تقنية اللحام

الرقم المرجعي

أساسيات اللحام

اللحام هو عملية ربط المواد حيث يتم دمج جزأين أو أكثر على الأسطح الملامسة من خلال تطبيق الحرارة و/أو الضغط. بعد أن يتم تجميعها معًا، يشار إلى الأسطح التي تحتاج إلى الانضمام باسم الأسطح المتلاشيه - تتحد وتخلق رابطة قوية. المعادن هي المواد الأكثر استخداماً في هذا الإجراء؛ ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام البلاستيك. في بعض الأحيان، للمساعدة في الالتحام، يتم إدخال مادة حشو. اللحام هو المصطلح المستخدم لوصف التجميع النهائي للعناصر المرتبطة. يمكن إجراء اللحام باستخدام الحرارة وحدها، أو مزيج من الحرارة والضغط، أو الضغط وحده دون حرارة خارجية. يمكن استخدام تقنيات لحام محددة لدمج معادن مختلفة معًا؛ ومع ذلك، يتم استخدامها في المقام الأول لربط الأجزاء المكونة من نفس المعدن.

أنواع عمليات اللحام

يمكن تقسيم عمليات اللحام إلى مجموعتين رئيسيتين: اللحام بالحالة الصلبة واللحام بالانصهار.

لحام الانصهار

تستخدم عمليات اللحام بالصهر الحرارة لإذابة المعادن الأساسية، غالبًا مع إضافة معدن حشو لتعزيز المجمع المنصهر وتقوية اللحام. عندما لا يتم استخدام معدن الحشو، يسمى اللحام ذاتي المنشأ. تندرج تقنيات اللحام الأكثر شيوعًا ضمن فئة الانصهار وغالبًا ما يتم تجميعها في الفئات التالية:

اللحام بالقوس الكهربائي (AW)

اللحام بالقوس الكهربائي هو مجموعة من تقنيات اللحام حيث يتم تسخين المعادن باستخدام قوس كهربائي، كما هو موضح أدناه. تستخدم معظم إجراءات اللحام القوسي معدن حشو، وبعضها أيضًا يطبق الضغط أثناء إجراء العملية.

الرقم المرجعي

يتم إنتاج قوس كهربائي عندما يتدفق تيار كهربائي عبر فجوة في الدائرة، مما يتسبب في تأين عمود من الغاز حرارياً والحفاظ على القوس. في اللحام بالقوس الكهربائي (AW)، يتصل القطب لفترة وجيزة بقطعة العمل قبل أن ينفصل بسرعة لتوليد القوس. يمكن صهر أي معدن بالحرارة الشديدة التي ينتجها هذا القوس، والتي يمكن أن تصل إلى درجات حرارة تصل إلى 10,000 درجة فهرنهايت (5500 درجة مئوية). يتم الجمع بين ذوبان المعدن الأساسي ومعدن الحشو، إن أمكن، لتوليد مجموعة من المعدن المنصهر بالقرب من طرف القطب الكهربائي. عادةً ما يتم إضافة معدن الحشو هذا لتحسين حجم وقوة وصلة اللحام. يتصلب حوض اللحام المنصهر خلف القطب أثناء تحركه على طول المفصل.

يمكن للحام التحكم يدويًا في موضع القطب الكهربائي بالنسبة لقطعة العمل، أو يمكنهم استخدام تقنيات ميكانيكية مثل اللحام الآلي أو الآلي أو اللحام التلقائي. وقت القوس، المعروف أيضًا باسم وقت القوس، هو نسبة وقت اللحام الفعلي إلى إجمالي الساعات المستغرقة. في اللحام القوسي اليدوي، تعتمد جودة اللحام بشكل كبير على قدرة وتفاني اللحام.

يتم حساب وقت القوس على أنه (ساعات العمل) / (قوس الوقت قيد التشغيل).

يمكن لكل من عمال اللحام الفرديين ومحطات العمل الآلية الاستفادة من هذه الفكرة. عادة ما تكون مدة القوس في اللحام اليدوي حوالي 20% لأن العملية تتطلب تنسيقًا كبيرًا بين اليد والعين في ظل الظروف الصعبة، كما أن فترات الراحة مهمة لمنع التعب. ومع ذلك، اعتمادًا على العملية المحددة، قد يرتفع زمن القوس في اللحام الآلي والآلي إلى حوالي 50%.

لحام المقاومة (RW)

اللحام بالمقاومة، المعروف أيضًا باسم اللحام بالمقاومة الكهربائية (ERW)، يحقق الالتحام عن طريق تطبيق الحرارة الناتجة عن المقاومة الكهربائية على التدفق الحالي بين الأسطح المتآكلة لمكونين يتم تثبيتهما معًا تحت الضغط. المكونات الأساسية المستخدمة في اللحام بالمقاومة موضحة في الشكل أدناه، مع عرض عملية اللحام النقطي بالمقاومة، وهي الطريقة الأكثر استخدامًا في هذه الفئة.

تتكون هذه المكونات من قطع العمل المراد لحامها (أجزاء من الصفائح المعدنية عادةً)، واثنين من الأقطاب الكهربائية المتعارضة، وآلية لتطبيق الضغط وضغط الأجزاء معًا، ومصدر طاقة تيار متردد يوفر تيارًا متحكمًا فيه. تخلق العملية منطقة مندمجة بين الجزأين، تُعرف باسم كتلة اللحام في اللحام البقعي. على عكس اللحام القوسي، لا يتطلب اللحام بالمقاومة غازات حماية أو تدفق أو معدن حشو؛ والأقطاب الكهربائية التي توفر الطاقة الكهربائية غير قابلة للاستهلاك. يعتبر اللحام بالمقاومة أحد أنواع اللحام بالصهر لأن الحرارة المطبقة عادة ما تعمل على إذابة الأسطح المتلاشية. ومع ذلك، هناك استثناءات. تستخدم بعض عمليات اللحام القائمة على التسخين بالمقاومة درجات حرارة أقل من نقاط انصهار المعادن الأساسية، مما يمنع حدوث الاندماج.

لحام غاز الأكسجين (OFW)

يشمل اللحام بغاز الأكسجين (OFW) مجموعة متنوعة من عمليات اللحام التي تستخدم أنواعًا مختلفة من الوقود مع الأكسجين لأداء مهام اللحام. والفرق الرئيسي بين هذه العمليات هو نوع الغاز المستخدم. كما يتم استخدام OFW بشكل شائع في قطع المشاعل لتقطيع وفصل الألواح المعدنية والمواد الأخرى. العملية الأكثر أهمية ضمن هذه المجموعة هي اللحام بالأوكسي أسيتيلين.

لحام الأكسجين والأسيتيلين (OAW) هو تقنية لحام اندماجي تستخدم لهبًا عالي الحرارة ينتج عن احتراق الأسيتيلين والأكسجين، موجهًا بواسطة شعلة لحام. يمكن إضافة معدن حشو، وفي بعض الأحيان يتم تطبيق الضغط بين الأسطح الملامسة أثناء العملية. عند استخدام معدن الحشو، يأتي عادةً على شكل قضيب، بأقطار تتراوح من 1.6 إلى 9.5 مم (1/16 إلى 3/8 بوصة). يجب أن يتطابق تكوين معدن الحشو بشكل وثيق مع تكوين المعادن الأساسية. غالبًا ما يتم طلاء قضيب الحشو بمادة صهر لتنظيف الأسطح ومنع الأكسدة، مما يؤدي إلى وصلة لحام أقوى. الأسيتيلين (C2H2) هو الوقود المفضل في مجموعة OFW لأنه يمكن أن يصل إلى أعلى درجات الحرارة، حيث يصل إلى 3480 درجة مئوية (6300 درجة فهرنهايت).

لحام شعاع الإلكترون (EB).

اللحام بشعاع الإلكترون (EBW) هو طريقة لحام اندماجي حيث يتم توليد الحرارة عن طريق توجيه تيار شديد التركيز ومكثف من الإلكترونات على سطح العمل. المعدات المستخدمة في EBW مماثلة لتلك المستخدمة في تصنيع شعاع الإلكترون. يعمل مدفع شعاع الإلكترون بفولتية عالية، تتراوح عادة من 10 إلى 150 كيلو فولت، لتسريع الإلكترونات، بينما تظل تيارات الشعاع منخفضة، وتقاس بالمللي أمبير. على الرغم من أن الطاقة الإجمالية في EBW قد لا تكون عالية بشكل غير عادي، إلا أن كثافة الطاقة مهمة بشكل استثنائي. يتم تحقيق كثافة الطاقة العالية هذه من خلال تركيز شعاع الإلكترون على مساحة صغيرة جدًا من سطح العمل.

الرقم المرجعي

يمكن حساب كثافة الطاقة (PD) في EBW باستخدام الصيغة:

حيث يمثل PD كثافة الطاقة بوحدة W/mm² (قابلة للتحويل إلى Btu/sec-in² بالقسمة على 1055)، f₁ هو عامل نقل الحرارة (مع قيم نموذجية لـ EBW تتراوح من 0.8 إلى 0.95)، E هو الجهد المتسارع بالفولت، I هو تيار الشعاع بالأمبير، و A هي مساحة سطح العمل بالملليمتر². تتراوح مناطق اللحام النموذجية لـ EBW من 0.013 إلى 2.0 مم².

لحام شعاع الليزر

في اللحام بالليزر، المعروف أيضًا باسم اللحام بشعاع الليزر (LBW)، يتم صهر المواد باستخدام مصدر حرارة ليزر مركز، مما يسمح لها بالاندماج أثناء تبريدها. بسبب الحرارة المركزة التي ينتجها الليزر، يمكن إجراء اللحام بسرعات عالية - تقاس بالأمتار في الدقيقة - للمواد الرقيقة ويمكن أن ينتج لحامات ضيقة وعميقة مع قطع ذات حواف مربعة في مواد أكثر سمكًا.

الرقم المرجعي

يشير الاختصار "ليزر" إلى تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز. يعد تشغيل شعاع الليزر تطبيقًا آخر لهذه التقنية. لتجنب الأكسدة، يتم إجراء LBW عادةً باستخدام غازات واقية مثل ثاني أكسيد الكربون والأرجون والنيتروجين والهيليوم؛ لا يتم تضمين المعدن الحشو عادةً. على غرار اللحام بشعاع الإلكترون، تنتج هذه الطريقة لحامات عالية الجودة ذات اختراق عميق ومنطقة ضيقة متأثرة بالحرارة. نتيجة لذلك، فإن المقارنات بين LBW وEBW شائعة.

بالمقارنة مع اللحام بالقوس الكهربي، يتمتع اللحام بالقوس الكهربي بعدد من المزايا: فهو لا يحتاج إلى حجرة تفريغ، ولا يطلق الأشعة السينية، ويمكن تركيز أشعة الليزر وتوجيهها باستخدام المرايا والعدسات البصرية. ولكن على عكس اللحام بالقوس الكهربي، لا يستطيع اللحام بالقوس الكهربي الوصول إلى نفس العمق ونسب العمق إلى العرض العالية. وبينما يمكن للحام بالقوس الكهربي إنتاج أعماق لحام تصل إلى 50 مم (2 بوصة)، فإن اللحام بالليزر لا يمكنه تحقيق أقصى أعماق لحام تبلغ حوالي 19 مم (0.75 بوصة). وفي اللحام بالقوس الكهربي، تقتصر نسب العمق إلى العرض عادةً على حوالي 5:1. ويُستخدم اللحام بالقوس الكهربي على نطاق واسع في توصيل المكونات الصغيرة بسبب الطاقة عالية التركيز في منطقة الشعاع الضيقة لليزر.

لحام الحالة الصلبة

يشمل اللحام بالحالة الصلبة مجموعة من تقنيات الوصل حيث يتم تحقيق اندماج أسطح الوصل دون ذوبان، وذلك باستخدام الضغط مع أو بدون حرارة إضافية. تتضمن إجراءات اللحام النموذجية في هذه الفئة ما يلي:

لحام الانتشار (DFW)

يتضمن لحام الانتشار (DFW) تثبيت سطحين معًا تحت ضغط عند درجة حرارة عالية، مما يسمح للأجزاء بالالتحام من خلال انتشار الحالة الصلبة.

الرقم المرجعي

درجات الحرارة المستخدمة أقل بكثير من درجات انصهار المعادن، حيث تصل إلى حوالي 0.5 ت_m (درجة حرارة الانصهار)، مع الحد الأدنى من تشوه البلاستيك على الأسطح. آلية الترابط الأساسية هي انتشار الحالة الصلبة، حيث تهاجر الذرات عبر السطح البيني للأسطح الملامسة. غالبًا ما يتم استخدام DFW في صناعات الطيران والصناعات النووية للانضمام إلى المعادن عالية القوة والحرارية. إنها مناسبة لربط كل من المعادن المتشابهة والمختلفة، مع طبقة معدنية حشو غالبًا ما توضع بين معادن أساسية مختلفة لتعزيز الانتشار. يمكن أن تكون عملية الانتشار طويلة، وتستغرق أحيانًا أكثر من ساعة.

لحام الدمج الاحتكاكي (FSW)

اللحام بالتحريك الاحتكاكي (FSW) هو تقنية لحام بالحالة الصلبة حيث تتحرك أداة دوارة على طول الخط المشترك بين قطعتي عمل، وتولد الحرارة من خلال الاحتكاك وتحريك المعدن ميكانيكيًا لإنشاء خط لحام. حصلت العملية على اسمها من عملية التحريك أو الخلط المعنية. على عكس اللحام الاحتكاكي التقليدي (FRW)، حيث تولد الأجزاء نفسها حرارة الاحتكاك، تستخدم FSW أداة منفصلة مقاومة للتآكل لهذا الغرض.

تتميز الأداة المستخدمة في FSW بكتف أسطواني ومسبار أصغر يمتد أسفله. أثناء اللحام، يحتك الكتف بالأسطح العلوية للجزأين، مما يولد معظم حرارة الاحتكاك، بينما يضيف المسبار حرارة إضافية عن طريق خلط المعدن على طول خط المفصل. تم تحسين تصميم المسبار لتعزيز عملية الخلط هذه. تعمل الحرارة الناتجة عن الاحتكاك والخلط على تليين المعدن إلى حالة عالية اللدونة دون ذوبانه. ومع تقدم الأداة على طول المفصل، تدفع الحافة الأمامية للمسبار الدوار المعدن الملين حولها، مما يؤدي إلى تشكيل المعدن في خط لحام. يساعد الكتف على احتواء المعدن الملدن حول المسبار.

الرقم المرجعي

يستخدم FSW على نطاق واسع في صناعات مثل الطيران والسيارات والسكك الحديدية وبناء السفن. تشمل التطبيقات الشائعة وصلات بعقب على أجزاء كبيرة من الألومنيوم. يمكن أيضًا استخدام هذه العملية مع المواد المركبة والبوليمرات، بالإضافة إلى معادن أخرى مثل التيتانيوم والصلب والنحاس. تشمل مزايا FSW القليل من التشوه أو الانكماش، ومظهر اللحام الجذاب، والصفات الميكانيكية الممتازة لمفصل اللحام، وإزالة الأبخرة الضارة، والتزييف، والمخاوف المتعلقة بالحماية الشائعة في اللحام القوسي. ومع ذلك، هناك عيوب معينة لهذا الإجراء، وهي الحاجة إلى تثبيت قوي للقطع وإنشاء فتحة هروب عند إزالة الأداة.

اللحام بالموجات فوق الصوتية (USW)

يتضمن اللحام بالموجات فوق الصوتية (USW) تطبيق كمية معتدلة من الضغط بين المكونين أثناء استخدام حركة متأرجحة بترددات فوق صوتية في اتجاه موازٍ لأسطح التلامس. تعمل طريقة الحركة التذبذبية هذه، والتي تُستخدم بشكل متكرر في اللحام اللفة، على تحطيم طبقات الطلاء السطحية لتمكين الاتصال الوثيق والارتباط المعدني القوي بين الأسطح. على الرغم من أن بعض التسخين يحدث بسبب الاحتكاك السطحي وتشوه البلاستيك، إلا أن درجات الحرارة تظل أقل بكثير من نقطة الانصهار، مما يلغي الحاجة إلى حماية الغازات أو معادن الحشو أو التدفقات.

يقترن محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بسونوترودي، الذي ينقل الحركة التذبذبية إلى قطعة العمل العلوية. بسعة تتراوح بين 0.018 و0.13 ملم (0.0007 إلى 0.005 بوصة)، يحول محول الطاقة هذا الطاقة الكهربائية إلى حركة اهتزازية عالية التردد، عادةً في نطاق 15 إلى 75 كيلو هرتز. يوجد تشوه أقل في البلاستيك نظرًا لأن ضغوط التثبيت USW أقل بكثير من تلك المستخدمة في اللحام البارد. عادة ما يستغرق الأمر أقل من ثانية لإكمال عملية اللحام.

الرقم المرجعي

يتم استخدام USW بشكل أساسي في وصلات اللفة على المواد الناعمة مثل الألومنيوم والنحاس. يمكن أن يؤدي لحام المواد الأكثر صلابة إلى تآكل السونوترودي بسرعة. يجب أن تكون قطع العمل صغيرة نسبيًا، مع سمك لحام نموذجي أقل من 3 مم (1/8 بوصة). تشمل التطبيقات نهايات الأسلاك والربط في الصناعات الكهربائية والإلكترونية، مما يلغي الحاجة إلى اللحام، وتجميع ألواح صفائح الألمنيوم المعدنية، وأنابيب اللحام إلى صفائح الألواح الشمسية، ومهام تجميع الأجزاء الصغيرة المختلفة.

الأتمتة في اللحام

بسبب المخاطر المرتبطة باللحام اليدوي والرغبة في تعزيز الإنتاجية وجودة المنتج، ظهرت أشكال مختلفة من الميكنة والأتمتة. تشمل هذه الفئات اللحام الآلي واللحام الآلي واللحام الآلي.

اللحام الآلي هو مصطلح يشير إلى اللحام الميكانيكي باستخدام المعدات التي تعمل تحت الإشراف المستمر للعامل. عادة يتم نقل العمل الثابت بالنسبة إلى رأس اللحام المتحرك ميكانيكيا، أو يتم نقل العمل بالنسبة إلى رأس اللحام الثابت. للإشراف على العملية، يجب على العامل البشري مراقبة الآلة والتواصل معها باستمرار.

عندما تتمكن الآلة من إكمال المهمة دون الحاجة إلى تدخل بشري، يطلق عليه اللحام الآلي. عادةً ما يكون هناك عامل بشري للإشراف على الإجراء وتحديد الانحرافات عن إجراءات التشغيل القياسية. إن استخدام وحدة التحكم في دورة اللحام للتحكم في حركة القوس وموقع قطعة العمل دون إشراف بشري مستمر يضع اللحام الآلي بعيدًا عن اللحام الآلي. بالنسبة للحام الأوتوماتيكي، يجب أن يتم وضع العمل بالنسبة لرأس اللحام باستخدام أداة اللحام و/أو أداة تحديد الموضع. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتطلب المزيد من الدقة والتوحيد في العناصر المكونة التي تدخل في اللحام. وبسبب هذه العوامل، فإن اللحام الأوتوماتيكي يكون قابلاً للتطبيق فقط في الإنتاج بكميات كبيرة.

يتم استخدام الروبوت الصناعي أو المعالج المبرمج في اللحام الآلي للتحكم بشكل مستقل في حركة رأس اللحام فيما يتعلق بالمهمة. ونظرًا لمدى قدرة الروبوت على التكيف وقدرته على إعادة البرمجة لتكوينات أجزاء مختلفة، يمكن تبرير طريقة الأتمتة هذه لأعداد إنتاج صغيرة نسبيًا، حتى مع التركيبات البسيطة نسبيًا. يتكون جهازا لحام وعامل تركيب بشري يقوم بتحميل وتفريغ العناصر بينما يقوم الروبوت باللحام من خلية لحام قوسية آلية قياسية. تستخدم شركات التجميع النهائي للسيارات الروبوتات الصناعية ليس فقط في اللحام القوسي ولكن أيضًا في اللحام المقاوم لهياكل السيارات.

اللحام المشترك

هناك خمسة أنواع أساسية من المفاصل المستخدمة للجمع بين جزأين من أجل الانضمام. هذه الأنواع من الوصلات قابلة للتطبيق ليس فقط على اللحام ولكن أيضًا على طرق الربط والتثبيت الأخرى. يتم تعريف الأنواع الخمسة المشتركة على النحو التالي:

المفصل المؤخر: في هذا النوع من المفاصل، تتم محاذاة الأجزاء في نفس المستوى وضمها عند حوافها.

مفصل الزاوية: تشكل الأجزاء زاوية قائمة وتتصل عند الزاوية.

المفصل الحضني: يتكون هذا المفصل من جزأين متداخلين مع بعضهما البعض.

المفصل الثلاثي: يتم وضع جزء واحد بشكل عمودي على الجزء الآخر، ويشبه شكل الحرف "T".

مفصل الحافة: تكون الأجزاء متوازية مع حافة مشتركة واحدة على الأقل، ويتم عمل المفصل على طول هذه الحافة.

أنواع اللحامات

يمكن تشكيل كل من الوصلات المذكورة أعلاه من خلال اللحام. من المهم التمييز بين نوع الوصلة والطريقة المستخدمة في لحامها، والتي يشار إليها بنوع اللحام. تكمن الاختلافات بين أنواع اللحام في هندستها (نوع الوصلة) وعملية اللحام المستخدمة.

فيليه ويلد

كما هو موضح أدناه، يتم استخدام اللحام بالشرائح لملء حدود الألواح التي تشكلها وصلات ثلاثية وتداخلية وزاوية. لإنشاء مقطع عرضي يشبه تقريبًا مثلثًا قائمًا، يتم استخدام معدن الحشو. نظرًا لأنه يحتاج فقط إلى استخدام الحواف المربعة الأساسية للقطع لإعداد الحافة، فهو النوع الأكثر شيوعًا من اللحام في اللحام القوسي ولحام الأكسجين والوقود. من الممكن أن تكون اللحامات بالشرائح مفردة أو مزدوجة أو مستمرة أو متقطعة - أي يتم لحامها باستمرار على طول المفصل بالكامل أو مع وجود فجوات غير ملحومة بينهما.

اللحامات الأخدود

تتطلب اللحامات الأخدودية عادةً تشكيل حواف الأجزاء في أخدود لتعزيز اختراق اللحام. يمكن أن تكون هذه الأخاديد على شكل مربع، أو مشطوف، أو V، أو U، أو J، ويمكن تطبيقها على أحد الجانبين أو كليهما، كما هو موضح أدناه. يملأ معدن الحشو، الذي يتم تطبيقه بشكل عام من خلال اللحام بالقوس أو بالوقود الأكسجيني، الوصلة. على الرغم من أن إعداد الحافة هذا يتطلب معالجة أكثر تتجاوز الحافة المربعة الأساسية، إلا أنه غالبًا ما يتم إجراؤه لتقوية الوصلة الملحومة أو عند لحام الأجزاء الأكثر سمكًا. في حين أن اللحامات الأخدودية ترتبط بشكل شائع بالمفاصل التناكبية، إلا أنها تستخدم في جميع أنواع المفاصل باستثناء المفاصل الحضنية.

توصيل اللحامات واللحامات الفتحة

يتم استخدام اللحامات التوصيلية واللحامات الفتحية لربط الألواح المسطحة. تتضمن هذه العملية إنشاء ثقب أو فتحة واحدة أو أكثر في اللوحة العلوية، والتي يتم ملؤها بعد ذلك بمعدن الحشو لدمج القطعتين معًا.

تُستخدم اللحامات النقطية واللحامات التماسية بشكل شائع في مفاصل اللفة. يتضمن اللحام النقطي منطقة صغيرة مندمجة بين أسطح صفحتين أو لوحتين، مع وجود اللحامات النقطية المتعددة التي غالبًا ما تكون ضرورية لربط الأجزاء بفعالية. ترتبط هذه التقنية بشكل شائع باللحام بالمقاومة. يشبه اللحام التماسي اللحام النقطي ولكنه يتكون من قسم منصهر مستمر أو شبه مستمر بين الصفحتين أو الصفائح.

اللحامات شفة

اللحامات ذات الحافة واللحامات السطحية موضحة أدناه. يتم إنشاء لحام الحافة على حواف جزأين أو أكثر، عادةً صفائح معدنية أو صفيحة رقيقة. من ناحية أخرى، لحام السطح ليس مخصصًا لربط الأجزاء ولكن لترسيب معدن الحشو على سطح الجزء الأساسي باستخدام واحد أو أكثر من خرزات اللحام. يمكن تطبيق حبات اللحام هذه في سلسلة من الممرات المتوازية المتداخلة، والتي تغطي مساحات كبيرة من الجزء الأساسي لزيادة سمكها أو توفير طلاء سطحي وقائي.

فيزياء اللحام

يتم إعطاء طاقة حرارية عالية الكثافة إلى الأسطح التي تحتاج إلى الاندماج، مما يؤدي إلى ذوبان موضعي للمعادن الأساسية، لإنجاز الاندماج. يجب أيضًا أن تكون الحرارة عالية بما يكفي لإذابة أي معدن حشو يتم استخدامه. كثافة الطاقة (W/mm² أو Btu/sec-in²) هي وحدة القياس المستخدمة لوصف كثافة الحرارة. ويرتبط عكسيا بكثافة الطاقة في تحديد وقت الانصهار. تتسبب كثافة الطاقة المنخفضة في حدوث الذوبان بشكل أبطأ لأن الحرارة تختفي بمجرد إضافتها، مما يؤدي إلى تجنب الذوبان. يمكن صهر معظم المعادن أثناء اللحام بكثافة طاقة لا تقل عن 10 وات/مم² تقريبًا (6 وحدة حرارية بريطانية/ثانية بوصة²). يقل وقت الانصهار مع ارتفاع كثافة الحرارة. ومع ذلك، يتبخر المعدن بسبب درجات الحرارة الشديدة إذا تجاوزت كثافة الطاقة حوالي 10⁵ واط/مم³ (60,000 وحدة حرارية بريطانية/ثانية بوصة³). لكي يكون اللحام فعالا، يجب الحفاظ على كثافة الطاقة ضمن نطاق معين. يتأثر معدل اللحام وحجم المنطقة القابلة للحام بالاختلافات في طرق اللحام.

على الرغم من أن اللحام بغاز الأكسجين ينتج الكثير من الحرارة، إلا أنه ذو كثافة منخفضة لأنه يغطي منطقة كبيرة. يحترق الأوكسي أسيتيلين، وهو الوقود الأكثر سخونة للعمال الفلبينيين في الخارج، عند حوالي 3500 درجة مئوية (6300 درجة فهرنهايت). على النقيض من ذلك، يحقق اللحام القوسي درجات حرارة محلية تتراوح بين 10,000 درجة فهرنهايت و12,000 درجة فهرنهايت (أو 5500 درجة مئوية إلى 6600 درجة مئوية) مع توفير طاقة هائلة عبر مساحة أصغر. غالبًا ما تكون كثافات الطاقة العالية مرغوبة أكثر نظرًا لأنه من الأفضل من وجهة النظر المعدنية صهر المعدن بأقل قدر ممكن من الطاقة.

يتم حساب كثافة الطاقة حيث أن الطاقة الداخلة إلى السطح مقسومة على مساحة السطح:

PD = ف / أ

حيث PD هي كثافة الطاقة (W/mm² أو Btu/sec-in²)، P هي الطاقة التي تدخل السطح (W أو Btu/sec)، وA هي مساحة السطح التي يتم تطبيق الطاقة عليها (mm² أو in²). وتتعقد هذه الحسابات بسبب عوامل مثل حركة مصدر الطاقة (على سبيل المثال، قوس اللحام)، الذي يسخن المنطقة الأمامية ويسخن المنطقة الخلفية بعد ذلك. بالإضافة إلى ذلك، كثافة الطاقة ليست موحدة عبر السطح المتأثر، وتختلف باختلاف المنطقة.

مراجع حسابات

Groover، MP، 2010. أساسيات التصنيع الحديث: المواد والعمليات والأنظمة. الطبعة الرابعة. هوبوكين، نيوجيرسي: شركة John Wiley & Sons, Inc.