كشف شروخ لحام عارضة الرافعة الجسرية: 3 طرق فحص غير متلفة وإصلاحها
تُعدّ الشروخ في خط لحام العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية من أكثر عيوب الهيكل المعدني شيوعًا وخطورة، وتتركّز بشكل رئيسي في أطراف خط اللحام الرابط بين لوح الشفة ولوح الويب، وحواف فتحة اللحام أسفل ضلع التقوية، وجذر خط لحام الاتصال بالكرسي. يعتمد الكشف على ثلاث طرق مجتمعة: الفحص بالموجات فوق الصوتية (UT)، والفحص بالجسيمات المغناطيسية (MT)، وطريقة فرق زمن الحيود (TOFD). أما الإصلاح فيتم أساسًا بإزالة العيب بواسطة قوس الكربون ثم إعادة اللحام، على ألا يتجاوز عدد مرات إعادة التصنيع فينفس الموضع مرتين.
تُعدّ العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية العنصر الإنشائي الأساسي الذي يتحمّل كامل حمولة الرفع والوزن الذاتي، وجودة لحامها تؤثّر مباشرةً على سلامة الآلة وعمرها الافتراضي. أثناء التشغيل الفعلي، وتحت التأثير المشترك للإجهاد المتناوب وإجهادات اللحام المتبقية وتآكل البيئة، تنشأ بسهولة شروخ إجهاد في لحام العارضة الرئيسية. يستند هذا المقال إلى الإطار الفني للمواصفة ISO 23857 "متطلبات جودة لحام الهياكل الصلبة للرافعات" وAWS D1.1 "مواصفة لحام الهياكل الصلبة"، ليتناول بالشرح المنهجي طرق كشف شروخ لحام العارضة الرئيسية ومعايير الحكم عليها وأساليب إصلاحها.
أسباب الشروخ ومواضع انتشارها الشائعة
ينشأ شرخ لحام العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية نتيجة تراكم عوامل متعددة. تُعدّ إجهادات اللحام المتبقية السبب الأكثر تأثيرًا — فخلال عملية لحام تجميع العارضة، يتعرّض معدن اللحام أثناء تبريده وانكماشه لتقييد من المعدن الأساسي المحيط، مما يولّد في منطقة اللحام مجال إجهاد شد يصل إلى 60%–80% من مقاومة الخضوع للمادة. وأثناء خدمة الرافعة، يؤدي التغيّر الدوري لحمولة الرفع واهتزازات الصدمات الناتجة عن حركة العربة والعربة الطرفية إلى تراكب إجهادات التشغيل بشكل متكرر فوق هذه المنطقة ذات الإجهاد المتبقي، مما يجعل خط اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة أولى المناطق التي تنشأ فيها شروخ الإجهاد.
وفقًا لإحصاءات الفحص الهندسي الفعلي، تتركّز شروخ لحام العارضة الرئيسية في ست مناطق عالية الخطورة:
أطراف خط اللحام الرابط بين لوح الشفة ولوح الويب — وهي أكثر المواضع تكرارًا لحدوث الشروخ، إذ تمثّل نحو 35% من إجمالي شروخ اللحام. تتمدد الشروخ على طول اتجاه اللحام، وتتركّز بشكل خاص قرب ربع البحر من طرف العارضة (المنطقة الأقصى إجهاد قص).
حواف فتحة اللحام أسفل ضلع التقوية — عند لحام ضلع التقوية العرضي بلوح الويب، تُترك فتحة لحام عند التقاء الطرف السفلي للضلع بلوح الشفة. يؤدي عدم الاستمرارية الهندسية لحافة فتحة اللحام إلى معامل تركيز إجهاد يتراوح بين 3 و5 أضعاف، وغالبًا ما تتمدد الشروخ بزاوية 45 درجة باتجاه لوح الويب.
جذر خط لحام اتصال الكرسي بالعمود — يعمل الكرسي كعقدة ربط بين العارضة الرئيسية والعربة الطرفية، ويتحمّل كامل قوى رد الفعل. في منطقة الشد عند جذر اللحام، وتحت تأثير عزم الانحناء المتناوب، تنشأ شروخ عرضية يمكن كشفها بفعالية باستخدام الفحص بالموجات فوق الصوتية بمصفوفة الطور (PAUT).
طرق الكشف والمعلمات التقنية
نظرًا لاختلاف مواضع وأنواع شروخ اللحام، يلزم الجمع بين عدة طرق للفحص غير المتلف. فلكل طريقة كشف نقاط عمياء — فالفحص بالموجات فوق الصوتية (UT) منخفض الحساسية للعيوب السطحية، والفحص بالجسيمات المغناطيسية (MT) يقتصر على العيوب السطحية وشبه السطحية، والفحص الإشعاعي (RT) محدود بقيود السلامة الإشعاعية في الموقع — لذا فإن تكامل الطرق الثلاث يضمن تغطية شاملة.
| الكشفالطريقة | ينطبق علىعيبالنوع | المعلمات التقنية | المنطقة المطبقة | الكشفالنسبة |
|---|---|---|---|---|
| UTالموجات فوق الصوتيةكشف العيوب | داخليشرخ,عدم الانصهار,عدم الاختراق الكامل | تردد2~5MHz،المسبارK2~3،DACالمنحنى | لحام تناكبي,وصلة T | A6~A7: 100% |
| MTفحص بالجسيمات المغناطيسية | السطحشرخ,قريب من السطح2mmداخل | مسحوق مغناطيسي فلوري،A1-30/100شريحة الاختبار | لحام الزاويةالسطح,فتحة اللحام الزائدة | المنطقة الحرجة100% |
| TOFDفرق زمن الحيود | شرختحديد الارتفاع كمياً,العمقتحديد المواقع | تردد5~10MHz،دقة0.5mm | الألواح السميكةلحام تناكبي(8mmفما فوق) | مشتبه بهعيبمساعد |
| RTفحص إشعاعي | داخليعيبصورة مباشرة | Xالأشعة/مصدر جاما،IIمطابق للدرجة | مرحلة التصنيعلحام تناكبي | 10%فحص بالعينة أعلاه |
| PAUTالمصفوفة الطورية | هندسة معقدةخط اللحام,عقدة الكابول | 16~64عنصر المصفوفة،المسح المروحي | قاعدة الكابول,مقطع متغير | يستخدم حسب الحاجة |
فترة الفحص ومعايير القبول
فترة فحص لحامات العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية ليست ثابتة، بل تُضبط ديناميكيًا وفقًا لفئة التشغيل وعمر الخدمة وبيئة التشغيل. تشترط إجراءات السلامة الفنية لآلات الرفع تنفيذ ترددات مختلفة للفحص غير المتلف حسب فئة تشغيل الرافعة. في مرحلة التصنيع، يجب إجراء فحص بالموجات فوق الصوتية بنسبة 100% على لحامات التناكبية للعارضة الرئيسية، بالإضافة إلى فحص إشعاعي (RT) بنسبة لا تقل عن 10% للتحقق المقارن؛ أما في مرحلة الفحص الدوري فتُحدد نسبة العينات وفقًا لفئة التشغيل.
فيما يخص معايير القبول، يُعد أي شرخ مهما كان عمقه عيبًا غير مقبول، ولا يُسمح بقبول العيوب بحجة "الشرخ الدقيق لا يؤثر على الاستخدام". تُقيَّم العيوب الداخلية في خط اللحام وفقًا للحجم المكافئ: يُقبل العيب الفردي إذا كان حجمه المكافئ لا يتجاوز 2 مم وكانت المسافة بين العيوب المتجاورة أكثر من 20 مم، بينما يتطلب العيب الذي يتجاوز حجمه المكافئ 3 مم إعادة تصنيع. أما العيوب القريبة من السطح (التي لا يتجاوز عمقها 2 مم) فيُفضَّل استخدام الفحص بالجسيمات المغناطيسية للتحقق منها، لتجنب تفويت العيوب في المناطق العمياء للفحص بالموجات فوق الصوتية.
إجراءات إصلاح الشرخ والتحقق منه
عند اكتشاف شرخ في خط اللحام، يعتمد اختيار عملية الإصلاح على عمق الشرخ وطوله وموقعه. وفقًا لمتطلبات ISO 24817 المواصفة الفنية لإصلاح الهيكل الصلب للرافعات، يجب أن تتبع عملية الإصلاح مسارًا مغلقًا يمر بمراحل "الإزالة – التأكيد – إعادة اللحام – التحقق"، حيث إن إغفال أي خطوة قد يؤدي إلى فشل الإصلاح أو حتى إلى شرخ ثانوي أكثر خطورة.
الخطوات الأساسية لعملية الإصلاح هي:
الخطوة الأولى: إزالة العيب بقشط القوس الكربوني — استخدام أقطاب كربونية بقطر 6~8 مم، بتيار 250~350 أمبير، مع القشط طبقة تلو الأخرى على طول اتجاه الشرخ، بحيث يتجاوز عمق القشط طرف الشرخ بمقدار 3 مم على الأقل، ويمتد على الجانبين بمقدار 20 مم أو أكثر. بعد القشط، تُصنفر المنطقة باستخدام جلاخة زاوية حتى يظهر اللمعان المعدني، بحيث لا تتجاوز خشونة السطح 25 ميكرومتر.
الخطوة الثانية: التأكد من الإزالة الكاملة بفحص الاختراق (PT) — يُوضع مخترق على سطح القشط المُصنفر (بمدة بقاء لا تقل عن 10 دقائق)، وبعد التظهير يُتأكد من عدم وجود أي آثار متبقية للشرخ. إذا وُجدت آثار متبقية، تُعاد الخطوة الأولى للاستمرار في الإزالة حتى يجتاز فحص PT بالكامل. تُعد هذه الخطوة بوابة الجودة الحاسمة لمنع "دفن الشرخ داخل اللحام".
الخطوة الثالثة: إعادة اللحام — استخدام مواد لحام مطابقة للمعدن الأساسي (معدن Q355B مع سلك لحام ER50-6 بقطر 1.2 مم)، بلحام محمي بالغاز CO2 أو لحام محمي بغاز مختلط، بمعاملات لحام: تيار 200~260 أمبير، جهد كهربائي 24~28 فولت، سرعة لحام 250~350 مم/دقيقة، ودرجة حرارة بين المسارات لا تتجاوز 150 درجة مئوية. يُنفَّذ اللحام متعدد الطبقات والمسارات، مع طرق كل طبقة بعد اللحام لتخفيف الإجهادات.
الخطوة الرابعة: إعادة الفحص بالموجات فوق الصوتية بعد اللحام — بعد تبريد خط اللحام إلى درجة حرارة الغرفة (بعد 24 ساعة)، يُجرى فحص بالموجات فوق الصوتية بنسبة 100%، وفقًا للمعيار GB/T 11345 بدرجة قبول المستوى الأول. إذا اكتُشف عيب مرة أخرى في نفس الموقع، يُسمح بإعادة التصنيع مرة أخرى، على ألا يتجاوز إجمالي مرات إعادة التصنيع مرتين — وإذا تجاوزت ذلك، يجب إحالة الأمر إلى جهة التصميم الأصلية للتقييم، وقد يتطلب الأمر قطع خط اللحام بالكامل وإعادة التركيب.
الوقاية من الشرخ والمراقبة الصحية
أفضل استراتيجية لإدارة شرخ اللحامات هي "الوقاية أفضل من الفحص، والفحص أفضل من الإصلاح". يمكن اتخاذ الإجراءات التالية منذ مرحلة التصميم لتقليل احتمالية حدوث شرخ اللحامات بشكل ملحوظ: استخدام أنواع وصلات ذات مستوى أعلى لتفاصيل إجهاد اللحام (مثل لحام اختراق كامل بدلاً من لحام الزاوية)، وتوزيع خطوط اللحام في التصميم الهيكلي بعيدًا عن مناطق الإجهاد العالي، ومعالجة إجهادات الشد المتبقية من خلال المعالجة الحرارية بعد اللحام أو المعالجة بالصدمات فوق الصوتية، وصقل إصبع اللحام على السطح ليشكل قوسًا انتقاليًا ناعمًا (بنصف قطر 3 مم أو أكثر) لتقليل تركيز الإجهاد.
بالنسبة للرافعات الجسرية قيد التشغيل، يُعد إنشاء ملف صحي للحامات وسيلة إدارة فعالة. تُسجل نتائج كل فحص بالموجات فوق الصوتية في الملف وفقًا لرقم خط اللحام، مع تتبع اتجاه تغير صدى العيب في نفس موقع خط اللحام. عندما يُظهر فحصان متتاليان نموًا في الحجم المكافئ للعيب في نفس خط اللحام يتجاوز 50%، حتى لو لم يصل إلى حد إعادة التصنيع البالغ 3 مم، يجب إجراء إعادة تصنيع وقائية مبكرًا، لتجنب التمدد المفاجئ للشرخ بين فترتي الفحص الدوري.
جدول مقارنة درجات قبول جودة اللحام
| خط اللحامالنوع | الجودةالدرجة | UTمعايير القبول | متطلبات السطح | إعادة تصنيعالقيود |
|---|---|---|---|---|
| لوح حافة العارضة الرئيسية-لوح الويبالتربيس | Iالدرجة | مفردعيبلا يتجاوز2mm | بدونشرخ/تقوسلا يتجاوز0.5mm | لا يتجاوز2مرة |
| ضلع تقويةلحام الزاوية | IIالدرجة | مفردعيبلا يتجاوز3mm | مقاس رجل اللحاملا يقل عن القيمة التصميمية | لا يتجاوز2مرة |
| كابولاختراق كاملخط اللحام | Iالدرجة | 100%UT+10%RTالمقارنة | إصبع اللحامالتجليخRلا يقل عن3mm | لا يتجاوز1مرة |
| سكة العربةخط اللحام | IIالدرجة | فحص العينة لا يقل عن20% | بدون سطحشرخ | لا يتجاوز2مرة |
| غير محملخط اللحام | IIIالدرجة | الفحص البصري | بدون فحص بصريشرخ | بدون قيود |
الأسئلة الشائعة
س: ما هو التردد المطلوب لإجراء الفحص غير المتلف على خط لحام العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية؟
ج: يعتمد تردد الفحص على فئة التشغيل: بالنسبة لفئة التشغيل A5 فما دون، يُجرى فحص UT بنسبة لا تقل عن 50% كل سنتين؛ أما لفئتي التشغيل A6 إلى A7، فيُجرى فحص UT بنسبة 100% على خطوط اللحام الرئيسية الحاملة سنويًا؛ وبالنسبة لفئة التشغيل الثقيلة A8، يُجرى فحص شامل بنسبة 100% كل ستة أشهر مع استخدام TOFD للتحليل الكمي المساعد. بالنسبة للرافعات التي يتجاوز عمرها التشغيلي 20 عامًا، يجب رفع نسبة فحص الهيكل إلى 100%. أما الرافعات الجديدة عند التصنيع، فيُجرى فحص UT بنسبة 100% على اللحام التناكبي مع فحص RT بنسبة 10% للتحقق المقارن.
س: كيف يتم التحقق من جودة الإصلاح بعد معالجة الشرخ في خط اللحام؟
ج: بعد الإصلاح، يجب ترك اللحام ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة (لمدة 24 ساعة على الأقل) ثم إجراء فحص UT بنسبة 100%، على أن تكون النتائج مطابقة للمستوى الأول من المعيار ISO 11345. بالنسبة للحام التناكبي ذي الاختراق الكامل في العقد المهمة مثل الكرسي الحامل، يجب إضافة فحص RT بنسبة 10% للتحقق المقارن بعد فحص UT. كما يجب إجراء فحص متابعة بعد 3 أشهر من الإصلاح للتأكد من عدم ظهور شروخ جديدة في منطقة الإصلاح. ولا يجوز أن يتجاوز عدد مرات إعادة التصنيع لنفس المنطقة مرتين؛ وإذا تجاوز ذلك، يجب على جهة التصميم الأصلية تقييم ما إذا كان يلزم استئصال كامل مقطع اللحام وإعادة اللحام من جديد.
س: ما هي مزايا الفحص بالجسيمات المغناطيسية (MT) والفحص بالسوائل النافذة (PT) في كشف الشروخ في خطوط اللحام؟
ج: يعتمد فحص MT على مبدأ تجمع الجسيمات المغناطيسية عند مجالات التسرب المغناطيسي الناتجة عن العيوب السطحية في المواد المغناطيسية الحديدية، ويمكنه كشف الشروخ السطحية المفتوحة والعيوب القريبة من السطح حتى عمق 2 مم، ويتميز بحساسية عالية (وفق شريط الاختبار القياسي A1-30/100) وسرعة فحص عالية، مما يجعله مناسبًا لمسح مساحات واسعة من اللحام. أما فحص PT فيعتمد على خاصية الشعيرات الدموية للسائل النافذ الذي يتغلغل في العيوب السطحية المفتوحة، ولا يتأثر بالخواص المغناطيسية للمادة، ويمكن استخدامه لفحص لحام الفولاذ المقاوم للصدأ وغيره من المواد غير المغناطيسية الحديدية، وتكون العيوب واضحة المعالم، مما يجعله مناسبًا للتأكيد الموضعي بعد تنظيف جذر اللحام. وغالبًا ما يُستخدم الاثنان معًا: يُستخدم MT للمسح الأولي، ويُستخدم PT للتأكيد بعد إزالة العيب.
س: هل يمكن للمعالجة بالصدمات فوق الصوتية للحام أن تمنع تكون الشروخ بفعالية؟
ج: تعمل المعالجة بالصدمات فوق الصوتية (UIT) على طرق سطح إصبع اللحام بترددات ميكانيكية فوق صوتية عالية، مما يُحدث طبقة ضغط على عمق يتراوح بين 0.3 و0.5 مم في منطقة إصبع اللحام، وبالتالي يحول الإجهادات المتبقية الشدية إلى إجهادات ضاغطة. تُظهر البيانات الهندسية المقاسة أن المعالجة بـ UIT يمكن أن تزيد عمر الكلال للحام بمقدار 3 إلى 8 مرات، وتؤخر ظهور الشروخ بمقدار 2 إلى 4 مرات. كما يؤدي سطح إصبع اللحام بعد المعالجة إلى تشكيل انتقال دائري أملس، مما يخفض معامل تركيز الإجهادات من 2.5-3.5 إلى أقل من 1.5. وتقوم شركة كيلود للصناعات الثقيلة حاليًا بتطبيق معالجة UIT على خطوط لحام العارضة الرئيسية للرافعات الجسرية من فئة التشغيل A6 فما فوق قبل مغادرة المصنع.
تلتزم كيلود للصناعات الثقيلة بأبحاث تكنولوجيا سلامة الهياكل المعدنية للرافعات الجسرية، وتوفير حلول متكاملة للعملاء الصناعيين بدءًا من الفحص غير المتلف للحام وحتى إصلاح الشروخ.
