العمليات الأساسية، والجوانب التقنية والاقتصادية، وتطبيقات أنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور من الجانبين ذات الدرزة المستقيمة

أنابيب فولاذية ملحومة بالقوس المغمورتُعدّ أنابيب الصلب، باعتبارها منتجًا هامًا في مجال خطوط الأنابيب الصناعية الحديثة، مثالًا بارزًا على التكامل العميق بين علم المواد وتقنية اللحام، وذلك من خلال عمليات تصنيعها المتنوعة وتطبيقاتها المتعددة. ومن بين هذه الأنابيب، تحتل أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم الملحومة بالقوس المغمور من الجانبين، بفضل أدائها الهيكلي الفريد ومزاياها التقنية، مكانةً لا غنى عنها في خطوط أنابيب النقل لمسافات طويلة وهياكل دعم المباني. تجمع عملية تصنيع هذا النوع من أنابيب الصلب بين تقنية اللحام الآلي وعمليات التشكيل الدقيقة، مما يحقق قوة عالية وأداءً ممتازًا في منع التسرب لخط اللحام من خلال اللحام بالقوس المغمور من الجانبين، الأمر الذي يجعلها مادةً أساسيةً لضمان سلامة نقل الطاقة.

أولاً، تحليل العمليات الأساسية لأنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور على الوجهين ذات اللحام المستقيم.
تبدأ عملية تصنيع أنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور ثنائي الجانب بمعالجة دقيقة لألواح الصلب المدرفلة على الساخن عالية الجودة. في البداية، تُعالج ألواح الصلب إلى العرض المطلوب باستخدام آلة تفريز، ثم تُخضع لعدة عمليات ضغط متدرجة على آلة تشكيل JCOE لتكوين أنبوب مفتوح. تستخدم مرحلة اللحام الأساسية عملية لحام قوسي مغمور ثنائي الجانب: أولًا، يُلحم خط لحام مسبق بالجدار الداخلي للأنبوب، ثم يُستكمل خط اللحام الرئيسي من خلال اللحام القوسي المغمور على الجدار الخارجي، وأخيرًا، يُجرى لحام تكميلي على الجدار الداخلي. تتيح طريقة اللحام الطبقية هذه اختراق اللحام لأكثر من 70% من سُمك اللوح، مما يُحسّن قوة الوصلة بشكل ملحوظ. أثناء اللحام، يُذيب القوس الكهربائي أسفل طبقة التدفق المعدن عند درجة حرارة عالية تبلغ 1600 درجة مئوية، مُشكلاً طبقة خبث واقية تعزل الهواء بفعالية، مانعةً المسامية وشوائب الخبث.
بالمقارنة مع أنابيب الصلب العادية ذات اللحام المستقيم، تُنتج عملية اللحام بالقوس المغمور من الجانبين بنيةً دقيقةً تشبه الإبرة من الفريت في منطقة اللحام، مما يزيد من مقاومتها للصدمات بأكثر من 30%. ويضمن الفحص بالموجات فوق الصوتية والفحص بالأشعة السينية أثناء التشغيل أن الجودة الداخلية للحام تفي بالمعايير الدولية مثل API 5L أو GB/T 9711. تتميز المنتجات النموذجية، مثل أنابيب الصلب من الدرجة X80، بقوة خضوع تصل إلى 555 ميجا باسكال، ويمكنها تحمل ضغوط نقل تتجاوز 15 ميجا باسكال، وتُستخدم على نطاق واسع في مشاريع خطوط الأنابيب الوطنية مثل خط أنابيب الغاز بين الشرق والغرب.

ثانياً، مقارنة فنية واقتصادية مع الأنابيب الفولاذية الملحومة حلزونياً.
على الرغم من أن أنابيب الصلب الملحومة حلزونيًا بتقنية القوس المغمور من الجانبين (مثل فولاذ L485M وفقًا لمعيار GB/T 9711) تتميز بسهولة الإنتاج المستمر وقطرها الكبير، إلا أن أنابيب الصلب الملحومة بخط مستقيم تتفوق عليها في ثبات تحمل الضغط ودقة الأبعاد. ونظرًا لتوزيع خط اللحام في الأنابيب الحلزونية بشكل حلزوني، فإن تحلل الإجهاد المحيطي تحت ظروف الضغط العالي قد يُسبب نقاط ضعف، بينما يتعرض خط اللحام الطولي في الأنابيب الملحومة بخط مستقيم للإجهاد في نفس اتجاه الإجهاد الرئيسي، وعادةً ما يكون ضغط الانفجار أعلى بنسبة 10-15%. وقد أظهرت الاختبارات المقارنة في مشروع خط أنابيب نفط أن عمر الإجهاد لأنابيب الصلب الملحومة بخط مستقيم من نفس المواصفات وصل إلى مليوني دورة، أي ما يقارب 1.5 ضعف عمر الإجهاد لأنابيب الصلب الملحومة حلزونيًا. من منظور تكلفة الإنتاج، تصل نسبة استغلال المواد في أنابيب الصلب الملحومة ذات اللحام المستقيم بقطر أقل من 1420 مم إلى 96%، بينما تُسجّل أنابيب الصلب الملحومة حلزونيًا نسبة هدر للمواد تبلغ حوالي 5% بسبب محدودية عرض الصفائح. مع ذلك، في مجال الأقطار الكبيرة جدًا (مثل 3000 مم وما فوق)، لا تتطلب أنابيب الصلب الحلزونية صفائح فولاذية عريضة مُخصصة، ما يُبرز مزاياها الاقتصادية. جدير بالذكر أن أنابيب الصلب الملحومة ذات اللحام المستقيم أسهل في الأتمتة مع عمليات توسيع القطر. يسمح التوسيع الميكانيكي بالتحكم في انحرافات الاستدارة ضمن نطاق 0.5% من القطر، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان دقة وصلات الأنابيب.

ثالثًا، العمليات المبتكرة وسيناريوهات التطبيق الخاصة.
شهدت تقنية الأنابيب الملحومة بالقوس المغمور ذات اللحام المستقيم تطورات متواصلة في السنوات الأخيرة: ففي مشروع خط أنابيب بحر الصين الجنوبي، حققت أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم من فئة X65، والمطلية بطبقة مزدوجة من مادة FBE+PP المقاومة للتآكل، طاقة صدمية تزيد عن 220 جول عند درجة حرارة -40 درجة مئوية، وذلك بإضافة عنصر النيوبيوم بنسبة 0.06%. وفي إنشاء خطوط الأنابيب القطبية، تم تقليل سمك جدار أنابيب الصلب من فئة X100، المنتجة باستخدام عملية التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP)، بنسبة 15% مع الحفاظ على مقاومة ممتازة للتشقق.
تتطلب مجالات خاصة، مثل أنابيب محطات الطاقة النووية، الامتثال لمؤشرات الأداء في الاتجاه Z وفقًا لمعيار RCC-M. وقد حققت أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم في وعاء احتواء محطة طاقة نووية، والمصنوعة من صفائح فولاذية منخفضة الكبريت والفوسفور (S≤0.002%)، والمُدمجة مع عملية لحام متعددة المراحل ذات فجوة ضيقة، معدل تقليل مساحة السماكة في الاتجاه Z يتجاوز 75%. وفي مجال نقل مخلفات الفحم، أظهرت أنابيب الصلب المركبة ذات اللحام المستقيم والمبطنة بطبقة سيراميكية سمكها 6 مم مقاومة للتآكل أعلى بثماني مرات من أنابيب الصلب العادية، مما مكّنها من تحقيق عمر خدمة يصل إلى 15 عامًا في محطة لتحضير الفحم في شانشي.

رابعاً، اتجاهات وتحديات تطوير الصناعة.
مع تطور التصنيع الذكي، حققت الشركات المحلية الرائدة رقمنة شاملة لعملية إنتاج أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم. يستطيع نظام إدارة عمليات التصنيع (MES) في المصنع مراقبة أكثر من 200 مُعامل في الوقت الفعلي، بما في ذلك تيار اللحام (مع ضبط التقلبات ضمن نطاق ±15 أمبير) والطاقة الخطية (18-22 كيلوجول/سم)، مما يرفع معدل جودة المنتج إلى 99.92%. مع ذلك، لا يزال إنتاج الصلب عالي الجودة لأنابيب الصلب يعتمد على الاستيراد؛ فعلى سبيل المثال، يتطلب الأمر شراء 80% من ألواح الصلب من فئتي X90/X100 من شركات أخرى.

تُعدّ المتطلبات البيئية أيضًا محركًا للابتكار التكنولوجي. وقد ساهم استخدام جيل جديد من مواد اللحام منخفضة الدخان في خفض تركيز الغبار في ورش اللحام من 15 ملغم/م³ إلى 3 ملغم/م³. وفي المستقبل، ومع تزايد الطلب على إنشاء خطوط أنابيب طاقة الهيدروجين، سيصبح البحث والتطوير لأنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم المقاومة للتقصف الهيدروجيني محورًا رئيسيًا. حاليًا، يجري إنتاج منتجات فولاذية من فئة L415H ذات مؤشر حساسية للتشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC) ≤ 2% تجريبيًا محليًا. ومع ذلك، في مجال خطوط الأنابيب البحرية العميقة التي يزيد طولها عن 1500 متر، لا يزال التحدي المتمثل في التحكم في الإجهاد المتبقي الناتج عن اللحام في أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم ذات الجدران السميكة (≥ 40 مم) بحاجة إلى معالجة.

من البر إلى البحر، ومن الطاقة التقليدية إلى نقل الطاقة المتجددة، لا تزال أنابيب الصلب الملحومة بالقوس المغمور على الوجهين ذات اللحام المستقيم تُثبت قيمتها الجوهرية كشريان الحياة للصناعة. ويعكس تطورها التكنولوجي تحول الصناعة الصينية من التوسع في الإنتاج إلى تحسين الجودة، كما يُنبئ بالإمكانيات اللامحدودة التي يُتيحها دمج المواد والعمليات الجديدة. وفي سياق الحياد الكربوني، سيلعب هذا المنتج، الذي يجمع بين القوة العالية والعمر التشغيلي الطويل، دورًا أكثر أهمية في إعادة هيكلة البنية التحتية العالمية للطاقة.