لحام فولاذ الأدوات وكربيد التنجستن

1. مواد اللحام

(1) عادةً ما تُستخدم معادن حشو اللحام النحاس النقي، أو النحاس والزنك، أو النحاس والفضة في لحام فولاذ أدوات اللحام وكربيدات الأسمنت. يتميز النحاس النقي بقابلية ترطيب جيدة لجميع أنواع كربيدات الأسمنت، ولكن يمكن الحصول على أفضل النتائج باللحام في جو اختزالي من الهيدروجين. في الوقت نفسه، ونظرًا لارتفاع درجة حرارة اللحام، يكون الإجهاد في الوصلة كبيرًا، مما يؤدي إلى زيادة احتمالية التشقق. تبلغ مقاومة القص للوصلة الملحومة بالنحاس النقي حوالي 150 ميجا باسكال، كما أن لدونة الوصلة عالية أيضًا، إلا أنها غير مناسبة للعمل في درجات حرارة عالية.

يُعدّ معدن حشو النحاس والزنك الأكثر شيوعًا في لحام فولاذ الأدوات وكربيدات الأسمنت. ولتحسين قابلية التبلل وقوة الوصلة، تُضاف عناصر أخرى مثل المنغنيز والنيكل والحديد إلى اللحام. على سبيل المثال، تُضاف نسبة 4% من المنغنيز إلى سبيكة النحاس والزنك (b-Cu58ZnMn) لرفع مقاومة القص لوصلات لحام كربيدات الأسمنت إلى 300-320 ميجا باسكال عند درجة حرارة الغرفة، مع الحفاظ على مقاومة تتراوح بين 220 و240 ميجا باسكال عند 320 درجة مئوية. كما أن إضافة كمية قليلة من ثاني أكسيد الكربون إلى سبيكة النحاس والزنك (b-Cu58ZnMn) ترفع مقاومة القص للوصلة إلى 350 ميجا باسكال، مع تعزيز مقاومتها للصدمات والإجهاد، مما يُحسّن بشكل ملحوظ عمر أدوات القطع وأدوات حفر الصخور.

تُسهم درجة انصهار معدن حشو اللحام النحاسي الفضي المنخفضة، بالإضافة إلى انخفاض الإجهاد الحراري في الوصلة الملحومة، في تقليل ميل كربيد التنجستن للتشقق أثناء عملية اللحام. ولتحسين قابلية التبلل للحام، وزيادة قوة الوصلة ودرجة حرارة تشغيلها، تُضاف عادةً عناصر مثل المنغنيز والنيكل وغيرها من العناصر السبائكية إلى اللحام. فعلى سبيل المثال، يتميز لحام b-ag50cuzncdni بقابلية تبلل ممتازة لكربيد التنجستن، مما يُكسب الوصلة الملحومة خصائص شاملة جيدة.

بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من معادن اللحام، يمكن اختيار معادن لحام أساسها المنغنيز والنيكل، مثل b-mn50nicucrco و b-ni75crsib، للحام كربيد التنجستن عند درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية، والتي تتطلب قوة وصلة عالية. أما بالنسبة للحام الفولاذ عالي السرعة، فينبغي اختيار معدن لحام خاص تتوافق درجة حرارة لحامه مع درجة حرارة التبريد. وينقسم هذا المعدن إلى فئتين: الأولى هي معدن لحام من نوع الفيرومنجنيز، ويتكون أساسًا من الفيرومنجنيز والبورق. تبلغ قوة القص للوصلة الملحومة حوالي 100 ميجا باسكال، ولكنها عرضة للتشقق. أما الفئة الثانية فهي سبيكة نحاسية خاصة تحتوي على النيكل والحديد والمنغنيز والسيليكون، وهي أقل عرضة للتشقق في الوصلات الملحومة، ويمكن زيادة قوة قصها إلى 300 ميجا باسكال.

(2) يجب أن يتوافق اختيار مادة اللحام المساعدة وغاز الحماية مع المعدن الأساسي ومعدن الحشو المراد لحامهما. عند لحام فولاذ الأدوات وكربيد التنجستن، تُستخدم بشكل أساسي مادة البوراكس وحمض البوريك كمادة مساعدة، مع إضافة بعض الفلوريدات (مثل فلوريد البوتاسيوم، فلوريد الصوديوم، فلوريد الكالسيوم، إلخ). تُستخدم مواد اللحام المساعدة Fb301 وfb302 وfb105 للحام النحاس والزنك، بينما تُستخدم مواد اللحام المساعدة من fb101 إلى fb104 للحام الفضة والنحاس. يُستخدم البوراكس بشكل أساسي عند استخدام معدن حشو خاص للحام الفولاذ عالي السرعة.

للحيلولة دون أكسدة فولاذ الأدوات أثناء التسخين باللحام، وتجنباً للتنظيف بعده، يُمكن استخدام اللحام المحمي بالغاز. يُمكن أن يكون الغاز الواقي إما غازاً خاملاً أو غازاً مُختزلاً، ويجب ألا تتجاوز درجة تكثفه -40 درجة مئوية. كما يُمكن لحام كربيد التنجستن تحت حماية الهيدروجين، ويجب ألا تتجاوز درجة تكثف الهيدروجين -59 درجة مئوية.

2. تقنية اللحام بالنحاس

يجب تنظيف فولاذ الأدوات قبل اللحام، ولا يشترط أن يكون سطحه المشغول ناعمًا جدًا لتسهيل ترطيب وانتشار المواد وتدفق اللحام. يُنصح بتنظيف سطح كربيد التنجستن بالرمل قبل اللحام، أو صقله بعجلة تجليخ من كربيد السيليكون أو الماس لإزالة الكربون الزائد، مما يُسهّل ترطيبه بمعدن الحشو أثناء اللحام. يصعب ترطيب كربيد التنجستن المحتوي على كربيد التيتانيوم، لذا تُطبّق عليه عجينة من أكسيد النحاس أو أكسيد النيكل بطريقة جديدة وتُخبز في جو مُختزل لتحويل النحاس أو النيكل إلى السطح، مما يزيد من قابلية ترطيب اللحام القوي.

يُفضّل إجراء عملية اللحام بالنحاس لصلب الأدوات الكربوني قبل أو بالتزامن مع عملية التبريد السريع. في حال إجراء اللحام قبل التبريد السريع، يجب أن تكون درجة حرارة انصهار معدن الحشو المستخدم أعلى من نطاق درجة حرارة التبريد السريع، لضمان بقاء اللحام قويًا بما يكفي عند إعادة تسخينه إلى درجة حرارة التبريد السريع دون حدوث أي انكسار. عند دمج اللحام والتبريد السريع، يجب اختيار معدن حشو ذي درجة حرارة انصهار قريبة من درجة حرارة التبريد السريع.

يحتوي فولاذ الأدوات السبائكي على مجموعة واسعة من المكونات. يجب تحديد معدن الحشو المناسب للحام، وعملية المعالجة الحرارية، وتقنية الجمع بين اللحام والمعالجة الحرارية وفقًا لنوع الفولاذ المحدد، وذلك للحصول على أداء وصلة جيد.

تكون درجة حرارة التبريد السريع للفولاذ عالي السرعة أعلى عمومًا من درجة انصهار لحام الفضة والنحاس ولحام النحاس والزنك، لذا من الضروري التبريد السريع قبل اللحام بالنحاس واللحام أثناء أو بعد التلدين الثانوي. إذا لزم التبريد السريع بعد اللحام بالنحاس، فلا يُستخدم إلا معدن الحشو الخاص المذكور أعلاه. عند لحام أدوات القطع المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة، يُفضل استخدام فرن الكوك. عند انصهار معدن الحشو، تُخرج أداة القطع وتُضغط فورًا، ثم يُستخرج معدن الحشو الزائد، ثم تُبرد بالزيت، ثم تُلدّن عند درجة حرارة تتراوح بين 550 و570 درجة مئوية.

عند لحام شفرة الكربيد الملبد بقضيب الأدوات الفولاذي، يجب اعتماد طريقة زيادة فجوة اللحام وتطبيق حشية تعويض بلاستيكية في فجوة اللحام، ويجب إجراء تبريد بطيء بعد اللحام لتقليل إجهاد اللحام ومنع التشققات وإطالة عمر خدمة مجموعة أدوات الكربيد الملبد.

بعد لحام الألياف، تُغسل بقايا التدفق على منطقة اللحام بالماء الساخن أو بمحلول إزالة الخبث، ثم تُعالج بمحلول تخليل مناسب لإزالة طبقة الأكسيد من قضيب اللحام الأساسي. مع ذلك، يجب الحذر من استخدام محلول حمض النيتريك لمنع تآكل معدن وصلة اللحام.