تخفيف الإجهاد المتبقي في لحام الرافعات: منطق المعالجة الحرارية

بعد لحام العارضة الرئيسية، قد يبدو خط اللحام أملس والهيكل صلبًا. لكن في الواقع، تختبئ داخل خط اللحام "قوة" هي الإجهاد المتبقي للحام.

تنشأ هذه القوة على النحو التالي: أثناء اللحام، تنصهر منطقة خط اللحام بفعل الحرارة العالية، وعند التبريد تحاول الانكماش، لكن المعدن الأساسي المحيط يمنعها من ذلك، فيُحتجز الإجهاد داخل اللحام. هذا الإجهاد المتبقي لا يظهر بوضوح في الأوقات العادية، لكنه إذا تراكم مع إجهاد التشغيل الناتج عن الرفع، فقد يؤدي إلى تشقق الهيكل.

ما تهدف إليه المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد هو تحرير هذه القوة المحتبسة. إليك المنطق الكامن وراء ذلك.

مصدر الإجهاد المتبقي للحام: الانكماش المقيد أثناء التبريد

يعود أصل الإجهاد المتبقي إلى ظاهرة "التمدد والانكماش الحراري" في اللحام.

أثناء اللحام، تُسخَّن منطقة خط اللحام إلى درجة حرارة عالية، فيتمدد المعدن بفعل الحرارة. لكن المعدن الأساسي المحيط يبقى باردًا ويمنع هذا التمدد، مما يؤدي إلى "ضغط" معدن اللحام.

أثناء التبريد، يحاول معدن اللحام الانكماش، لكن المعدن الأساسي المحيط يمنعه مرة أخرى، مما يؤدي إلى "شد" معدن اللحام. هذا الشد يترك إجهاد شد داخل اللحام، وهو الإجهاد المتبقي.

يعتمد حجم الإجهاد المتبقي على إجراءات اللحام ودرجة التقييد ونوع المادة. كلما زاد تقييد اللحام وزادت سرعة التبريد، زاد الإجهاد المتبقي. تحدد ISO 23857 بشأن متطلبات جودة لحام الهياكل الفولاذية للرافعات متطلبات مراقبة جودة اللحام.

لماذا يعتبر الإجهاد المتبقي خطيرًا؟ تراكمه مع إجهاد التشغيل

يكمن خطر الإجهاد المتبقي في تراكمه مع إجهاد التشغيل.

عند رفع الرافعة للأحمال، تتحمل العارضة الرئيسية إجهاد انحناء، وهو إجهاد التشغيل. إذا وُجد أيضًا إجهاد شد متبقٍ في خط اللحام، فإن هذين الإجهادين يتراكمان في نفس الموقع، مما قد يتسبب في تجاوز الإجهاد المحلي لحد الخضوع للمادة.

نتيجة هذا التراكم هي إجهاد مبكر للهيكل وتشقق مبكر في اللحام. في كثير من شروخ اللحام في الرافعات، يكون نقطة البداية هي مناطق تركيز الإجهاد المتبقي.

لذلك، فإن تخفيف الإجهاد ليس مجرد خطوة إجرائية اختيارية، بل هو عملية أساسية لإزالة "الخلل الداخلي" في الهيكل، مما يسمح لإجهاد التشغيل بالعمل بمفرده دون تراكم أو تجاوز للحدود. تلتزم كيلود للصناعات الثقيلة بتطبيق تخفيف الإجهاد كعملية إلزامية للحامات الحرجة.

كيف يتم تخفيف الإجهاد؟ خطوات التسخين والتثبيت والتبريد البطيء

تعتمد المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد على ثلاث خطوات أساسية: "التسخين، التثبيت الحراري، والتبريد البطيء".

التسخين: يتم تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة معينة، عادةً بالقرب من درجة حرارة إعادة التبلور للمعدن. عند هذه الدرجة، تسترخي الإجهادات الداخلية في المعدن.

التثبيت الحراري: يتم الحفاظ على هذه الدرجة لفترة زمنية محددة للسماح بتحرير الإجهاد بشكل كامل.

التبريد البطيء: يتم التبريد ببطء. فإذا كان التبريد سريعًا جدًا، ستنشأ إجهادات حرارية جديدة. لذا، يجب أن يكون التبريد بعد تخفيف الإجهاد بطيئًا ومضبوطًا.

بعد إتمام الخطوات الثلاث، ينخفض الإجهاد المتبقي بشكل كبير. تحدد كيلود للصناعات الثقيلة درجة الحرارة والوقت وسرعة التبريد بناءً على مادة وسمك المكوّن الملحوم، وتشير FEM 1.001 (مواصفة تصميم الرافعات) إلى متطلبات معالجة تخفيف الإجهاد.

طرق تخفيف الإجهاد: الشاملة والموضعية والاهتزازية

هناك ثلاث طرق شائعة لتخفيف الإجهاد.

المعالجة الشاملة: يتم وضع المكوّن الهيكلي بأكمله في فرن وتسخينه وتبريده ببطء. هذه الطريقة هي الأكثر فعالية، لكنها محدودة بحجم الفرن، ولا تناسب القطع الكبيرة جدًا.

المعالجة الحرارية الموضعية: يتم تسخين منطقة اللحام وتبريدها ببطء. يمكن استخدام شريط تسخين أو تسخين حثي، وهي مناسبة للقطع الكبيرة التي لا يمكن وضعها في الفرن، ولكن يجب التحكم في نطاق التسخين وتدرج درجة الحرارة.

تخليص الإجهاد بالاهتزاز: يتم استخدام هزاز لإحداث اهتزاز في الهيكل، مما يحرر الإجهاد باستخدام الطاقة الميكانيكية. لا تتطلب هذه الطريقة تسخينًا وهي مناسبة للهياكل الكبيرة، لكن فعاليتها قد تكون أقل شمولاً من المعالجة الحرارية.

يتم اختيار الطريقة المناسبة بناءً على الأبعاد الهيكلية ومتطلبات الإجهاد. تطبق كيلود للصناعات الثقيلة تخفيف الإجهاد على اللحامات الحرجة وفقًا للمواصفات، وتستخدم المعالجة الموضعية أو الاهتزازية للقطع الكبيرة.

الأخطاء الأكثر شيوعًا في معالجة تخفيف الإجهاد

الخطأ الأول: عدم تخفيف الإجهاد حيثما يكون ضروريًا. اللحامات الحرجة، والألواح السميكة، واللحامات عالية التقييد تكون عرضة لإجهاد متبقي كبير، وعدم معالجتها يترك عيوبًا كامنة. يجب تحديد اللحامات التي تحتاج إلى تخفيف الإجهاد وفقًا للمواصفات.

الخطأ الثاني: تطبيق عملية تخفيف إجهاد غير صحيحة. إذا كانت درجة الحرارة غير كافية، أو وقت التثبيت الحراري غير كافٍ، أو التبريد سريعًا جدًا، فلن يتم تحرير الإجهاد بالكامل، مما يجعل العملية غير مجدية. يجب أن تتم درجة الحرارة والوقت وسرعة التبريد وفقًا للمواصفات.

الخطأ الثالث: تخفيف الإجهاد دون اختبار أو فحص. لا يمكن معرفة ما إذا تم تخفيف الإجهاد بشكل صحيح دون اختبار. تقوم كيلود للصناعات الثقيلة بإجراء اختبار الإجهاد بعد المعالجة أو مراجعة سجلات العملية للتأكد من أن الإجهاد قد انخفض فعليًا.

مقارنة بين طرق تخفيف الإجهاد الثلاث

مرجع سريع لبنود المعايير ذات الصلة بالمعالجة الحرارية لتخفيف الإجهادات

الأسئلة الشائعة حول المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد

خدمة تخفيف الإجهاد تدعم جودة اللحام، ويمكن مقارنتها بإجراءات اللحام الواردة في الدليل الشامل لإجراءات لحام العارضة الرئيسية للرافعة ومراقبة جودة اللحام (بما في ذلك GB/T 5117).

الإجهاد المتبقي داخل خط اللحام هو إصابة داخلية غير مرئية. تعتمد كيلود للصناعات الثقيلة خطوات التسخين والاحتفاظ الحراري والتبريد البطيء لتخفيف الإجهاد، مما يحرر الضغط المكبوت داخل اللحام ويمكّن الهيكل من العمل بحرية دون أن تثقل كاهله الإجهادات الداخلية.