تعدين اللحام

اللحام ، تقنية تستخدم لربط الأجزاء المعدنية عادة من خلال تطبيق الحرارة. تم اكتشاف هذه التقنية خلال جهود معالجة الحديد في أشكال مفيدة. تم تطوير الشفرات الملحومة في الألفية الأولى ، أشهرها تلك التي أنتجها المدرّعون العرب في دمشق ، سوريا. كانت عملية تكربن الحديد لإنتاج الصلب الصلب معروفة في هذا الوقت ، لكن الفولاذ الناتج كان هشًا للغاية. أنتجت تقنية اللحام - التي تنطوي على التداخل بين الحديد الناعم والصلب نسبيًا بمواد عالية الكربون ، تليها طرق المطرقة - شفرة قوية وصعبة.

في العصر الحديث ، تحسن تقنيات صناعة الحديد ، وخاصة إدخال الحديد الزهر ، واللحام المقيد للحدادة والصائغ. تم تطبيق تقنيات الانضمام الأخرى ، مثل التثبيت بواسطة البراغي أو المسامير ، على نطاق واسع على المنتجات الجديدة ، من الجسور ومحركات السكك الحديدية إلى أدوات المطبخ.

عمليات اللحام بالصهر الحديثة هي ثمرة الحاجة للحصول على وصلة مستمرة على ألواح فولاذية كبيرة. تبين أن برشام التثبيت له عيوب ، خاصة بالنسبة للحاوية المغلقة مثل المرجل. ظهر لحام الغاز واللحام بالقوس واللحام بالمقاومة في نهاية القرن التاسع عشر. تم إجراء أول محاولة حقيقية لتبني عمليات اللحام على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الأولى. وبحلول عام 1916 ، تم تطوير عملية الأكسجين والأسيتيلين بشكل جيد ، ولا تزال تقنيات اللحام المستخدمة بعد ذلك مستخدمة. التحسينات الرئيسية منذ ذلك الحين كانت في المعدات والسلامة. كما تم إدخال اللحام بالقوس ، باستخدام قطب كهربائي مستهلك ، في هذه الفترة ، ولكن الأسلاك العارية المستخدمة في البداية أنتجت اللحامات الهشة. تم العثور على حل عن طريق لف الأسلاك العارية مع الأسبستوس وأسلاك الألومنيوم المتشابكة. يتكون القطب الحديث ، الذي تم تقديمه في عام 1907 ، من سلك مكشوف مع طلاء معقد للمعادن والمعادن. لم يتم استخدام لحام القوس عالميًا حتى الحرب العالمية الثانية ، عندما دفعت الحاجة الملحة لوسائل سريعة للبناء للشحن ومحطات الطاقة والنقل والهياكل أعمال التطوير اللازمة.

تم قبول اللحام بالمقاومة ، الذي تم اختراعه في عام 1877 بواسطة Elihu Thomson ، قبل فترة طويلة من اللحام القوسي للربط البقعي والدرزي للصفائح. تم تطوير اللحام بعقب لتصنيع السلسلة والانضمام إلى القضبان والقضبان خلال عشرينيات القرن العشرين. في الأربعينيات من القرن العشرين ، تم إدخال عملية غاز التنغستن الخامل ، باستخدام قطب تنجستن غير قابل للاستهلاك لأداء اللحامات الانصهار. في عام 1948 ، استخدمت عملية جديدة محمية بالغاز قطبًا سلكيًا تم استهلاكه في اللحام. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير اللحام بالحزمة الإلكترونية ، واللحام بالليزر ، والعديد من عمليات المرحلة الصلبة مثل ربط الانتشار ، ولحام الاحتكاك ، والانضمام بالموجات فوق الصوتية.

المبادئ الأساسية للحام

يمكن تعريف اللحام على أنه اندماج المعادن الناتجة عن التسخين إلى درجة حرارة مناسبة مع أو بدون تطبيق الضغط ، ومع أو بدون استخدام مادة حشو.

في اللحام بالصهر ، يولد مصدر الحرارة حرارة كافية لإنشاء وصيانة مجموعة منصهرة من المعدن بالحجم المطلوب. يمكن توفير الحرارة عن طريق الكهرباء أو بواسطة لهب غاز. يمكن اعتبار اللحام بالمقاومة الكهربائية لحامًا بالانصهار نظرًا لتشكيل بعض المعادن المنصهرة.

تنتج عمليات الطور الصلب اللحامات دون إذابة المادة الأساسية وبدون إضافة معدن حشو. يتم استخدام الضغط دائمًا ، ويتم توفير بعض الحرارة بشكل عام. يتم تطوير الحرارة الاحتكاكية في الربط بالموجات فوق الصوتية والاحتكاك ، وعادة ما يتم استخدام تسخين الفرن في الترابط الانتشاري.

القوس الكهربائي المستخدم في اللحام عبارة عن تصريف عالي الجهد منخفض الجهد بشكل عام في نطاق 10-2000 أمبير عند 10-50 فولت. العمود المقوس معقد ولكنه ، بشكل عام ، يتكون من كاثود ينبعث من الإلكترونات ، وبلازما غاز للتوصيل الحالي ، ومنطقة أنود تصبح أكثر سخونة نسبيًا من الكاثود بسبب القصف الإلكتروني. عادة ما يتم استخدام قوس التيار المباشر (DC) ، ولكن يمكن استخدام أقواس التيار المتناوب (AC).

يتجاوز إجمالي مدخلات الطاقة في جميع عمليات اللحام ما هو مطلوب لإنتاج مفصل ، لأنه لا يمكن استخدام جميع الحرارة الناتجة بشكل فعال. وتتراوح الكفاءات من 60 إلى 90 في المائة ، حسب العملية ؛ بعض العمليات الخاصة تنحرف بشكل كبير عن هذا الرقم. يتم فقدان الحرارة عن طريق التوصيل عبر المعدن الأساسي والإشعاع إلى المناطق المحيطة.

تتفاعل معظم المعادن ، عند تسخينها ، مع الغلاف الجوي أو المعادن الأخرى المجاورة. يمكن أن تكون هذه التفاعلات ضارة للغاية لخصائص المفصل الملحوم. معظم المعادن ، على سبيل المثال ، تتأكسد بسرعة عندما تكون منصهرة. يمكن لطبقة من الأكسيد أن تمنع الترابط الصحيح للمعدن. قطرات من المعدن المنصهر المغلفة بأكسيد محاصرة في اللحام وتجعل المفصل هشًا. تتفاعل بعض المواد القيمة المضافة لخصائص معينة بسرعة كبيرة عند التعرض للهواء بحيث لا يحتوي المعدن المودع على نفس التكوين الذي كان عليه في البداية. وقد أدت هذه المشاكل إلى استخدام التدفقات والأجواء الخاملة.

في اللحام بالصهر ، يكون للتدفق دور وقائي في تسهيل رد فعل المعدن المتحكم فيه ثم منع الأكسدة عن طريق تشكيل بطانية فوق المادة المنصهرة. يمكن أن تكون التدفقات نشطة وتساعد في العملية أو غير نشطة وببساطة حماية الأسطح أثناء الانضمام.

تلعب الأجواء الخاملة دورًا وقائيًا مشابهًا للتدفق. في القوس المعدني المغلف بالغاز وقوس التنغستن المغطى بالغاز ، يتدفق غاز خامل - عادة الأرجون - من الحلقة المحيطة بالشعلة في تيار مستمر ، مما يؤدي إلى إزاحة الهواء من جميع أنحاء القوس. لا يتفاعل الغاز كيميائياً مع المعدن ولكنه يحميه ببساطة من التلامس مع الأكسجين الموجود في الهواء.

تعدين ربط المعدن مهم للقدرات الوظيفية للمفصل. يوضح اللحام القوسي جميع الميزات الأساسية للمفصل. تنتج ثلاث مناطق عن مرور قوس اللحام: (1) معدن اللحام ، أو منطقة الاندماج ، (2) المنطقة المتأثرة بالحرارة ، و (3) المنطقة غير المتأثرة. معدن اللحام هو ذلك الجزء من المفصل الذي تم إذابته أثناء اللحام. المنطقة المتأثرة بالحرارة هي منطقة مجاورة لمعدن اللحام لم يتم لحامها ولكنها خضعت لتغيير في البنية المجهرية أو الخصائص الميكانيكية بسبب حرارة اللحام. المادة غير المتأثرة هي تلك التي لم يتم تسخينها بشكل كافٍ لتغيير خصائصها.

يؤثر تكوين المعدن الملحوم والظروف التي يتجمد فيها (يتجمد) بشكل كبير على قدرة المفصل على تلبية متطلبات الخدمة. في اللحام القوسي ، يشتمل معدن اللحام على مادة حشو بالإضافة إلى المعدن الأساسي الذي ذاب. بعد مرور القوس ، يحدث التبريد السريع لمعدن اللحام. يحتوي اللحام ذو الممر الواحد على هيكل مصبوب مع حبيبات عمودية تمتد من حافة البركة المنصهرة إلى مركز اللحام. في لحام متعدد البوصات ، يمكن تعديل هذا الهيكل المصبوب ، اعتمادًا على المعدن المعين الذي يتم لحامه.

يخضع المعدن الأساسي المجاور للحام ، أو المنطقة المتأثرة بالحرارة ، لمجموعة من دورات درجة الحرارة ، ويرتبط تغيره في الهيكل مباشرة إلى ذروة درجة الحرارة في أي نقطة معينة ، ووقت التعرض ، ومعدلات التبريد. أنواع المعادن الأساسية كثيرة جدًا بحيث لا يمكن مناقشتها هنا ، ولكن يمكن تجميعها في ثلاث فئات: (1) المواد غير المتأثرة بحرارة اللحام ، (2) المواد المقواة بالتغيير الهيكلي ، (3) المواد المقواة بعمليات الترسيب.

اللحام ينتج ضغوط في المواد. يتم تحفيز هذه القوى عن طريق تقلص معدن اللحام وعن طريق التوسع ثم تقلص المنطقة المتأثرة بالحرارة. يفرض المعدن غير المسخن قيودًا على ما سبق ، ومع انتشار الانكماش ، لا يمكن لمعدن اللحام أن ينقبض بحرية ، ويتراكم الضغط في المفصل. يُعرف هذا بشكل عام باسم الإجهاد المتبقي ، ويجب إزالة بعض التطبيقات الحرجة عن طريق المعالجة الحرارية للتصنيع بالكامل. الإجهاد المتبقي لا يمكن تجنبه في جميع الهياكل الملحومة ، وإذا لم يتم التحكم في الانحناء أو تشويه اللحام سوف يحدث. يتم التحكم عن طريق تقنية اللحام ، الرقص والتركيبات ، إجراءات التصنيع ، والمعالجة الحرارية النهائية.

هناك مجموعة متنوعة من عمليات اللحام. تمت مناقشة العديد من أهمها أدناه.