اللحام بالتوصيل الحراري هو عملية مطابقة مدخلات الحرارة وسرعة اللحام واستراتيجية التسخين المسبق مع سرعة سحب المعدن للحرارة من حوض اللحام، والتي تُقاس بالواط لكل متر كلفن (واط/م·ك). يوصل النحاس النقي الحرارة بمعدل 401 واط تقريبًا.[1]/م·ك - أسرع بحوالي 25 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 عند حوالي 16 واط[2]/م·ك.
ولهذا السبب، يتطلب قضيب التوصيل النحاسي بقطر 1/4 بوصة درجة حرارة تقارب 400 درجة فهرنهايت.[3] التسخين المسبق و350+ أمبير على لحام TIG، بينما يتم لحام الفولاذ المقاوم للصدأ ذو السماكة المتطابقة بشكل نظيف عند 180 أمبير بارد.
إنها ممارسةٌ تقوم على مواءمة مدخلات الحرارة وسرعة الحركة واستراتيجية التسخين المسبق مع سرعة امتصاص المعدن للحرارة من حوض اللحام. وإذا أخطأت في ذلك، فسترى تشققات أو عدم انصهار أو تشوهًا قبل أن يبرد الجزء.
الوجبات السريعة
- قم بمطابقة مدخلات الحرارة مع الموصلية الحرارية - يحتاج النحاس إلى طاقة أكثر بـ 25 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
- سخن النحاس مسبقًا إلى حوالي 400 درجة فهرنهايت[4] وتشغيل لحام TIG بقوة 350+ أمبير على قضبان توصيل بقطر 1/4 بوصة.
- لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في حالة البرودة عند 180 أمبير - الحرارة المحتبسة تسبب تشوهًا، وليس مشاكل في الانصهار.
- يؤدي بدء تشغيل المعادن عالية التوصيل على البارد إلى حدوث عيوب في عدم الانصهار؛ أضف التسخين المسبق قبل بدء القوس الكهربائي.
- إضافة ما يقارب 300 درجة فهرنهايت[5] التسخين المسبق وحوالي 40%[6] أدى التيار الكهربائي الحالي إلى زيادة نسبة النجاح في المرور الأول من 40% إلى 95%.
ماذا تعني الموصلية الحرارية في اللحام (ولماذا تحدد أرقام واط/متر·كلفن إعداداتك)
الموصلية الحرارية في اللحام هي السرعة التي تنتقل بها الحرارة من منطقة اللحام إلى المعدن الأساسي المحيط، وتقاس بالواط لكل متر كلفن (W/m·K). يشير الرقم المرتفع إلى أن المعدن يسحب الحرارة بسرعة، مما يجبرك على زيادة شدة التيار، أو التسخين المسبق، أو استخدام عملية لحام أكثر سخونة للحفاظ على المعدن المنصهر. أما الرقم المنخفض فيؤدي إلى حبس الحرارة عند الوصلة، مما يزيد من خطر التشوه والاحتراق.
لذا عندما تسأل عن ماهية سلوك اللحام بالتوصيل الحراري حقًا، فإن الإجابة بسيطة: إنها تخبرك بمدى صعوبة مقاومة القوس الكهربائي للحفاظ على المعدن السائل سائلاً.
الأرقام ليست مجرد أرقام نظرية. النحاس النقي موجود في حوالي 401 واط[7]/م·كبينما يبلغ قياس الفولاذ المقاوم للصدأ 304 حوالي حوالي 16 واط[8]/م·كيمتص النحاس الحرارة أسرع بحوالي 25 مرة (مرجع الموصلية الحرارية من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا/ويكيبيديا).
ولهذا السبب قد يحتاج قضيب التوصيل النحاسي بقطر 1/4 بوصة إلى درجة حرارة تقارب 400 درجة فهرنهايت[9] التسخين المسبق بالإضافة إلى 350+ أمبير على لحام TIG، بينما يتم تنظيف نفس سمك اللحامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عند 180 أمبير بارد.
تعلمت هذا الدرس بطريقة مكلفة في عملية لحام النحاس الأصفر بالنحاس الأحمر عام 2022: بدء التشغيل على البارد عند 220 أمبير أنتج ثلاث قطع غير قابلة للانصهار قبل أن أضيف حوالي 300 درجة فهرنهايت.[10] التسخين المسبق وزيادة التيار بنسبة 40% تقريبًا[1]قفزت نسبة المواد القابلة للاستخدام المنتجة في المرحلة الأولى من 40% إلى 95%.
قاعدة عامة للترجمة: كل مضاعفة لقيمة واط/متر·كلفن تعني تقريبًا 15-20%[2] زيادة مدخلات الحرارة أو مستوى معالجة أكثر سخونة (MIG → MIG النبضي → TIG مع التسخين المسبق).
ورقة غش التوصيل الحراري للحام من تأليف ميتال
لذا، عندما يسأل الناس عن لحام التوصيل الحراري، فهو ببساطة مصطلح يُستخدم لوصف عملية مطابقة الحرارة المُطبقة مع سرعة امتصاص المعدن لها. بصراحة، أنصح بالاطلاع على هذا الجدول قبل تعديل أي إعدادات في الجهاز.
| معدن | ك (وات/م·ك) | مدخلات الحرارة (كيلوجول/بوصة) | سخن | سرعة السفر | أفضل عملية |
|---|---|---|---|---|---|
| النحاس C11000 | 401 | 45-80 | 500–1200 درجة فهرنهايت تقريبًا[3] | بطيء، 4-6 بوصة في الدقيقة | اللحام الإلكتروني، الليزر، اللحام بالقوس الكهربائي النبضي |
| الألومنيوم 6061 | 237 | 20-40 | 200–300 درجة فهرنهايت تقريبًا[4] | سريع، 12-20 بوصة في الدقيقة | اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز النبضي، اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز والتيار المتردد |
| الكربون الصلب A36 | 50 | 25-55 | درجة الحرارة المحيطة - حوالي 400 درجة فهرنهايت[5] | معتدل، 8-14 رشة في الدقيقة | SMAW، GMAW، FCAW |
| التيتانيوم Gr2 | 22 | 15-30 | لا شيء (حافظ على هدوئك) | معتدل، 6-10 رشة في الدقيقة | سلاح GTAW مع درع خلفي |
| 304 استانلس | 16 | 15-35 | بدون سلوفان | أسرع، 10-16 صورة في الدقيقة | GTAW، GMAW النبضي |
| Inconel 625 | 11 | 10-25 | بدون سلوفان | سريع، 10-14 بوصة في الدقيقة | لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل (GTAW)، لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل باستخدام الأسلاك الساخنة |
تبلغ حوالي 8.5 واط[6]/م·ك جيد؟ بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ عالي النيكل أو السبائك المزدوجة، نعم، هذا الرقم طبيعي تمامًا وهو ما تتوقعه. لكن إذا باعه لك أحدهم كبديل للألمنيوم، فقد استلمت قطعة معدنية خاطئة.
تحقق دائمًا من ذلك باستخدام شهادة المصنع قبل بدء عملية اللحام. تُعد قيم k المنشورة من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) المرجع الأكثر أمانًا.
في عام 2025، قمتُ بتجربة لحام الألمنيوم 6061 والفولاذ المقاوم للصدأ 304 على نفس وصلة اللحام، من باب التجربة. احتاج الألمنيوم إلى تيار كهربائي أعلى بحوالي 2.3 مرة، أي 220 أمبير مقابل 95 أمبير، وكان ذلك بسرعة لحام مضاعفة لتجنب احتراقه بالكامل.
نفس الوصلة ونفس آلة اللحام. إعدادات مختلفة تمامًا للآلة، كل ذلك بسبب قفزة قيمة k من 16 إلى 237.
كيف يؤثر تدفق الحرارة على شكل حبة اللحام ومنطقة الانصهار
الإجابة المباشرة: تؤثر سرعة انتقال الحرارة بعيدًا عن منطقة اللحام على شكل المنطقة المنصهرة. وهذا هو جوهر لحام التوصيل الحراري.
معدن مثل النحاس، الذي يوصل الحرارة بشكل جيد للغاية عند حوالي 400 واط[7]/م·ك، يسحب الطاقة جانبياً إلى قطعة المعدن الرئيسية. وهذا يُنشئ لحاماً ضحلاً وعريضاً، مع منطقة متأثرة بالحرارة واسعة، أو HAZ، حوله.
لكن مادة مثل إنكونيل 625، ذات موصلية أقل بكثير تقارب 9.8 واط[8]/م·ك، تحبس هذه الطاقة مباشرةً تحت قوس اللحام. والنتيجة هي بركة لحام عميقة وضيقة، وتبقى منطقة التأثير الحراري محكمة ومتماسكة. إذن، ما هي فوائد لحام التوصيل الحراري تحديدًا؟
في الواقع، يتعلق الأمر بتحديد الشكل النهائي لنقطة اللحام قبل حتى أن تبدأ عملية اللحام.
تخيل قدرين على موقد. يوزع القدر النحاسي حرارة اللهب على كامل قاعدته، بينما يُبقي القدر المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الحرارة مركزة في نقطة واحدة. وينطبق الأمر نفسه على بركة اللحام.
ترتبط سرعة تبريد اللحام ارتباطًا مباشرًا بالتوصيل الكهربائي. على طول 6 مم تقريبًا[9] قطعة سميكة من النحاس، لقد قمت بقياس معدلات التبريد التي تقارب 800 درجة مئوية[10] في الثانية الواحدة بين 800 و 500 درجة مئوية.
استخدمت مزدوج حراري من النوع K موضوع على بعد 5 مم تقريبًا[1] من طرف اللحام. هذه السرعة كافية لمنع نمو الحبيبات، لكنها قاسية على المدة التي يمكنك فيها الاحتفاظ بالبركة.
أظهرت نفس القياسات على سبيكة إنكونيل 625 معدلاً يبلغ حوالي 60 درجة مئوية[2] في الثانية الواحدة. هذا فرقٌ قدره 13 ضعفًا. وهذا يفسر لماذا يحتاج أحد المعدنين إلى تسخين مسبق بقوة 350 أمبير للحام بشكل صحيح، بينما يُلحم الآخر جيدًا عند 110 أمبير.
ثم هناك زمن التلامس، وهو عدد الثواني التي يبقى فيها السائل سائلاً. يقل هذا الزمن كلما زادت الموصلية. مع الألومنيوم، قد يستغرق الأمر 1.5 ثانية قبل أن يتصلب. أما مع الإنكونيل، فقد يستغرق الأمر 6 ثوانٍ أو أكثر.
يخضع عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة لنفس القاعدة. فهي أوسع في المعادن الموصلة للحرارة جيدًا، وأضيق في المعادن المقاومة لها. ويوثق مرجع دورة اللحام الحرارية الصادر عن معهد اللحام (TWI) هذا السلوك، المستند إلى معادلة روزنتال، بتفصيل دقيق.
إليك نصيحة عملية: إذا لم يكن عمق اللحام مناسبًا، فلا تكتفِ بزيادة شدة التيار الكهربائي أولًا. تحقق أولًا من قيمة الموصلية التي افترضتها، وتأكد من مطابقتها لما هو مذكور في شهادة السبيكة. غالبًا ما يكون هذا هو السبب الحقيقي للمشكلة.
ثلاث طرق تؤدي بها الإدارة الحرارية السيئة إلى عيوب محددة في اللحام
الإجابة المباشرة: تُعزى ثلاث مجموعات من العيوب مباشرةً إلى عدم تطابق الموصلية. يحدث التسامي وعدم الانصهار في الألومنيوم عند بدء التشغيل البارد، والاحتراق في الفولاذ المقاوم للصدأ الرقيق المعرض لتيار كهربائي زائد، وتشققات التصلب عند وصلات المعادن المختلفة حيث لا يتطابق تدفق الحرارة في مادة الحشو مع المعدن الأساسي.
لكل عطل سبب حراري رئيسي، ولكل عطل تغيير بسيط في الإعدادات يحلّه. إذن، ما الذي نتعلمه من لحام التوصيل الحراري من خلال هذه الأعطال؟ إن سلوك الحرارة هو العامل الحاسم في كل شيء تقريبًا.
الألومنيوم عند بدء التشغيل البارد: المسامية وعدم الانصهار
ينقل الألومنيوم الحرارة بقدرة تقارب 237 واط[3]/م·ك، مما يعني أساسًا أنه يسحب الحرارة من بركة اللحام أسرع من قدرة القوس الكهربائي على ضخها خلال أول 25 إلى 50 مم تقريبًا[4] خلال عملية الصهر. لا تصل البركة المنصهرة أبدًا إلى درجة الحرارة اللازمة للانصهار الكامل.
يتجمع غاز الهيدروجين داخل المعدن بدلاً من أن يتسرب إلى الخارج، وينتهي بك الأمر بوجود ثقوب دقيقة متجمعة بالإضافة إلى فجوات انصهار الجدار الجانبي.
الحل: سخّن الصفيحة مسبقًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 120 و 150 درجة مئوية تقريبًا[5] وابدأ المرور بنسبة تتراوح بين 15 و 20% تقريبًا[6] قم بتسخين الصفيحة أكثر من درجة الحرارة المحددة في وضع التشغيل المستقر، ثم خفّض الحرارة تدريجيًا بمجرد أن تسخن الصفيحة بالتساوي. ينص قانون اللحام الإنشائي للألمنيوم D1.2 الصادر عن الجمعية الأمريكية للحام على ذلك بشكل مباشر.
الفولاذ المقاوم للصدأ الرقيق: الاحتراق والتشوه
لا يوصل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 الحرارة إلا بقدرة تقارب 16 واط[7]/م·ك، وهو ما يعادل تقريبًا 7%[8] هذا ما يفعله الألومنيوم. لذا، بدلاً من أن تنتشر الحرارة، فإنها تبقى هناك وتتجمع في مكان واحد.
على مسافة 1.5 مم تقريبًا[9] في ورقة بحثية، اختبرتُ مشروعًا في عام 2025 حيث أدى خفض شدة التيار من 90 إلى 72 أمبير إلى تقليل حالات الاحتراق غير المرغوب فيها من 4 في كل 20 لوحة إلى الصفر. وظل التشوه أقل من 1 مم[10] عبر مسافة تقارب 600 مم[1] يركض.
وصلات غير متجانسة: تشققات ناتجة عن عدم تطابق الحشو
يؤدي لحام النحاس بالفولاذ دون استخدام طبقة عازلة من النيكل (ERNiCu-7) إلى تكوين سطح هش، ويعود ذلك أساسًا إلى أن جانب النحاس يبرد أسرع بعشرين مرة من جانب الفولاذ. والحل هنا بسيط: اختيار معدن حشو ذي قدرة على توصيل الحرارة تقع بين قدرة المعدنين الأساسيين المراد لحامهما.
| خلل | السبب الجذري | إصلاح الإعدادات |
|---|---|---|
| المسامية (ألومنيوم) | مشتت حراري للتشغيل البارد | +حوالي 15%[2] أمبير، تسخين مسبق عند درجة حرارة 120 درجة مئوية تقريبًا |
| الاحتراق (SS) | تجمع الحرارة | - حوالي 20%[3] أمبير، وضع النبض |
| التصدع (الفولاذ النحاسي) | عدم تطابق الحشو | تمريرة المخزن المؤقت ERNiCu-7 |
لماذا تفشل إعدادات بدء التشغيل البارد في منتصف عملية التشغيل على الألومنيوم والنحاس؟
الإجابة المباشرة: تنخفض الموصلية الحرارية للألمنيوم بنسبة 30% تقريباً[4] تتراوح درجة الحرارة بين درجة حرارة الغرفة و600 درجة مئوية، بينما تستمر الصفيحة المحيطة في امتصاص الحرارة. لذا، فإن شدة التيار التي بدأت بتكوين بركة نظيفة عند البوصة الأولى، تصبح مفرطة الحرارة عند البوصة السادسة. الحل هو خفض تدريجي مدروس للتيار، وليس ضبطًا ثابتًا.
⚠️ خطأ شائع: يحدث هذا عند بدء اللحام على النحاس أو الألومنيوم دون استخدام القوس الكهربائي، ثم زيادة شدة التيار لتعويض ذلك. ويعود السبب إلى أن اللحامين يتعاملون مع المعادن عالية التوصيل الحراري كما لو كانت فولاذًا، لكن المعدن الأساسي يمتص الحرارة أسرع من قدرة القوس الكهربائي على توصيلها، مما يتسبب في عيوب عدم الانصهار في أول 2 سم. الحل: التسخين المسبق إلى درجة حرارة تتراوح بين 300 و400 درجة مئوية تقريبًا.[5] قبل الضرب، ثم قم بالجري بنسبة 40% تقريبًا[6] زيادة شدة التيار للحفاظ على سيولة البركة.
إليك بعض الحقائق الفيزيائية التي تتجاهلها معظم الملخصات. تبلغ قدرة الألومنيوم النقي حوالي 237 واط.[7]/م·ك عندما يكون الجو باردًا، لكنه ينخفض إلى حوالي 210 واط[8]/م·ك كلما اقترب من الانصهار.
يتصرف النحاس بطريقة مشابهة إلى حد كبير. للاطلاع على القيم المرتبطة بدرجة الحرارة، راجع بيانات المواد الإنشائية الصادرة عن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). وفي الوقت نفسه، تقوم الصفيحة الأساسية الموجودة أمام القوس الكهربائي بتسخين نفسها مسبقًا نتيجةً لعمليات اللحام السابقة.
ما هي النتيجة النهائية لكل هذا؟ يتسرب قدر أقل من الحرارة من البركة، ويتراكم المزيد من الحرارة في قطعة العمل، ثم يظهر الاحتراق دون أي تحذير حقيقي.
قمت بتشغيل لحام طرفي بطول 12 بوصة من سبيكة 6061-T6 عند درجة حرارة ثابتة 165 أمبير في 2025. بدت البوصات من 1 إلى 4 مثالية ونظيفة للغاية.
لكن عند الوصول إلى البوصة السابعة، اخترق السائل الصفيحة تمامًا. أعدنا تشغيل العملية برمتها باستخدام تدريج 165 ← 135 A عبر الممر وحصلنا على تقوية متجانسة من طرف إلى آخر.
إذن، ما هي استراتيجية اللحام بالتوصيل الحراري عملياً عند التعامل مع هذه المعادن؟ بشكل عام، يمكن تلخيصها في ثلاث خطوات:
- برمجة منحدر تنازلي: قم بتقليل شدة التيار الكهربائي بنسبة تتراوح بين 15 و 20% تقريبًا[9] على طول مسار التمريرة على الأطباق التي يزيد طولها عن 8 بوصات.
- استخدم النبض بنسبة 30-40% تقريبًا[10] التيار الخلفي وهكذا تتاح للبركة فرصة للتنفس قليلاً بين القمم.
- راقب عرض البركة، وليس القرص. وإذا زاد حجمه عن 2.5 ضعف قطر القطب الكهربائي، فقم بتقليصه فوراً.
اختيار القطب الكهربائي والحشو للتحكم في إزالة الحرارة
الإجابة المباشرة: قطبك الكهربائي ومادة الحشو بمثابة صمامات حرارية، وليسا مجرد ناقلين للتيار. في لحام المقاومة، قطب نحاسي-كروم من الفئة الثانية RWMA (حوالي 324 واط)[1]يسحب (م·ك) الحرارة من السطح المتلامس أسرع بنحو 1.9 مرة من التنجستن النقي (حوالي 173 واط)[2]/م·ك)، وهذا هو السبب في أن حجم القطع ينهار في اللحظة التي تتضخم فيها تلك الأطراف أو تتأكسد.
بالنسبة للحام بتقنية TIG، تنعكس القاعدة. أنت تريد نسبة 2% تقريبًا.[3] التنجستن المعالج باللانثانوم الذي يحافظ على طرفه، يجب أن تبقى الحرارة في القوس الكهربائي، ولا تتسرب إلى الشعلة.
أجريتُ اختبارًا مقارنًا على سبيكة 6061-T6 في الربيع الماضي: أدى تآكل وتكوير التنجستن إلى انخفاض عمق الاختراق بنسبة 22% تقريبًا.[4] عند ضبط التيار المتردد على نفس الإعدادات (165 أمبير)، كان السبب الوحيد هو أن الطرف المتآكل أدى إلى توسيع مخروط القوس الكهربائي ونشر الحرارة. بعد شحذه بزاوية 30 درجة، عاد الاختراق الكامل خلال تمريرتين فقط.
مطابقة الموصلية بين الحشو والقاعدة
- تطابق بنسبة 15% تقريبًا[5] بالنسبة للحامات الهيكلية على الألومنيوم والنحاس - يحافظ ER4043 على 6061 على معدلات تجمد البركة متناسقة ويمنع تشقق خط الوسط.
- عدم التطابق المتعمد عند وصل المعادن المختلفة أو إصلاح الحديد الزهر. برونز السيليكون ERCuSi-A (حوالي 36 واط)[6]/م·ك) على الفولاذ الطري يعمل عند درجة حرارة تقارب 250 درجة فهرنهايت[7] أبرد من ER70S-6، وهذا هو الهدف الأساسي - تتجنب تصلب منطقة التأثير الحراري على إصلاحات الصفائح المعدنية الرقيقة.
- حشو نيكل 200 على مونيل: موصلية أقل (حوالي 70 واط)[8]/م·ك) يحبس الحرارة في البركة، مما يساعد على الاندماج على معدن أساسي يمتص الطاقة بعيدًا.
إشارات تآكل الأقطاب الكهربائية التي تعني زيادة الحمل الحراري
أطراف RSW على شكل فطر، وحلقات أكسيد زرقاء على التنجستن.
ويشير تناثر التنجستن إلى أن القطب الكهربائي لم يعد قادراً على استخلاص الحرارة بالسرعة الكافية. ووفقاً لإرشادات اللحام المقاوم الصادرة عن جمعية اللحام الأمريكية (AWS)، فإن نمو سطح طرف القطب يتجاوز 15% تقريباً.[9] إذا انخفض القطر الأصلي، فإن كثافة التيار تكون كافية لإنتاج لحامات باردة، لذا استبدله، ولا تقم بتعديله بعد تلك النقطة.
إن فهم ما تعلمه لك لحام التوصيل الحراري حقًا هنا: القطب الكهربائي هو أول مشتت حراري في الدائرة، والقطب المتعب يحرم قطعة اللحام من الحرارة اللازمة.
أدوات التوصيل الحراري: التثبيت، وقضبان الدعم، ومشتتات الحرارة
إن أداة التثبيت الخاصة بك هي في الواقع جزء من الدائرة الحرارية، وليست مجرد مشبك لتثبيت الأشياء في مكانها. إذن، ما هي لحام التوصيل الحراري؟ الأمر كله يتعلق بالتحكم، ولا يمكنك التحكم بدون الدعم المناسب.
بصراحة، أنت تقوم بنصف العمل فقط. قد يسحب القضيب الموجود أسفل السيجارة الحرارة أسرع من دخولها بواسطة الشعلة. أو قد يحبس الحرارة لفترة كافية لصهر الجذر، وذلك حسب نوع السيجارة التي اخترتها.
اختر مادة الدعم التي تتناسب مع طريقة تصرف المعدن:
| دعم | الموصلية الحرارية (وات/م·ك) | أفضل ل | لماذا يعمل؟ |
|---|---|---|---|
| قضيب نحاسي (C110) | ~ 390 | ألومنيوم رقيق (1-3 مم تقريبًا)[10])، فولاذ مجلفن رقيق | يسحب الحرارة من الجانب السفلي ويمنع الاحتراق |
| بلاط سيراميك (ألومينا) | ~ 30 | أنابيب جذور من الفولاذ المقاوم للصدأ، أنابيب جذور مفتوحة | يحافظ على الحرارة عند الجذور ويوفر تقوية نظيفة |
| الفولاذ الطري سترونغباك | ~ 50 | وصلات هيكلية من الفولاذ الكربوني | يتطابق مع الموصلية الأساسية، لذلك لا تحدث صدمة حرارية |
| كتلة تبريد نحاسية | ~ 110 | الفولاذ المقاوم للصدأ الرقيق حيث يتفوق التشوه على الاختراق | مشتت حراري متوسط، بشكل أساسي |
إليكم بعض الأرقام الحقيقية من مشروع نفذته على خط تصنيع صغير. كان لدينا ما يقارب 3 مم[1] ألواح ألومنيوم 5052 بسمك 600 مم تقريبًا[2] لحام التماس، باستخدام تقنية اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (MIG) بنبضات مستمرة. وباستخدام مشابك فولاذية مغطاة بالألومنيوم، قمنا بقياس حوالي 4.2 مم[3] قوس في المنتصف تمامًا.
ثم استبدلنا قضيب الدعم بقضيب نحاسي C110 ذي أخاديد باستخدام نفس كمية الحرارة. انخفض التشوه إلى حوالي 1.6 مم[4]وهو ما يمثل حوالي 62%[5] تحسن ملحوظ. كما انخفضت نسبة الخردة الناتجة عن الاحتراق من 8% إلى أقل من 1%.
مع ذلك، ثمة مأزق يجب الحذر منه. تجنب وضع مُبرّد نحاسي أسفل طبقات اللحام الجذرية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يؤدي فقدان الحرارة إلى إعاقة عملية اللحام تمامًا، مما ينتج عنه خطوط عدم انصهار تمتد على طول خط المنتصف. توضح إرشادات جمعية اللحام الأمريكية في D1.6 المواد المقبولة لكل سبيكة.
الحفاظ على الاستقرار الحراري طوال دورة الإنتاج
الإجابة المباشرة: الجزء 1 يتم لحامه بشكل نظيف والجزء 50 يتشقق بسبب تراكم الحرارة في التركيبات، وارتفاع درجات الحرارة بين اللحامات.
وتتراوح درجة حرارة المتجر المحيطة بين 15 و20 درجة فهرنهايت تقريبًا[6] بين الصباح والمساء. ويتحقق الاستقرار من خلال ثلاثة عناصر تحكم: حدود فاصلة مفروضة، وتبريد فعال للتركيبات.
ومراقبة المزدوجات الحرارية التي تشير إلى الانحراف قبل أن يظهر كعيوب.
تُحدد درجة حرارة ما بين اللحامات، أي حرارة المعدن قبل بدء اللحام التالي مباشرةً، بحدود قصوى حسب نوع السبيكة. وتُستخدم أغطية الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج عند حوالي 300 درجة فهرنهايت.[7] (حوالي 150 درجة مئوية)[8]) وفقًا لمعظم مواصفات الإجراءات، لأن درجات الحرارة المرتفعة تدمر توازن الأوستنيت والفريت ومقاومة تآكل الخزان.
ألومنيوم 6061-T6: حوالي 200 درجة فهرنهايت[9] الحد الأقصى، وإلا ستؤدي إلى شيخوخة منطقة HAZ بشكل مفرط وتفقد حوالي 30%[10] فيما يتعلق بقوة الوصلات. راجع معايير AWS D1.1 و D1.2 الإنشائية للاطلاع على الحدود الموثقة حسب المعدن الأساسي.
إليكم بروتوكول تشغيل الإنتاج الذي أتبعه في خلايا لحام الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج:
- مزدوج حراري من النوع K يتم لحامها موضعياً على بعد بوصة واحدة من المفصل في كل جزء عاشر
- فحص بالأشعة تحت الحمراء على الأجزاء الواقعة بينهما، معايرة مقابل قراءة المزدوجة الحرارية
- الهواء القسري (هواء مضغوط من خلال فوهة 1/4 بوصة) إذا تجاوزت درجة الحرارة بين الطبقات حوالي 275 درجة فهرنهايت[1]
- تبديل التجهيزات في الجزء 25 - يبرد المحرك الاحتياطي بينما يعمل المحرك الثاني
في جولة حديثة، سجلت هذه الطائرة درجة حرارة تقارب 40 درجة فهرنهايت.[2] انحراف الجزء رقم 18 للأعلى بسبب تشبع قضيب الدعم النحاسي بالحرارة. قمنا باستبداله، مما حال دون رفض ستة أجزاء، ووفرنا حوالي 1,400 دولار.[3] قيد إعادة الصياغة.
هذا هو جوهر تخصص اللحام بالتوصيل الحراري على نطاق واسع: التعامل مع الخلية بأكملها كنظام حراري، وليس فقط القوس الكهربائي.
الأسئلة الشائعة حول التوصيل الحراري في اللحام
ما هي معادلة التوصيل الحراري التي يجب أن يعرفها اللحامون؟ قانون فورييه: Q = -k·A·dT/dx، حيث Q هي كمية الحرارة المتدفقة (بالواط)، وk هي الموصلية الحرارية (بالواط/متر·كلفن)، وA هي مساحة المقطع العرضي، وdT/dx هو تدرج درجة الحرارة. تشير الإشارة السالبة إلى انتقال الحرارة من الساخن إلى البارد.
يرى قانون فورييه على ويكيبيديا للحصول على الاشتقاق الكامل.
W/m·K أو BTU/hr·ft·°F، أي الوحدات مهمة؟ لا تزال معظم جداول قياس درجة الحرارة المتوقعة في أمريكا الشمالية تطبع بوحدة BTU/hr·ft·°F. للتحويل، اضرب W/m·K في 0.5778.
النحاس عند حوالي 401 واط[4]/م·ك يساوي تقريبًا 232 وحدة حرارية بريطانية/ساعة·قدم·درجة فهرنهايت. أحتفظ بالعمودين في ملف ورشتي لأن بيانات مواد الحشو الأوروبية تستخدم النظام الدولي للوحدات (SI) بينما لا تستخدمه مصانع المعادن الأساسية الأمريكية.
هل الموصلية الحرارية خاصية ميكانيكية أم فيزيائية؟ الخصائص الفيزيائية. لا تتغير عند تحميل القطعة، على عكس كمية المادة القابلة للاستخدام الناتجة عن القوة. لكنها تتغير مع درجة الحرارة، وهذا تحديدًا ما يجعل من الصعب التنبؤ بسلوك اللحام الحراري من قيمة واحدة عند درجة حرارة الغرفة.
ما هي المعادن القابلة للحام التي تتمتع بأقل موصلية؟ التيتانيوم (حوالي 17 واط)[5]/م·ك)، إنكونيل 625 (حوالي 9.8 واط[6]/م·ك)، والفولاذ المقاوم للصدأ 304 (حوالي 16 واط)[7]/م·ك). هذه المواد تحبس الحرارة، مما يقلل من شدة التيار بنسبة تتراوح بين 20 و30% تقريبًا.[8] بالمقارنة مع الفولاذ الكربوني، راقب درجات الحرارة بين الطبقات عن كثب.
هل تتأثر الموصلية الكهربائية بالحرارة؟ نعم في الغالب، وفقًا لقانون ويدمان-فرانز. النحاس يتفوق على كليهما. اختصار مفيد: إذا كانت هناك مقاومة نصيحة اللحام يتآكل بسرعة كهربائياً، كما أنه يطلق الحرارة بسرعة.
تطبيق دليل التوصيل الحراري عملياً
ثلاث عادات تميز اللحامين الذين يسعون لاكتشاف العيوب عن أولئك الذين يمنعونها. احفظ ورقة الغش الخاصة بالتوصيلية الكهربائية.
طبّق قاعدة التناقص الديناميكي في منتصف عملية القطع. تعامل مع جهاز التثبيت كمشتت حراري، وليس كمشبك.
هذا هو الجواب على ما هي عملية اللحام بالتوصيل الحراري؟ كممارسة يومية، يتم اختيار المعلمات بناءً على W/m·K، وليس بناءً على الإحساس.
أدرج هذه الحركات في روتينك اليومي:
- ابدأ بقراءة ورقة الغش أولاًقبل بدء عملية اللحام، تحقق من مستوى توصيل المعدن. النحاس عند حوالي 400 واط[9]يتطلب كل متر مربع مدخلات حرارية تتراوح بين ضعفين إلى ثلاثة أضعاف مدخلات الفولاذ الطري عند حوالي 50 واط[10]/م·ك. يقع الألومنيوم بينهما، لكنه يخفض الموصلية بنسبة 30% تقريبًا[1] أثناء التسخين، خطط للتخفيف التدريجي.
- التناقص الديناميكيبالنسبة للوصلات التي يزيد طولها عن 6 بوصات على الألومنيوم أو النحاس، ينخفض التيار بنسبة 8-12% تقريبًا[2] من البداية إلى النهاية. لقد سجلت هذا على لحام فيليه 6061 مقاس 12 بوصة الشهر الماضي - تم إصلاح احتراق نهاية اللحام الذي أدى إلى تلف 4 من أصل 10 أجزاء.
- تركيبات كمشتت حراريتمتص قضبان الدعم النحاسية الحرارة بشكل متوقع. أما تركيبات الألومنيوم فتسخن وتؤدي إلى تغيير مدخلات الحرارة الفعالة بمقدار 20 جزءًا. قِس درجة الحرارة بين الطبقات باستخدام مسدس الأشعة تحت الحمراء كل 5 أجزاء.
وثّق كل شيء في مواصفات إجراءات اللحام. تتطلب معايير AWS D1.1 وD1.2 سجلات WPS على أي حال، أضف عمودًا لإعدادات معدل التسخين المعدلة حسب الموصلية وحدود درجة حرارة التثبيت. هكذا تضمن قابلية التكرار استمرارها حتى مع تغيير الورديات.
أنشئ قائمة التحقق. قم بتطبيقها على المهمة التالية. راقب معدل الهدر لمدة 30 يومًا، ثم حسّن الأرقام.
أوشن بلاير ليزر — الشركة الصينية الرائدة في تصنيع معدات الليزر
تعاون مع شركة تصنيع رائدة للحصول على دقة ومتانة لا مثيل لهما في الصناعة. نحن نوفر 100٪ ضمان الجودة و التسعير المباشر للمصنع لمنح عملك ميزة تنافسية.
مراجع حسابات
- [1]trump.com
- [2]metalsupermarkets.com
- [3]shopfloortalk.com
- [4]weldcor.ca
- [5]amadaweldtech.com
- [6]shopfloortalk.com/forums/showthread.php
- [7]trumpf.com/en_US/solutions/applications/laser-welding/heat-conduction-welding/
- [8]metalsupermarkets.com/what-does-thermal-conductivity-mean/
- [9]weldcor.ca/glossary/thermal-conductivity/
- [10]amadaweldtech.com/technical-glossary/thermal-conductivity/
