ما هى المعادن التى يجب تسخينها قبل اللحام ؟

 اللحام: 

 

هو عملية تصنيعية يتم فيها وصل قطعتين أو أكثر من المعدن معًا بشكل دائم عن طريق تسخينها حتى تصل إلى نقطة الانصهار، ثم دمجها معًا باستخدام معدن حشو أو بدون استخدامه.

تحديد طريقة اللحام المناسبة:

تعتمد طريقة اللحام المناسبة على عدة عوامل:

• نوع المعدن: تختلف طريقة اللحام حسب نوع المعدن المراد لحامه.
  • الصلب: يُستخدم لحام القوس الكهربائي بشكل شائع للصلب.
  • الألومنيوم: يُستخدم لحام TIG بشكل شائع للألومنيوم.
  • الحديد الزهر: يُستخدم لحام TIG أو لحام الغاز بشكل شائع للحديد الزهر.
• سمك المعدن: تختلف طريقة اللحام حسب سمك المعدن المراد لحامه.
  • المعادن الرقيقة: يُستخدم لحام TIG أو لحام القصدير بشكل شائع للمعادن الرقيقة.
  • المعادن السميكة: يُستخدم لحام القوس الكهربائي بشكل شائع للمعادن السميكة.
• موقع اللحام: تختلف طريقة اللحام حسب موقع اللحام.
  • الأماكن التي يصعب الوصول إليها: يُستخدم لحام TIG أو لحام الغاز بشكل شائع للأماكن التي يصعب الوصول إليها.
  • الأماكن المفتوحة: يُستخدم لحام القوس الكهربائي بشكل شائع للأماكن المفتوحة.
• مهارات اللحام: تختلف طريقة اللحام حسب مهارات اللحام.
  • المبتدئين: يُستخدم لحام القوس الكهربائي بشكل شائع للمبتدئين.
  • المحترفين: يُستخدم لحام TIG بشكل شائع للمحترفين.
• التكلفة: تختلف طريقة اللحام حسب التكلفة.
  • لحام القوس الكهربائي: هو أرخص طريقة لحام.
  • لحام TIG: هو أغلى طريقة لحام.

 أنواع اللحام:

• لحام القوس الكهربائي: هو أكثر أنواع اللحام شيوعًا، ويستخدم فيه قوس كهربائي لإنتاج الحرارة اللازمة لعملية اللحام.
• لحام الغاز: يستخدم فيه شعلة غازية لإنتاج الحرارة اللازمة لعملية اللحام.
• لحام الليزر: يستخدم فيه شعاع ليزر لإنتاج الحرارة اللازمة لعملية اللحام.
• لحام الاحتكاك: يستخدم فيه الاحتكاك بين قطعتي المعدن لإنتاج الحرارة اللازمة لعملية اللحام.
• لحام القصدير: يستخدم فيه معدن القصدير لإذابة وإلصاق قطعتي المعدن معًا.

تطبيقات اللحام:

• تصنيع السيارات: يُستخدم اللحام في تصنيع جميع مكونات السيارة، من الهيكل إلى المحرك.
• تصنيع الطائرات: يُستخدم اللحام في تصنيع جميع مكونات الطائرة، من الهيكل إلى الأجنحة.
• البناء: يُستخدم اللحام في بناء الهياكل الفولاذية والمباني المعدنية.
• تصنيع الآلات: يُستخدم اللحام في تصنيع جميع أنواع الآلات والمعدات.
• إصلاحات المعدات: يُستخدم اللحام لإصلاح المعدات والأدوات المتضررة.

مميزات اللحام:

• قوة عالية: يُعد اللحام من أقوى الطرق لربط قطعتي المعدن معًا.
• متانة عالية: يُمكن أن تدوم اللحامات لفترة طويلة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.
• إمكانية ربط جميع أنواع المعادن: يمكن استخدام اللحام لربط جميع أنواع المعادن معًا.
• سهولة الاستخدام: يمكن تعلم اللحام بسهولة نسبيًا.

عيوب اللحام:

• الحاجة إلى معدات خاصة: تتطلب عملية اللحام معدات خاصة، مثل آلة اللحام وقناع اللحام.
• الحاجة إلى مهارات خاصة: يتطلب اللحام مهارات خاصة لضمان جودة اللحام.
• الحرارة العالية: يمكن أن تكون عملية اللحام خطيرة بسبب الحرارة العالية المستخدمة.
• التشوه: يمكن أن تؤدي عملية اللحام إلى تشوه قطعتي المعدن.

 الجدول: توافق المعادن وطرق اللحام المناسبة

المعدن	طريقة اللحام المناسبة	المواد حشو
الألومنيوم	AC, TIG	مصنوع من الألمنيوم
ستانلس ستيل	MIG ، TIG	الصلب
معدن الكربون	MIG، عصا، قوس ذو قلب متدفق	الكربون الصلب القائم
النحاس	قوس غاز التنغستن، غاز خامل معدني	أساسها النحاس
التيتانيوم	قوس التنغستن الغازي	على أساس التيتانيوم
النيكل	قوس غاز التنغستن، غاز خامل معدني	النيكل القائم
الحديد الزهر	عصا، قوس ذو قلب متدفق	أساسها الحديد الزهر
المغنيسيوم	الغاز الخامل المعدني، غاز التنغستن الخامل	أساسه المغنيسيوم
زنك	المقاومة، الاحتكاك	على أساس الزنك
الرصاص	أوكسي أسيتيلين، TIG	على أساس الرصاص

 

لماذا يتم تسخين الحديد قبل اللحام؟

 

 

 

 درجة الحرارة المثالية لتسخين المعادن قبل اللحام تعتمد على نوع المعدن وسمك القطعة والظروف البيئية المحيطة. بشكل عام، يُنصح بالتسخين إلى درجة حرارة تتراوح بين 200 إلى 350 درجة مئوية . يجب أن يتم التسخين بشكل متساوٍ وأن يغطي منطقة كافية حول منطقة اللحام لضمان تقليل إجهاد اللحام وتحسين مقاومة التشقق في الوصلة الملحومة  . 

يُعد التسخين المسبق خطوة مهمة لتجنب الشقوق الناجمة عن الهيدروجين ولتحسين الخصائص الهيكلية للوصلة الملحومة,  

و لأسباب عدة تتعلق بجودة اللحام وتقليل العيوب المحتملة، خاصة عند التعامل مع معادن معينة أو سماكات كبيرة. إليك بعض 

الأسباب الرئيسية:

1. تقليل الإجهادات الحرارية: 

   عند تسخين الحديد قبل اللحام، يتم تقليل الفرق بين درجات الحرارة في مناطق اللحام والمناطق المجاورة. هذا يساعد على تقليل الإجهادات الحرارية التي تحدث بسبب التمدد والانكماش السريع للمعدن، مما يقلل من احتمالية التشققات أو التواء القطعة.

2. منع التبريد السريع: 

   التبريد السريع للمعدن بعد اللحام يمكن أن يؤدي إلى تكوين بنيات معدنية هشة مثل "المارتنسيت"، التي قد تكون أقل مرونة وأكثر عرضة للتشققات. التسخين المسبق يساهم في تبريد أبطأ وأكثر تحكمًا، مما يساعد في الحصول على بنية مجهرية أفضل وأقوى.

3. تحسين عملية الدمج بين المعادن: 

   عندما يتم تسخين الحديد قبل اللحام، يصبح أكثر ليونة ومرونة، مما يسهل عملية دمج معدن اللحام مع المعدن الأساسي. هذا يؤدي إلى تشكيل لحام أكثر قوة ومتانة.

4. التقليل من احتمالية التشققات: 

   التسخين المسبق يساعد في تقليل التشققات الناتجة عن الإجهادات الحرارية أو الانكماش، خاصة في المعادن ذات المحتوى العالي من الكربون أو السبائك التي تكون أكثر عرضة للتشققات.

5. تحسين انسيابية اللحام:  

   اقرا ايضاالأفران ذات الأقطاب مغمورة (الغاطسة ) Submerged-Electrode Furnaces

   اقرا ايضامعدات المعالجة الحرارية بحمامات الأملاح : Salt Bath Heat-Treating Equipment

   اقرا ايضاالتطبيقات المبتكرة لمحلول بولي أكريليت الصوديوم في التبريد غير المارتنسيتي

   اقرا ايضاالتغيرات في البنية المعدنية أثناء المعالجة الحرارية لصلب العدة

   
   

   عند تسخين الحديد مسبقًا، يسهل تدفق معدن اللحام بين المعادن الملتحمة، مما يؤدي إلى الحصول على لحام سلس ومستمر دون فراغات أو عيوب.

بالتالي، التسخين المسبق هو إجراء احترازي يُستخدم لضمان جودة اللحام وتقليل العيوب الهيكلية التي قد تؤثر على قوة ومتانة الوصلات الملحومة.

متى يجب تسخين المعدن قبل اللحام؟

 

 يجب تسخين المعدن قبل اللحام مباشرة في حالات معينة، تعتمد على نوع المعدن وسمكه وظروف اللحام. إليك بعض المواقف التي يُفضل فيها التسخين المسبق للمعدن قبل اللحام:

1. عند لحام المعادن السميكة: كلما زاد سمك المعدن{ أكبر من 3/4 بوصة ( 19mm ) } زادت احتمالية حدوث إجهادات حرارية كبيرة نتيجة التبريد السريع. وهنا دور التسخين المسبق يساعد في توزيع الحرارة بشكل أفضل عبر السطح وتقليل الإجهادات.

2. لحام الصلب عالي الكربون أو السبائك: الصلب الذي يحتوي على نسبة عالية من الكربون أو السبائك مثل الفولاذ المقاوم للتآكل (الستينلس ستيل) يمكن أن يتعرض لتشققات أو تشكيل بنية هشة مثل المارتنسيت. التسخين المسبق يقلل من خطر هذه المشكلات.

3. عند لحام المعادن الهشة أو القابلة للتشقق: بعض المعادن تكون أكثر عرضة للتشقق بسبب طبيعتها الهشة، مثل الحديد الزهر أو بعض السبائك. التسخين المسبق يقلل من التمدد والانكماش السريع الذي قد يسبب التشققات.

4. لحام المعادن التي تخضع لتبريد سريع (Hardening Steels): الصلب الذي يتصلب بسرعة عند التبريد يمكن أن يكون أكثر عرضة للتشققات. التسخين المسبق يساعد على تقليل معدل التبريد السريع، مما يؤدي إلى بنية أكثر متانة.

5. لتحسين التماسك بين اللحام والمعدن الأساسي: إذا كان من الصعب دمج معدن اللحام مع المعدن الأساسي، قد يكون التسخين المسبق ضروريًا لجعل المعدن الأساسي أكثر ليونة وسهولة في اللحام.

6. في ظروف اللحام القاسية: في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا أو حيث تكون الظروف الجوية قاسية، يمكن أن يزيد التسخين المسبق من استقرار اللحام ويقلل من التأثير السلبي لدرجات الحرارة المنخفضة.

7. عند التوصية في معايير الصناعة أو تعليمات الشركة المصنعة: بعض المشاريع أو المنتجات قد تفرض تعليمات محددة تتطلب التسخين المسبق للمعدن لضمان جودة اللحام.

هل تحتاج إلى تسخين الفولاذ المقاوم للصدأ قبل اللحام؟

بشكل عام، لا يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ (الستانلس ستيل) إلى تسخين مسبق قبل اللحام بنفس القدر الذي قد يحتاجه بعض أنواع الفولاذ الأخرى مثل الفولاذ الكربوني أو الفولاذ عالي السبائك. الا في بعض الحالات، قد يكون التسخين المسبق للفولاذ المقاوم للصدأ مطلوبًا لأسباب محددة. إليك بعض الحالات التي قد يُنصح فيها بالتسخين المسبق للفولاذ المقاوم للصدأ:

1. عند لحام الفولاذ السميك: إذا كان الفولاذ المقاوم للصدأ ذو سمك كبير ولتحسين تدفق المادة المنصهرة ، قد يكون التسخين المسبق مفيدًا لتقليل الإجهادات الحرارية والتشوهات التي تحدث بسبب التبريد السريع غير المتساوي.

2. لحام أنواع معينة من الفولاذ المقاوم للصدأ: بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل الفولاذ المزدوج (duplex stainless steel) أو الفولاذ الأوستنيتي ذو النسبة العالية من النيكل، قد تحتاج إلى تسخين مسبق في حالات نادرة لضمان التوزيع الحراري الجيد والتقليل من احتمالية حدوث تشققات.

3. تقليل مخاطر التشققات: إذا كانت هناك مخاطر تشققات بسبب الإجهادات الحرارية، مثل اللحام في بيئة باردة جدًا، يمكن أن يساعد التسخين المسبق على تقليل هذه المخاطر.

4. وأخيرا عند وجود تعليمات محددة: في بعض المعايير الصناعية أو إرشادات الشركات المصنعة، قد تكون هناك توصيات بتسخين مسبق للفولاذ المقاوم للصدأ لتجنب مشكلات محتملة في اللحام.

لكن في أغلب الحالات العملية، الفولاذ المقاوم للصدأ يُلحم بدون تسخين مسبق، ويجب الحرص على عدم رفع درجة الحرارة إلى حد يمكن أن يسبب مشاكل مثل ترسيب الكربيدات أو فقدان مقاومة التآكل بسبب تغيرات في هيكلية الفولاذ.

 لماذا يتم تسخين سلك اللحام؟

 تسخين سلك اللحام قبل أو أثناء عملية اللحام يمكن أن يكون لأسباب متعددة، وهذا يعتمد على نوع المعدن وسلك اللحام وكذلك البيئة التي يتم فيها اللحام. فيما يلي بعض الأسباب الرئيسية لتسخين سلك اللحام:

1. تحسين التفاعل الكيميائي: عند تسخين سلك اللحام، يتحسن تفاعل المعدن المذاب مع المواد الأخرى المرافقة للحام، مثل (flux) أو الغاز الواقي. يساعد هذا في تقليل الأكاسيد والشوائب التي قد تؤثر على جودة الوصلة الملحومة.

2. تجنب التشققات و تحسين الانصهار والالتصاق: تسخين سلك اللحام يعزز من عملية الانصهار والتداخل بين سلك اللحام والمعدن الأساسي.

3. اللحام في البيئات الباردة: عندما يتم اللحام في بيئات باردة جدًا، مثل اللحام في الأماكن المفتوحة في الشتاء، يمكن أن يتعرض السلك للرطوبة أو التجميد، مما يؤثر على جودة اللحام. تسخين السلك يزيل أي رطوبة ويضمن أن السلك يكون جافًا وجاهزًا للاستخدام.

4. تحسين التدفق الحراري: تسخين سلك اللحام يمكن أن يساعد في تحسين التوزيع الحراري عند اللحام، مما يقلل من الاختلافات الحرارية الكبيرة بين السلك والمعدن الأساسي ويمنع التشوهات أو العيوب في الوصلة.

باختصار، تسخين سلك اللحام يمكن أن يعزز من جودة اللحام ويقلل من العيوب والمشاكل المحتملة التي قد تظهر أثناء أو بعد اللحام، خصوصًا في البيئات الصعبة أو عند لحام معادن معقدة.

مقارنة خصائص اللحام

عادةً ما يكون الفولاذ الكربوني أكثر ملاءمة للحام من سبائك الفولاذ، والتي تقدم سمات لحام متنوعة تعتمد على مكونات صناعة السبائك المحددة. يقارن الجدول أدناه خصائص اللحام المختلفة للسبائك والفولاذ الكربوني.

الجدول: خصائص اللحام للصلب الكربوني مقابل سبائك الصلب

التميز	الصلب الكربوني	الصلب السبائكي
قابليته للحام العامة	أكثر ملاءمة للحام بسبب التركيب المتسق.	خصائص لحام متنوعة تعتمد على مكونات صناعة السبائك المحددة.
تأثير التركيب على اللحام	تتداخل عناصر أقل مع عملية اللحام بسبب بساطتها النسبية.	تكون بعض أنواع الفولاذ حساسة للحرارة الداخلة أثناء اللحام، مما يؤثر على الخصائص القريبة من المنطقة الملحومة.
تقنيات اللحام المفضلة	يعتبر اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW) واللحام بالقوس المعدني بالغاز (GMAW) مناسبين تمامًا.	قد تكون هناك حاجة إلى قضبان أو تقنيات لحام متخصصة بناءً على عناصر صناعة السبائك المحددة.
متطلبات المعالجة الحرارية	قد يحتاج الفولاذ الكربوني المتوسط ​​والعالي إلى معالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط وتقليل الهشاشة.	غالبًا ما يتطلب الأمر التسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام لضمان سلامة اللحام ومنع التشقق.
اعتبارات اللحام المتخصصة	ليس مطلوبا عادة.	قد يكون استخدام قضبان اللحام المتخصصة ضروريًا اعتمادًا على عنصر صناعة ال

 

تحضير أسطح اللحام : وضع أساس النجاح

يشبه تحضير أسطح اللحام وضع الأساس للمبنى. يعد التنظيف الدقيق للأسطح وتثبيتها من المتطلبات الأساسية لتحقيق لحامات قوية ومتينة. هذه الخطوات الأولية هي التي تحدد الجودة اللاحقة وقوة اللحام، مما يسلط الضوء على أهمية إعداد السطح في عملية لحام المعادن.

تعتبر الأسطح النظيفة والمستقرة بشكل مناسب أمرًا محوريًا لتحقيق اللحامات عالية الجودة. يمكن أن يؤدي أي خطأ في عملية التحضير إلى ظهور ملوثات تهدد سلامة اللحام، مما يؤكد أهمية الاهتمام بالتفاصيل في هذه المرحلة من عملية اللحام.

الخطوات الأساسية في تحضير السطح:

• تنظيف شامل لإزالة الصدأ والزيوت والملوثات الأخرى
• استخدام المشابك أو التركيبات لتثبيت قطع العمل، وتجنب عدم المحاذاة أثناء اللحام
• الاستفادة من الحصى أو تفجير حبة لتخشين الأسطح وإزالة الشوائب العنيدة.
• استخدم محولات الصدأ أو المواد الكيميائية الأخرى لمعالجة المعدن وحمايته.
• التحقق من عدم وجود عيوب أو شقوق أو أي حالات شاذة قد تؤثر على عملية اللحام.
• تأكد من وصول قطع العمل إلى درجة حرارة معينة، إذا لزم الأمر، لتحسين جودة اللحام.

  أهمية المعالجة الحرارية قبل اللحام وبعد اللحام

تعتبر المعالجة الحرارية قبل اللحام وبعد اللحام مهمة جدًا لضمان جودة اللحام. يتطلب لحام المكونات المهمة ولحام سبائك الفولاذ ولحام الأجزاء السميكة التسخين المسبق قبل اللحام. 

ما هي المادة المستخدمة في اللحام؟

المواد المستخدمة في اللحام تختلف حسب نوع اللحام والمعدن المراد لحامه، لكن بشكل عام، يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع رئيسية:

•  سلك اللحام (Welding Wire/Rod)
• المعادن المساعدة (Flux) 
• الغازات الواقية (Shielding Gases) 
•  أقطاب اللحام (Welding Electrodes)
•  السبائك الخاصة (Alloying Elements)

 المعادن وأنواع الزهر التي يجب تسخينها قبل اللحام تشمل الصلب الكربوني، الصلب السبائكي، الألومنيوم، الاستانلس، والحديد الزهر . والتسخين المسبق لهذه المواد يساعد في تجنب الشروخ والتشققات الناتجة عن الإجهادات الحرارية والتبريد السريع .

* أمثلة:

• فولاذ كربوني: يُستخدم لسلك لحام الفولاذ الكربوني.
• فولاذ مقاوم للصدأ: يُستخدم عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ.
• ألمنيوم: يُستخدم عند لحام الألمنيوم.  

  ** أشهر أنواع اللحام ومواد اللحام المستخدمة فيها:

• لحام القوس الكهربائي (Stick Welding): يُستخدم فيه أقطاب لحام مغلفة بالفلُكس.
• لحام الغاز الخامل المعدني (MIG Welding): يستخدم سلك لحام مستمر مع غاز واقي مثل الأرجون أو CO₂.
• لحام الغاز الخامل التنغستن (TIG Welding): يستخدم قطبًا غير مستهلك من التنغستن مع سلك لحام منفصل وغاز واقي مثل الأرجون.                                                                                                       

ومما يلي ملخص الموضوع في عدة نقاط 

أهمية التسخين المسبق قبل اللحام:

• يُبطئ معدل التبريد بعد اللحام.
• يُسهل هروب الهيدروجين من المعدن,ويقلل من احتمالية حدوث شقوق بسبب الهيدروجين ويحسن مقاومة التشقق في الوصلة الملحومة .
• يُقلل من تصلب منطقة اللحام.
• يُقلل من إجهاد اللحام , قلل من اختلاف درجة الحرارة بين قطع العمل المراد لحامها، مما يساعد على تجنب تشققات اللحام .
• يُقلل من قيود الهياكل الملحومة, خاصة في وصلات الزوايا، مما يقلل من معدل حدوث التشققات.

اختيار درجة حرارة التسخين المسبق:

• يعتمد على التركيب الكيميائي للصلب:
• يعتمد على صلابة هيكل اللحام:
• يعتمد على طريقة اللحام:
• يعتمد على درجة الحرارة المحيطة:

تأثير انتظام التسخين المسبق:

• يجب أن يكون التسخين المسبق منتظمًا لتقليل إجهاد اللحام.
• يجب أن يكون عرض التسخين المحلي ثلاثة أضعاف سمك الجدار المحيط بمنطقة اللحام.

المعالجة الحرارية بعد اللحام:

بالنسبة للمعالجة الحرارية بعد اللحام، فهي تهدف إلى:

1. التخلص من الهيدروجين المتبقي في منطقة اللحام.
2. القضاء على إجهاد اللحام، مما يساعد على تحسين الأداء العام للوصلة الملحومة.
3. تحسين هيكل اللحام وخصائصه، مما يزيد من متانة الوصلة.

معالجة إزالة الهيدروجين بعد اللحام:

• تُجرى بعد اكتمال اللحام ولم يبرد اللحام بعد إلى أقل من 100 درجة مئوية.
• تُسخن إلى 200 ~ 350 درجة مئوية والدفء لمدة 2-6 ساعات.
• فعالة للغاية في منع تشققات اللحام أثناء لحام الفولاذ منخفض السبائك.

معالجة لازالة الإجهادات الناتجة من اللحام:

• تهدف إلى تقليل قوة الخضوع لقطعة العمل الملحومة.
• هناك طريقتان شائعتان: التقسية الشاملة لدرجة الحرارة العالية والتقسية المحلية بدرجات الحرارة المرتفعة.
• يمكن أن تقضي التقسية الشاملة لدرجة الحرارة العالية على 80%-90% من إجهاد اللحام.
• تحسن التقسية المحلية بدرجات الحرارة المرتفعة اللدونة والمتانة للمفصل الملحوم.

تحسين هيكل المعدن بعد اللحام:

• يمكن تحسين الهيكل المعدني للمفصل بعد المعالجة الحرارية.
• سيؤدي ذلك إلى تحسين الخواص الميكانيكية للمفصل الملحوم.

ملاحظات:

• يجب تحديد درجة حرارة ومدة المعالجة الحرارية بعد اللحام بدقة.
• يجب استخدام معدات مناسبة لضمان جودة المعالجة الحرارية.
• يُنصح باستشارة خبير لحام قبل البدء في أي عملية لحام أو معالجة حرارية.