عملية، وجوانب تقنية واقتصادية، وتطبيقات أنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور من الجانبين ذات اللحام المستقيم

أنبوب فولاذي ملحوم بالقوس المغموريُعدّ هذا المنتج أساسيًا في أنظمة الأنابيب الصناعية الحديثة. وتُظهر عمليات تصنيعه المتنوعة وتطبيقاته المتعددة التكامل العميق بين علم المواد وتقنية اللحام. ويحتل أنبوب الصلب ذو اللحام القوسي المغمور المزدوج، بفضل خصائصه الهيكلية الفريدة ومزايا تصنيعه، مكانةً لا غنى عنها في تطبيقات مثل خطوط الأنابيب لمسافات طويلة وهياكل دعم المباني. وتدمج عملية تصنيع هذا النوع من أنابيب الصلب تقنية اللحام الآلي مع عمليات التشكيل الدقيقة. ويحقق اللحام القوسي المغمور المزدوج قوةً عاليةً في اللحام وإحكامًا تامًا، مما يجعله مادةً أساسيةً لضمان سلامة نقل الطاقة.

أولاً، تحليل العملية الأساسية لأنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور من الجانبين ذات اللحام المستقيم
تبدأ عملية تصنيع الأنابيب الفولاذية ذات اللحام القوسي المغمور ثنائي الجانب والمستقيمة بتشكيل دقيق لصفائح فولاذية مدرفلة على الساخن عالية الجودة. تُفرَز الصفيحة الفولاذية أولاً إلى العرض المطلوب باستخدام آلة تفريز، ثم تُجرى عليها عدة مراحل تشكيل بالضغط التدريجي على آلة تشكيل JCOE لتكوين قالب أنبوب مفتوح الطرف. تستخدم مرحلة اللحام الأساسية اللحام القوسي المغمور ثنائي الجانب: حيث يُلحم خط لحام أولي بالجدار الداخلي لقالب الأنبوب، يليه لحام القوس المغمور للجدار الخارجي لإكمال اللحام الرئيسي، وأخيراً، يُجرى لحام إصلاحي على الجدار الداخلي. تحقق طريقة اللحام الطبقية هذه اختراقاً للحام يتجاوز 70% من سمك الصفيحة، مما يُحسّن قوة الوصلة بشكل ملحوظ. أثناء اللحام، يقوم القوس، المغطى بطبقة من التدفق، بصهر المعدن عند درجة حرارة عالية تبلغ 1600 درجة مئوية. يعمل حاجز الخبث الناتج على عزل الهواء بشكل فعال، مما يمنع حدوث عيوب مثل المسامية وشوائب الخبث. بالمقارنة مع الأنابيب الملحومة التقليدية ذات اللحام المستقيم، تُنتج عملية اللحام بالقوس المغمور من الجانبين بنية دقيقة من الفريت الإبري في منطقة اللحام، مما يُؤدي إلى مقاومة للصدمات تزيد بنسبة تزيد عن 30% عن اللحامات التقليدية. ويضمن الفحص بالموجات فوق الصوتية والفحص بالأشعة السينية أثناء التشغيل أن الجودة الداخلية للحام تُطابق المعايير الدولية مثل API 5L وGB/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 هذه الأنابيب على نطاق واسع في مشاريع خطوط الأنابيب الوطنية، مثل خط أنابيب الغاز بين الشرق والغرب.

ثانيًا، مقارنة بين المزايا التقنية والاقتصادية لأنابيب الصلب الملحومة بالقوس المغمور من الجانبين ذات اللحام المستقيم والأنابيب الملحومة حلزونيًا. في حين أن أنابيب الصلب الملحومة حلزونيًا بالقوس المغمور من الجانبين (مثل الدرجة L485M في معيار GB/T 9711) توفر مزايا في الإنتاج المستمر والأقطار الكبيرة، فإن الأنابيب الملحومة بالدرزة المستقيمة تتفوق في استقرار الضغط ودقة الأبعاد. نظرًا للتوزيع الحلزوني لدرزات اللحام في الأنابيب الملحومة حلزونيًا، يمكن أن يؤدي تحلل الإجهاد المحيطي إلى نقاط ضعف في ظروف الضغط العالي. في المقابل، تتعرض درزة اللحام الطولية للأنابيب الملحومة حلزونيًا لإجهاد متوافق مع الإجهاد الرئيسي، مما ينتج عنه ضغط انفجار أعلى بنسبة 10-15% عادةً. كشفت الاختبارات المقارنة على مشروع خط أنابيب نفط أن عمر الإجهاد للأنابيب الملحومة حلزونيًا من نفس المواصفات وصل إلى مليوني دورة، أي ما يقرب من 1.5 مرة أعلى من عمر الإجهاد للأنابيب الملحومة حلزونيًا. من حيث تكلفة الإنتاج، يمكن للأنابيب الملحومة بشكل مستقيم بقطر أقل من 1420 مم تحقيق معدل استخدام للمواد يصل إلى 96%، بينما تعاني الأنابيب الملحومة بشكل حلزوني من خسارة في المواد تصل إلى 5% تقريبًا بسبب محدودية عرض الصفائح. مع ذلك، في الأقطار الكبيرة جدًا (مثلًا، أكثر من 3000 مم)، تُغني الأنابيب الملحومة حلزونيًا عن الحاجة إلى صفائح فولاذية عريضة مصممة خصيصًا، وتبدأ مزاياها الاقتصادية بالظهور. والجدير بالذكر أن الأنابيب الملحومة بشكل مستقيم أسهل في التشغيل الآلي للتمدد. ويمكن للتمدد الميكانيكي الحفاظ على انحراف الاستدارة ضمن 0.5% من القطر، وهو عامل أساسي لضمان دقة وصلات الأنابيب.

ثالثًا، العمليات المبتكرة والتطبيقات الخاصة لأنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور من الجانبين ذات الدرزة المستقيمة
في السنوات الأخيرة، واصلت تقنية الأنابيب الملحومة بالقوس المغمور ذات اللحام المستقيم تحقيق إنجازاتٍ بارزة. ففي مشروع خط أنابيب غواصات بحر الصين الجنوبي، استُخدمت أنابيب ملحومة ذات لحام مستقيم من فولاذ X65، مطلية بطبقة مزدوجة من طلاء FBE+PP المقاوم للتآكل. وبإضافة 0.06% من النيوبيوم كعنصر مُسبِّك دقيق، وصلت طاقة الصدم عند درجة حرارة منخفضة (-40 درجة مئوية) إلى أكثر من 220 جول. وفي إنشاء خطوط الأنابيب القطبية، حققت أنابيب من فولاذ X100، مُنتَجة باستخدام عملية التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP)، انخفاضًا بنسبة 15% في سُمك الجدار مع الحفاظ على مقاومة ممتازة للتشقق. أما الأنابيب المُخصصة لتطبيقات مُحددة، مثل محطات الطاقة النووية، فتتطلب الامتثال لمواصفات الأداء في الاتجاه Z لمعيار RCC-M. وتستخدم الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم المُستخدمة في وعاء احتواء محطة الطاقة النووية ألواحًا فولاذية مُجهزة خصيصًا منخفضة الكبريت والفوسفور (S ≤ 0.002%). بالإضافة إلى عملية اللحام متعددة المراحل ذات الفجوة الضيقة، يحقق هذا الأسلوب انخفاضًا في سُمك المقطع العرضي يتجاوز 75%. وفي قطاع نقل مخلفات الفحم، توفر الأنابيب المركبة ذات اللحام المستقيم والمبطنة بطبقة سيراميكية بسماكة 6 مم مقاومة للتآكل تفوق مقاومة الأنابيب الفولاذية العادية بثماني مرات.

رابعاً، اتجاهات وتحديات تطوير صناعة أنابيب الصلب ذات اللحام القوسي المغمور من الجانبين ذات الدرزة المستقيمة
مع تطور التصنيع الذكي، قامت الشركات المحلية الرائدة برقمنة عملية إنتاج الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم بالكامل. وقد أدخل أحد المصانع نظام إدارة تنفيذ التصنيع (MES) الذي يتيح مراقبة أكثر من 200 مُعامل في الوقت الفعلي، بما في ذلك تيار اللحام (مع التحكم في التذبذب ضمن نطاق ±15 أمبير) وطاقة الخط (18-22 كيلوجول/سم)، مما رفع معدلات جودة المنتج إلى 99.92%. ومع ذلك، لا يزال الفولاذ المستخدم في صناعة خطوط الأنابيب عالية الجودة يعتمد على الاستيراد كمواد خام. فعلى سبيل المثال، يجب استيراد 80% من ألواح الفولاذ من فئة X90/X100 من شركات مثل نيبون ستيل. كما تُحفز متطلبات حماية البيئة الابتكار التكنولوجي. وقد أدى استخدام جيل جديد من التدفقات منخفضة الدخان إلى خفض تركيزات الغبار في ورش اللحام من 15 ملجم/م³ إلى 3 ملجم/م³. ومع تزايد الطلب على إنشاء خطوط أنابيب الهيدروجين، سيصبح البحث والتطوير في مجال الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم المقاومة لتقصف الهيدروجين أولوية قصوى. حالياً، يجري إنتاج منتجات فولاذية من نوع L415H محلية الصنع، ذات مؤشر حساسية للتشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC) لا يتجاوز 2%، على سبيل التجربة. مع ذلك، لا يزال التحدي قائماً بالنسبة لخطوط الأنابيب البحرية العميقة التي يزيد طولها عن 1500 متر، والمتمثل في التحكم في الإجهاد المتبقي الناتج عن اللحام في الأنابيب ذات الجدران السميكة ذات اللحامات المستقيمة (≥40 مم).

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 التصنيع في الصين من التوسع في الإنتاج إلى تحسين الجودة، ويبشر بالإمكانيات اللامحدودة التي يوفرها دمج المواد والعمليات الجديدة. وفي سياق الحياد الكربوني، ستلعب هذه الأنابيب عالية المتانة وطويلة العمر دورًا أكثر أهمية في إعادة بناء البنية التحتية العالمية للطاقة.