اللحام الحراري: التشغيل والإعداد والمتغيرات

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن: - 1. مقدمة لحام الريح 2. المبدأ من عملية لحام Thermit 3. المعدات والإعداد والتشغيل 4. المتغيرات.

مقدمة لحام ثيرم:

إنها عملية يتم فيها إشعال خليط من مسحوق الألمنيوم وأكسيد فلزي ، يسمى ثيرميت ، لإنتاج الكمية المطلوبة من المعدن المنصهر عن طريق تفاعل غير عنيف مطلق للحرارة. يتم سكب المعدن المسخن للغاية في المكان المرغوب الذي ينتج عن التصلب في وصلة اللحام. ومن ثم فهي عملية صب اللحام بالقالب.

وقد استخدمت هذه العملية منذ عام 1895 للانضمام إلى القضبان في الموقع ولإصلاح وإنقاذ المصبوبات الثقيلة. ومع ذلك ، فإن هذه العملية تخرج ببطء عن الاستخدام بسبب تكلفتها العالية وبسبب تطوير عمليات أكثر كفاءة وعالية الميكانيك وأقل تكلفة مثل اللحام بعقب الفلاش واللحام بالكهرباء.

مبدأ تشغيل لحام الريح:

يستند التفاعل الحراري الكيميائي الذي يحدث على اشتعال thermit على المعادلة الأساسية التالية:

أكسيد المعادن + Al (مسحوق) → المعادن + أكسيد + الحرارة .............. (15.1)

لا يمكن بدء هذا التفاعل إلا إذا أشعل الخليط بمسحوق إشعال خاص أو قضيب إشعال. درجة حرارة الاشتعال لخليط Thermit التي تحتوي على أكسيد الحديد حوالي 1200 درجة مئوية.

على الرغم من أن أكسيد الفلز المستخدم في لحام ثيرمينت عادة ما يكون أكسيد الحديد ولكن يمكن أيضا استخدام أكاسيد النحاس والنيكل والكروم والمنغنيز لإعطاء التفاعلات التالية ودرجات الحرارة النظرية المقابلة.

(ط) مع الحديد:

(2) بالنحاس:

(3) مع النيكل:

(4) باستخدام Chromium :

(ت) مع المنغنيز :

أول هذه التفاعلات هي الأكثر استخدامًا في اللحام الحراري. يحتوي هذا المزيج عادة على 3 أجزاء من وزن أكسيد الحديد وجزء من مسحوق الألمنيوم. عندما تشتعل فإنها تنتج درجة حرارة نظرية 3090 درجة مئوية وهي غير مناسبة مع تبخير الألمنيوم عند حوالي 2500 درجة مئوية. ولذلك ، فمن الضروري الحد من درجة الحرارة هذه إلى حد عمل يبلغ حوالي 2480 درجة مئوية عن طريق إضافة مكونات غير تفاعلية مثل خردة الفولاذ.

ومع ذلك ، يجب ألا تنخفض درجة حرارة المعدن المنصهر إلى أقل من 2100 درجة مئوية تقريبًا لأن مادة Al 2 O 3 تتجمد عند حوالي 2040 درجة مئوية. يمكن إضافة عناصر السبائك ، في شكل سبائك حديدية إلى خليط thermit للحصول على التكوين المطلوب من المعدن المنصهر.

ومع ذلك ، عند حساب وزن خليط الثرميت للحام ، يتم النظر فقط في وزن أكسيد الحديد ومسحوق الألومنيوم. لا يتم تضمين الإضافات المصممة لتعديل التركيب ودرجة الحرارة في حساب خليط Thermit. وهكذا ، فإن 50 كيلوجرام من خليط أكسيد الألمنيوم وأكسيد المعادن التي أضيف إليها 15 كيلوجراما من المعادن والسبائك يُطلق عليها 50 كجم من thermit.

رد فعل رد الفعل غير قابل للانفجار ويتم الانتهاء منه في أقل من دقيقتين بغض النظر عن الكمية المعنية.

وبصرف النظر عن درجة عالية من النقاء الحراري ، فإن وجود الألمنيوم يعزز بقوة التنوي السريع والحجم الصغير للحبيبات. ومع ذلك الحد الأقصى من الألمنيوم في الفولاذ يقتصر على حوالي 0.7 ٪

معدات ، إعداد وتشغيل لحام:

الاستخدام الرئيسي للحرارة لحام هو للانضمام من القضبان في الموقع ، واللحام إصلاح المكونات الثقيلة. وتشمل الاستخدامات الأخرى لهذه العملية لحام قضبان التسليح وربط الموصلات الكهربائية غير الحديدية.

المعدات والإعدادات المدرجة هنا تحت قوس خصيصا لهذه التطبيقات:

1. لحام القضبان:

يوضح الشكل 15.1 الإعداد القياسي للانضمام إلى القضبان في الموقع ، لتقليل التشويش بسبب سرعة حركة القطارات. في مناجم الفحم ، غالبا ما يتم لحام مسار النقل للحد من انسكاب الفحم بسبب المسار غير المتساوي. كما يتم لحام قضبان الرافعة بشكل مماثل لتقليل الصيانة المشتركة والاهتزازات للمباني بسبب مرور العجلات المحملة بشكل كبير فوق المفاصل.

تتوفر مخاليط لحام لحام جميع أنواع القضبان التي تصنع من الفولاذ C-Mn على الرغم من استخدام القضبان الفولاذية Cr و Cr-Mo و Cr-V و Si-alloy. بالنسبة للتفاعل القياسي ، تنتج شحنة 1000 جرام من الثرميت 476 جرام من الخبث و 524 جرام من الفولاذ و 181500 سعرة حرارية.

يضاف أكسيد الحديديك الذي تم الحصول عليه كمقياس طاحونة إلى مسحوق الألمنيوم ومكونات أخرى للتحكم في التفاعل بالإضافة إلى التركيب النهائي للمواد المنصهرة.

عادة ما يكون تكوين المعدن المودع للانضمام إلى القضبان من التحليل التالي:

يتم وضع الكمية المطلوبة من الثرميت ، المتوفر عادة في أكياس القماش ، في بوتقة يتم تثبيتها في أحد القضبان ويمكن نقلها إلى الوضع المطلوب عن طريق الحركة على طول الدائرة.

يتم وضع الوصلة التي يتم لحامها في قالب طيني من التصميم المقسَّم المصنوع مسبقًا من أجل اللحام بأحجام السكك الحديدية القياسية مع وجود فجوة جذر تبلغ 20-35 مم. يتم محاذاة القالب بحيث يتطابق مركزه مع مركز الفجوة بين نهايات السكة الحديدية. يتم لصق أجزاء مختلفة من القالب مع معجون طيني يتم تحضيره في الموقع.

القالب الذي تم إعداده حول المفصل يحتوي على فتحات ، ونواقيات ، وبوابات وفقًا لممارسة مسبك عادي ؛ بالإضافة إلى ذلك يتم توفير بوابة التسخين المسبق أيضًا ، كما هو موضح. يتم التسخين المسبق للسكك بمساعدة شعلة مصممة خصيصًا تعمل إما بالكيروسين أو البنزين بالاقتران مع الهواء المضغوط. عادة ما يتم تسخين القضبان إلى درجة حرارة من 600 إلى 1000 درجة مئوية والتي عادة ما يتم فحصها إما من لون القضبان أو بشكل أكثر دقة بمساعدة العصي الحرارية.

بمجرد الوصول إلى درجة حرارة التسخين المرغوبة ، يتم سحب الشعلة ويتم إغلاق فتحة التسخين المسبق بمقبس رمل. يتم نقل البوتقة المبطن الحرارية التي تحتوي على شحنة thermit إلى موقع فوق القالب.

ثم تشتعل الشحنة باستخدام قضيب حديدي ساخن أو أكثر سهولة عن طريق إزالة مفاعلات النار المضاءة (Phuljhari) في خليط thermit. في بعض الأحيان يتم إشعال مخاليط الحرارة عن طريق وضع ملعقة صغيرة من مسحوق الاشتعال الخاص بنصف المليون تتكون أساسا من بيروكسيد الباريوم.

ويحصل الخليط عند اشعاله مع شريط ساخن على درجة حرارة 1100-1300 درجة مئوية وهي كافية لإشعال خليط thermit. لا يتم إضافة مسحوق اشتعال إلى thermit حتى قبل وقت الاشتعال. يشتعل بهذه الطريقة ، التفاعل الطارد للحرارة ليس عنيفًا. بغض النظر عن حجم الشحنة ، يتم إكمال التفاعل في غضون 30 ثانية إلى دقيقتين. بسبب الاختلاف الكبير بين الثقل النوعي للمعدن المنصهر والخبث ، يتم فصل الاثنين مع الخبث العائم على القمة ومن ثم توفير الحماية للمعدن المنصهر من التفاعلات مع الغازات الجوية.

بعد اكتمال التفاعل ، تتم عملية التنصت عن طريق رفع دبوس التثبيت سريعًا لأعلى من خلال قضيب صلب مسطح. في بعض الأحيان ، ومع ذلك ، يتم استخدام ختم الذاتي التنصت في الجزء السفلي من بوتقة. وبهذه السهولة ، فإن المعدن المنصهر الذي يتم الحصول عليه بعد اشتعال الشحنة يذيب الختم ويصب من أسفل البوتقة في قالب العفن ليتدفق إلى الفجوة بين القضبان المراد ربطها.

إن الخبث الموجود فوق المعدن المنصهر في تدفقات البوتقة يدوم أخيرًا ولا يصل إلى تجويف القالب ، وبالتالي يظل على رأس اللحام حيث يتجمد. عندما يكون المعدن قد تجمد ، فإن القالب مكسور ومفتوح. تتم إزالة الفائض الزائد في المفصل عن طريق خلع الملابس بمساعدة إزميل هوائي أو يدوي ، ويتم إعطاء المفصل الشكل المطلوب بينما لا يزال ساخناً. يتم تسوية اللحام ، إذا لزم الأمر ، عن طريق طحن اليد.

2. إصلاح الصب:

يعد لحام اللحام للمسبوكات الثقيلة أحد المجالات المهمة الأخرى للتطبيقات في اللحام الحراري. هذه التطبيقات غير متكررة بطبيعتها ، لذلك لا يمكن عادة استخدام القوالب المصنعة مسبقًا. وبالتالي ، يجب عمل القالب لكل لحام حتى يتوافق مع شكل المكونات.

الخطوة الأساسية الأولى في تحضير وصلة لحام حراري هي تنظيفها بشكل جيد بواسطة شعلة أوكسي أسيتيلين متبوعة بتبريد المواد الخارجية من قطعة الشغل. يجب تنظيف منطقة تصل حتى 15 سم على كلا الجانبين على طول الكسر الملحم بشكل كامل. يتم ترك فجوة بين الأجزاء المراد لحامها والتي يتم حسابها بالعلاقة التجريبية (7 A) 1/3 mm ، حيث A هي المساحة السطحية لكل مكون ليتم لحامه.

بعد تنظيف أجزاء القطع وتباعدها بشكل صحيح ، يتم تحضير الشمع الأصفر لعمل نمط لملء الفراغ وإعطاء الشكل الدقيق للحام النهائي. يستخدم الشمع الساخن في حالة بلاستيكية لجعل هذا النمط. ثم يتم بناء قالب رمل حول هذا النمط عن طريق وضع صندوق صب مناسب لاحتواء رمل الصب.

تستخدم الأنماط الخشبية اللازمة لتوفير بوابات الصهر والشفاء ، والركائز عند جميع النقاط العالية في المفصل عندما يتم لحام قطعتين من نفس الحجم معًا عندئذٍ ، فإن جات التسخين "يقع بشكل مركزي على نمط الشمع ومع ذلك ، عندما تكون الأجزاء غير متساوية هي أن تنضم إلى بوابة التدفئة موجه نحو القسم الأكبر لتوفير ، بقدر الإمكان ، تدفئة موحدة من الجزأين.

يتم توفير قسم مجوف في الجزء العلوي من القالب لجمع الخبث. يجب الحرص على كبش الرمل لتوفير اتصال عالي بين رمال التشكيل والشمع. مطلوب رمل التشكيل المستخدم في صناعة القالب بالحرارة العالية ، والنفاذية العالية ، وقوة القص المناسبة ، ويجب أن يكون خاليًا من مكونات الطين منخفضة نقطة الانصهار.

يتم التسخين المسبق بمساعدة شعلة مصممة خصيصًا يمكن وضعها في الوضع المطلوب بسهولة من خلال بوابة التسخين. الغرض من التسخين في المرحلة الأولية هو إذابة نمط الشمع وهذا هو السبب في أن الحرارة تطبق تدريجيا. عندما ينقل الشمع من القالب ، تزداد الحرارة تدريجياً لتسخين الوجوه ليتم لحامها وتجفيف القالب تماماً لتجنب المسامية. يستمر التسخين حتى يتم تسخين الأجزاء المراد لحامها إلى درجة حرارة 815 إلى 980 درجة مئوية.

بمجرد الانتهاء من التسخين المسبق ، يتم سحب الشعلة وإغلاق بوابة التسخين بقضيب فولاذي مدعوم برمل صب.

يتم إشعال خليط الخلط في بوتقة على شكل مخروط مبطنة الحرارية كما هو موضح في قسم لحام السكك الحديدية. يضاف أحيانا اللكم الصلب منخفض الكربون إلى الشحنة لزيادة كمية المعدن المنصهر المنتج.

يمكن حساب مقدار خليط الثرميت المطلوب لمفصل من خلال استخدام العلاقة التالية:

Q = M / 0.5 + 0.01 S ………. (15.2)

أين:

س = كمية الحرارة المطلوبة ، كجم ،

M = معدن منصهر مطلوب لملء فجوة المفاصل زائد 10٪ خسائر ، كجم ،

S = النسبة المئوية للكمات الفولاذية التي سيتم تضمينها في الشحنة.

مطلوب حوالي 25 كجم من thermit لكل كغم من الشمع في هذا النمط.

يمكن تصميم مزيج Therth لإنتاج رواسب معدنية لحام محددة.

التحليل الطبيعي للحرارة المستخدمة في لحام الفولاذ المعتدل والفولاذ الكربوني المتوسط ​​هو:

C = 0.20 - 0.30٪

Mn = 0.5 - 0.60٪

Si = 0.2 --0.50٪

= 0.07 - 0.1.18٪

Fe = الباقي

يمكن أيضاً تصميم ثيرمنت للفولاذ المقاوم للتآكل ولحام الفولاذ الكربوني. الخصائص الميكانيكية للقوس thermit المستخدمة عادة تقريبا نفس تلك من الفولاذ الطري. بالنسبة لحام الحديد المصبوب ، يمكن تصنيع thermit بشكل مناسب عن طريق إضافة السيليكون السليكون إليه.

يمكن إشعال الخليط بواسطة أي من الطريقتين الموضحتين سابقًا في قسم اللحام بالسلك ، باستخدام مسحوق البدء الذي يمكن إشعاله بواسطة عصا مطابقة ، ولاعة غازية ، أو قضيب حديدي ساخن أو بدلاً من ذلك باستخدام المفرقعات النار.

يتم استغلال المعدن المصهور ، بعد أن يهدأ رد الفعل ، عن طريق ضرب دبوس التنصت بضربة تصاعدية حادة. يتدفق المعدن المنصهر في القالب لملء المفصل.

يتم التخلص من العفن عادةً عن طريق كسره ويرتدي اللحام عن طريق إزالة البوابات والناقيات بمساعدة شعلة قطع أوكسي أسيتيلين متبوعة بالقطع أو الطحن. كلما كان ذلك ممكنا هو ملحم لحام كامل للتأكيد على تخفيف ذلك.

يستخدم لحام الثنية بشكل رئيسي في إصلاح المكونات الكبيرة على سبيل المثال ، إطارات الدفة ، أعمدة المروحة ، ترسات درفلة الصلب ، أعمدة ودعامات. كما أنها تستخدم لإصلاح قوالب السبيكة عن طريق قطع الجزء السفلي من القالب وإعادة بنائه بالكامل بواسطة المعدن الحراري.

3. لحام حديد التسليح:

بالنسبة لقضبان التسليح في اللحام ، يتم وضع قالب في نصفين ، يتم تصنيعه مسبقًا عن طريق صب القالب أو عملية ثاني أكسيد الكربون ، بحيث يتم وضع أطراف النهايات ملحومة كما هو موضح في الشكل 15.2. ثم يتم تحجيم القالب مع الأسبستوس والرمل لتجنب تسرب المعدن المنصهر.

يتم تغطية ثقب التنصت في بوتقة مع قرص إغلاق أفقي قبل فرض رسوم عليه مع خليط thermit. بعد اكتمال التفاعل يذوب الفولاذ من خلال قرص الإغلاق لملء الفراغ بين القضبان. يمكن لحام قضبان التسليح في أي موضع من خلال هذه العملية ويظهر الشكل رقم 15.3.

4. لحام الموصلات الكهربائية :

يستخدم اللحام Aluminothermic للانضمام إلى الموصلات النحاسية أو خطوط الكابلات باستخدام الإعداد المبين في الشكل 15.4. (ا). يعطي الخليط عند إشعاله حوالي 98٪ من النحاس النقي بواسطة التفاعلات المعطاة بواسطة المعادلات (15.5) و (15.6).

اكتمال التفاعل في 1 إلى 5 ثوان ، والنحاس المصهور الذي يتم إنتاجه هو محمى بخبث فوقه. يمكن تغيير تركيبة المعدن المصهور ليتناسب مع المعادن ليتم ربطه عن طريق عمل إضافة مناسبة ، في شكل مسحوق أو بزاق ، إلى خليط thermit. يظهر اللحام المكتمل في الشكل 15.4. (ب).

وبصرف النظر عن الانضمام إلى الموصلات الكهربائية ، يمكن استخدام هذه العملية لربط الموصلات النحاسية بقضبان الصلب لتوفير وصلات أرضية. لتطبيق مثل هذا ، يتم تثبيط قالب الجرافيت على القضيب في القسم المطلوب. يمكن إعادة استخدام القالب بعد الانتهاء من الوظيفة ، عن طريق إزالة الخبث منه.

المتغيرات من عملية لحام

وبصرف النظر عن التطبيقات التي تم وصفها بالفعل يستخدم لحام thermit لتجميع أجزاء من الهياكل الكبيرة الحجم ، بناء السفن ، صنع أعمدة كرنك كبيرة ، وأعمدة المروحة باستخدام شحنة thermit تصل إلى 3000 كجم. ومع ذلك ، وبغض النظر عن عدد من المزايا المحددة ، فإن العملية تخرج ببطء عن الاستخدام ويتم استبدالها بشكل رئيسي من خلال اللحام بعقب الفلاش من أجل الانضمام إلى القضبان ، واللحام بالكتروسلاج للبناء الثقيل.

البديل الوحيد من اللحام الحراري العادي هو ما يسمى لحام الضغط.

لحام الضغط المنخفض:

في هذه العملية فقط يتم استخدام الحرارة الناتجة عن تفاعل thermit لتسخين نهايات المكونات ليتم ربطها بواسطة لحام ذو مرحلة صلبة. مطلوب عدم وجود منتجات متبقية للتفاعل في الواجهة المشتركة. ومن ثم ، فإن إجراء العملية يخطط لإبقاء منتجات التفاعل خالية من قطع الشغل دون فقد الكثير من الكفاءة الحرارية.

في هذه العملية يتم محاذاة طرفين موحدين من المواد ذات مساحات متساوية في الواجهة المشتركة محوريًا ؛ يتم تسخين نهاياتها إلى درجة الحرارة المرغوبة بواسطة منتجات تفاعل الثرميت ، ثم يتم دفعها معاً تحت الضغط المتحكم به لعمل لحام بعقب صلب. يوضح الشكل 15.5 الأنابيب التي يتم ضغطها ملحومة عن طريق إرفاق الوصلة مع قالب دائم مما يسمح للفولاذ المسخن والخبث بالتدفق عند التلامس حول الأنبوب ليكون بمثابة مصدر حرارة اللحام.

يتم استخدام آلية المشبك المصممة بشكل مناسب لإجبار نهاية الأنبوب معًا ، بعد التسخين ، لإنجاز اللحام. هذا الترتيب من التدفئة ، ومع ذلك ، هو مناسب فقط لقطع العمل مع مناطق مستعرضة صغيرة. يمكن تباعد أوجه المفاصل الكبيرة بمسافة صغيرة إلى جانب وجود قالب قابل للإزالة يحيط بها.

يمتلئ الفراغ بين الوجوه وبقية القالب بالحرارة وبدأ التفاعل. يسمح لمنتجات التفاعل بالبقاء في موضعها حتى يتم نقل الحرارة الكافية إلى الوجوه المراد ربطها. ثم يتم إزالة القالب ومنتجات التفاعل ثم يتم توجيه الوجهين معاً لإنجاز لحام الحالة الصلبة.

لا يمكن لأي من هاتين الطريقتين أن تنتج لحامات ذات جودة موحدة بشكل متناسق وبالتالي فهي نادراً ما تُستخدم ؛ لا حتى بالنسبة للمواد القابلة للحام للغاية مثل الفولاذ الطري. أيضا تكلفة لحام thermit الضغط باهظة ، وبالتالي يتم تجنبه عادة.