لحام: آلية وتصميم مشترك وتطبيقات

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن: - 1. آلية لحام 2. الجنود 3. التدفقات المستخدمة 4. تصميم مشترك 5. التطبيقات.

عملية اللحام هي عملية ربط المواد عن طريق تسخينها إلى درجة حرارة مناسبة وباستخدام مادة حشو ، تدعى جندى اللحام ، لها سوائل لا تتجاوز 450 درجة مئوية وأقل من المادة الصلبة. يتدفق معدن الحشو بين أسطح التزاوج عن طريق العمل الشعري لتشكيل المفصل. لحام عادة ما يكون سبيكة غير الحديدية.

إن قوة المفصل الملحوم هي أساسًا من خلال تكوين رابطة معدنية على الرغم من أن الالتصاق والتوصيل الميكانيكي يلعبان أيضًا أجزاءهما. جندى لا يعمل عن طريق ذوبان المعادن الأساسية ولكن عن طريق إذابة كمية صغيرة منه لتشكيل طبقة من مجمع intermetallic. وبمجرد تأثر مفصل اللحام ، يتم تثبيت الأجزاء معًا بنفس القوى الجذابة بين الذرات المجاورة كما في حالة أي معدن صلب.

آلية لحام :

عملية لحام ينطوي على ثلاثة عوامل وثيقة الصلة ، أي:

(ط) ترطيب ،

(ثانيا) السبائك وانتشار ، و

(3) عمل شعري وملء المشترك.

(ط) ترطيب:

إنها خاصية سائل تنتشر به على سطح صلب. في اللحام ، من الضروري أن ينتشر التمويه أو اللحام على السطوح القاعدية المرتبطة. إذا كان اللحام لا يبلل سطحًا ، فيمكن إزالته بسهولة تاركًا القليل من اللحام أو يلتصق به دون اللحام بالمعادن الأساسية. سوف ينتج اللحيم الذي ينتشر ويبلد المعدن الأساسي وصلة صوت بين السطحين ويمكن إزالته فقط عن طريق الكشط أو الإيداع.

الشرط الخاص بسائل بسطح صلب تمامًا هو أن زاوية التلامس أو زاوية التبول ، كما هو مبين في الشكل 17.1 ، يجب أن تكون صفراً. تجعل السوائل التي لا تبلل السطح زاوية ترطيب كبيرة كما هو موضح في الشكل 17.2.

وبالتالي ، فإن زاوية الترطيب هي مقياس لمدى نجاح لحام اللحام المنصهر في ترطيب المعدن ، وهو العامل الوحيد الأكثر أهمية في الحكم البصري على فعالية عملية اللحام ، وقدرة لحام المعدن الأساسي. الترطيب هو في الأساس تفاعل كيميائي يحدث عندما يتفاعل واحد أو أكثر من عناصر اللحام مع المعدن الأساسي الملحم لتشكيل مركب. يتم توفير الحرارة لتسهيل الترطيب.

لا يعمد المولدات السائلة عمومًا إلى رطب أسطح معدنية صلبة نظيفة. على سبيل المثال ، يكون لجنون القصدير الرصاصي زاوية تلامس تتراوح بين 25 درجة و 70 درجة مع أسطح فولاذية ، اعتمادًا على تكوين اللحام. ومع ذلك ، فإن القصدير قادر على صناعة السبائك بالحديد وفي حالة تشكل طبقة من القصدير على سطح الصلب عن طريق صناعة السبائك ، فإن اللحام بالقصدير يؤدي إلى رطبه. بشكل عام ، فإن اللحام سوف يبلل سطحًا معدنيًا شريطة أن يشكل مركبًا بين معدنيًا مع المعدن الصلب أو الصلب يمكن أن يأخذ اللحام إلى محلول.

يتم تثبيط الترطيب بواسطة طبقات أكسيد وهذا هو السبب في ضرورة إزالة هذه الطبقات لحام ناجح. الترطيب الجيد هو خاصية مرغوبة في جندى لجعل تدفق اللحام بسلاسة وسرعة وباستمرار إلى فتحة المفصل.

ومع ذلك ، لا يُعد الترطيب مطلبًا أساسيًا على الإطلاق لتكوين رابطة ، والتي يتم إظهارها من خلال حقيقة أنه على الرغم من أن الفولاذ لا يبلل بواسطة الرصاص ، ولكن إذا سمح للرصاص المنصهر بالتصلب عند ملامسة سطح فولاذي خالٍ من أكسيد نظيف ، فإن هذه النتائج في رابط ملحوم بقوة المستعبدين.

(2) السبائك وانتشارها:

ترتبط قدرة اللحام على السبائك مع المعدن الأساسي بقدرته على ترطيب السطح. يرتبط السبائك بنظافة المعدن الأساسي. يجب أن يكون هناك اتصال حميم بين اللحام والمعدن الأساسي لخلط السبائك الذي يحدث عند الواجهة ويتحقق ذلك من خلال تنظيف واستخدام تدفق لإزالة طبقة الأكسيد من سطح المعدن (المعادن) الأساسي الذي يتم ربطه.

وتساعد عملية التكسير أيضًا في الانتشار ، لأنه إذا انحل السائل السائل في المادة الصلبة ، فيمكن أن ينتشر تحت طبقة الأكسيد ويفصلها ، وبالتالي يوجه تدفق اللحام المنصهر على السطح بأكمله. وتعتمد خصائص ودرجة الانتشار على طبيعة المعدن الأساسي ، ودرجة الحرارة ، ووجود أو عدم وجود تدفق ، وخشونة السطح المعدني ودرجة الأكسدة.

في بعض الحالات ، مثل حفنة القصدير يؤدي إنقاذ أقل من 30 ٪ من القصدير ، يتم إنشاء شروط التوازن بسرعة مع انتشار قليل جدا. ومع وجود سبائك القصدير الأعلى ، يتبع الانتشار الأولي ، مع ذلك ، انتشار ثانوي يحدث على مدى فترة زمنية كبيرة. يحدث الحد الأقصى من انتشار القصدير بالرصاص مع سبائك قريبة من درجة حرارة الانصهار وفي عملية لحام هذه السبائك لديها أفضل خصائص التدفق.

يساعد التركيب المعدني الأساسي مع القنوات المترابطة في نشر اللحام عن طريق العمل الشعري. انتشار الجانبي من هذه القنوات يساعد في الانتشار السريع للسائل السائب بسبب تكوين رابطة الانتشار.

(3) العمل الشعري والحشو المشترك :

تؤثر الطريقة التي يملأ بها اللحام الفراغ بين سطحي التزاوج على سعة الملء المشتركة والدرجة التي تملأ بها عيوب السطح. يجب أن تكون سيولة اللحام المنصهر من النوع الذي يمكن أن يتدفق إلى الفراغات الضيقة من خلال العمل الشعري. أشياء أخرى تساوي اللحام المنصهر سوف تتدفق إلى مسافة أطول ولكن بمعدل تدفق منخفض حيث يتم تقليل فصل الأسطح.

وتشمل العوامل الرئيسية المؤثرة على فعالية حشو المفصل زاوية التبليل بين اللحام والمعدن الأساسي ، وإزالة الفجوة بين السطحين المراد ضمهما ، ومعدل التسخين واتساقها ودرجة الحرارة وطبيعة اللحام المستعمل واستخدام التدفق.

تكون إزالة المعادن الخفيفة مثل الألمنيوم والمغنيسيوم أكبر بكثير (0.125 - 0.625 مم) من سبائك النحاس (0.05 - 0.40 ملم). عندما تكون قابلية الذوبان بين اللحام والمعدن الأم مشكلة ، قد تؤدي التصفيات الصغيرة إلى تلوث مفرط ، وزيادة نقطة الانصهار وتصلب ما قبل النضج. يمكن تصحيح مثل هذا الشرط إلى حد كبير من خلال معدلات تسخين أسرع.

التسخين غير المتساوي يؤدي إلى ملء غير منتظم للفجوة مما يؤدي إلى مفاصل ذات نوعية رديئة. من الصعب تسخين المفاصل المستقيمة وهذا هو السبب في تفضيل المفاصل المنحنية ، حيثما أمكن ذلك.

تكوين الجندوس وطبيعة التدفق المستخدم بشكل كبير يؤثر على قدرة ملء المشترك وجودة المفصل الملحوم.

الجنود:

عادةً ما يكون الجنود الذين يتم استخدامهم في الصناعة من نظام القصدير الرصاص. يمكن ربط معظم المعادن من قبل هؤلاء الجنود ولديهم مقاومة جيدة للتآكل لمعظم وسائل الإعلام. اعتمادا على توافق المعدن الأساسي ، يمكن استخدام التدفقات من جميع الأنواع مع هؤلاء الجنود. في حين تشير إلى أنها من المعتاد أن تشير إلى محتوى القصدير أولا ، وبالتالي 60/40 جندى هو 60 ٪ القصدير و 40 ٪ الرصاص. يمكن تمثيل النقاط الانصهارية وسلوك التصليد لمبنى القصدير الرصاصي على نحو أفضل من خلال مخطط طورهم الموضح في الشكل 17-3 أ.

الشكل 17.3A مخطط توازن معدني لنظام القصدير الرصاصي

يتم تلخيص رقم ASTM ، والتركيب الاسمي ، ونطاق الانصهار ، والتطبيقات النموذجية لمختلف أنواع قصدير الرصاص في الجدول 17.1. يعتمد اختيار اللحيم على قدرته على رطوبة سطح المعدن (المعدن) المنضمة ، وللاقتصاد ، يجب استخدام الدرجة التي تحتوي على أقل كمية من القصدير التي توفر خصائص ملائمة للترطيب والملء.

وبصرف النظر عن جندب الرصاص القصدير الشعبي ، يعمل أيضا الجنود الآخرين بهدف تحقيق الخصائص المطلوبة لتطبيقات محددة. بعض هذه الأنظمة تشمل القصدير ، الأنتيمون ، الرصاص ، القصدير ، الفضة ، القصدير الرصاص ، الفضة ، القصدير ، الزنك ، والكادميوم والفضة ، والكادميوم والزنك ، والزنك والألومنيوم ، الإنديوم ، والبزموت الذي يحتوي على المزيد شعبية باسم "سبائك منصهرة".

ويسجل الجدول 17-2 مكونات تكوين الذوبان ونقطة الانصهار والتجمد والاستخدامات المحددة للمعلمين المهمين في هذه الأنظمة ويمكن استخدامها كمبادئ توجيهية عامة.

التدفقات المستخدمة في لحام:

قد يكون تدفق اللحام عبارة عن منتج سائل أو صلب أو غازي يكون عند تسخينه قادرًا على تعزيز ترطيب المعادن عن طريق الجِلد. وتتمثل وظيفته في إزالة الأكاسيد ومركبات السطح الأخرى من السطوح الملامسة عن طريق تشويهها أو إذابتها. يجب أن يكون لها جاذبية محددة أقل من اللحام بحيث يمكن تشريدها بواسطة اللحام في المفصل.

يمكن تصنيف تدفقات اللحام إلى أربع مجموعات وهي التدفقات غير العضوية الأكثر فاعلية والتمدد العضوي النشط المعتدل وأقل تدفقات الصنوبري النشطة وتدفق خاص لتطبيقات محددة. معظم هذه التدفقات متوفرة في شكل سائل أو سائل أو معجون أو مسحوق جاف.

1. تدفقات غير العضوية:

هذه التدفقات تتكون من الأحماض غير العضوية والأملاح التي هي عالية للتآكل وينتج عنها إجراءات سريعة وعالية الفعالية في التدفق. يمكن تطبيقها كحلول أو معاجين أو أملاح جافة. يمكن استخدامها لتطبيقات لحام درجة الحرارة العالية لأنها لا تحترق أو شار. ومع ذلك ، فإن مخلفات هذه التدفقات تبقى نشطة كيميائياً بعد اللحام ، وبالتالي يجب اتخاذ إجراءات لإزالتها بشكل فعال.

قد تؤدي التدفقات غير العضوية التي تحتوي على أملاح الأمونيا إلى التآكل الناتج عن التآكل في لحام النحاس. يتطلب لحام الصلب تدفقا كلوريد الزنك الذي يترك وراءه مخلفات عالية للتآكل. إن محلول كلوريد الزنك في حمض الهيدروكلوريك المستخدم في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ هو أكثر تآكلاً. يجب أن تغسل بقايا هذه التدفقات بشكل كامل.

2. التدفقات العضوية:

المكونات الرئيسية للتدفقات العضوية هي الأحماض والقواعد العضوية وبعض مشتقاتها مثل هاليدات الماء. يتم استخدامها في نطاق درجة الحرارة من 90 إلى 320 درجة مئوية أعلاه التي تتحللها بالحرارة مخلفة وراءها مخلفات غير نشطة.

من الأفضل استخدام التدفقات العضوية في الكميات المحسوبة بحيث يمكن استخدامها بالكامل عن طريق التطاير أو الحرق أو التفريغ حتى لا تترك وراءها أي مكونات نشطة. لا ينبغي أن يتلامس التمويه غير المتزامن مع الأكمام العازلة ويجب توخي الحذر عند اللحام في الأماكن المغلقة بحيث لا تتكثف الأبخرة في الأجزاء الحرجة من التجميع.

3. الصنوبري التدفقات:

يمكن إنتاج تدفق الصنوبري غير التآكل عن طريق إذابة الصنوبري الأبيض المائي في مذيب عضوي مناسب ، على سبيل المثال ، روح البترول. يتكون الصنوبري أساسًا من حمض أبيتيك الذي يصبح نشطًا عند درجة حرارة لحام تبلغ 175 إلى 315 درجة مئوية ولكنه يعود إلى شكله الخامل وغير القابل للتآكل عند التبريد.

لذلك ، يجد استخدامًا واسعًا في العمل اللاسلكي والإلكتروني حيث يكون التنظيف الفعال بعد اللحام أمرًا صعبًا. يتم استخدام مركبات عضوية مختلفة مختلطة مع الصنوبري ، على سبيل المثال هيدروكلوريد حمض الغلوتاميك وهيدرازين هيدروبروميد.

تتحلل هذه التدفقات عند درجات حرارة لحام تاركة خلفها مخلّفات صلبة ، غير مسترقة ، غير موصلة كهربائياً وغير قابلة للتآكل ، يمكن غسلها بسهولة بالماء إذا تطلب الأمر. وجدوا استخدام واسع النطاق في الصناعة الكهربائية.

عادةً ما يستخدم المزيد من المائع ، 50/50 أو 60/40 من الصفيح الرصاصي ، مع تدفق الصنوبري غير التآكل.

ويفضل تدفق الصنوبري المنشط بشكل معتدل في المنتجات العسكرية والهاتفية وغيرها من المنتجات الإلكترونية ذات الموثوقية العالية في حين أن تدفقات الصنوبري الأكثر تنشيطًا تجد استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات الإلكترونية التجارية والهامة حيث يمكن ضمان التنظيف الكامل بعد اللحام.

4. التدفقات الخاصة:

تدفقات التفاعل المستخدمة في لحام الألمنيوم عن طريق استبدال الفيلم أكسيد عن طريق إيداع فيلم معدني على سطح العمل من خلال تحللها.

كما يتوفر بعض الجرحين مع التمويه الموجود في قلبه. قد تتراوح كمية التدفق في القلب من 0-5 إلى أكثر من 3-0٪ ، 2-2٪ هي الأكثر شيوعًا. كما يتوافر أيضاً الجُلدان المكسور بالحامض والحامض ويستخدمان في الأعمال الكهربائية والألواح المعدنية على التوالي.

تصميم مشترك للحام:

يمتلك الجنود قوة منخفضة نسبيا مقارنة بالمعادن المطلوبة للانضمام إليها. ولذلك ، فمن المستحسن تصميم الوصلات الملحومة بحيث تتشابك ميكانيكياً مع اشتراط أن يعمل اللحام كعامل مانع للتسرب.

النوعان الأساسيان للمفاصل الملحومة هما مفصل اللفة ومفصل البطانة. يوضح الشكل 17.3B المفاصل الملحومة النموذجية التي تشمل الالتصاق المقفل ، والعقدة المحزومة ، ومفصل اللفة في الأنبوب. لابد من تفضيل مفاصل نوع اللفة كلما كان ذلك ممكنا ، لأن ذلك يوفر إمكانية القوة القصوى.

يمكن عمل الوصلات الملحومة المعقدة عن طريق اللحام اليدوي ، ولكن في العملية التي تستخدم التسيير الآلي ، اللحام وما بعد التنظيف ، يجب أن تكون التصاميم المختارة بسيطة نسبياً مما يوفر إمكانية الوصول إلى المفصل.

الإجراء الشعري كونه عاملاً مهمًا في لحامه من الضروري توفير التصفية المثلى بين الأجزاء المراد لحامها بحيث يمكن سحب التدفق إلى داخل الفراغ عن طريق العمل الشعري. ومن ثم يفضل التفريغ المشترك بين 0 07 إلى 0-12 ملم لمعظم المفاصل لتحقيق أقصى قدر من القوة ولكن في بعض الحالات المحددة مثل لحام المعدن المعد مسبقاً ، يوفر الخلوص الذي يصل إلى 0 025 مم القوة المطلوبة. قد يؤدي الإفراغ المفرط إلى مفاصل ملحومة غير اقتصادية.

تطبيقات لحام:

وبصرف النظر عن تطبيقات محددة من أساليب لحام مختلفة وصفت في وقت سابق على سبيل المثال ، والربط بين نوى المشعاع السيارات ، والسباكة ، والصناعة الإلكترونية بما في ذلك الراديو والتلفزيون وأجهزة الكمبيوتر ، والصناعة الكهربائية للانضمام إلى الأسلاك والكابلات إلى العروات وغيرها الكثير.

يمكن القول أن استخدام اللحام بشكل عام يستخدم بشكل أكثر شيوعًا في تجفيف المفاصل ، وإضافة الصلابة ، وتحسين الموصلية الكهربائية. قد يكون من الضروري في بعض الأحيان الاعتماد على قوة الشد الخاصة بها ، لكن من المعروف أن الجندلين معروفين بقدرتهما على ممارسة ليونة بدلا من القوة. ومع ذلك ، إذا تم تحقيق ملء دقيق من المستغرب أنه يمكن الحصول على قيم عالية من التماسك. علاوة على ذلك ، يجد اللحام أيضًا استخدامه في غلق الوصلات الملفقة التي تماسك معًا بواسطة المسامير أو اللحامات النقطية أو غيرها من الوسائل الميكانيكية.