ESW: مقدمة وإعداد وتطبيقات
بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن: - 1. مقدمة لحام اللحام بالكهرباء (ESW) 2. المواد المطلوبة لحام اللحام بالكهرباء (ESW) 3. الدائرة الكهربائية والإعداد 4. معدلات الترسيب 5. تصميم اللحام المشترك 6. هيكل اللحام و خصائص 7. التطبيقات.
مقدمة في اللحام بالكهرباء:
لحام القوس الكهربائي هو عملية لحام الاندماج للانضمام إلى قطع العمل السميكة من خلال تمرير واحد. هذه العملية ليست عملية لحام قوس على الرغم من أن معظم الإعداد يشبه عمليات اللحام القوسي المعتادة ، ومن الضروري بدء الانحناء لبدء العملية ، وقد يحدث أيضًا لاحقًا عند اضطراب استقرار العملية.
يتم توليد الحرارة بسبب تدفق التيار من خلال الخبث المصهور الذي يوفر المقاومة الضرورية لتحل محل مقاومة القوس. تتميز العملية بخصائص تشبه عمليات الصب ولكن في هذا الجانب يذوب جدار القالب للانضمام إلى المعدن المصهور الإضافي. ميزة مميزة لهذه العملية هي عمودي عمودي في معظم الحالات. قد يستخدم واحد أو أكثر من الأقطاب الكهربائية تبعاً لسمك العمل.
يرجع الفضل في اختراع العملية في عام 1951 إلى معهد باتون للحام ، كييف (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) وبعض التطورات اللاحقة لمعهد بحوث اللحام ، براتيسلافا (تشيكوسلوفاكيا). في الوقت الحاضر ، تُستخدم العملية في جميع أنحاء العالم من أجل لحام المكونات ذات الجدران السميكة مثل أوعية الضغط ، وأغلفة التوربين ، وإطارات الماكينات ، إلخ.
هذه العملية تقضي على المشاكل المرتبطة بالحامات متعددة التشغيل وتؤدي إلى اللحامات الاقتصادية بسرعة لحام عالية وبدون تشوه زاوي. لا يوجد حد أعلى للسمك يمكن لحامه بهذه العملية على الرغم من أن 50 مم يكون عادة الحد الأدنى للتشغيل الاقتصادي.
على الرغم من أن الحديد الزهر والألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس والتيتانيوم وغيرها يمكن أن يتم لحامها بهذه العملية ، إلا أن مصنّعي الفولاذ هم المستخدمين الرئيسيين. قد يشمل الفولاذ الملحوم بواسطة لحام الصهر الكهربائي الكربون والفولاذ المنخفض السبائك ، والفولاذ عالي السبائك ، والفولاذ المقاوم للتآكل والمقاومة للتآكل.
المواد المطلوبة للحام بالكهرباء:
وبصرف النظر عن مواد العمل الأخرى المطلوبة من المواد الاستهلاكية هي سلك كهربائي وتدفق. يمكن استخدام المواد الاستهلاكية لحام بشكل فعال للسيطرة على تكوين معدن اللحام وبالتالي خصائصه الميكانيكية والتعدين.
1. الأقطاب الكهربائية:
عموما يتم استخدام نوعين من الأقطاب الكهربائية ، الصلبة والمعدنية. على الرغم من أن الأقطاب الكهربائية الصلبة أكثر شعبية ، فإن أقطاب الإلكترود المعدني تسمح بتعديل تركيبة الفلتر المعدني لسبائك سبائك اللحام من خلال الإضافات المصنوعة من سبائك (على سبيل المثال ، المنغنيز الحديدي ، الفيرو-سيليكون ، إلخ) في القلب وتساعد في تجديد التدفق في الحمام المنصهر. .
في اللحام بالكهرباء من الفولاذ الكربوني والفولاذ HSLA ، عادة ما يحتوي سلك الإلكترود على كمية أقل من الكربون من المعدن الأساسي. هذا يمنع تكسير في معدن اللحام من الفولاذ الذي يحتوي على الكربون تصل إلى 0-35 ٪. ومع ذلك فإن أسلاك الإلكترود المستخدمة في اللحام. فولاذ Hoy يتطابق عادة مع التركيب المعدني الأساسي. عادة ما يتم لحام اللحام بالكهرباء في سبائك الفولاذ للحصول على الخواص المرغوبة في معدن اللحام ، كما أن HAZ وتكوين سلك الإلكترون المتطابق يضمن استجابة مماثلة لمثل هذه العلاجات من أجزاء مختلفة من اللحام.
ﻋﺎدةً ﻣﺎ ﺗﺤﺘﻮي ﺣﻮاف اﻟﻜﺘﻠﺔ اﻟﻜﻬﺮﺑﺎ onﻴﺔ ﻋﻠﻰ ﺣﺴﺎب إﻋﺪاد اﻟﺤﺎﻓﺔ اﻟﻤﺮﺑﻌﺔ ﻋﻠﻰ ﺗﺨﻔﻴﻒ ﻣﺮﺗﻔﻊ ﻳﺘﺮاوح ﺑﻴﻦ 25 و 50٪. مع سلك إلكتروستاتيكي متطابق ليس له تأثير كبير حيث أن المعدن من القطب الكهربائي والمعدن الذائب يمزجان بشكل تام لتوفير تركيبة كيميائية موحدة تقريبا في جميع أنحاء.
يتراوح قطر السلك الكهربائي لـ F.SW عادة بين 1.6 و 4.0 مم ؛ ومع ذلك ، فإن الأسلاك التي يبلغ قطرها 2.4 و 3.2 ملم أكثر شعبية. يتم توفير هذه الأسلاك في شكل بكرة مع البكر متفاوتة في الحجم ووزنها بحد أقصى 350 كجم ؛ لكن التعبئة الأكثر شعبية تزن حوالي 25 كجم.
2. الجريان:
الجريان ربما هو المادة الاستهلاكية الأكثر أهمية في ESW. في حالته المنصهرة يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية مما يساعد على إذابة سلك الإلكترود والمعدن الأساسي لتشكيل مفصل لحام. كما أنه مطلوب لحماية معدن اللحام المنصهر من الغلاف الجوي ولضمان التشغيل المستقر.
مطلوب تدفق في حالته المنصهرة لإجراء الكهرباء ولكن في نفس الوقت يجب أن تقدم مقاومة كافية لتدفقه لتوليد حرارة مناسبة لحام. إذا كانت المقاومة أقل من المطلوب فإنها تؤدي إلى الانحناء. كما يجب أن يكون للخمارة درجة لزوجة مثالية ، أي أنه لا ينبغي أن يكون كثيفًا بحيث لا يعيق الدورة الدموية الجيدة ويسبب احتواء الخبث أو أن يكون رقيقًا جدًا بحيث لا يسبب تسربًا زائدًا.
يجب أن تكون نقطة انصهار التمويه أقل بكثير من المعدن الأساسي ويجب أن تكون نقطة غليانها أعلى من درجة حرارة التشغيل لتجنب الخسائر غير الضرورية التي يمكن أن يكون لها تأثيرات ضارة على خصائص التشغيل. درجة حرارة التشغيل لحام الفولاذ حوالي 1650 درجة مئوية. يجب أن يكون التدفق المنصهر خاملًا إلى حد ما للمعدن الأساسي ويجب أن يكون ثابتًا على نطاق واسع من ظروف اللحام.
المكونات الرئيسية لتدفقات ESW هي أكاسيد معقدة من السيليكون والمنغنيز والتيتانيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والألمنيوم مع إضافات فلوريد الكالسيوم.
إهمال الخسائر عن طريق التسرب ، فإن كمية التدفق المستخدمة حوالي 5 إلى 10 كجم لكل منها حوالي 100 كيلوغرام من المعادن المودعة. مع زيادة سماكة طبقة أو طول اللحام ، يقل استهلاك التدفق إلى 1.5 كجم لكل 100 كجم من المعدن المودع. تقريب آخر هو حوالي 350 غرام من تدفق لكل متر عمودي من ارتفاع المفصل.
هناك نوعان من التدفقات المستخدمة عادة ل ESW. واحد يسمى تدفق الانطلاق والأخرى تدفق مستمر. تم تصميم تدفق الانطلاق بحيث يتم تثبيت عملية ESW بسرعة ؛ لديها نقطة انصهار منخفضة ولزوجة عالية. يذوب بسرعة ويبلل سطح الحوض لتسهيل البدء.
وهو موصل للغاية ويولد حرارة عالية بسرعة. يتم استخدام كمية صغيرة من هذا التدفق لبدء العملية. يمكن أن يساعد في بدء العملية دون الحوض. تم تصميم تدفق التشغيل أو التشغيل لتوفير توازن مناسب بين معلمات التشغيل لتحقيق التوصيل الكهربي الصحيح ودرجة حرارة الحمام واللزوجة وذلك للحصول على التحليل الكيميائي المرغوب. يمكن تشغيل الجري على مجموعة واسعة من الظروف.
وتنقسم الأقطاب الصلبة لـ ESW من الكربون وفولاذ HSLA إلى ثلاث فئات وهي: المنجنيز المتوسط (حوالي 1٪ من المنغنيز) والمنجنيز العالي (حوالي 2٪ مليون) والفئات الخاصة. تصنف تدفقات ESW على أساس الخواص الميكانيكية لوحدة ملحومة مصنوعة من قطب معين والمعادن الأساسية المحددة.
يتم ترك تكوين تدفق إلى تقدير الشركة المصنعة ولكن يتم تحديد مستويين من قوة الشد لمعدن اللحام: 415-550 ميجا باسكال و 485-655 ميجا باسكال ؛ متطلبات صلابة دنيا هي أيضا يجب أن تتحقق. إن التدفق النموذجي للحام الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون سيكون له تحليل اسمي للمكونات الرئيسية كما هو موضح في الجدول 11.1.
إضافة CaF 2 يقلل من اللزوجة ويحسن التوصيل الكهربائي للخبث المنصهر.
الدائرة الكهربائية والإعداد ل ESW:
ويبين الشكل 11-5 (أ) الدوائر الكهربائية لعملية ESW ويظهر الرسم التخطيطي المقابل للإعداد في الشكل 11.5 (ب).
معدلات ترسيب اللحام بالكهرباء:
معدلات ترسيب عملية اللحام بالكهرباء هي من بين أعلى المستويات في أي عملية تستخدم للقيام بنفس الوظيفة. يوضح الشكل 11.11 معدلات الترسيب المتأثرة بتيار اللحام لأسلاك القطب قطرها 2.4 مم و 3.2 مم.
عدد الأقطاب الكهربائية المستخدمة هو أيضا عامل مهم يؤثر على معدل الترسيب في ESW وهو ما يقرب من 16-20 كجم / ساعة لكل قطب كهربائي. للعمل مع سماكة ثقيلة باستخدام ثلاثة أقطاب 45 - 60 كجم / ساعة من معدن اللحام يمكن أن تودع. يُظهر الشكل 11.12 استخدام تباعد مشترك يبلغ 30 مم. يتم لحام الألواح الثقيلة ذات تباين سمك يتراوح بين 75 و 300 ملم بسرعات تتراوح بين 60 و 120 سم / ساعة.
تصميم اللحام المشترك للحام بالكهرباء:
تشمل الأنواع الرئيسية للمفاصل التي يمكن لحامها بواسطة عملية ESW الأوتار والفيليه والقاذف والانتقال ومفصل T واللحام العرضي كما هو موضح في الشكل 11.13 ؛ غير أن هناك حاجة إلى أحذية احتفاظ مصممة خصيصا للمفاصل بخلاف المفاصل ، والزاوية ، والمفاصل T. يتم عرض بعض اللحامات الملحومة electroslag النموذجية في الشكل 11.14.
إعداد الحافة والتطهير:
يعد إعداد حافة اللحام بالكهرباء الكهربائية أبسط بكثير من اللحام بالقوس ، ومعظم الحالات تتطلب فقط قطع الألواح ذات الحواف المربعة. بالنسبة للسمك حتى 200 مم ، يمكن القيام بذلك بواسطة آلات القطع باللهب الأكسجين الأسيتيلين. نظرًا لأن اللحام بالكهرباء ينتج اختراقًا عميقًا ، فإن سلاسة حواف القطع ذات أهمية قليلة ؛ يمكن أن تؤخذ عن طريق الخطأ gohged الأخاديد عميقة 2-3 ملم بسهولة دون أي آثار سوء. ومع ذلك ، في الأقسام الأكثر سمكا مثل الأخاديد ، وتسمى الأسقلوب ، وغالبا ما تنمو في العمق ، وبالتالي يستلزم عملية القطع من حواف قطع اللهب.
لملائمة أجزاء ESW ، يتم استخدام عادة من المشابك U من الأنواع الموضحة في الشكل 11.15. هذه هي ملحومة ملحومة في الجانب الخلفي من المفصل. يتم استخدام المشابك على شكل حرف U لتوفير حركة دون عائق من كتل الاحتفاظ بالنحاس أو لمرور النقل الخامل. قد يتم استبدال المشابك U في بعض الأحيان بأشرطة تتم إزالتها بضربة مطرقة أو شعلة قطع غاز أثناء اقتراب رأس اللحام.
لتناسب أجزاء ESW ، من الضروري الحفاظ على الفجوة المصممة. ومع ذلك ، فمن المقبول عادة وجود فرق بين فجوة التصميم والفجوة الملائمة. غالبًا ما تُعتبر فجوة التصميم كميّة مفترضة تُستخدم لحساب أبعاد اللحام النهائي ، وهي أقل من الفجوة التكيّفية بكمية انكماش المعدن المودع. الفجوة التوافقية هي المسافة بين وجوه الانصهار المجمعة للحام.
عادةً ما يتغير طول الفاصل نفسه بشكل عام ، حيث يزداد بمقدار 2 - 5 ملم لكل متر من طول المفصل عند التحرك لأعلى على طول خط التماس. مع الفجوة التوافقية المعدلة ، فإن الفجوة الفعلية بعد اللحام والانكماش تخرج لتكون موحدة على طول كامل المفصل وهي تساوي فجوة التصميم. يوضح الشكل 11-3 والشكل 11.16 القيم المقترحة للتصميم والفجوات الملائمة. ويوضح الشكل التراكمي النموذجي لـ ESW.
ويرد في الجدول 11 أدناه موجز لبعض مجموعات مقترحة من متغيرات ESW.
هيكل اللحام وخصائص لحام اللحام الكهربائي:
يتم استخدام اللحام بالكهرباء بشكل رئيسي في لحام الفولاذ على الرغم من أن الفولاذ المقاوم للصدأ Q & T (المروي والنحاس الصلب) لا ينضم عادة إلى هذه العملية. تبلغ درجة الحرارة التي يتم الحصول عليها في منطقة اللحام المباشرة حوالي 1925 درجة مئوية. هذه الحرارة العالية مع دورة حرارية طويلة ينتج عنها هيكل معدني لحام يتكون من حبيبات الأوستينيت الكبيرة السابقة مع أنماط تجميد عمودي لها حبيبات خشنة تنتج أجزاء هشة في المنتج النهائي.
عادة ما يكون من المرغوب فيه تطبيع معدن اللحام عن طريق التسخين إلى حوالي 40 درجة مئوية فوق درجة حرارة التحويل المنخفضة لمواد العمل متبوعة بتبريد بطيء. هذا يحسن إلى حد كبير خصائص الكربون والفولاذ منخفض السبائك ولا سيما مقاومتهم للشروع في كسر الكسر وانتشارها.
إن أنماط الإجهاد المتبقية الناتجة في الحالة الملحومة مواتية تماماً كما هو موضح في الشكل 11.17. عادة لا يتم إنتاج أي تشوه زاوي في مفاصل E5W بسبب تناظر معظم اللحامات (وصلة أخدود مربعة في مسار واحد). تتراوح قوة الشد للحام الصلب من 380 ميغاباسكال إلى 420 ميجا باسكال.
تطبيقات اللحام بالكهرباء (ESW):
وتشمل المجالات الرئيسية لتطبيق عملية ESW لحام الهيكلية ، والآلات ، والسفن ، وأوعية الضغط والمسبوكات.
اللحام من نوع اللحامات من النوع الانتقالي لربط السماكات المختلفة هو تطبيق ESW هيكلي شائع. استخدام آخر واسع في هذا المجال هو لحام التقوية في أعمدة مربع والشفاه واسعة. في كل هذه الحالات ، يكون لحام التقوية مفصل T.
إن الانضمام إلى حزم شفة كبيرة واسعة هو تطبيق مثير للإعجاب آخر لـ ESW وما زال الاستخدام الشائع الآخر لـ ESW هو الربط بالفلنجات ، أي ، اللحام بعقب الألواح ذات السماكة نفسها.
في تصنيع الآلات ، يتم تصنيع مكابس كبيرة وأدوات آلية تتطلب لوحات كبيرة وثقيلة بمساعدة ESW. وتشمل التطبيقات الخاصة استخدامها في الأفران ، الفراغات ، إطارات السيارات ، إطارات الكبس ، حلقات التوربينات ، أجسام الكسارات والحافات لكرات الطرق.
تستخدم كتل القطع الكبيرة الحجم كما هو موضح في الشكل 11.18 في مكابس لعمل معادن ذات قوة عالية وبخاصة من التيتانيوم لأنها تعزز دقة الأبعاد للضغط. كتلة الخلاط هي برأس عائم يصل ارتفاعه إلى 13 مم ويزن حوالي 140 طنًا.
وهي مصنوعة من خلال لحام ثلاثة من المطروقات من سبائك (0.25 ج - الكروم - 3 ني - مو - الخامس) الصلب. لا يسمح شكل وحجم ووزن كتلة الختم بالتزوير بعد اللحام لتأمين الخواص الميكانيكية المطلوبة في المفاصل الملحومة. ومن ثم ، يتحقق ذلك من خلال دورة معالجة حرارية متقنة كما تظهر في الشكل 11.19.
يشتهر لحام القوس الكهربائي في تصنيع أوعية الضغط السميكة للصناعات الكيماوية والبترولية والبحرية والصناعات المولدة للطاقة ، ولكن العلاج بعد اللحام ضروري في هذا التطبيق لاستعادة ليونة الشق التي غالبًا ما تكون مفقودة بسبب دورات تبريد بطيئة ESW في HAZ.
كما يستخدم ESW لجعل وصلات الأنابيب الفرعية إلى السفن ذات الجدران السميكة وأيضا لرفع العروات رفع إلى الأوعية.
الميزة الجذابة لـ ESW هي أن التشويه يمكن التنبؤ به وحسابه. وقد جعل هذا من شعبية خاصة لبناء السفن حيث تم لحام المفاصل العمودية في هياكل الناقلات الكبيرة بنجاح.
لتقليل التكلفة وتحسين الجودة ، يتم إنتاج العديد من المكونات الكبيرة والصعبة في وحدات أصغر ذات جودة أعلى ومن ثم يتم لحامها بالكهرباء. تتشابه الخصائص المعدنية لصب اللحام الكهربائي والكهربي ، ويستجيب كلاهما للمعالجة الحرارية بعد اللحام بطريقة مماثلة مما يؤدي إلى تراكيب وخصائص موحدة.
