لحام المعادن النشطة

1. مواد اللحام

(1) نادراً ما يتم لحام التيتانيوم وسبائكه الأساسية باستخدام اللحام اللين. تشمل معادن الحشو المستخدمة في اللحام بشكل رئيسي معادن أساسها الفضة، أو الألومنيوم، أو التيتانيوم، أو التيتانيوم والزركونيوم.

يُستخدم اللحام الفضي بشكل أساسي للمكونات التي تعمل في درجات حرارة أقل من 540 درجة مئوية. تتميز الوصلات المصنوعة من اللحام الفضي النقي بضعف قوتها وسهولة تشققها ومقاومتها الضعيفة للتآكل والأكسدة. درجة حرارة لحام Ag-Cu أقل من درجة حرارة لحام الفضة، ولكن قابلية التبلل تقل مع زيادة محتوى النحاس. يمكن للحام Ag-Cu المحتوي على كمية قليلة من الليثيوم تحسين قابلية التبلل ودرجة التسبك بين اللحام والمعدن الأساسي. يتميز لحام Ag-Li بانخفاض درجة انصهاره وقابليته العالية للاختزال، وهو مناسب للحام التيتانيوم وسبائكه في جو واقٍ. مع ذلك، يؤدي اللحام الفراغي إلى تلوث الفرن بسبب تبخر الليثيوم. يُعد معدن الحشو Ag-5al-(0.5 ~ 1.0)Mn هو المعدن المفضل لمكونات سبائك التيتانيوم ذات الجدران الرقيقة، حيث تتميز الوصلة الملحومة بمقاومة جيدة للأكسدة والتآكل. يوضح الجدول 12 قوة القص لوصلات التيتانيوم وسبائكه الملحومة بمعدن حشو فضي.

الجدول 12: معايير عملية اللحام وقوة وصلات التيتانيوم وسبائك التيتانيوم

تتميز لحامات الألومنيوم بانخفاض درجة حرارتها، مما يمنع حدوث تحول طور بيتا في سبائك التيتانيوم، ويقلل من متطلبات اختيار مواد وتجهيزات اللحام. يكون التفاعل بين معدن الحشو والمعدن الأساسي ضعيفًا، ولا يكون الذوبان والانتشار واضحين، إلا أن معدن الحشو يتمتع بلدونة جيدة، مما يسهل دمجه مع المعدن الأساسي، لذا فهو مناسب جدًا للحام مشعات سبائك التيتانيوم، والهياكل ذات الشكل الخلوي، والهياكل الرقائقية.

تحتوي مواد اللحام القائمة على التيتانيوم أو التيتانيوم والزركونيوم عمومًا على النحاس والنيكل وعناصر أخرى، والتي يمكن أن تنتشر بسرعة في المادة الأساسية وتتفاعل مع التيتانيوم أثناء اللحام، مما يؤدي إلى تآكل المادة الأساسية وتكوين طبقة هشة. لذلك، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام ومدة التثبيت أثناء عملية اللحام، ويُفضل تجنب استخدامها في لحام الهياكل ذات الجدران الرقيقة قدر الإمكان. يُعدّ B-ti48zr48be لحامًا نموذجيًا من التيتانيوم والزركونيوم. يتميز بقابلية ترطيب جيدة للتيتانيوم، ولا يميل المعدن الأساسي إلى نمو الحبيبات أثناء اللحام.

(2) تشمل معادن الحشو المستخدمة في لحام الزركونيوم وسبائك القاعدة بشكل أساسي b-zr50ag50 و b-zr76sn24 و b-zr95be5 وما إلى ذلك، والتي تستخدم على نطاق واسع في لحام أنابيب سبائك الزركونيوم لمفاعلات الطاقة النووية.

(3) يمكن الحصول على نتائج مرضية في اللحام باستخدام التيتانيوم والزركونيوم وسبائكهما الأساسية في جو خامل (الهيليوم والأرجون) وفي بيئة خالية من الهواء. يجب استخدام أرجون عالي النقاوة للحام المحمي بالأرجون، ويجب أن تكون نقطة الندى -54 درجة مئوية أو أقل. يجب استخدام مواد لحام خاصة تحتوي على فلوريد وكلوريد معادن الصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم للحام باللهب.

2. تقنية اللحام بالنحاس

قبل عملية اللحام، يجب تنظيف السطح جيدًا وإزالة الشحوم وطبقة الأكسيد. تُزال طبقة الأكسيد السميكة باستخدام الطرق الميكانيكية أو السفع الرملي أو حمام الملح المنصهر. أما طبقة الأكسيد الرقيقة، فيمكن إزالتها باستخدام محلول يحتوي على 20% إلى 40% من حمض النيتريك و2% من حمض الهيدروفلوريك.

يُمنع ملامسة التيتانيوم والزركونيوم وسبائكهما لسطح الوصلة مع الهواء أثناء عملية التسخين باللحام. يمكن إجراء اللحام تحت حماية الفراغ أو الغاز الخامل. يُمكن استخدام التسخين بالحث عالي التردد أو التسخين في بيئة محمية. يُعد التسخين بالحث الطريقة الأمثل للأجزاء الصغيرة المتناظرة، بينما يُعد اللحام في الفرن أكثر فائدة للمكونات الكبيرة والمعقدة.

يُختار النيكل والكروم والتنغستن والموليبدينوم والتنتالوم وغيرها من المواد كعناصر تسخين للحام التيتانيوم والزركونيوم وسبائكهما. ويُمنع استخدام المعدات التي تحتوي على الجرافيت المكشوف كعناصر تسخين لتجنب التلوث الكربوني. ويجب أن تُصنع تجهيزات اللحام من مواد ذات مقاومة عالية للحرارة، ومعامل تمدد حراري مماثل للتيتانيوم أو الزركونيوم، وتفاعل منخفض مع المعدن الأساسي.