بحث عن طريقة لحام المعادن

]اللحام هو عبارة عن عملية للحصول على وصلة غير قابلة للفك ، من خلال التسخين الموضعي لأطراف الأجزاء الموصلة ، وللتعرف على الجانب العملي في عمليات وصل[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]وإصلاح أجزاء بمركبة فضاء أثناء دورانها حول الأرض من خلال التحكم بجهاز تشغيل من على سطح الأرض ، أو [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]أسلاك لا يزيد قطرها عن بضعة أجزاء من الألف من الملليمتر ، أو إجراء عمليات [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]في داخل مفاعل نووي عامل دون خطر التعرض للإشعاعات النووية المدمرة ، ومن ثم فقد أدى ذلك إلى إنتشار وسائل الوصل باللحام بإعتبارها من أفضل أنواع الوصلات الدائمة ، وبالتالي فقد حلت محل وسيلة الوصل بمسامير البرشام بشكل كبير ، بالإضافة إلى أنه في الوقت الحالي قد بدأت الأجزاء الموصلة باللحام تحل محل أجزاء الماكينات المشكلة بالطرق والسبك بنجاح . هذا بالإضافة إلى عمليات اللحام والقطع باستخدام اللهب والكهرباء ، وأيضاً بأساليب اللحام الحديثة وعلى سبيل المثال لا الحصر .. كاللحام بالقوس الكهربائي المحجب بغاز واق أو خامل ـ اللحام بالقوس المغمور ـ اللحام بقوس البلازما ـ اللحام بالحزمة الالكترونية ـ اللحام بالحزمة الضوئية من خلال استخدام حزمة ضوئية حادة من أشعة الليزر ذات مقطع مجهري صغير تولد كثافة حرارية عالية ـ اللحام بأشعة الليزر ـ اللحام بالذبذبات فوق السمعية ـ اللحام بالاحتكاك ـ اللحام بالتكسيةـ التكسية السطحية بطبقات صلدة ـ التكسية بقوس البلازما ـ التكسية برش ]ـ لحام الثرميت ـ اللحام بالقوس باستخدام الهيدروجين الذري ـ [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]القوس المحجب بغاز ثاني أكسيد الكربون ـ اللحام الكهربائي الخبثي ـ القطع القوسي الهوائي ـ القطـع باللهب ـ القطع بقوس نافذ بالبلازما ـ القطع أسفل سطح الماء باستخدام الأكسوجين وغاز الأكسي إستيلين أو باستخدام القوس والأكسوجين.
ومن ثم فإنه يمكن تفسير عمليات اللحام بأنها عمليات للوصل الدائم بين [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]باستخدام الحرارة أو باستخدام الضغط والحرارة ، حيث تتخالط جزيئات القطع المراد وصلها ببعضها البعض عند منطقة التأثير ، وذلك عن طريق اسـتخدام معدن إضافي أو بدونه ، وعمليات اللحام هي وسيلة للحصول على وصـلات قوية دائمة غير قابلة للفك .. وأيضا غير قابلة للتسرب ، حيث أنها تعطي نفس خواص المعدن الأساسي.
يتناول هذا الموضوععرض لبعض عمليات اللحام والقطع ، كاللحام بالصهر عن طريق استخدام الغاز.
لحام وقطع المعادن
اللحام هو عبارة عن عملية للحصول على وصلة غير قابلة للفك ، من خلال التسخين الموضعي لأطراف الأجزاء الموصلة ، وللتعرف على الجانب العلمي في عمليات وصل [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط][/url]باللحام ، فإنه يمكن تلخيص ذلك من خلال تأمل أي جسم معدني في درجة حرارته العادية .. أي في درجة حرارة الجو المحيط . نجد أن أساس تماسك هذا الجسم وعدم تفككه ، هو قوة الجذب المتبادلة بين الذرات المكونة لمادة هذا الفلز (المعدن) ، ومقاومة جزيئاته للانفصال عن بعضها البعض.
لذلك عند إجراء عملية وصل للأجزاء المعدنية المتشابهة عن طريق اللحام ، فأنه يجب العمل على تهيئة الأطراف المراد وصلها ، لكي تتقارب ذراتها مع بعضهما البعض وتندمج أكثر ، بحيث تتماثل ظروف كل منهما مع الجزء الآخر ، ومن ثم فإن وصل هذه الأطراف سيكون أمراً حتمياً ، الذي سيؤدي إلى وصلة دائمة غير قابلة للتفكك.
تعتبر وسيلة الوصل باللحام من أفضل أنواع الوصلات الدائمة ، لذلك فإنها حلت محل وسيلة الوصل بمسامير البرشام بشكل كبير ، بالإضافة إلى أنه في الوقت الحالي قد بدأت الأجزاء الموصلة باللحام تحل محل الأجزاء المشكلة بالطرق والسبك بنجاح.
تعريف اللحام :
هو وصل دائم للأجزاء المعدنية باستخدام الحرارة ، أو باستخدام الضغط والحرارة معا.
ولكي تكون الوصلة بين الجزأين المراد لحامهما من الوصلات الجيدة ، فلا بد أن يكن هناك تقارب بين ذرات الجزأين المراد وصلهما حتى تتكون بلورات معدنية مشتركة تحقق ذلك الوصل ، والارتباط المثالي.
ومن خلال التسخين تتباعد الجزيئات عن بعضهما البعض ، وتنخفض قوى الجذب فيها ، وبازدياد التسخين تتباعد الجزيئات عن بعضهما أكثر فأكثر ، وتنخفض بالتالي قوة تماسكهما وترابطهما ، ويكون من السهل أن يتحرك أي جسم أخر خلالها ، ويسهل بذلك مزجها مع مادة متعجنة أخرى من نفس التركيب ، عن طريق استخدام معدن إضافي أو بدونه.
وعند تجمد منطقة الوصل يصير هذا المخلوط المتجانس من المادتين كتلة واحدة متماسكة . وعلى ذلك يمكن تفسير عملية اللحام بأنها وصل دائم للمعادن باستخدام الحرارة ، أو باستخدام الضغط والحرارة معا.
والغرض من عمليات اللحام المختلفة هو الحصول على وصلات قوية دائمة وغير قابلة للفك .. وأيضا غير قابلة للتسرب ، كما تعطي نفس خواص المعدن الأساسي.
مميزات اللحام :
تتميز عمليات اللحام بتحقيق الوصل الدائم بين الأجزاء ، كما تتميز بالمميزات التالية :-
1. تحقيق وفرة كبيرة في المعدن.
2. تخفيض الأوزان.
3. تبسيط لإنشاء وتصميم المنتجات والمنشآت.
4. سهولة التصنيع والتجميع.
5. الاقتصاد في الأيدي العاملة.
6. الاقتصاد في زمن التشغيل.
7. تخفيض ثمن المنتج المصنع.
أساليب [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]المعادن
لتحقيق [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]مثالي ، فإنه يجب وجود طاقة بمقدار معين لتحقيق الإقتراب أو الإرتباط الذري بين الأطراف المراد وصلها ، نجد أن هذه الطاقة تأخذ صوراً مختلفة وهي ، أما أن تكون طاقة ميكانيكـية .. أي بالضـغط الميكانيكي دون الحاجة إلى تسخين (كالحام على البارد) Cold welding ، أما أن تكون طاقة حرارية .. أي بالتسخين حتى تصل إلى درجـة حرارة إنصهار الوصلة .. أي تحويل الأطراف من الحالة الجامدة إلى الحالة المنصهرة ، وبذلك تتمكن ذرات الأطراف من الإقتراب وإختلاط بضعها ببعض ، وعند التجمد بالتبريد نجد أن ذرات طرفي الوصلة ترتبط ببعضيهما البعض ، كما هو الحال في عملية الصـب (السباكة) ، وهو ما يسمى بلحام الصهر Fusion welding وقد تكون تكون الطاقة المستخدمة في اللحام بالتسخين والضغط.
ويمكن تلخيض أساليب [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]الشائعة الاستخدام من خلال الرسم التخطيطي التالي :-


قابلية  الحديدية وسبائكها للحام :
توجد الحديدية وسبائكها بأنواع مختلفة ، يختلف كل منها عن الآخر باختلاف خواصها الطبيعية وتركيبها الكيميائي ، كما تختلف قابلية اللحام من معدن إلى آخر .. أو من سبيكة إلى أخرى ، وكذلك الطريقة المستخدمة في اللحام لكل منهم.
وللحصول على أفضل النتائج عند [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] المختلفة ، فإنه يجب أن تكون الأجزاء المراد وصلها بالمواصفات التالية :-
1. جيدة التوصيل للحرارة.
2. قليلة الانكماش.
3. معامل التمدد الطولي لها صغير.
4. عدم زيادة نسبة الكربون عن 0.2 % ، حيث أنه كلما ارتفعت نسبة الكربون ، تنخفض قابلية المعدن للحام ، علما بأن وجود الكربون بنسبة تزيد عن 0.6 % يكون اللحام صعباً.
5. عدم وجود الشوائب الفسفورية والكبريتية بقطع الصلب المراد لحامها ، حيث يؤثر ذلك تأثير بالغ على قابلية الصلب للحام.
ملاحظة :
يؤدي رداءة التوصيل للحرارة إلى تركيز الحرارة في جزء صغير وعدم تساوي درجة الحرارة بالأجزاء المراد لحامها ، ومن ثم تكون الإجهادات الداخلية المتكونة أشد كلما كان معامل التمدد الطولي للمعدن وإنكماشه أكبر.
قابلية غير الحديدية للحام :
تتميز الغير حديدية وسبائكها بسهولة لحامها . ومع ذلك فإنه يجب الأخذ في الاعتبار سهولة تأكسد هذه المواد ، وارتفاع معامل تمددها الطولي ، وبالتالي صعوبة انصهار الأكاسيد المتكونة.
أنواع اللحام :
فيما يلي عرض لبعض أنواع الوصل اللحام مثل اللحام على البارد ، ولحام الصهر بنوعية الرئيسيين ، واللحام الذاتي ، واللحام غير الذاتي.
اللحام على البارد:
لو أردنا وصل قطعتين من المعدن باللحام على البارد أي دون أي تسخين ، نجد أن ذلك ممكن من الناحية النظرية طالما كانت لدينا فترة كافية لإرغام الذرات السطحية للقطعة الأولى على الاقتراب من الذرات السطحية للقطعة الثانية ، بحيث يصل البعد بين هذه الذرات مساوية للبعد الذري لجزيآت وبللورات المعدن داخل القطعة (قوة حفظ مثلا) ، ولا توجد في الحقيقة حدود تحد استخدام اللحام بالضغط على البارد ، إلا أنه يجب أن يتميز المعدن المطلوب وصله بلدونة عالية ، ليقاوم الإنخفاض في سمكه بسبب الانفعال العنيف الذي يمارس أثناء اللحام بالضغط على البارد ، وإن تكون القوى اللازمة لإنجاز عمليات اللحام بهذه الطريقة ممكنة ، ويحد من استخدام هذه الطريقة مشكلات اختيار المواد المناسبة لسبائك الضغط والمعدات المساعدة.
اللحام الذاتي :
هو الطريقة التي بمقتضاها توصل قطعتان من معدن واحد بواسطة صهر حافتيهما ، ويستعان في ذلك بسلك [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]إضافي من نفس المعدن المراد لحامه ، والغرض من هذا اللحام تكوين قطعة متماسكة يكون موضع اللحام فيها نفس خواص المعدن الملحوم ، من حيث الخواص الكيمائية أو الميكانيكية.
وقد ظل مفهوم اللحام الذاتي لمدة طويلة قاصراً على اللحام بالأكسي إستيلين فقط ، ولكنه أصبح الآن يشمل على جميع طرق اللحام بالصهر .. كاللحام بالقوى الكهربائية واللحام بالسائل (الثرميت) ، طالما أن القطعتين المراد وصلهما والمعدن الإضافي المستخدم (السلك أو السائل) من نفس المادة.
اللحام غير الذاتي :
يختلف [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]هذا اللحام عناللحام الذاتي في أن الحواف المراد لحامها لا تصهر بل تسخن فقط ، وإن سلك اللحام المساعد يكون من معدن آخر يختلف عن المعدن المراد لحامه ، كما أن درجة حرارة انصهاره أقل من درجة حرارة انصهار المعدن.
تستخدم هذه الطريقة في [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]التي تغير خواصها وتتلف إذا تعرضت لدرجات حرارة عالية أثناء اللحام ، ومن أمثلة ذلك .. اللحام بالبرونز واللحام بالقصدير . ومن البديهي أن الوصلة الناتجة بهذه الطريقة لا تتمتع بنفس الخواص الكيمائية والميكانيكية لمعدن طرفي الوصلة.
لحام الصهر:
يحتاج هذا النوع من اللحام إلى طاقة كبيرة للتغلب على تماسك ذرات طرفي الوصلة حتى يمكن لها التداخل الأجزاء المراد لحامها مع بعضها البعض ، بحيث تحقيق الوصل الذري.
يستخدم في هذا اللحام طاقة حرارية كافية لتسخين وصهر طرفي الجزء المطلوب لحامه ، ويمكن أن تكون الطاقة الحرارية المطلوبة من أي مصدر ، فهي إما أن تكون مصادر كيمائية أو من مصادر كهربائية أو ضوئية مثل اللحام بالقوى الكهربائية باستخدام الطاقة الكهربائية ، ونركز الضوء على أكثر هذه الأنواع شيوعاً وهو اللحام بمصدر حراري كيمائي.
لحام الصهر بمصدر حراري كيميائي :
يتم في هذه الطريقة [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]وتوليد الحرارة اللازمة لصهر طرفي الوصلة من تفاعل كيميائي طارد للحرارة ويتم ذلك بين وقـود (هيدروكربوني) جامد أو سائل أو غازي أو أكسوجين منفرد ، ويختار في هذا المجال أنواع الوقود التي تعطي مقداراً كبيراً من الحرارة في زمن قصير (معدل تولد مرتفع للحرارة) ، لتيسير تركيز الحرارة عند طرفي الوصلة قبل تسربها بسبب قابلية التوصيل الحراري المرتفع للمعادن.
ومن أهم أنواع الوقود المستخدمة هو غاز الإستيلين (الذي يمثل أهم وقود) ، حيث أنه يولد أعلى درجة حرارة بالمقارنة مع أنواع الوقود الغازية الأخرى ، ولما كان غاز الإستيلين يمثل أهم أنواع الوقود في عمليات اللحام ، فإنه سيولى عناية خاصة في هذا الباب.
تصنيف عمليات اللحام :
يمكن تصنيف عمليات وصل عن طريق عمليات اللحام المختلفة من حيث أسلوب اللحام إلى نوعين هما :-
أولا : اللحام بالصهر
في عمليات اللحام بالصهر تستخدم مادة إضافية للحشو لملئ الفراغ المجهز بين الجزأين المراد وصلهما ، بحيث تكون مادة الحشو غالباً من مادة مماثلة لنوع معدن الأجزاء المراد لحامها ولها نفس الخواص.
ولإجراء عمليات اللحام بالصهر تسخن منطقة اللحام ، وكذلك مادة الحشو حتى تصل درجة الحرارة إلى درجة الانصهار ، عندئذ تنصهر مادة الحشو وتتساقط لتملأ الفراغ المجهز بالجزئين المراد لحامهما ، مختلطة مع المعدن المنصهر في منطقة التسخين . وتتم عملية الوصل باللحام عند تجمد المادة المنصهرة بمنطقة التسخين.
طرق اللحام بالصهر :
توجد طرق مختلفة لعمليات اللحام بالصهر ، ويمكن تصنيفها حسب مصدر الطاقة الحرارية المستخدمة في تسخين الأجزاء المراد لحامها إلى الأنواع التالية :-
1. لحام الغاز.
2. لحام القوس الكهربائي.
3. لحام الكهرباء بالقوس المغمور.
4. لحام الثرميت.
[b]ثانيا : اللحام بالضغط والحرارة

تعتمد هذه الطريقة على تسخين الأجزاء المراد وصلها باللحام حتى تصل إلى حالة التعجن ، ثم تتعرض منطقة التسخين إلى الضغط ، حيث يتم وصل الأطراف باللحام.
تتميز هذه الطريقة بعدم استخدام مواد حشو ، وبالتالي ضمان عدم تغيير التركيب الكيميائي لأطراف وصلة اللحام.
طرق اللحام بالضغط والحرارة :
توجد طريقتين أساسيتين للحام بالضغط والحرارة وهما كالآتي : -
1. لحام حدادة.
2. لحام المقاومة الكهربائية.