اللحام تحت الضغط العالي

اللحام تحت الضغط العالي هو عملية لحام فائقة الشدة تتم تحت ضغوط عالية ، عادةً تحت الماء . ^{[ 1 ] [ 2 ]} يمكن إجراء اللحام تحت الضغط العالي إما في الماء مباشرةً أو في بيئة جافة داخل حاوية مصممة خصيصًا ذات ضغط موجب . يُشار إليه غالبًا باسم "اللحام تحت الضغط العالي" عند استخدامه في بيئة جافة، و" اللحام تحت الماء " عند استخدامه في بيئة رطبة. تتنوع تطبيقات اللحام تحت الضغط العالي ، حيث يُستخدم غالبًا في إصلاح السفن ومنصات النفط البحرية وخطوط الأنابيب . يُعد الفولاذ أكثر المواد شيوعًا في عمليات اللحام.

يُفضّل استخدام اللحام الجاف على اللحام الرطب تحت الماء عند الحاجة إلى لحامات عالية الجودة، وذلك بفضل التحكم المُحسّن في الظروف التي يُمكن الحفاظ عليها، مثل تطبيق المعالجات الحرارية قبل وبعد اللحام . ويؤدي هذا التحكم المُحسّن في البيئة مباشرةً إلى تحسين أداء العملية، وبالتالي الحصول على لحام ذي جودة أعلى بكثير من اللحام الرطب المُقارن. لذا، عند الحاجة إلى لحام عالي الجودة، يُستخدم عادةً اللحام الجاف تحت الضغط العالي. ولا تزال الأبحاث جارية حول استخدام اللحام الجاف تحت الضغط العالي على أعماق تصل إلى 1000 متر (3300 قدم) . ^{[ 3 ]} وبشكل عام، قد يكون ضمان سلامة اللحامات تحت الماء صعبًا (ولكنه ممكن باستخدام تطبيقات اختبار غير مُتلفة مُختلفة )، خاصةً بالنسبة للحامات الرطبة تحت الماء، لأن العيوب يصعب اكتشافها إذا كانت تحت سطح اللحام. 

اخترع عالم المعادن السوفيتي كونستانتين خرينوف اللحام تحت الماء تحت الضغط العالي في عام 1932. ^{[ 4 ]}

أصبحت عمليات اللحام ذات أهمية متزايدة في جميع الصناعات التحويلية تقريبًا، وفي التطبيقات الإنشائية (الهياكل المعدنية للمباني). ^{[ 5 ]} من بين تقنيات اللحام العديدة في الهواء، لا يمكن تطبيق معظمها في التطبيقات البحرية والمنصات البحرية الملامسة للماء. تُجرى معظم أعمال الإصلاح والتغطية السطحية في المنصات البحرية على أعماق ضحلة أو في المنطقة المغطاة بالماء بشكل متقطع (منطقة الرذاذ). ومع ذلك، فإن المهمة الأكثر تحديًا من الناحية التقنية هي الإصلاح على أعماق أكبر، لا سيما في إنشاء خطوط الأنابيب وإصلاح التمزقات والكسور في المنشآت والسفن البحرية. قد يكون اللحام تحت الماء الخيار الأقل تكلفة للصيانة والإصلاح البحري، لأنه يُغني عن الحاجة إلى سحب المنشأة من البحر، ويوفر وقتًا ثمينًا وتكاليف الأحواض الجافة. كما أنه يُتيح إجراء إصلاحات طارئة تسمح بنقل المنشأة المتضررة بأمان إلى مرافق جافة لإجراء إصلاح دائم أو تفكيكها. يُستخدم اللحام تحت الماء في البيئات الداخلية والبحرية على حد سواء، على الرغم من أن الأحوال الجوية الموسمية تُعيق اللحام تحت الماء في المنصات البحرية خلال فصل الشتاء. في كلا الموقعين، يُعد الهواء المُزوَّد من السطح الطريقة الأكثر شيوعًا للغوص بالنسبة للحامين تحت الماء.

تتضمن عملية اللحام الجاف تحت الضغط العالي إجراء اللحام تحت ضغط مرتفع في حجرة مملوءة بمزيج غازي محكم الإغلاق حول الهيكل المراد لحامه.

يمكن تشغيل معظم عمليات اللحام بالقوس الكهربائي، مثل اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW)، واللحام بالقوس ذي القلب المحشو (FCAW)، واللحام بالقوس التنغستني الغازي (GTAW)، واللحام بالقوس المعدني الغازي (GMAW)، واللحام بالقوس البلازمي (PAW)، عند ضغوط عالية، إلا أن جميعها تتأثر سلبًا مع ازدياد الضغط. ^{[ 6 ]} يُعد اللحام بالقوس التنغستني الغازي الأكثر شيوعًا. ويرتبط هذا التدهور بتغيرات فيزيائية في سلوك القوس الكهربائي، حيث يتغير نظام تدفق الغاز حوله، وتتقلص جذور القوس وتصبح أكثر حركة. ومن الجدير بالذكر الزيادة الكبيرة في جهد القوس الكهربائي ، والتي ترتبط بزيادة الضغط. وبشكل عام، ينتج عن زيادة الضغط تدهور في القدرة والكفاءة.

تم تطبيق تقنيات تحكم خاصة سمحت باللحام حتى عمق 2500 متر (8200 قدم) في المياه المحاكاة في المختبر، ولكن اللحام الجاف تحت الضغط العالي اقتصر حتى الآن عمليًا على عمق أقل من 400 متر (1300 قدم) بسبب القدرة الفسيولوجية للغواصين على تشغيل معدات اللحام تحت ضغوط عالية، والاعتبارات العملية المتعلقة بإنشاء غرفة ضغط/لحام آلية في الأعماق. ^{[ 7 ]}    

تُعرّض عملية اللحام تحت الماء الغواص والقطب الكهربائي مباشرةً للماء والعوامل المحيطة. يستخدم الغواصون عادةً تيارًا مستمرًا يتراوح بين 300 و400 أمبير لتشغيل القطب الكهربائي، ويلحمون باستخدام أشكال متنوعة من لحام القوس الكهربائي . تعتمد هذه الممارسة بشكل شائع على نوع من لحام القوس المعدني المحمي ، والذي يستخدم قطبًا كهربائيًا مقاومًا للماء . ^{[ 2 ]} تشمل العمليات الأخرى المستخدمة لحام القوس الكهربائي ذي القلب المتدفق ولحام الاحتكاك . ^{[ 2 ]} في كل حالة من هذه الحالات، يتم توصيل مصدر طاقة اللحام بمعدات اللحام عبر كابلات وخراطيم. تقتصر هذه العملية عمومًا على الفولاذ منخفض الكربون ، خاصةً في الأعماق الكبيرة، بسبب التشققات الناتجة عن الهيدروجين . ^{[ 2 ]}

تُجرى عملية اللحام الرطب باستخدام قطب كهربائي قضيب باستخدام معدات مشابهة لتلك المستخدمة في اللحام الجاف، إلا أن حوامل الأقطاب مصممة للتبريد المائي ومعزولة بشكل أفضل. ستسخن هذه الحوامل بشكل مفرط إذا استُخدمت خارج الماء. تُستخدم آلة لحام بتيار ثابت للحام القوسي المعدني اليدوي. يُستخدم التيار المستمر، ويُركّب مفتاح عزل عالي التحمل في كابل اللحام عند موضع التحكم السطحي، بحيث يمكن فصل تيار اللحام عند عدم الاستخدام. يُعطي اللحام تعليماته لمشغل السطح لتوصيل وفصل الدائرة الكهربائية حسب الحاجة أثناء العملية. يجب إغلاق الدائرة الكهربائية فقط أثناء اللحام الفعلي، وفتحها في الأوقات الأخرى، وخاصة عند تغيير الأقطاب الكهربائية. ^{[ 8 ]}

يُسخّن القوس الكهربائي قطعة العمل وقضيب اللحام، وينتقل المعدن المنصهر عبر فقاعة الغاز المحيطة بالقوس. تتشكل فقاعة الغاز جزئيًا من تحلل طبقة التدفق على القطب، ولكنها عادةً ما تكون ملوثة إلى حد ما بالبخار. يُحفز تدفق التيار الكهربائي انتقال قطرات المعدن من القطب إلى قطعة العمل، مما يُتيح اللحام الموضعي بواسطة عامل ماهر. يُساعد ترسب الخبث على سطح اللحام في إبطاء معدل التبريد، إلا أن التبريد السريع يُعدّ من أكبر المشاكل التي تُعيق إنتاج لحام عالي الجودة. ^{[ 8 ]}

تشمل مخاطر اللحام تحت الماء خطر الصعق الكهربائي للحام. ولمنع ذلك، يجب أن تكون معدات اللحام قابلة للتكيف مع البيئة البحرية، ومعزولة بشكل صحيح، وأن يتم التحكم في تيار اللحام. كما يجب على الغواصين التجاريين مراعاة مسائل السلامة المهنية التي يواجهها الغواصون، وأبرزها خطر الإصابة بداء تخفيف الضغط نتيجة زيادة ضغط غازات التنفس . ^{[ 9 ]} وقد أبلغ العديد من الغواصين عن طعم معدني في الفم مرتبط بالتحلل الجلفاني لحشوات الأسنان الملغمية . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} وقد تكون هناك أيضًا آثار معرفية طويلة الأمد ، وربما آثار على الجهاز العضلي الهيكلي، مرتبطة باللحام تحت الماء. ^{[ 13 ]}

• اللحام والقطع بالأكسجين والوقود - تقنية تشكيل المعادن باستخدام الوقود والأكسجين. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​للأهداف المراد إعادة توجيهها. 

• الهيئة التنفيذية للصحة والسلامة - تجري أبحاثاً حول الآثار الصحية طويلة المدى للحام تحت الماء.