لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك

1. مواد اللحام

 (1)تشمل عملية لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك نوعين رئيسيين: اللحام اللين واللحام الصلب. يُعد لحام القصدير والرصاص من أكثر أنواع اللحام استخدامًا في اللحام اللين. تزداد قابلية هذا اللحام للتبلل بالفولاذ مع زيادة نسبة القصدير، لذا يُنصح باستخدام اللحام ذي المحتوى العالي من القصدير لإحكام وصلات اللحام. قد تتشكل طبقة من مركب Fesn2 بين الفلزات عند السطح الفاصل بين القصدير والفولاذ في لحام القصدير والرصاص. لتجنب تشكل هذا المركب في هذه الطبقة، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام ومدة التثبيت. يوضح الجدول 1 قوة القص لوصلات الفولاذ الكربوني الملحومة باستخدام عدة أنواع من لحام القصدير والرصاص. من بينها، تُسجل أعلى قوة قص للوصلة الملحومة باستخدام لحام يحتوي على 50% من القصدير والرصاص، كما أن قوة القص للوصلة الملحومة باستخدام لحام خالٍ من الأنتيمون أعلى من تلك الملحومة باستخدام لحام يحتوي على الأنتيمون.

الجدول 1: قوة القص لوصلات الفولاذ الكربوني الملحومة بالقصدير والرصاص

عند لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، تُستخدم بشكل أساسي معادن حشو اللحام المصنوعة من النحاس النقي، أو النحاس والزنك، أو النحاس والزنك الفضي. يتميز النحاس النقي بنقطة انصهار عالية، مما يجعله سريع الأكسدة للمعدن الأساسي أثناء اللحام. يُستخدم بشكل رئيسي في اللحام المحمي بالغاز واللحام الفراغي. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى ضرورة ألا تتجاوز الفجوة بين وصلات اللحام 0.05 مم لتجنب مشكلة عدم القدرة على ملء الفجوة بسبب سيولة النحاس العالية. تتميز وصلات الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك الملحومة بالنحاس النقي بقوة عالية. عمومًا، تتراوح قوة القص بين 150 و215 ميجا باسكال، بينما تتراوح قوة الشد بين 170 و340 ميجا باسكال.

بالمقارنة مع النحاس النقي، تنخفض درجة انصهار لحام النحاس والزنك نتيجة إضافة الزنك. ولمنع تبخر الزنك أثناء اللحام، يمكن إضافة كمية صغيرة من السيليكون إلى لحام النحاس والزنك. من جهة أخرى، يجب استخدام طرق تسخين سريعة، مثل اللحام باللهب، واللحام بالحث، واللحام بالغمر. تتميز وصلات الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك الملحومة بمعدن حشو النحاس والزنك بقوة ومتانة عاليتين. على سبيل المثال، تصل قوة الشد وقوة القص لوصلات الفولاذ الكربوني الملحومة بلحام b-Cu62Zn إلى 420 ميجا باسكال و290 ميجا باسكال على التوالي. درجة انصهار لحام النحاس الفضي أقل من درجة انصهار لحام النحاس والزنك، مما يسهل عملية اللحام بالإبرة. يُعد معدن الحشو هذا مناسبًا للحام باللهب، واللحام بالحث، واللحام في الفرن للفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، ولكن يجب تقليل محتوى الزنك قدر الإمكان أثناء اللحام في الفرن، وزيادة معدل التسخين. يمكن الحصول على وصلات ذات قوة ومتانة عاليتين من خلال لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك باستخدام معدن حشو من الفضة والنحاس والزنك. البيانات التفصيلية موضحة في الجدول 2.

الجدول 2: قوة وصلات الفولاذ منخفض الكربون الملحومة باللحام الفضي النحاسي الزنكي

(2) مادة الصهر: تُستخدم مادة الصهر أو الغاز الواقي في لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك. وتُحدد مادة الصهر عادةً بناءً على معدن الحشو المُختار وطريقة اللحام. عند استخدام لحام القصدير والرصاص، يُمكن استخدام سائل مُختلط من كلوريد الزنك وكلوريد الأمونيوم كمادة صهر، أو أي مادة صهر خاصة أخرى. وتكون مُخلفات هذه المادة شديدة التآكل، لذا يجب تنظيف الوصلة جيدًا بعد اللحام.

عند اللحام باستخدام معدن حشو من النحاس والزنك، يجب اختيار التدفق fb301 أو fb302، أي البوراكس أو خليط البوراكس وحمض البوريك؛ في اللحام باللهب، يمكن أيضًا استخدام خليط من بورات الميثيل وحمض الفورميك كتدفق للحام، حيث يلعب بخار B2O3 دور إزالة الطبقة.

عند استخدام معدن حشو اللحام الفضي النحاسي الزنكي، يمكن اختيار مواد اللحام fb102 وfb103 وfb104، وهي عبارة عن خليط من البوراكس وحمض البوريك وبعض الفلوريدات. تُعدّ بقايا هذه المادة مُسببة للتآكل إلى حدٍ ما، ويجب إزالتها بعد عملية اللحام.

2. تقنية اللحام بالنحاس

يجب تنظيف السطح المراد لحامه ميكانيكياً أو كيميائياً لضمان إزالة طبقة الأكسيد والمواد العضوية تماماً. يجب ألا يكون السطح النظيف خشناً جداً، ويجب ألا تلتصق به برادة معدنية أو أي أوساخ أخرى.

يمكن لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك باستخدام طرق اللحام الشائعة المختلفة. أثناء اللحام باللهب، يُنصح باستخدام لهب محايد أو مُختزل قليلاً. يجب تجنب التسخين المباشر لمعدن الحشو والمادة المساعدة على اللحام باللهب قدر الإمكان. تُعد طرق التسخين السريع، مثل اللحام بالحث واللحام بالغمر، مناسبة جدًا للحام الفولاذ المُقسّى والمُعالَج حراريًا. في الوقت نفسه، يجب اختيار درجة حرارة أقل من درجة حرارة المعالجة الحرارية لمنع تليين المعدن الأساسي. عند لحام الفولاذ عالي المقاومة منخفض السبائك في جو واقٍ، لا يكفي استخدام غاز عالي النقاء، بل يجب أيضًا استخدام غاز مساعد على اللحام لضمان ترطيب معدن الحشو وانتشاره على سطح المعدن الأساسي.

يمكن إزالة بقايا التدفق بطرق كيميائية أو ميكانيكية. يمكن مسح بقايا التدفق العضوي للحام أو تنظيفها بالبنزين أو الكحول أو الأسيتون أو غيرها من المذيبات العضوية. أما بقايا التدفقات شديدة التآكل، مثل كلوريد الزنك وكلوريد الأمونيوم، فيجب معادلتها أولاً في محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم، ثم تنظيفها بالماء الساخن والبارد. يصعب إزالة حمض البوريك وبقايا تدفق حمض البوريك، ولا يمكن التخلص منها إلا بالطرق الميكانيكية أو بالغمر لفترة طويلة في الماء المتدفق.