لحام فولاذ الأدوات وكربيد الأسمنت

1. مادة اللحام

(1) عادةً ما تُستخدم معادن حشو لحام النحاس النقي والزنك والنحاس والفضة في فولاذ أدوات اللحام وكربيدات الأسمنت. يتميز النحاس النقي بقابلية جيدة للبلل مع جميع أنواع كربيدات الأسمنت، ولكن يمكن الحصول على أفضل النتائج عن طريق اللحام في جو مُختزل من الهيدروجين. في الوقت نفسه، نظرًا لارتفاع درجة حرارة اللحام، يكون الإجهاد في المفصل كبيرًا، مما يؤدي إلى زيادة قابلية التشقق. تبلغ قوة القص للمفصل الملحوم بالنحاس النقي حوالي 150 ميجا باسكال، كما أن مرونة المفصل عالية، ولكنه غير مناسب للعمل في درجات حرارة عالية.

يُعدّ معدن حشو النحاس والزنك أكثر معادن الحشو شيوعًا في لحام فولاذ الأدوات وكربيدات الأسمنت. ولتحسين قابلية اللحام للبلل ومتانة الوصلة، غالبًا ما تُضاف عناصر من المنغنيز والنيكل والحديد وسبائك أخرى إلى اللحام. على سبيل المثال، تُضاف نسبة 4% من w (MN) إلى b-cu58znmn لزيادة قوة القص في وصلات كربيد الأسمنت الملحومة إلى 300-320 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة؛ ويمكنها الحفاظ على قوة قص تتراوح بين 220-240 ميجا باسكال عند درجة حرارة 320 درجة مئوية. ويمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون إلى b-cu58znmn إلى زيادة قوة القص في وصلات اللحام إلى 350 ميجا باسكال، مع متانة عالية في مقاومة الصدمات والتعب، مما يُحسّن بشكل كبير من عمر أدوات القطع وأدوات حفر الصخور.

إن انخفاض درجة انصهار معدن حشو اللحام بالنحاس والفضة، وانخفاض الإجهاد الحراري للوصلة الملحومة، يُسهمان في تقليل ميل الكربيد المُلصق للتشقق أثناء اللحام. ولتحسين قابلية اللحام للبلل ومتانته ودرجة حرارته، غالبًا ما تُضاف عناصر من المنغنيز والنيكل وسبائك أخرى إلى اللحام. على سبيل المثال، يتميز لحام b-ag50cuzncdni بقابلية ممتازة للبلل مقارنةً بالكربيد المُلصق، كما يتميز الوصل الملحوم بخصائص شاملة جيدة.

بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من معادن حشو اللحام، يمكن اختيار معادن حشو اللحام القائمة على المنغنيز والنيكل، مثل b-mn50nicucrco وb-ni75crsib، للعمل في كربيد الأسمنت الذي يعمل فوق 500 درجة مئوية ويتطلب قوة وصل عالية. للحام الفولاذ عالي السرعة، يجب اختيار معدن حشو اللحام الخاص بدرجة حرارة لحام مطابقة لدرجة حرارة التبريد. ينقسم هذا المعدن إلى فئتين: الأولى هي معدن حشو من نوع الفيرمنغنيز، والذي يتكون بشكل أساسي من الفيرمنغنيز والبوراكس. تبلغ قوة القص للوصلة الملحومة عمومًا حوالي 100 ميجا باسكال، ولكنها عرضة للتشقق؛ والثانية هي نوع خاص من سبائك النحاس يحتوي على النيكل والحديد والمنجنيز والسيليكون، ولا يسهل إحداث شقوق في الوصلات الملحومة، ويمكن زيادة قوة القص الخاصة به إلى 300 ميجا باسكال.

(2) يجب أن يتوافق اختيار مادة لحام اللحام وغاز اللحام الواقي مع المعدن الأساسي ومعدن الحشو المراد لحامهما. عند لحام فولاذ الأدوات وكربيد الأسمنت، يُستخدم بشكل أساسي البوراكس وحمض البوريك، مع إضافة بعض الفلوريدات (KF، NaF، CaF2، إلخ). تُستخدم مواد لحام اللحام Fb301 وfb302 وfb105 للحام النحاس والزنك، بينما تُستخدم مواد لحام اللحام fb101 إلى fb104 للحام النحاس والفضة. يُستخدم البوراكس بشكل أساسي عند استخدام معدن حشو خاص للحام للحام الفولاذ عالي السرعة.

لمنع أكسدة فولاذ الأدوات أثناء التسخين باللحام، وتجنب التنظيف بعده، يمكن استخدام اللحام المحمي بالغاز. يمكن استخدام الغاز الواقي إما غاز خامل أو غاز مختزل، ويجب أن تكون نقطة ندى الغاز أقل من -40 درجة مئوية. يمكن لحام كربيد الأسمنت تحت حماية الهيدروجين، ويجب أن تكون نقطة ندى الهيدروجين المطلوبة أقل من -59 درجة مئوية.

2. تقنية اللحام

يجب تنظيف فولاذ الأدوات قبل اللحام، ويجب ألا يكون السطح المُشَغَّل أملسًا جدًا لتسهيل تبليل وتوزيع المواد وتدفق اللحام. يُنفَّث سطح الكربيد الأسمنتي بالرمل قبل اللحام، أو يُصقل بكربيد السيليكون أو عجلة طحن الماس لإزالة الكربون الزائد، ليتم تبليله بمعدن الحشو أثناء اللحام. يصعب تبليل الكربيد الأسمنتي المحتوي على كربيد التيتانيوم. يُوضع معجون أكسيد النحاس أو أكسيد النيكل على سطحه بطريقة جديدة، ويُخبز في جو مُختزل لتسهيل انتقال النحاس أو النيكل إليه، مما يزيد من قابلية تبليل اللحام القوي.

يُفضّل إجراء لحام فولاذ الأدوات الكربوني قبل عملية التبريد أو بالتزامن معها. في حال إجراء اللحام قبل التبريد، يجب أن تكون درجة حرارة التصلب للمعدن الحشوي المستخدم أعلى من نطاق درجة حرارة التبريد، بحيث يظل اللحام متينًا بما يكفي عند إعادة تسخينه إلى درجة حرارة التبريد دون أي عطل. عند الجمع بين اللحام والتبريد، يُختار معدن الحشو بدرجة حرارة تصلب قريبة من درجة حرارة التبريد.

يحتوي فولاذ الأدوات السبائكي على مجموعة واسعة من المكونات. يجب تحديد معدن حشو اللحام المناسب، وعملية المعالجة الحرارية، وتقنية الجمع بين اللحام والمعالجة الحرارية وفقًا لنوع الفولاذ، وذلك لضمان أداء وصلات جيد.

عادةً ما تكون درجة حرارة إخماد الفولاذ عالي السرعة أعلى من درجة انصهار لحام الفضة والنحاس والزنك، لذا يلزم إخماده قبل اللحام، ثم أثناء أو بعد عملية التطبيع الثانوي. إذا لزم الإخماد بعد اللحام، فيمكن استخدام معدن حشو اللحام الخاص المذكور أعلاه فقط. عند لحام أدوات قطع الفولاذ عالي السرعة، يُفضل استخدام فرن الكوك. بعد ذوبان معدن حشو اللحام، أخرج أداة القطع واضغط عليه فورًا، ثم استخرج فائض معدن حشو اللحام، ثم سخّنه بالزيت، ثم سخّنه عند درجة حرارة تتراوح بين 550 و570 درجة مئوية.

عند لحام شفرة كربيد الأسمنت باستخدام شريط الأدوات الفولاذي، يجب اعتماد طريقة زيادة فجوة اللحام وتطبيق حشية تعويض بلاستيكية في فجوة اللحام، ويجب إجراء التبريد البطيء بعد اللحام لتقليل إجهاد اللحام ومنع الشقوق وإطالة عمر خدمة مجموعة أداة كربيد الأسمنت.

بعد لحام الألياف، يُغسل بقايا اللحام بالماء الساخن أو بمزيج إزالة الخبث العام، ثم يُنقع بمحلول نقع مناسب لإزالة طبقة الأكسيد عن قضيب الأداة الأساسي. مع ذلك، يُنصح بتجنب استخدام محلول حمض النيتريك لمنع تآكل معدن وصلة اللحام.