1- اللحام بالقوس الكهربائي
القوس: ظاهرة تفريغ غاز قوية ودائمة. يوجد جهد معين بين القطبين الموجب والسالب، ويجب أن يكون وسط الغاز بين القطبين في حالة متأينة. عندما يتم إشعال قوس اللحام، عادةً ما يتم توصيل القطبين الكهربائيين (أحد القطبين هو قطعة العمل، والقطب الآخر هو سلك الحشو أو القطب الكهربائي) بمصدر الطاقة، ويتم الاتصال بهما لفترة وجيزة ويتم فصلهما بسرعة. عندما يتصل القطبان ببعضهما البعض، تحدث دائرة قصر، مما يشكل قوسًا. تسمى هذه الطريقة بضرب قوس الاتصال. بعد تشكيل القوس، طالما أن مصدر الطاقة يحافظ على اختلاف محتمل معين بين القطبين، يمكن الحفاظ على احتراق القوس.
خصائص القوس: الجهد المنخفض، التيار العالي، درجة الحرارة العالية، كثافة الطاقة العالية، التنقل الجيد، إلخ. بشكل عام، يمكن للجهد من 20 إلى 30 فولت الحفاظ على الاحتراق المستقر للقوس، بينما يمكن أن يتراوح التيار في القوس من عشرات الأمبيرات إلى آلاف الأمبيرات لتلبية متطلبات اللحام لقطع العمل المختلفة. يمكن أن تصل درجة حرارة القوس إلى أكثر من 5000 كلفن، والتي يمكن أن تذوب المعادن المختلفة.
تكوين القوس: منطقة الكاثود ومنطقة الأنود ومنطقة عمود القوس.
مصدر طاقة اللحام القوسي: يُطلق على مصدر الطاقة المستخدم في لحام القوس مصدر طاقة اللحام القوسي، والذي يمكن تقسيمه عمومًا إلى أربع فئات: مصدر طاقة اللحام القوسي AC، مصدر طاقة اللحام القوسي DC، مصدر طاقة اللحام القوسي النبضي وطاقة اللحام القوسي العاكس مصدر.
اتصال إيجابي بالتيار المستمر: عندما يتم توصيل قطعة العمل بالأنود بواسطة آلة لحام التيار المستمر ويتم توصيل القطب الكهربائي بالكاثود، يطلق عليه الاتصال الإيجابي بالتيار المستمر. في هذا الوقت، يتم تسخين قطعة العمل بشكل كبير، وهي مناسبة لحام قطع العمل السميكة والكبيرة.
الاتصال العكسي بالتيار المستمر: عندما يتم توصيل قطعة العمل بالكاثود والقطب الكهربائي بالأنود، يطلق عليه الاتصال العكسي بالتيار المستمر. في هذا الوقت، تكون قطعة العمل أقل تسخينًا ومناسبة لحام قطع العمل الرقيقة والصغيرة. عندما يتم استخدام آلة اللحام AC للحام، لا توجد مشكلة توصيل إيجابية أو سلبية لأن قطبية القطبين تتغير بشكل مستمر.
عملية اللحام المعدنية:
في عملية اللحام بالقوس الكهربائي، فإن تفاعل المعدن السائل والخبث والغاز هو عملية إعادة صهر المعدن. ومع ذلك، نظرًا لخصوصية ظروف اللحام، فإن عملية اللحام الكيميائي للمعادن لها خصائص مختلفة عن عملية الصهر العامة.
أولا وقبل كل شيء، درجة حرارة لحام المعادن مرتفعة، وحدود الطور كبيرة، وسرعة التفاعل سريعة. عندما يكون هناك تسرب للهواء في القوس، سيخضع المعدن السائل لتفاعلات أكسدة ونترجة قوية، وسوف يتبخر عدد كبير من المعادن. الماء الموجود في الهواء وكذلك ذرات الهيدروجين المتحللة من الزيت والصدأ والماء الموجود في قطعة العمل ومواد اللحام تحت درجة حرارة القوس العالية يمكن أن تذوب في المعدن السائل، مما يؤدي إلى تقليل مرونة وصلة المفاصل (الهيدروجين الهشاشة)، وحتى الشقوق.
ثانيا، بركة اللحام المنصهرة صغيرة والتبريد سريع، مما يجعل من الصعب على التفاعلات المعدنية المختلفة الوصول إلى حالة التوازن. التركيب الكيميائي في اللحام غير متساوٍ، ولا يمكن أن يطفو الغاز والأكسيد الموجود في البركة المنصهرة في الوقت المناسب. من السهل تكوين عيوب مثل المسام وشوائب الخبث وحتى الشقوق.
عادة ما يتم اتخاذ التدابير التالية أثناء اللحام بالقوس الكهربائي:
(1) أثناء اللحام، يجب حماية المعدن المنصهر ميكانيكياً لعزله عن الهواء. هناك ثلاث طرق للحماية: حماية الغاز، وحماية الخبث والحماية المشتركة لخبث الغاز.
(2) تتم المعالجة المعدنية لحوض اللحام بشكل أساسي عن طريق إضافة كمية معينة من مزيل الأكسدة (أساسًا المنغنيز الحديدي والفيروسيليكون) وكمية معينة من عناصر السبائك إلى مواد اللحام (طلاء القطب وأسلاك اللحام والتدفق) لإزالة FeO في تجمع أثناء اللحام وتعويض فقدان حرق عناصر السبائك.
طرق اللحام بالقوس الشائعة:
1. اللحام بالقوس اليدوي
يعد اللحام بالقوس اليدوي أحد أقدم طرق اللحام بالقوس وأكثرها استخدامًا. ويستخدم القطب المطلي كقطب كهربائي ومعدن حشو، ويحترق القوس الكهربائي بين نهاية القطب وسطح قطعة العمل المراد لحامها. من ناحية، يمكن أن ينتج الطلاء غازًا لحماية القوس تحت تأثير حرارة القوس، ومن ناحية أخرى، يمكن أن ينتج خبثًا لتغطية سطح البركة المنصهرة لمنع التفاعل بين المعدن المنصهر والغاز المحيط به .
الدور الأكثر أهمية للخبث هو إنتاج تفاعل فيزيائي وكيميائي مع المعدن المنصهر أو إضافة عناصر سبيكة لتحسين طاقة معدن اللحام. معدات اللحام بالقوس اليدوية بسيطة ومحمولة ومرنة في التشغيل. يمكن استخدامه في لحام الدرزات القصيرة أثناء الصيانة والتجميع، خاصة لأجزاء اللحام التي يصعب الوصول إليها. يمكن تطبيق اللحام القوسي اليدوي مع الأقطاب الكهربائية المقابلة على معظم الفولاذ الكربوني الصناعي والفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر والنحاس والألومنيوم والنيكل وسبائكها.
2. لحام القوس المغمور
اللحام بالقوس المغمور (SAW) هو طريقة لحام كهربائي ذوبان، حيث يتم استخدام التدفق الحبيبي كوسيط وقائي ويتم دفن القوس تحت طبقة التدفق. تتكون عملية اللحام باللحام القوسي المغمور من ثلاث وصلات: 1. تطبيق تدفق حبيبي كافٍ بالتساوي على مفاصل اللحامات المراد لحامها؛ 2. يتم توصيل الفوهة الموصلة واللحام بمستويين من مصدر طاقة اللحام على التوالي لتوليد قوس اللحام. 3 قم بتغذية سلك اللحام تلقائيًا وتحريك القوس للحام.
الخصائص الرئيسية للحام القوس المغمور هي كما يلي:
① أداء القوس الفريد
جودة لحام عالية. الخبث له تأثير جيد لحماية الهواء. المكون الرئيسي لمنطقة القوس هو ثاني أكسيد الكربون. يتم تقليل محتوى النيتروجين ومحتوى الأكسجين في معدن اللحام بشكل كبير. يتم ضبط معلمات اللحام تلقائيًا، ويتم ميكانيكية انتقال القوس، ويوجد حمام السباحة المنصهر لفترة طويلة، والتفاعل المعدني كافٍ، ومقاومة الرياح قوية، وبالتالي فإن تكوين اللحام مستقر، والخصائص الميكانيكية جيدة؛
ظروف عمل جيدة، ضوء قوس عزل الخبث يساعد على عملية اللحام؛ المشي الميكانيكي، كثافة اليد العاملة منخفضة.
② قوة المجال الكهربائي لعمود القوس عالية، ولها الخصائص التالية مقارنة بلحام MIG
المعدات لديها أداء تعديل جيد. بسبب قوة المجال الكهربائي العالية والحساسية العالية لنظام الضبط التلقائي، تم تحسين استقرار عملية اللحام؛
الحد الأدنى لتيار اللحام مرتفع.
③ كفاءة إنتاج عالية بسبب تقصير طول موصل سلك اللحام، يتم تحسين كثافة التيار والتيار بشكل كبير، بحيث يتم تحسين قدرة اختراق القوس ومعدل ترسيب سلك اللحام بشكل كبير؛ بسبب تأثير العزل الحراري للتدفق والخبث، يتم زيادة الكفاءة الحرارية الإجمالية بشكل كبير، مما يحسن بشكل كبير سرعة اللحام.
نطاق التطبيق:
نظرًا للاختراق الكبير والإنتاجية العالية والدرجة العالية من التشغيل الميكانيكي، فإن اللحام القوسي المغمور مناسب لحام اللحامات الطويلة لهياكل الألواح المتوسطة والسميكة. يتم استخدامه على نطاق واسع في بناء السفن والغلايات وأوعية الضغط والجسور والآلات ذات الوزن الزائد وهياكل محطات الطاقة النووية والهياكل البحرية والأسلحة وقطاعات التصنيع الأخرى، وهي إحدى طرق اللحام الأكثر استخدامًا في إنتاج اللحام اليوم.
بالإضافة إلى توصيل المكونات في الهياكل المعدنية، يمكن أن يتراكب اللحام القوسي المغمور أيضًا مع طبقات من السبائك المقاومة للتآكل أو المقاومة للتآكل على سطح المعدن الأساسي.
مع تطور تكنولوجيا تعدين اللحام وتكنولوجيا إنتاج مواد اللحام، تطورت المواد التي يمكن لحامها بواسطة اللحام القوسي المغمور من الفولاذ الهيكلي الكربوني إلى الفولاذ الهيكلي منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المقاوم للحرارة، وبعض المعادن غير الحديدية، مثل سبائك قاعدة النيكل، وسبائك التيتانيوم، وسبائك النحاس، وما إلى ذلك.
نظرًا لخصائصه الخاصة، فإن تطبيقه له أيضًا قيود معينة، بما في ذلك:
① للحد من موضع اللحام، بسبب صيانة التدفق، إذا لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، يتم استخدام اللحام القوسي المغمور بشكل أساسي لحام اللحامات الأفقية والسفلية، ولكن ليس اللحام الأفقي والرأسي والعلوي؛
② نظرًا لمحدودية مواد اللحام، لا يُسمح بلحام الألمنيوم والتيتانيوم والمعادن الأخرى شديدة الأكسدة وسبائكها، والتي تستخدم بشكل أساسي في لحام المعادن الحديدية؛
③ إنها مناسبة فقط للحام وقطع اللحامات الطويلة، ولا يمكنها اللحام بمساحة محدودة؛
④ لا يمكن ملاحظة القوس الكهربائي مباشرة؛
⑤ لا ينطبق على الصفائح الرقيقة واللحام بتيار منخفض.
3. لحام القوس التنغستن الغاز
هذا هو نوع من اللحام القوسي المحمي بالغاز غير القابل للذوبان، والذي يستخدم القوس بين قطب التنغستن وقطعة العمل لإذابة المعدن وتشكيل اللحام. لا يذوب قطب التنغستن أثناء اللحام ويعمل فقط كقطب كهربائي. في نفس الوقت، يتم إرسال الأرجون أو الهيليوم إلى فوهة شعلة اللحام للحماية. ويمكن أيضًا إضافة معادن إضافية حسب الحاجة. يطلق عليه عمومًا لحام TIG في العالم.
يعد اللحام بقوس التنغستن الغازي طريقة ممتازة لتوصيل الصفائح المعدنية واللحام الداعم لأنه يمكنه التحكم في مدخلات الحرارة بشكل جيد. يمكن استخدام هذه الطريقة لربط جميع المعادن تقريبًا، خاصة لحام الألومنيوم والمغنيسيوم، والتي يمكن أن تشكل أكاسيد حرارية، والمعادن النشطة مثل التيتانيوم والزركونيوم. جودة اللحام لطريقة اللحام هذه عالية، ولكن بالمقارنة مع اللحام بالقوس الكهربائي الآخر، فإن سرعة اللحام بطيئة.
4. GMAW
ينتمي GMAW إلى طريقة اللحام بالصهر باستخدام القوس كمصدر للحرارة. يعتمد قوسها على البركة المنصهرة التي تم تشكيلها عن طريق خلط معدن السلك المنصهر والمعدن الأساسي بين سلك اللحام الذي يتم تغذيته باستمرار والمسبح المنصهر. بعد إزالة مصدر الحرارة القوسي، يتم تشكيل اللحام عن طريق التبلور ويتم توصيل المعدن الأساسي المنفصل بواسطة المعادن.
مميزات اللحام بثاني أكسيد الكربون:
① سوف يتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى CO وO2 وO تحت درجة الحرارة العالية لقوس اللحام، والذي له تأثير ضغط قوي على القوس. ونتيجة لذلك، يتميز الشكل القوسي لطريقة اللحام هذه بخصائص قطر عمود القوس الصغير، ومنطقة كعب القوس الصغيرة، وغالبًا ما يكون من الصعب تغطية جميع القطرات الموجودة في نهاية سلك اللحام. ولذلك، فإن مقاومة النقل (القوة الموضعية) للقطرة كبيرة، مما يجعل القطرة أكثر خشونة، وتصبح الخاصية المحورية لمسار الانتقال أسوأ، ويكون معدل الترشيش كبيرًا؛
② منطقة اللحام محمية بشكل جيد. كثافة ثاني أكسيد الكربون هي الأكبر بين غازات التدريع الشائعة. بالإضافة إلى ذلك، يزداد حجم غاز ثاني أكسيد الكربون بعد التحلل الحراري، وبالتالي فإن الحماية جيدة؛
③ الطاقة مركزة نسبيًا، وقدرة الاختراق كبيرة؛
④ انخفاض تكلفة الإنتاج وتوفير الطاقة؛
⑤ فيما يتعلق بالعملية والتكنولوجيا، تتمتع منطقة اللحام برؤية جيدة، وهي مريحة للمراقبة والتشغيل؛ المنطقة المتضررة من حرارة اللحام وتشوه اللحام صغيرة؛ حجم البركة المنصهرة صغير، وسرعة التبلور سريعة، وأداء اللحام في جميع المواضع جيد؛ ميزة الحساسية المنخفضة للصدأ.
الخصائص المعدنية:
① أكسدة عناصر السبائك أثناء لحام ثاني أكسيد الكربون، تحت تأثير درجة حرارة القوس العالية، سوف يتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون وأكسجين وأكسجين. في ظل ظروف اللحام، يكون ثاني أكسيد الكربون غير قابل للذوبان في المعادن ولا يشارك في التفاعل. يتمتع ثاني أكسيد الكربون والأكسجين بأكسدة قوية، مما يؤدي إلى أكسدة الحديد وعناصر السبائك الأخرى.
② إزالة الأكسدة وسبائك معدن اللحام؟ بشكل عام، تتم إضافة كمية معينة من مزيل الأكسدة إلى سلك اللحام لإزالة الأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، يتم ترك مزيل الأكسدة المتبقي في اللحام كعنصر سبيكة للتعويض عن فقدان الأكسدة والاحتراق وضمان متطلبات التركيب الكيميائي للحام.
نقل القطرات:
① نقل الدائرة القصيرة (قوس قصير، سلك رفيع، تيار صغير) مناسب لجميع مواضع لحام الصفائح الرقيقة؛
② انتقال الحبوب الدقيقة، سلك سميك، قوس طويل، لحام تيار عالي؛
③ نقل القطرات بالقوس المغمور (نادرًا ما يستخدم).
نطاق التطبيق:
في الوقت الحاضر، يتم استخدام اللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في تصنيع القاطرات وتصنيع السفن وتصنيع السيارات وتصنيع آلات تعدين الفحم وغيرها من المجالات. إنها مناسبة لحام الفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ منخفض السبائك، والفولاذ عالي القوة ذو السبائك المنخفضة، ولكنها غير مناسبة لحام المعادن غير الحديدية والفولاذ المقاوم للصدأ. على الرغم من أن بعض البيانات تشير إلى أنه يمكن استخدام اللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، إلا أنه ليس الخيار الأول لحام الفولاذ المقاوم للصدأ.
5. اللحام بقوس البلازما
يمكن لفوهة تبريد الماء وغيرها من التدابير تقليل مساحة المقطع العرضي لمنطقة عمود القوس، وزيادة درجة حرارة القوس وكثافة الطاقة ومعدل تدفق البلازما بشكل كبير. يُسمى هذا النوع من القوس الذي يضغط عمود القوس بقيود خارجية بقوس البلازما.
قوس البلازما هو شكل خاص من القوس، وهو نوع من القوس ذو كثافة طاقة عالية ولا يزال ظاهرة موصلة للغاز. اللحام بقوس البلازما هو طريقة تستخدم حرارة قوس البلازما لتسخين وصهر قطعة العمل والمعادن الأساسية لتحقيق اللحام.
يشمل لحام قوس البلازما اللحام بقوس البلازما ثقب المفتاح واللحام بقوس البلازما الدقيقة.
قوس البلازما المثقب:
عندما يكون تيار اللحام 100~300A، فإن الوصلة لا تحتاج إلى أن تكون مشطوفة ولا توجد فجوة متبقية. أثناء اللحام، يمكن لقوس البلازما أن يخترق اللحام تمامًا ويشكل ثقبًا صغيرًا من خلال الثقب، ويتم ضغط المعدن المنصهر حول الثقب، ويتحرك القوس، ويتحرك الثقب معه، ويتم تشكيل لحام خلفه، وذلك لتحقيق واحد اللحام الجانبي وتشكيل الجانبين في وقت واحد. الحد الأعلى لسمك اللوحة التي يمكن لحامها بهذه الطريقة هو: 7 مم للفولاذ الكربوني و10 مم للفولاذ المقاوم للصدأ.
قوس البلازما الدقيقة:
تيار اللحام هو 0.1~30A، وسمك اللحام هو 0.025~2.5mm. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا لحام قوس البلازما المندمج المطبق على لحام النحاس وسبائك النحاس، والذي يمكن استخدامه في لحام الاختراق العميق للألواح السميكة أو اللحام عالي السرعة للصفائح الرقيقة، بالإضافة إلى اللحام القوسي MIG للحام السطح، والذي يمكن حل لحام قوس البلازما AC (القطبية المتغيرة) وطرق المعالجة الأخرى لحام قوس البلازما من سبائك الألومنيوم. تشمل معلمات العملية الرئيسية للحام قوس البلازما تيار اللحام، وسرعة اللحام، وتدفق غاز التدريع، وتدفق الغاز الأيوني، وهيكل فوهة الشعلة والفتحة، وما إلى ذلك.
قطع قوس البلازما: يشير إلى طريقة القطع التي تستخدم درجة الحرارة العالية وتدفق القوس عالي السرعة لقوس البلازما لإذابة معدن الشق محليًا حتى يتبخر، ويستخدم تدفق الهواء عالي السرعة أو تدفق الماء للنفخ المادة المنصهرة بعيدًا عن الركيزة لتكوين الشق.
صفة مميزة:
① يتمتع قوس البلازما بكثافة طاقة عالية، ودرجة حرارة عالية لعمود القوس، وقدرة اختراق قوية. يمكن تشكيل الفولاذ بسمك 10 إلى 12 مم على كلا الجانبين بدون أخدود، ويمكن لحامه مرة واحدة. سرعة اللحام سريعة، والإنتاجية عالية، وتشوه الإجهاد صغير؛
② قسم اللحام على شكل كأس النبيذ، دون اختراق الإصبع؛
③ استقامة القوس جيدة، وتقلب حوض اللحام صغير بسبب تقلب طول القوس؛
④ القوس مستقر 0.1 أمبير ولا يزال يتمتع بخاصية ثابتة مسطحة نسبيًا. مع مصدر تيار ثابت، يمكن لحام اللوحة الرقيقة جيدًا (0.1 مم)؛
⑤ يتقلص قطب التنغستن إلى الداخل لمنع إدراج التنغستن في اللحام؛
يتم اعتماد تكنولوجيا اللحام بفتحة صغيرة لتحقيق اللحام من جانب واحد وتشكيل الجانب المزدوج.
⑦ المعدات معقدة واستهلاك الغاز كبير، لذا فهي مناسبة فقط للحام الداخلي. إمكانية الوصول إلى مسدس اللحام أسوأ من TIG؛
⑧ قطر القوس صغير، لذلك يجب أن يكون محور مسدس اللحام أكثر دقة مع الخط المركزي للحام.
التفاعل المعدني: تبخر واحد فقط.
مصدر الطاقة: مصدر طاقة منخفض حاد، اتصال إيجابي بالتيار المستمر؛ يجب استخدام مصدر طاقة التيار المتردد والانحدار الحاد في لحام الألومنيوم والمغنيسيوم، ويجب اتخاذ إجراءات ضرب القوس وتثبيته. مواد اللحام: غاز التدريع، قطب التنغستن.
نطاق التطبيق: يستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي، وخاصة في لحام النحاس وسبائك النحاس والتيتانيوم وسبائك التيتانيوم وسبائك الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ والموليبدينوم وغيرها من المعادن المستخدمة في الصناعة العسكرية مثل الفضاء والتكنولوجيا الصناعية المتطورة ، مثل قذائف الصواريخ المصنوعة من سبائك التيتانيوم، وبعض الحاويات ذات الجدران الرقيقة على الطائرات، وما إلى ذلك.
6. لحام قوس الأسلاك الأنبوبية
يستخدم لحام القوس السلكي الأنبوبي أيضًا القوس المحترق بين سلك اللحام الذي يتم تغذيته بشكل مستمر وقطعة العمل كمصدر للحرارة، والذي يمكن اعتباره نوعًا من لحام MIG. سلك اللحام المستخدم هو سلك لحام أنبوبي، والأنبوب مملوء بمكونات مختلفة من تدفق اللحام. أثناء اللحام، استخدم غاز الحماية، وخاصة ثاني أكسيد الكربون. عند تسخينه، يتحلل التدفق أو يذوب، ويلعب دور الخبث لحماية البركة المنصهرة، وتثبيت السبائك والقوس.
بالإضافة إلى المزايا المذكورة أعلاه لحام MIG، فإن لحام القوس السلكي الأنبوبي له مزايا أكثر في علم المعادن بسبب دور التدفق في الأنبوب. يمكن تطبيق اللحام بقوس الأسلاك الأنبوبية على لحام الوصلات المختلفة لمعظم المعادن الحديدية. لقد تم استخدام اللحام بالقوس السلكي الأنبوبي على نطاق واسع في بعض البلدان الصناعية المتقدمة. يُشار الآن إلى "سلك اللحام الأنبوبي" باسم "سلك ذو قلب متدفق".