يشمل اللحام بالمقاومة (RW) مجموعة من تقنيات اللحام الاندماجي التي تحقق الاندماج من خلال مزيج من الحرارة والضغط. يتم إنتاج الحرارة عند الوصلة التي يجب أن تكون ملحومة بمقاومة كهربائية لتدفق التيار. يتم عرض العناصر الرئيسية للحام المقاومة في الشكل أدناه للطريقة الأكثر شيوعًا في المجموعة، وهي عملية اللحام النقطي بالمقاومة. أجزاء العمل المراد لحامها (غالبًا أجزاء من الصفائح المعدنية)، واثنين من الأقطاب الكهربائية المتعارضة، وطريقة للضغط على الأجزاء بين الأقطاب الكهربائية، ومصدر طاقة تيار متردد يمكنه تطبيق تيار متحكم فيه هي المكونات. في اللحام البقعي، تخلق العملية منطقة مندمجة بين المكونين المعروفين باسم كتلة اللحام.
لا يتطلب اللحام بالمقاومة استخدام غازات واقية أو مواد لحام أو معادن حشو مثل اللحام بالقوس الكهربائي، كما أن الأقطاب الكهربائية التي تحمل الطاقة الكهربائية غير قابلة للاستهلاك. يتم تصنيف اللحام بالمقاومة على أنه لحام اندماجي لأن الأسطح الملامسة تذوب بشكل شبه دائم عند تطبيق الحرارة. ومع ذلك، هناك بعض الاستثناءات. لمنع الاندماج، تستخدم بعض تقنيات اللحام القائمة على التسخين بالمقاومة درجات حرارة أقل من نقاط انصهار المعادن الأساسية.
تتضمن عملية اللحام بالمقاومة عدة متغيرات رئيسية، مثل خصائص القطب، وتيار اللحام، وقوة القطب، ومدة التيار. يعتبر اللحام بالمقاومة عملية لحام فعالة وسريعة لأنه يتطلب تيارًا قد يكون أكبر بعشر إلى مائة مرة من تيار اللحام القوسي، على الرغم من أن وقت اللحام الفعلي عادة ما يكون أقل من ثانية.
مصدر الطاقة وتوليد الحرارة في RW
في اللحام بالمقاومة (RW)، تؤثر مقاومة الدائرة وتدفق التيار وطول التطبيق الحالي على الطاقة الحرارية المطلوبة للحام. يمثل التعبير الرياضي التالي هذه العلاقة:
ح = أنا2 Rt
حيث �� هي الحرارة المتولدة بالجول (للتحويل إلى وحدة حرارية بريطانية، اقسم على 1055)؛ �� هو التيار بالأمبير. �� هي المقاومة الكهربائية بالأوم. و �� هو الوقت بالثواني.
تتضمن عمليات اللحام بالمقاومة في كثير من الأحيان تيارات عالية جدًا (5000 إلى 20,000 أمبير) مع جهد منخفض نسبيًا (عادةً أقل من 10 فولت). في معظم الإجراءات، تكون مدة التيار (t) صغيرة؛ على سبيل المثال، في عملية لحام نقطي قياسية، قد تستمر من 0.1 إلى 0.4 ثانية. نظرًا لأن المقاومة في RW منخفضة جدًا (حوالي 0.0001 فولت) والجزء التربيعي في المعادلة أعلاه يكبر تأثير التيار، يتم استخدام تيار كبير. يؤدي الجمع بين مقاومات قطع العمل والأقطاب الكهربائية ومقاومات التلامس بين الأقطاب الكهربائية وقطع العمل ومقاومة التلامس لأسطح التغذية إلى مقاومة في دائرة اللحام. لذلك، يتم إنتاج الحرارة في كل من مناطق المقاومة الكهربائية هذه. نظرًا لأن الموقع المفضل للحام هو عند أسطح اللحام، فمن الأفضل أن يكون لها أكبر مقاومة في المجموع. يؤدي استخدام المعادن مثل النحاس، والتي لها مقاومات كهربائية منخفضة للغاية، إلى تقليل مقاومة الأقطاب الكهربائية. من أجل تشتيت الحرارة المتولدة هناك، يتم تبريد الأقطاب الكهربائية بشكل متكرر بالماء. يتم تحديد مقاومات أجزاء العمل من خلال سمك الجزء ومقاومات المعادن الأساسية. يحدد حجم وشكل ومناطق تلامس القطب الكهربائي، بالإضافة إلى ظروف السطح (مثل مقياس القطب الكهربائي ونظافة أسطح العمل)، مقاومات التلامس بين الأقطاب الكهربائية والأجزاء.
في النهاية، تؤثر جودة السطح والظروف الصحية ومنطقة التلامس والضغط على مقاومة الأسطح الملامسة. لا ينبغي أن يكون هناك أي شوائب للحفاظ على أسطح التلامس منفصلة، مثل الطلاء أو الزيت أو الأوساخ.
الضغط لا يقل أهمية عن نجاح اللحام بالمقاومة مثل الحرارة. في اللحام بالمقاومة (RW)، تتمثل الأغراض الرئيسية للضغط في الضغط على الأسطح المتلاشية معًا لتحقيق الالتحام بمجرد الوصول إلى درجة حرارة اللحام الصحيحة ولإجبار الاتصال بين سطحي العمل والأقطاب الكهربائية قبل تطبيق التيار.
مزايا وعيوب اللحام بالمقاومة
يعد اللحام بالمقاومة خيارًا شائعًا للتطبيقات الصناعية نظرًا لفوائده العديدة. إن كفاءتها وسرعتها، التي تتيح معدلات إنتاج كبيرة، هما ميزتان رئيسيتان. ليست هناك حاجة إلى معادن حشو لهذه العملية، ولأن الحرارة موضعية، هناك فرصة أقل لثني المكونات المجاورة. يعد اللحام بالمقاومة أيضًا ممتازًا للأتمتة، مما يجعله مثاليًا للتصنيع على نطاق واسع. نظرًا لأنه يمكن تنظيم الحرارة بدقة، فإن اللحامات الناتجة تكون قوية ودقيقة ودقيقة. يعد هذا النهج أيضًا أكثر فعالية من حيث التكلفة لأنه يتطلب أعمال تشطيب أقل وطاقة أقل من العديد من الطرق الأخرى، وهو أكثر أمانًا من العديد من الطرق الأخرى لأنه لا ينبعث منه أبخرة أو شرارة.
لكن اللحام بالمقاومة له عيوب عديدة. قد تجد بعض العمليات صعوبة في الحصول على المعدات اللازمة لأنها غالبا ما تكون مكلفة ومتخصصة. إنه يقيد أنواع المعادن التي يمكن لحامها من خلال العمل فقط مع المواد التي تتمتع بمقاومة كهربائية عالية. بسبب الحرارة المحصورة، يصعب لحام القطع الكبيرة، كما أن المحاذاة الدقيقة للمكونات ضرورية لمنع المفاصل الضعيفة. يمكن أن يؤدي التمدد غير المتساوي الناتج عن الحرارة أو انكماش المواد إلى التشوه، وهو ما قد يمثل مشكلة. لا يزال اللحام بالمقاومة تقنية مفيدة في العديد من سياقات التصنيع، على الرغم من هذه الصعوبات.
عمليات اللحام بالمقاومة الرئيسية
عمليات اللحام بالمقاومة الثلاث الرئيسية ذات الأهمية التجارية هي اللحام النقطي بالمقاومة (RSW)، ولحام التماس المقاومة (RSEW)، واللحام المسقط (RPW).
لحام بقعة المقاومة (RSW)
يعد اللحام البقعي بالمقاومة (RSW) الطريقة الأكثر شيوعًا في فئته ويستخدم على نطاق واسع في التصنيع الضخم للأجهزة والسيارات والأثاث المعدني ومنتجات الصفائح المعدنية الأخرى. تصبح الأهمية الاقتصادية للحام البقعي بالمقاومة واضحة عندما يأخذ المرء في الاعتبار أن متوسط جسم السيارة يحتوي على ما يقرب من 10,000 نقطة لحام وأن الإنتاج السنوي للسيارات يصل إلى عشرات الملايين في جميع أنحاء العالم.
اللحام النقطي بالمقاومة (RSW) هو طريقة من طرق RW حيث تقوم الأقطاب الكهربائية المتعارضة بدمج الأسطح المتآكلة لمفصل اللفة في مكان واحد. يتم تطبيق هذه الطريقة على مكونات الصفائح المعدنية التي يبلغ سمكها 3 مم (0.125 بوصة) أو أقل عندما لا تكون هناك حاجة إلى تجميع محكم. يتم استخدام سلسلة من اللحامات النقطية لربط المكونات. على الرغم من أن الأقطاب الكهربائية المستديرة هي أكثر أشكال الأقطاب الكهربائية شيوعًا، إلا أنه يمكن أيضًا استخدام الأشكال المربعة والسداسيية وغيرها من الأشكال، يحدد طرف القطب حجم وشكل بقعة اللحام.
يبلغ قطر كتلة اللحام الناتجة عادة ما بين 5 و10 مم (0.2 و0.4 بوصة)، وتكون المعادن الأساسية أبعد قليلاً من كتلة اللحام حيث تمتد المنطقة المتأثرة بالحرارة. يجب أن تكون قوة اللحام قابلة للمقارنة بالمعدن المحيط إذا تم إنتاجه بشكل صحيح. يوضح الشكل التالي الخطوات المتضمنة في دورة اللحام النقطي.
تُستخدم فئتان أساسيتان من المواد لصنع أقطاب اللحام النقطي: السبائك القائمة على النحاس وتركيبات المعادن المقاومة للحرارة، مثل النحاس والتنجستن. ومن المعروف جيدًا أن مقاومة التآكل الأكبر للمجموعة الثانية. في اللحام النقطي، كما هو الحال في معظم عمليات الإنتاج، تتقدم الأدوات تدريجيًا في العمر مع الاستخدام. تُصنع الأقطاب الكهربائية بممرات تبريد داخلية بالماء إذا أمكن ذلك. يمكن إجراء اللحام النقطي باستخدام مجموعة متنوعة من الأدوات والتقنيات نظرًا لاستخدامه الصناعي المكثف. يتكون الجهاز من مسدسات لحام نقطي محمولة بالإضافة إلى آلات لحام نقطي على طراز ذراع الروك والضغط. تتضمن آلات اللحام النقطي ذات الذراع الروك قطبًا علويًا متحركًا ويمكن رفعه وخفضه لتسهيل أعمال التحميل والتفريغ. يظل القطب السفلي ثابتًا. يتم تثبيت القطب العلوي على ذراع الروك - ومن هنا جاء الاسم - والتي يتم التحكم في حركتها بواسطة دواسة قدم العامل.
يمكن التحكم في القوة والتيار طوال دورة اللحام عن طريق البرمجة في المعدات الحديثة. آلات اللحام الموضعية ذات المكابس مخصصة للوظائف الثقيلة. ينتج الضغط العمودي الذي يتم تشغيله بواسطة الطاقة الهيدروليكية أو الهوائية حركة خط مستقيم للقطب العلوي. يمكن استخدام قوى أكبر بفضل إجراء الضغط، ويمكن عادةً برمجة دورات اللحام المعقدة باستخدام عناصر التحكم. يتم نقل المهمة إلى النوعين السابقين من الماكينات، وكلاهما عبارة عن آلات لحام نقطية ثابتة. من الصعب نقل الجزء ووضعه في آلات ثابتة للقيام بالمهام الضخمة والثقيلة. تأتي مسدسات اللحام البقعي المحمولة بمجموعة من الأحجام والمجموعات لتناسب هذه المواقف. يتكون هذه الأجهزة من قطبين متعاكسين مثبتين داخل آلية الكماشة. ونظرًا لأن كل عنصر خفيف الوزن، فيمكن للروبوت الصناعي أو العامل البشري الإمساك به وتشغيله. تُستخدم الكابلات الكهربائية المرنة وخراطيم الهواء لربط المدفع بمصدر الطاقة والتحكم الخاص به. إذا لزم الأمر، يمكن أيضًا استخدام خرطوم الماء لتزويد الأقطاب الكهربائية بتبريد الماء. تعد أجسام سيارات اللحام البقعي مهمة شائعة لبنادق اللحام البقعي المتنقلة في مصانع تجميع السيارات. وعلى الرغم من أن البشر لا يزالون يشغلون بعض هذه الأسلحة، إلا أن الروبوتات الصناعية أصبحت الآن التكنولوجيا المفضلة.
لحام التماس المقاومة (RSEW)
لحام التماس المقاومة (RSEW) هي تقنية تنتج سلسلة من اللحامات النقطية المتداخلة على طول مفصل اللفة عن طريق استخدام عجلات دوارة بدلاً من الأقطاب الكهربائية على شكل عصا كما هو الحال في اللحام النقطي. يتم استخدام هذا الإجراء، الموضح في الشكل أدناه، بشكل متكرر في إنتاج حاويات الصفائح المعدنية، وكاتم الصوت للسيارات، وخزانات البنزين لأنه ينتج وصلات محكمة الغلق. على الرغم من أن اللحام البقعي وRSEW متطابقان بشكل أساسي، إلا أن RSEW ينطوي على تعقيد إضافي بسبب أقطاب العجلة والجانب المستمر للعملية.
ويعني التشغيل المستمر في RSEW أن الدرزات يجب أن تكون على طول خط مستقيم أو منحني بشكل موحد، حيث أن الزوايا الحادة والانقطاعات يمكن أن تشكل تحديات. بالإضافة إلى ذلك، يعد تشوه الأجزاء مصدر قلق أكبر، مما يستلزم تركيبات لتثبيت قطع العمل في مكانها وتقليل التشوه.
يحدد تطبيق تيار اللحام وحركة عجلات القطب في RSEW المسافة بين شذرات اللحام. في التقنية الأكثر شيوعًا، والتي تسمى لحام الحركة المستمرة، يتم تحقيق التباعد المناسب بين اللحامات النقطية عن طريق نبض التيار بشكل دوري بينما تدور العجلات بسرعة ثابتة. عادةً ما تكون مناطق اللحام المتداخلة نتيجة لهذا التكوين. ومن ناحية أخرى، فإن العملية المعروفة باسم لحام البقعة الملفوفة تسمح بظهور فجوات بين نقاط اللحام إذا انخفض تردد التيار. وبدلاً من ذلك، يمكن تحقيق خط لحام مستمر من خلال الحفاظ على تيار لحام ثابت. ويبين الشكل أدناه هذه الاختلافات.
هناك اختلاف آخر في اللحام بالحركة المتقطعة، حيث يتم إنتاج كل نقطة لحام عن طريق توقف عجلة القطب الكهربائي بشكل منتظم. يتم تحديد المسافة بين مناطق اللحام عن طريق حركة العجلة بين التوقفات، مما يؤدي إلى أنماط تشبه تلك الموضحة في الشكلين (أ) و(ب) أعلاه.
في حين يتم استخدام عجلات الأقطاب الكهربائية بدلاً من الأقطاب الكهربائية على شكل عصا، فإن آلات لحام التماس تشبه آلات اللحام النقطي من النوع المكبس. أثناء عملية RSEW، يكون التبريد مطلوبًا في كثير من الأحيان لقطعة العمل بالإضافة إلى عجلات القطب الكهربائي. يتم عادةً توجيه الماء إلى الجزء العلوي والسفلي من أسطح قطعة العمل بالقرب من عجلات القطب الكهربائي لإنجاز هذا التبريد.
لحام إسقاط المقاومة (RPW)
لحام الإسقاط المقاوم (RPW) هو عملية لحام مقاومة حيث يحدث الاندماج عند نقاط اتصال صغيرة محددة مسبقًا على الأجزاء المراد توصيلها. يمكن أن تكون نقاط الاتصال هذه نتوءات أو نقوش أو وصلات موضعية مدمجة في الأجزاء نفسها. على سبيل المثال، عند توصيل مكونين من صفائح معدنية معًا، قد يتم إنشاء المكون العلوي بحواف غائرة تتلامس أولاً مع المكون السفلي، كما هو موضح في الشكل أدناه. يمكن أن تعمل تخفيضات التكلفة من اللحام على موازنة إجراء النقش، على الرغم من أن مظهره يضيف إلى تكلفة الجزء.
يأتي لحام الإسقاط المقاوم في نوعين، موضحين في الشكل أدناه. يسمح أحد النوعين لحام الإسقاط المقاوم بربط أدوات التثبيت بشكل دائم بإسقاطات مشكلة أو آلية على ورقة أو لوح، مما يجعل إجراءات التجميع المستقبلية أسهل. لتصنيع عناصر الأسلاك الملحومة مثل عربات التسوق وشوايات المواقد والأسوار السلكية، يتم استخدام نوع آخر يُعرف باسم لحام الأسلاك المتقاطعة. تعمل الأسطح الملامسة للأسلاك المستديرة كناتوءات في هذه العملية، مما يساعد في تحديد موضع الحرارة المقاومة اللازمة للحام.
عمليات اللحام بالمقاومة الأخرى
بالإضافة إلى إجراءات اللحام بالمقاومة الرئيسية التي تم تناولها سابقًا، تندرج الطرق البديلة التالية ضمن هذه الفئة ويجب الاعتراف بها أيضًا: اللحام الوميضي (FW)، واللحام المضطرب (UW)، واللحام بالقرع (PEW)، والمقاومة عالية التردد. اللحام (HFRW).
لحام فلاش (FW)
يستخدم اللحام فلاش (FW) في الغالب للمفاصل التناكبية. تستلزم العملية تقريب الأسطح التي تحتاج إلى اللحام من بعضها البعض وتسخينها إلى درجة الانصهار باستخدام التيار الكهربائي. اعتمادًا على درجة التلامس السطحي، تتضمن هذه العملية تقوسًا، يشار إليه أحيانًا بالوميض. لذلك يتم تضمين FW أحيانًا في مجموعة اللحام القوسي. يتم ضغط الأسطح معًا لإنتاج اللحام بعد التسخين، الأمر الذي يتطلب في كثير من الأحيان معالجة إضافية لضمان أبعاد مشتركة متسقة. يتم استخدام FW في العمليات الاقتصادية عالية السرعة بما في ذلك توصيل أطراف الأسلاك في سحب الأسلاك وشرائط الصلب الملحومة في مصانع الدرفلة.
اللحام المضطرب (UW)
على غرار FW، يجمع اللحام المضطرب (UW) بين مرحلتي التسخين والضغط في دورة عملية واحدة. وعلى النقيض من FW، يتم تسخين UW فقط عن طريق المقاومة الكهربائية عند الأسطح الملامسة - ولا يشمل ذلك الانحناء. عند الوصول إلى درجة حرارة أقل من نقطة الانصهار، تتجمع الأسطح الذائبة تحت ضغط متزايد، مما يتسبب في اضطراب المواد الموجودة في منطقة التلامس. في حين أن UW تشترك في العديد من التطبيقات مع FW، مثل ربط الأسلاك والأنابيب والأنابيب، فهي ليست بالضبط تقنية لحام اندماجي مثل بعض التقنيات الأخرى المذكورة.
اللحام بالقرع (PEW)
على غرار اللحام بالطرق، يستخدم اللحام بالطرق (PEW) دورات لحام قصيرة بشكل لا يصدق - بين واحد وعشرة مللي ثانية - في عمله. عندما يتم إطلاق الطاقة الكهربائية فجأة بين الأسطح التي تحتاج إلى الوصل، ينتج عن ذلك تسخين سريع. ثم يتم دمج المكونات معًا عن طريق تطبيق قوة الطرق. بالنسبة للتطبيقات الإلكترونية حيث يكون الحجم الصغير والمكونات المجاورة الحساسة للحرارة أمرًا ضروريًا، فإن التسخين الموضعي لـ PEW مثالي.
اللحام بالمقاومة عالية التردد (HFRW)
يتم استخدام التيار المتردد عالي التردد في اللحام بالمقاومة عالية التردد (HFRW) لتسخين الأسطح المعدنية قبل تطبيق قوة مزعجة لإنهاء اللحام. وتضمن هذه التقنية التي تعمل بترددات تتراوح من 10 إلى 500 كيلو هرتز، أن يعمل التأثير الجلدي للتيار عالي التردد على تركيز الحرارة عند وصلة اللحام. في إجراء مشابه يسمى اللحام الحث عالي التردد (HFIW)، يتم استخدام ملف الحث لتوليد تيار بدلاً من إجراء اتصال كهربائي مباشر. لمهام اللحام المستمر، مثل ربط اللحامات الطولية للأنابيب والأنابيب المعدنية، فإن HFRW وHFIW مناسبان. تعتبر هذه التقنيات مفيدة لمجموعة متنوعة من العمليات الصناعية نظرًا لقدرتها على إنتاج لحامات متسقة وعالية الجودة في مواقف التصنيع عالية السرعة.
مراجع حسابات
Groover، MP، 2010. أساسيات التصنيع الحديث: المواد والعمليات والأنظمة. الطبعة الرابعة. هوبوكين، نيوجيرسي: شركة John Wiley & Sons, Inc.
