المحيطي B لجسم وعاء الضغط ، والحقيقة ان هذا الخيار يتكلف ماديا اكثر من RT-2.

يجب مراعاه انه لا يعطي اي فائدة لتقليل سماكة الجسم حيث ان نوع اللحامات B لا تتحكم اساسا في تصميم أوعيه الضغط الإسطوانية. تجدر الاشارة انه لايتم تطبيق RT-4 الا باستيفاء المتطلبات الخاصة في UW-12 – d حيث تكون كفاءة الرأس واللحام A تساوي 1.00

RT-1 جودة اللحام

• طبقا لكود ASME PTB-4 المرجع. رقم: E7.1

E = 1.00
E = 1.00

يتطلب RT-1 اجراء فحص جميع اللحامات A , B , H على طولها الكامل وبالتالي يتم انتاج جودة عالية وكفاءة الوصلات E = 1.00 لجميع المشتركات ، عموما هذا النوع من التفتيش مطلوب لأوعية الضغط في الخدمات الثقيلة كما وضحت سابقا.

جدول نوع الوصلات Type 1

جدول يضم المخلص كفاءة الوصلات Joint Efficiency و جودة اللحام لأوعية الضغط يضم الرأس والجسم والمستخدمة في حقول النفط والغاز والمفاعلات النووية طبقا لكود ASME-VIII

لقد تم العثور على مصطلح كفاءة الوصلات joint efficiencies في العديد من رموز API و ASME. حيث إنها قيمة عددية تتمثل في النسبة المئوية ، والتي تعبر في النهاية عن جودة اللحام وقوة الوصلة حتى وان كان اللحام نحاس وهي الطريقة الوحيدة لإدخال عوامل الأمان في اوعية الضغط Pressure Vessel ، كما يمكن التعبير عنها على النحو التالي: كفاءة الوصلة = قوة اللحام / قوة المادة الأساسية.