"المعالجة المسبقة للسطح الداخلي لأنبوب الصلب" في بناء طبقة مقاومة التآكل لخط الأنابيب

1. أهمية المعالجة المسبقة للسطح
تهدف المعالجة المسبقة للسطح إلى جعل السطح المراد طلاؤه يصل إلى مستوى إزالة الصدأ والخشونة المطلوبين للطلاء المُختار، وضمان التصاق جيد بين السطح المراد طلاؤه وطبقة التغطية. وتُحدد طريقة المعالجة المسبقة للسطح ومؤشراتها بناءً على نوع طبقة التغطية. يجب أن يمتلك قسم تنفيذ المعالجة المسبقة للسطح المعدات اللازمة والفنيين المختصين، كما يجب أن تخضع جميع عمليات المعالجة المسبقة لإشراف وتفتيش فني دقيقين. لفهم المعالجة المسبقة للسطح فهمًا صحيحًا، ينبغي أولًا فهم العوامل المؤثرة في هذه العملية فهمًا كاملًا. يربط السهم الرأسي السميك الجسم المراد رشه بالغرض من الرش. وتشير الأسهم المتصلة بيسار ويمين السهم السميك إلى العوامل التي تُسهم في تحقيق الغرض المنشود. يتم اختيار طريقة الرش والمادة الكاشطة ووسيلة نقل المادة الكاشطة وفقًا لخصائص ونوع وحجم قطعة العمل المراد رشها، فضلًا عن الغرض المنشود بعد الرش. ونظرًا لوجود العديد من العوامل المؤثرة، ينبغي توخي الحذر الشديد. في مجال إنشاء طبقة الحماية من التآكل لخطوط الأنابيب، يُقال "30% مواد و70% إنشاء"، مما يُبرز أهمية الإنشاء. وتُعدّ المعالجة السطحية لأنابيب الصلب (وأبسطها إزالة الصدأ) أولوية قصوى في عملية الإنشاء، إذ ترتبط جودتها ارتباطًا وثيقًا بجودة طبقة الحماية وعمرها الافتراضي. وتشير بعض الدراسات إلى أن المعالجة السطحية هي العامل الأهم من بين عوامل أخرى تؤثر على عمر طبقة الحماية.
من خلال تحليل تكلفة الطبقة الخارجية، تبين أن تكلفة معالجة السطح تمثل عادةً حوالي 50%. أما الطبقة الخارجية للطلاء الداخلي المُخفِّض للاحتكاك، فهي طبقة رقيقة، وعدد طبقاتها قليل، وكمية الطلاء المستخدمة فيها قليلة، لذا فإن تكلفة معالجة السطح فيها أعلى، لتصل إلى حوالي 70%. لذلك، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لجودة المعالجة المسبقة للسطح عند تصميم وتنفيذ عملية الطلاء الداخلي المُخفِّض للاحتكاك.

2. العوامل الرئيسية المؤثرة على جودة طبقة التغطية
2.1 تأثير طبقة الأكسيد: في ظل ظروف درجات الحرارة العالية أثناء الدرفلة واللحام، تتشكل طبقة من الأكسيد بشكل طبيعي على سطح الأنابيب الفولاذية. يتكون هذا الأكسيد بشكل أساسي من خليط من أكاسيد الحديد. من الناحية التركيبية، تتكون هذه الطبقة تقريبًا من ثلاث طبقات: الطبقة الخارجية من Fe3O4 أو Fe2O3، والطبقة الوسطى من FcO وFe3O4، والطبقة الأقرب إلى سطح الفولاذ من FeO. تحت تأثير الظروف البيئية الخارجية، مثل درجة الحرارة والرطوبة والقوى الخارجية والأكسجين والملح، تتشقق طبقات الأكسيد هذه وتتقشر وتتفكك. إذا لم تتم إزالتها بالكامل، فسيكون لها ثلاثة آثار مدمرة رئيسية على الطبقة المغطية: أولًا، يكون جهد قطب طبقة الأكسيد أعلى بمقدار 0.26 فولت من جهد قطب الفولاذ، مما يجعل سطح الفولاذ المكشوف في مكان سقوط طبقة الأكسيد وتشققاتها بمثابة مصعد للخلية الجلفانية ويتعرض للتآكل؛ ثانيًا، يتكثف بخار الماء بسهولة في شقوق طبقة الأكسيد. إذا تم إذابة SO2 فيه، يمكن توليد كبريتات الحديدوز، مما يزيد من موصلية الإلكتروليت ويعزز التآكل؛ ثانيًا، قد تسقط طبقة الأكسيد التي لم تتم إزالتها ولكنها أصبحت مفكوكة وتنتفخ تمامًا عندما تتقلب درجة حرارة خط الأنابيب بشكل كبير، مما يتسبب في تشقق الطبقة المغطية وتقشرها.
2.2 تأثير الأوساخ السطحية: تشير الأوساخ المذكورة هنا إلى نواتج الصدأ والغبار التي لم تُزل تمامًا من سطح الأنبوب الفولاذي. ويشمل ذلك أيضًا الجزيئات المتبقية التي لم تُنظف على سطح الأنبوب بعد المعالجة السطحية، والصدأ الجديد الذي لم يُغطَّ خلال الفترة الزمنية المحددة بعد المعالجة. وبسبب وجودها، يصعب الحصول على طبقة طلاء ناعمة ومتجانسة، مما يُضعف التصاقها بالركيزة، فلا تستطيع الطبقة ملامسة سطح الفولاذ مباشرةً، ما يؤدي إلى انخفاض التصاقها ويؤثر على عمرها الافتراضي.
2.3 تأثير الأملاح الذائبة: عند وجود أملاح ذائبة على سطح الفولاذ أسفل الطلاء، وبسبب اختلاف الضغط الأسموزي داخل الطلاء وخارجه، تخترق رطوبة الهواء الطلاء لتصل إلى سطح الفولاذ، وتتحد مع الأملاح الذائبة مسببةً تآكل سطح الفولاذ وتقشر الطلاء. ومن بين هذه الأملاح، يُعد الكلوريد أهمها. ونظرًا لقدرته العالية على الاختراق، فقد نُصّ عليه في معيار Q/SYXQ11 "الشروط الفنية التكميلية لطبقة طلاء تقليل الاحتكاك على الجدار الداخلي لخط أنابيب الغاز بين الشرق والغرب"، وخاصةً بالنسبة لأنابيب الفولاذ المنقولة بحرًا والمخزنة في المناطق الساحلية لفترة من الزمن، ويجب التأكيد على هذه النقطة.
2.4 تأثير الخشونة: يتحدد الالتصاق بين الطلاء وسطح الأنبوب الفولاذي بالتجاذب المتبادل بين المجموعات القطبية في جزيئات الطلاء وجزيئات سطح المعدن. وبالإضافة إلى التأثيرات الفيزيائية (قوة التشتت، وقوة الحث، وقوة التوجيه)، فإن التأثير ميكانيكي في المقام الأول. بعد معالجة سطح الأنبوب الفولاذي بالرش الكاشط (السفع الرملي)، تزداد خشونة السطح بشكل ملحوظ، وقد تزيد مساحة سطح المعدن بمقدار 20 ضعفًا. ومع ازدياد الخشونة، تزداد مساحة السطح بشكل ملحوظ، وبالتالي يزداد الالتصاق بين الطلاء وسطح الأنبوب الفولاذي. عندما يحتوي السطح المرشوش (المسفوع رمليًا) على حواف وزوايا، فإن السطح المعدني المعالج لا يزيد مساحة السطح فحسب، بل يوفر أيضًا هندسة سطحية مناسبة لالتصاق الطلاء، مما يُسهم في التجاذب الجزيئي والتثبيت الميكانيكي.
مع ذلك، فإن خشونة السطح غير المناسبة تُلحق الضرر بالطلاء. فعلى سبيل المثال، إذا كانت الخشونة كبيرة جدًا، ستزداد كمية الطلاء اللازمة لملء "التجاويف" في نمط التثبيت. كما أن التجاويف العميقة جدًا عُرضة لتكوّن فقاعات، مما يؤثر سلبًا على جودة الطلاء. إضافةً إلى ذلك، عندما يكون الطلاء رقيقًا، يسهل انكشاف قمة الحافة، مما يُؤدي إلى تدمير سلامة الطلاء والتسبب في تآكل تنقيري.
بالنسبة للطلاء الداخلي المُخفِّض للاحتكاك، يجب أن تكون خشونة سطح الجدار الداخلي لأنبوب الصلب عادةً بين 30 و50 ميكرومتر بعد المعالجة السطحية. وتعتمد خشونة السطح على معايير العملية، مثل حجم الجسيمات وشكلها ومادتها وسرعة الرش ومدة تأثير المادة الكاشطة، حيث يُعد حجم جسيمات المادة الكاشطة العامل الأكثر تأثيرًا على الخشونة.
توجد طرق عديدة لمعالجة الأسطح، وأكثرها ملاءمةً لخطوط الأنابيب هي طريقة الرش (القذائف) الشائعة الاستخدام. ويعود ذلك إلى أن الاصطدام العنيف للمادة الكاشطة يزيد من مقاومة الإجهاد للمادة بنحو 80%، كما يحسن صلابة السطح بدرجات متفاوتة، ويزيل الإجهاد الداخلي عند اللحام، مما يحسن مقاومة الفولاذ للتآكل بشكل ملحوظ.

3. المتطلبات الأساسية لمعالجة سطح السدادات: عادةً ما تتبع معالجة سطح الأنابيب الفولاذية المعايير الفنية. وقد وضعت الدول الصناعية المتقدمة تباعًا معاييرها الخاصة بجودة إزالة الصدأ. وأشهر هذه المعايير هو المعيار الصناعي السويدي SIS 055900 "معيار إزالة الصدأ من سطح المواد الفولاذية قبل الطلاء"، والذي اعتمدته دولٌ حول العالم منذ زمن طويل. كما وضعت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) المعيار ISO 8501-1 "المعالجة المسبقة للمواد الفولاذية قبل الطلاء بالطلاءات والمنتجات ذات الصلة - التقييم البصري لنظافة السطح - الجزء 1: درجة الصدأ ودرجة إزالة الصدأ للمواد الفولاذية غير المطلية والمواد الفولاذية بعد الإزالة الكاملة للطلاء الأصلي" وفقًا للمعيار السويدي. وقد وضعت بلادي أيضًا المعيار GB 8923 "درجة الصدأ ودرجة إزالة الصدأ للمواد الفولاذية قبل الطلاء" المتعلق بمعايير ISO. وقد قامت صناعة البترول أيضاً بصياغة المواصفة القياسية SY/T 0407 "مواصفات المعالجة السطحية للمواد الفولاذية قبل الطلاء" لاستخدامها بالتزامن مع المواصفة القياسية GB 8923. وفيما يلي بعض المقتطفات من النقاط الرئيسية في هذه المواصفة.
3.1 GB 8923 "درجة الصدأ ودرجة إزالة الصدأ للأسطح الفولاذية قبل الطلاء": يركز GB 8923 "درجة الصدأ ودرجة إزالة الصدأ للأسطح الفولاذية قبل الطلاء" على تصنيف درجات الصدأ ودرجات إزالة الصدأ، والتقييم البصري، واستخدام الصور الملونة للعينات القياسية.
(1) درجة الصدأ قبل إزالة الصدأ، يتم تقسيم حالة الصدأ الأصلية لسطح الفولاذ إلى أربع درجات، ممثلة بـ A وB وC وD. بعد إزالة الصدأ، يجب مقارنتها بدرجة الصدأ الأصلية:
سطح فولاذي مغطى بالكامل بطبقة من أكسيد الحديد ولا يكاد يوجد به صدأ؛
ب- سطح فولاذي صدئ وتقشر جزء من طبقة الأكسيد؛
ج- سطح فولاذي تقشرت عنه طبقة الأكسيد بسبب الصدأ، أو يمكن كشطها، ويحتوي على كمية صغيرة من التنقر؛
د- سطح فولاذي تقشرت عنه طبقة الأكسيد بالكامل بسبب الصدأ، ويظهر عليه تنقير واسع الانتشار. (2) مستوى إزالة الصدأ: يميز المعيار GB 8923 "مستوى الصدأ ومستوى إزالة الصدأ من الأسطح الفولاذية قبل الطلاء" مستويات إزالة الصدأ وفقًا لطرق الإزالة المختلفة، ثم يحدد مستويات مختلفة لكل طريقة. يرمز "Sa" إلى إزالة الصدأ بالرش (النفخ)، و"St" إلى إزالة الصدأ يدويًا وباستخدام الأدوات الكهربائية، و"Fl" إلى إزالة الصدأ باللهب. تشير الأرقام العربية بعد الأحرف إلى درجة إزالة الصدأ. ① إزالة الصدأ بالرش أو النفخ يُرمز لها بـ "Sa" وتنقسم إلى أربعة مستويات، موضحة كما يلي: Sa1 إزالة الصدأ بالرش أو النفخ الخفيف: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ مرئية على سطح الفولاذ، ولا طبقة أكسيد أو صدأ أو طلاء ملتصقة بشكل غير محكم. Sa2 إزالة الصدأ بالرش أو النفخ الكامل: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ مرئية على سطح الفولاذ، ويجب إزالة طبقة الأكسيد والصدأ والطلاء بشكل أساسي، ويجب أن تكون البقايا ملتصقة بإحكام. Sa2.5 تنظيف شامل بالرمل وإزالة الصدأ: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ أو قشور أكسيد أو صدأ أو طلاء مرئي على سطح الفولاذ، وأي آثار متبقية يجب أن تكون مجرد بقع أو خطوط خفيفة. Sa3 رش أو إزالة الصدأ بالرمل بحيث يصبح سطح الفولاذ نظيفًا: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ أو قشور أكسيد أو صدأ أو طلاء مرئي على سطح الفولاذ، ويجب أن يظهر السطح بلون معدني موحد.
② إزالة الصدأ باستخدام الأدوات اليدوية والكهربائية. يشير الرمز "St" في المعيار GB 8923 إلى مستويين، وهما:
المرحلة الثانية: إزالة الصدأ بشكل كامل باستخدام الأدوات اليدوية والكهربائية: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ مرئية على سطح الفولاذ، ولا يوجد أي طبقة أكسيد أو صدأ أو طلاء ملتصق بشكل غير محكم.
المرحلة 3: إزالة الصدأ يدويًا وباستخدام الأدوات الكهربائية: يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو أوساخ ظاهرة على سطح الفولاذ، ولا أي طبقة أكسيد أو صدأ أو طلاء غير ملتصق جيدًا. يجب أن تكون إزالة الصدأ أكثر شمولًا من المرحلة 2، ويجب أن يتمتع سطح الجزء المكشوف من الركيزة بلمعان معدني.
③ إزالة الصدأ باللهب: يُشار إلى هذه العملية بالرمز "F1"، ويجب أن تتضمن استخدام فرشاة سلكية كهربائية لإزالة المواد الملتصقة بسطح الفولاذ بعد عملية التسخين باللهب. يُحدد المعيار درجة واحدة فقط.
إزالة الصدأ باللهب F1: يجب أن يكون سطح الفولاذ خاليًا من طبقة الأكسيد والصدأ والطلاء والرواسب الأخرى، وأي آثار متبقية يجب أن تكون مجرد تغير في لون السطح (ظلال بألوان مختلفة).
(3) تقييم درجة الصدأ ودرجة إزالته: ترد طريقة التقييم ومتطلبات التقييم البصري والصور القياسية في المواصفة القياسية GB 8923. عند تقييم درجة الصدأ، تُستخدم درجة الصدأ الظاهرة في الصورة للدرجة الأكثر خطورة كنتيجة للتقييم؛ وعند تقييم درجة إزالة الصدأ، تُستخدم درجة إزالة الصدأ الظاهرة في الصورة الأقرب إلى مظهر سطح الفولاذ كنتيجة للتقييم. تؤثر عوامل عديدة على التقييم البصري لدرجة إزالة الصدأ من أسطح الفولاذ، ومنها: ① المواد الكاشطة المستخدمة في رش أو تفجير الصدأ، والأدوات المستخدمة في إزالة الصدأ يدويًا أو باستخدام الأدوات الكهربائية؛ ② حالة الصدأ على أسطح الفولاذ التي لا تنتمي إلى درجة الصدأ القياسية؛ ③ لون الفولاذ نفسه؛ ④ اختلاف خشونة الأجزاء المختلفة نتيجة لاختلاف درجات التآكل؛ ⑤ عدم استواء السطح، مثل وجود انخفاضات؛ ⑥ خدوش الأدوات؛ ⑦ عدم انتظام الإضاءة. ⑧ الظلال الناتجة عن زوايا مختلفة لتأثير المواد الكاشطة على السطح أثناء رش أو إزالة الصدأ بالرمل؛ ⑨ المواد الكاشطة المدمجة في السطح.
3.2 SY/T 0407 "مواصفات تحضير سطح المواد الفولاذية قبل الطلاء": تتطلب هذه المواصفة استخدامها بالتزامن مع المواصفة القياسية GB 8923، ومعظم محتواها مستوحى من معيار لجنة طلاء الهياكل الفولاذية الأمريكية (SSPC). وبالنظر إلى المحتوى ذي الصلة في متطلبات عملية تقليل مقاومة خطوط الأنابيب، إليكم نبذة مختصرة عنها:
(1) معالجة السطح قبل وبعد إزالة الصدأ بالرمل: قبل إزالة الصدأ بالرمل، يجب إزالة الزيوت والشحوم والأوساخ الظاهرة على سطح الفولاذ. بعد إزالة الصدأ وقبل الطلاء، استخدم هواءً جافًا بدون أكمام، أو مكنسة كهربائية، أو فرشاة لإزالة الصدأ والغبار العالق على سطح قطعة العمل. يجب طلاء سطح الفولاذ بعد إزالة الصدأ بالرمل قبل أن يتلوث. إذا كان سطح الفولاذ ملوثًا قبل الطلاء، فيجب تنظيفه مرة أخرى.
(2) اختيار المواد الكاشطة: وفقًا لنتائج اختبار الرش، يُعدّ رمل الزركونيوم وحبيبات الأسلاك أفضل المواد الكاشطة، بينما يُعدّ الكوروندوم الأسوأ، وتأتي حبيبات الحديد الزهر المسحوقة ونوعان من الكوروندوم المنصهر في المنتصف. يتميز الكوروندوم ببطء وضعف تأثيره في إزالة الصدأ السطحي، كما أنه يُنتج غبارًا كثيفًا. تُعدّ حبيبات الأسلاك مناسبة بشكل خاص لإزالة الصدأ من المقاطع العرضية الدقيقة، ويُظهر الرمل أيضًا فعالية جيدة في إزالة الصدأ، إلا أن كليهما يُنتج غبارًا. بالنسبة للكوروندوم المنصهر، فإن حجم المادة الكاشطة المستخدمة فيه يُعادل نصف حجم رمل الزركونيوم وحبيبات الحديد الزهر المسحوقة وحبيبات الأسلاك تقريبًا. ولنفس عملية إزالة الصدأ، يكون حجم المواد الكاشطة الحديدية المطلوبة أقل بمرتين إلى ثلاث مرات من حجم المواد المعدنية، أي أن الجزيئات الثقيلة تُحقق فعالية أفضل في إزالة الصدأ من الجزيئات الخفيفة. يرتبط وقت الرش اللازم لتحقيق فعالية معينة في إزالة الصدأ بنوع المادة الكاشطة المُختارة. يقلّ تأثير إزالة الصدأ لكل وحدة زمنية بالترتيب التالي: الرمل، رمل الزركون، حبيبات الحديد الزهر المسحوقة، حبيبات الأسلاك 0.65، حبيبات الأسلاك 0.97، الكوروندوم المنصهر 0.72، الكوروندوم المنصهر 0.75، والكوروندوم. عمليًا، تُزيل حبيبات الأسلاك 0.65 الصدأ أسرع من حبيبات الأسلاك 0.97. يجب اختيار المواد الكاشطة وفقًا لدرجة ونوع الفولاذ، ودرجة الصدأ الأصلية، ونوع الطلاء المستخدم، وطريقة إزالة الصدأ، وخشونة السطح المطلوبة للطلاء. يمكن استخدام مواد كاشطة معدنية مثل خرز الفولاذ المصبوب، وخرز الحديد الزهر، ورمل الفولاذ المصبوب، ورمل الحديد الزهر، وقطع أسلاك الفولاذ لإزالة الصدأ بالرش. وفقًا لمتطلبات نظام الطلاء لعمق التثبيت على سطح الفولاذ، يُرجى الرجوع إلى الجدول 5-2 لاختيار المواد الكاشطة. لاحظ أن صلابة حبيبات الصلب المذكورة في الجدول تتراوح بين 40 و50 على مقياس روكويل C، بينما تتراوح صلابة رمل الصلب بين 55 و60 على مقياس روكويل C. يمثل عمق التثبيت النموذجي في الجدول أقصى ومتوسط ​​خشونة السطح المتوقع تحقيقهما في ظل ظروف رش (قذيفة) جيدة (باستخدام المروحة أو الفوهة). يوضح الملحق القياسي مواصفات وتركيب وصلابة ومتطلبات أداء أخرى لقطعة سلك الصلب. في معالجة الأسطح، يمكن أن تؤدي إضافة كمية معينة من قطع سلك الصلب إلى المادة الكاشطة إلى إنتاج خشونة حادة (قمم ووديان)، مما يُحسّن بشكل كبير التماسك الميكانيكي بين طبقة الطلاء وسطح الصلب. يتحدد استهلاك المواد الكاشطة بعمرها الافتراضي، وهو مفهوم يصعب تحديده بدقة. عادةً ما يُعتمد على معدل تفتت المادة الكاشطة. في الهندسة، يُستخدم مصطلح "عدد مرات الاستخدام" للإشارة إلى عمرها الافتراضي، والذي يحدد التكلفة النسبية.
3.3 GB/T13288 "تقييم مستوى خشونة سطح الفولاذ قبل الطلاء": ينطبق هذا المعيار على أسطح الفولاذ التي يكون مستوى إزالة الصدأ فيها بعد السفع الرملي المعدني أو غير المعدني أعلى من Sa2.5 في المعيار GB 8923 "مستوى الصدأ ومستوى إزالة الصدأ من سطح الفولاذ قبل الطلاء". تُقسم خشونة السطح المتكونة بعد السفع الرملي وقبل الطلاء إلى ثلاثة مستويات.
يعتمد تأثير معايير الخشونة على الطبقة المغطية على العوامل التالية:
① زيادة مساحة السطح، وتحسين التصاق الطلاء، وتعزيز حالة تنشيط السطح؛
② التأثير على كمية الطلاء؛
③ يؤثر على التأثير الوقائي للطبقة المغطية وعلى تعرض القمة.
يعتمد حجم الخشونة على العوامل التالية:
① نوع ومواصفات المادة الكاشطة؛
② سرعة وزاوية رش المادة الكاشطة؛
③ معدل تدفق ووقت عمل المادة الكاشطة المرشوشة؛
④ نوع وصلابة وبنية سطح قطعة العمل نفسها.
3.4 معايير اختبار الكلوريد الذائب: تحدد المواصفة القياسية ISO 8502-2 "التحديد المختبري للكلوريد على الأسطح النظيفة" طريقة اختبار للكلوريد الذائب على أسطح الفولاذ. تعتمد هذه الطريقة على تنظيف منطقة محددة من سطح الفولاذ أولاً، ثم استخدام طريقة معايرة نترات الزئبق مع ثنائي فينيل كاربازون-بروموفينول الأزرق كمؤشر لتحليل وتحديد الكلوريد المتجمع في الفولاذ النظيف. بالإضافة إلى ذلك، تشمل المعايير ذات الصلة ISO 8502-5 "الكشف عن الكلوريد على سطح الفولاذ المراد طلائه - طريقة أنبوب الكشف عن أيون الكلوريد"، وISO 8502-6 "طريقة أخذ عينات من الشوائب الذائبة على الأسطح المراد طلائها"، وISO 8502-7 "تحليل الشوائب الذائبة على الأسطح المراد طلائها - طريقة تحليل مجال أيون الكلوريد".

4. المعالجة المسبقة للسطح الداخلي لأنابيب الصلب
لضمان جودة الطبقة الداخلية وعمرها الافتراضي، يجب معالجة سطحها جيدًا قبل الطلاء. وبالمقارنة مع طبقة مقاومة التآكل، فإن الطبقة الداخلية المُخفِّضة للاحتكاك أرق، لذا يجب أن تكون خشونة سطحها من الدرجة الناعمة (F). ووفقًا لمتطلبات معيار Q/SY xQ11، فإن درجة إزالة الصدأ هي Sa2.5، ويجب أن تتراوح الخشونة بين 30 و50 ميكرومترًا.
من بين طرق معالجة الأسطح المتعددة، يُعدّ الرش (السفع الرملي) على الجدار الداخلي للأنابيب الأنسب. ويجب أن يستند الاختيار الدقيق إلى قطر الأنبوب وظروف المعدات. يُمكن استخدام السفع بالخردق للأنابيب ذات الأقطار الكبيرة، بينما يُستخدم السفع الرملي للأنابيب ذات الأقطار الصغيرة (مثل تلك التي يقل قطرها عن 762 مم). وقد أجرى معهد أبحاث المعادن الهولندي دراسة خاصة حول إزالة الصدأ بالرش، ويرى أن هذه الطريقة تُعتبر نوعًا من أنواع التآكل الناتج عن التعرية. وفيما يلي بعض النقاط المقترحة لتقنية إزالة الصدأ بالرش.
(1) سرعة الجزيئات المرشوشة عامل حاسم في تحديد طاقتها الحركية، وتتأثر بشكل كبير بارتدادها. وتعتمد سرعة الجزيئات على مسافة الرش. (2) زاوية الرش تحدد درجة تصادم الجزيئات أثناء عملية الرش، وتكون هذه الدرجة في أقصى حالاتها عندما تكون زاوية الرش 45 درجة. (3) حجم الجزيئات بالغ الأهمية لضمان إزالة الصدأ بشكل متجانس. ولتحقيق الهدف المنشود، لا بد من تحديد حجم مثالي للجزيئات. ويعتمد حجم الجزيئات بشكل كبير على خصائص الطبقة السطحية (قشور الدرفلة، أو الصدأ، أو قشرة الصب) وحالة السطح أسفلها.
4.1 السفع بالخردق: السفع بالخردق هو عملية استخدام قوة الطرد المركزي الناتجة عن الدوران عالي السرعة لشفرات آلة السفع بالخردق لقذف مواد كاشطة (مثل خردق فولاذي، أو قطع من أسلاك فولاذية، أو رمل فولاذي زاوي، إلخ) بسرعة خطية عالية جدًا على السطح الداخلي لجدار الأنبوب المعالج، مما يُحدث تأثيرًا كاشطًا وطحنًا، ويزيل القشور والصدأ السطحي، ويكشف عن لون المعدن الأصلي، ويوفر خشونة مناسبة لتثبيت الطلاء. لا يقتصر السفع بالخردق على إزالة القشور والصدأ من سطح الأنبوب الفولاذي فحسب، بل يُقوي سطحه أيضًا، ويزيل الإجهاد المتبقي، ويُحسّن مقاومة التعب والتآكل الإجهادي. يتميز السفع بالخردق بكفاءة عالية في استخدام المواد الكاشطة، وسرعة إزالة الصدأ، وانخفاض التكلفة، وهو مناسب للعمليات واسعة النطاق. لذلك، يُعد السفع بالخردق الخيار الأمثل لمعالجة الأسطح الداخلية للأنابيب الفولاذية. متطلبات عملية السفع بالخردق هي: التسخين المسبق لأنابيب الصلب، وإزالة الصدأ بالخردق، وتنظيف السطح.
(1) التسخين المسبق لأنابيب الصلب: يهدف التسخين المسبق إلى تسخين السطح الداخلي للأنبوب لإزالة الرطوبة وبعض الزيوت العالقة به. تشمل طرق التسخين المسبق التسخين بالحث متوسط ​​التردد، والتسخين باللهب، والتسخين برش الماء الساخن. عند اختيار طريقة التسخين، يجب أن تتناسب مع الظروف المحلية، وأن تكون اقتصادية ومعقولة، ومتوافقة مع خط التجميع.
① يتميز التسخين متوسط ​​التردد ببنية بسيطة. حيث يتم تركيب ملف الحث على الأسطوانة، مما يوفر المساحة ويقلل استهلاك الطاقة. مع ذلك، فإن التسخين متوسط ​​التردد ليس فعالاً للغاية في إزالة الزيوت والشوائب من السطح.
٢- التسخين باللهب هو حرق الغاز المسال النظيف وتسخين السطح الداخلي لأنبوب الصلب مباشرةً باللهب، مما يؤدي إلى إزالة الرطوبة من السطح. ويشترط لنجاح هذه الطريقة توفر كمية كافية من الغاز المسال.
③ يُعد التسخين بالرش بالماء الساخن فعالاً في إزالة الزيت والقمامة، لكن المعدات معقدة وتتطلب مصدر بخار ومضخة مياه ساخنة وغرفة تهوية لتبخير الماء الساخن، مما يشغل مساحة كبيرة.
(2) السفع بالخردق وإزالة الصدأ: في خط الإنتاج، تُجرى عملية السفع بالخردق داخل صندوق مخصص، يتكون من رأس السفع، وجهاز تدوير المواد الكاشطة، وجهاز تنظيف المواد الكاشطة، وجهاز تهوية وإزالة الغبار. عند دخول الأنبوب الفولاذي إلى صندوق السفع، تدور شفرات رأس السفع بسرعة عالية بفعل المحرك، مما يُولد قوة طرد مركزي قوية. تحت تأثير هذه القوة، تتسارع المواد الكاشطة على طول الشفرة حتى تُقذف للخارج. تُشكل المواد الكاشطة المقذوفة تيارًا على شكل مروحة، وتصطدم بالسطح الداخلي للأنبوب الفولاذي لإزالة طبقة الأكسيد والصدأ. بعد قذف المواد الكاشطة، يقوم نظام تدوير المواد الكاشطة بإعادة تدويرها وفرزها، ثم ينقلها إلى وحدة التغذية لإعادة استخدامها.
(3) تنظيف الأسطح: تحتوي الأنابيب الفولاذية التي خضعت لعملية السفع بالخردق على غبار كاشط وبقايا صدأ وأوساخ أخرى، مما يستدعي تنظيفها. في بعض الأجهزة القديمة، تُمال الأنابيب الفولاذية لتفريغ البقايا، وهو ما يتطلب طاقة كبيرة ووقتاً طويلاً، لذا نادراً ما يُستخدم في الأجهزة الحديثة. أما طريقة التنظيف الحديثة فتعتمد على النفخ بالهواء المضغوط أو المكنسة الكهربائية. ومع ازدياد الوعي بأهمية الصحة والسلامة والبيئة، ينبغي تركيب أجهزة تهوية وإزالة غبار في خط إنتاج عمليات السفع بالخردق لامتصاص الغبار المتولد أثناء العملية وفصل المواد الكاشطة واستعادتها.
(4) المواد الكاشطة: تتكون المواد الكاشطة المستخدمة في عملية السفع بالخردق بشكل أساسي من خردق الحديد، وخردق الصلب، وقطع أسلاك الصلب، ورمل الصلب الزاوي. من الناحية الاقتصادية والعملية، يُعد خردق الصلب أفضل، بينما من حيث فعالية السفع بالخردق، تُعد قطع أسلاك الصلب أفضل. يُفضل استخدام مزيج من خردق الصلب وقطع أسلاك الصلب أو خردق الصلب ورمل الصلب، بنسبة تتراوح بين 1:1 و2:1.
4.2 المعالجة بالرمل (الرصاص): تستخدم هذه المعالجة الهواء المضغوط لرش مواد كاشطة (رمل أو رصاص) بسرعة محددة على سطح الفولاذ المراد معالجته. وبفعل اصطدام هذه المواد وطحنها، تتم إزالة طبقة الأكسيد، ونواتج الصدأ، والأوساخ الأخرى من سطح المعدن. يتكون جهاز المعالجة بالرمل (الرصاص) عادةً من: نظام توصيل الهواء المضغوط (للمعالجة والتخزين)؛ نظام تدوير الفوهات والخراطيم واستعادة المواد الكاشطة؛ نظام التحكم الإلكتروني في الإضاءة؛ نظام إزالة الغبار؛ ونظام تزويد الهواء والرمل. تؤثر عوامل عديدة على فعالية إزالة الصدأ بالرمل (الرصاص)، مثل ضغط الهواء، ونوع ومواصفات المواد الكاشطة، وزاوية الرش وسرعته، والمسافة بين الفوهة وسطح الفولاذ، وغيرها. يجب اختيار المواد الكاشطة وفقًا لمتطلبات معالجة السطح والحالة الأصلية لسطح الفولاذ. عادةً ما يُستخدم رصاص الفولاذ، أو قطع أسلاك الفولاذ، أو رمل الفولاذ الزاوي، أو رمل الكوارتز، أو خليط منها. تتوافق متطلبات مستوى إزالة الصدأ وخشونة السطح في عملية السفع الرملي (السفع بالخردق) مع محتوى فحص الجودة والمعايير المذكورة أعلاه. وتُظهر النتائج أن تأثير كل من السفع الرملي (السفع بالخردق) والسفع بالخردق متماثل. ويُعدّ العاملان الرئيسيان لاختيار الطريقة هما الجدوى الاقتصادية والظروف المحيطة. فعلى سبيل المثال، عندما يقل قطر الأنبوب عن 762 مم، تكون المسافة بين رأس السفع والسطح المراد معالجته غير كافية، لذا لا يُمكن استخدام السفع بالخردق، ويجب اللجوء إلى السفع الرملي (السفع بالخردق). وتُعتبر تقنية السفع الرملي (السفع بالخردق) تقنية راسخة، كما أن معداتها متوفرة تجاريًا. ويمكن استخدامها مع تعديلات طفيفة عند اختيار المعالجة المسبقة للسطح الداخلي للأنابيب.
4.3 عملية التنظيف: يجب تنظيف السطح المعالج بالرمل (الرش بالخردق) باستخدام فرشاة أو هواء مضغوط أو مكنسة كهربائية. وذلك لإزالة الصدأ وجزيئات الكشط الدقيقة المتساقطة من السطح من تجاويف "القمم والوديان" في نمط التثبيت. بالنسبة لأنابيب الصلب ذات الفتحات الواسعة، تُستخدم عادةً طريقة التنظيف بالخردق. هناك طريقتان: الأولى هي استخدام مكنسة كهربائية ذات إزاحة كبيرة لشفط الغبار الرئيسي وخردق الصلب الناتج عن عملية إزالة الصدأ أثناء الرش بالخردق. قبل رش الغبار المتبقي في الداخل، يتم تشغيل مصدر الهواء لمسدس الرش، وسيبدأ المسدس بتنظيف السطح الداخلي لأنبوب الصلب. ينفخ مسدس الرش من أحد طرفي أنبوب الصلب إلى الطرف الآخر، ويتم شفط الغبار بواسطة المكنسة الكهربائية عند الطرف الآخر. تتمثل طريقة أخرى في استخدام جهاز صبّ الخرز لرفع الأنبوب الفولاذي بزاوية معينة، بحيث ينزلق الخرز الفولاذي إلى أسفل داخل جهاز التجميع، ثم تنظيف الجدار الداخلي للأنبوب، واستخدام مكنسة كهربائية لشفط الغبار الدقيق. إذا كان السطح معالجًا بالماء، فيجب شطفه بالماء العذب مع كمية كافية من مثبط التآكل، أو شطفه بالماء العذب أولًا ثم معالجته بمادة التخميل. عند الضرورة، يمكن استخدام فرشاة لمعالجة إضافية لإزالة جميع الرواسب.

5. مراقبة الجودة: هناك جانبان رئيسيان لمراقبة جودة المعالجة السطحية الداخلية لأنابيب الصلب، وهما النظافة والخشونة.
5.1 النظافة: وفقًا لمتطلبات معياري ISO 8501-1 وGB 8923، يجب أن يصل السطح الداخلي لأنبوب الصلب المطلي بطبقة مُخفِّضة للاحتكاك إلى مستوى Sa2.5 بعد المعالجة. يُعرَّف هذا المستوى بأنه: يجب أن يكون سطح الصلب خاليًا من الشحوم والأوساخ والقشور والصدأ والطلاء وأي شوائب أخرى ظاهرة، وأن تقتصر أي آثار متبقية على بقع أو خطوط طفيفة. يمكن التحقق من هذا المستوى من النظافة بصريًا. بالإضافة إلى ذلك، يوفر معيار ISO 8502 طريقةً للكشف عن نظافة السطح.
يُقدّم معيار ISO8502-1 طريقةً للكشف عن أملاح الحديد الذائبة المتبقية على سطح الفولاذ المُعالَج. وتتلخص الطريقة الرئيسية في تنظيف سطح الفولاذ بالماء، ثم إذابة أملاح الحديد الذائبة فيه، وبعد ذلك استخدام 2،2-ثنائي البيريدين كمؤشر لقياس تركيز محلول التنظيف المُجمّع باستخدام قياس الألوان. ويُعتبر المؤشر المرجعي أنه عندما يكون تركيز أيونات الحديد على سطح الفولاذ أقل من 15 ملغم/م²، يُمكن اعتبار أن تأثيرها على الطلاء غير ملحوظ.
تُقدّم المواصفة القياسية ISO 8502-2 طريقة اختبار معملية لتحديد محتوى الأكاسيد الذائبة في الماء على سطح الأنابيب الفولاذية. يمكن استخدام هذه الطريقة لسطح الأنابيب الفولاذية قبل وبعد المعالجة السطحية. تنصّ الطريقة على تنظيف مساحة مُحدّدة من سطح الفولاذ بكمية معلومة من الماء، ثمّ جمع ماء التنظيف، وتحليل وتحديد تركيز الكلوريد فيه باستخدام طريقة معايرة نترات الزئبق مع استخدام ثنائي فينيل كاربازون-بروموفينول الأزرق كمؤشر. خلال عملية المعايرة، تتفاعل أيونات الزئبق مع أيونات الأكسجين الحرة لتكوين كلوريد الزئبق (HgCl2). بعد استهلاك أيونات الكلوريد، يظهر فائض أيونات الزئبق باللون الأرجواني في المؤشر المُختلط، مما يدلّ على انتهاء عملية المعايرة. في هذا الاختبار، يُشير الرمز Q/SY XQ11 إلى مؤشر 20 ملغم/م² وفقًا للمعايير الأجنبية ذات الصلة. مع ذلك، يُشير هذا المؤشر إلى ما إذا كان يجب شطف سطح الأنبوب الفولاذي قبل معالجته السطحية. وفقًا لمتطلبات معايير المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO)، يجب إعادة اختبارها بعد التنظيف. يوضح الجدول 5-5 مؤشر متطلبات المعايير الأجنبية لمحتوى الملح على سطح الأنابيب الفولاذية.
معيار ISO 8502-3 هو معيار لتقييم درجة تلوث سطح الفولاذ المراد طلاؤه بالغبار. يقسم هذا المعيار درجة تلوث سطح الفولاذ بالغبار إلى خمسة مستويات، محددة برسوم بيانية قياسية. وتتمثل طريقة الكشف في لصق شريط لاصق حساس للضغط على سطح الفولاذ المراد اختباره، ثم مقارنة الشريط الملوث بالغبار بالرسم البياني القياسي لتحديد مستوى تلوث سطح الفولاذ بالغبار. أما معيار ISO 8502-4 فهو طريقة لتقييم احتمالية تكثف الرطوبة على سطح الفولاذ قبل الطلاء. تقيس هذه الطريقة نقطة الندى في ظل الظروف البيئية المناسبة عن طريق قياس درجة حرارة ورطوبة الهواء المحيط، ثم قياس درجة حرارة سطح الفولاذ، وتقييم احتمالية تكثف الرطوبة على السطح من خلال الفرق بين نقطة الندى ونقطة الندى. بالنسبة للطلاءات القائمة على المذيبات، يجب أن تكون درجة حرارة سطح أنبوب الفولاذ المراد طلاؤه أعلى من درجة حرارة نقطة الندى المحيطة بأكثر من 3 درجات مئوية.

بالإضافة إلى ذلك، وضعت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي ISO/TC35/SCl2 معايير أخرى ذات صلة لطرق اختبار نظافة الأسطح، إلى جانب المعايير ISO 8502-5 وISO 8502-6 وISO 8502-7 المذكورة أعلاه، وهي: ISO 8502-8 تحليل الشوائب الذائبة على السطح المراد طلاؤه - طريقة التحليل الموقعي للكبريتات؛ ISO 8502-9 تحليل الشوائب الذائبة على السطح المراد طلاؤه - طريقة التحليل الموقعي لأملاح الحديد؛ ISO 8502-10 تحليل الشوائب الذائبة على السطح المراد طلاؤه - طريقة التحليل الموقعي للشحوم؛ ISO 8502-11 تحليل الشوائب الذائبة على السطح المراد طلاؤه - طريقة التحليل الموقعي للرطوبة.
الخشونة: ينص معيار GB 13288، المُجمّع وفقًا لمعيار ISO، على أحكام مُناسبة لتقييم خشونة السطح بعد المعالجة. وتتلخص الخطوات في: إزالة الغبار والشوائب من السطح، واختيار عينة مُناسبة لمقارنة الخشونة (العينة "G" والعينة "S") وفقًا للمادة الكاشطة، ووضعها بالقرب من نقطة قياس مُحددة على سطح الفولاذ المراد اختباره للمقارنة البصرية. وتُعتبر درجة الخشونة التي تُشير إليها العينة الأقرب إلى مظهر سطح الفولاذ هي درجة التقييم. في حال استخدام عدسة مُكبّرة للتقييم، يجب مُلاحظة مظهر العينة وسطح الفولاذ المراد اختباره في العدسة المُكبّرة في الوقت نفسه. إذا كان التقييم البصري صعبًا، يُمكن استخدام ظفر الإبهام أو الإبهام والسبابة لحمل قلم خشبي وتحريكه على أجزاء مُختلفة من السطح المُختبَر وعينة المقارنة، وتُعتبر درجة الخشونة التي تُشير إليها العينة الأقرب هي نتيجة التقييم. عينة مُقارنة خشونة السطح المرجعية عبارة عن لوح مُسطّح مُقسّم إلى أربعة أجزاء، لكل جزء منها خشونة سطح مرجعية مُحددة. يجب أن تتوافق قيمة خشونة السطح المرجعية لعينة مقارنة الخشونة مع أحكام الجدول 5-6، ويجب ألا تقل نظافة سطحها الظاهرية عن Sa2.5. تُسمى العينة التي تعكس خصائص خشونة السطح الناتجة عن السفع الرملي الزاوي (GRIT) بالعينة "G"، بينما تُسمى العينة التي تعكس خصائص خشونة السطح الناتجة عن السفع بالرصاص (SHOT) بالعينة "S". توجد طرق عديدة لاختبار خشونة السطح، وتُعدّ طريقة مقارنة الخشونة شائعة الاستخدام في الإنتاج. جهاز مقارنة الخشونة Keane-tator هو أداة شائعة الاستخدام، ويتكون من قالب قياسي بخمسة قطاعات متقاربة. تُوزّع هذه القطاعات الخمسة على شكل نجمة خماسية، ويوجد ثقب في منتصف النجمة. يُمثّل كل قطاع قالب خشونة قياسي. عند استخدامه، يُوضع القالب على السطح المراد اختباره، وتُستخدم عدسة مكبرة خاصة موضوعة فوق الثقب الأوسط لمقارنة السطح المراد اختباره مع القطاع القياسي لتحديد قيمة خشونة السطح. هذه الطريقة بسيطة وسهلة الاستخدام، ولا تتطلب أدوات معقدة، ونتائج الاختبار موثوقة. تُعدّ طريقة ورق الاحتكاك طريقة اختبار شائعة أخرى، وتعتمد على شريط احتكاك خاص. عند استخدامها، انزع الغطاء الورقي، وضع جانب اللاتكس من الشريط على سطح الفولاذ، وافرك ظهر الشريط بأداة ملساء أو أداة غير حادة بحركة دائرية حتى يصبح السطح رماديًا موحدًا. أزل الشريط واستخدم ميكرومترًا زنبركيًا لقياس سُمك شريط الاحتكاك. وللحصول على ارتفاع خشونة السطح، اطرح 50.8 ميكرومتر من قراءة الميكرومتر لتعويض سُمك طبقة الوسادة. يجب معايرة الجهاز أثناء القياس. يمكن الاطلاع على هذه الطريقة في معيار ASTM D 4417، الطريقة C. تتميز هذه الطريقة بالبساطة وسهولة الاستخدام، ويمكن الاحتفاظ ببصمة الاحتكاك بشكل دائم كأرشيف في عملية الإنتاج.