ما هو اللحام؟
تشير قدرة اللحام للمعدن إلى قدرة المادة المعدنية على التكيف مع عملية اللحام، وتشير بشكل أساسي إلى صعوبة الحصول على وصلات ملحومة عالية الجودة في ظل ظروف معينة لعملية اللحام.بشكل عام، يتضمن مفهوم "قدرة اللحام" أيضًا "التوافر" و"الموثوقية".تعتمد قدرة اللحام على خصائص المادة وظروف العملية المستخدمة.قدرة اللحام للمواد المعدنية ليست ثابتة ولكنها تتطور على سبيل المثال، بالنسبة للمواد التي كانت تعتبر في الأصل ضعيفة في قدرة اللحام، مع تطور العلم والتكنولوجيا، أصبحت طرق اللحام الجديدة أسهل في اللحام، أي قدرة اللحام أصبح أفضل.لذلك، لا يمكننا أن نترك شروط العملية للحديث عن قدرة اللحام.
تتضمن قدرة اللحام جانبين: الأول هو أداء المفصل، أي حساسية تشكيل عيوب اللحام في ظل ظروف معينة لعملية اللحام؛والثاني هو الأداء العملي، أي قدرة الوصلة الملحومة على التكيف مع متطلبات الاستخدام في ظل ظروف معينة لعملية اللحام.
طرق اللحام
1. اللحام بالليزر(LBW)
2. اللحام بالموجات فوق الصوتية (USW)
3. لحام الانتشار (DFW)
4. الخ
1. اللحام هو عملية ربط المواد، عادة المعادن، عن طريق تسخين الأسطح إلى درجة الانصهار ومن ثم السماح لها بالتبريد والتصلب، وغالباً مع إضافة مادة حشو.تشير قابلية لحام المادة إلى قدرتها على اللحام في ظل ظروف عملية معينة، وتعتمد على كل من خصائص المادة وعملية اللحام المستخدمة.
2. يمكن تقسيم قابلية اللحام إلى جانبين: الأداء المشترك والأداء العملي.يشير أداء الوصلة إلى حساسية تشكيل عيوب اللحام في ظل ظروف معينة لعملية اللحام، بينما يشير الأداء العملي إلى قدرة الوصلة الملحومة على التكيف مع متطلبات الاستخدام في ظل ظروف معينة لعملية اللحام.
3. هناك طرق لحام مختلفة، بما في ذلك اللحام بالليزر (LBW)، واللحام بالموجات فوق الصوتية (USW)، واللحام الانتشاري (DFW)، من بين طرق أخرى.يعتمد اختيار طريقة اللحام على المواد التي يتم ربطها، وسمك المواد، وقوة الوصلة المطلوبة، وعوامل أخرى.
ما هو اللحام بالليزر؟
اللحام بالليزر، والمعروف أيضًا باسم لحام شعاع الليزر (“LBW”)، هو تقنية في التصنيع يتم من خلالها ربط قطعتين أو أكثر من المواد (عادةً معدنية) معًا من خلال استخدام شعاع الليزر.
إنها عملية عدم اتصال تتطلب الوصول إلى منطقة اللحام من جانب واحد من الأجزاء التي يتم لحامها.
تعمل الحرارة الناتجة عن الليزر على إذابة المادة الموجودة على جانبي المفصل، وعندما تمتزج المادة المنصهرة وتتماسك، فإنها تقوم بدمج الأجزاء.
يتم تشكيل اللحام عندما يقوم ضوء الليزر المكثف بتسخين المادة بسرعة - يتم حسابها عادةً بالمللي ثانية.
شعاع الليزر عبارة عن ضوء متماسك (أحادي الطور) ذو طول موجي واحد (أحادي اللون).يحتوي شعاع الليزر على انحراف منخفض للشعاع ومحتوى عالي من الطاقة من شأنه أن يولد حرارة عندما يضرب السطح
مثل جميع أشكال اللحام، فإن التفاصيل مهمة عند استخدام LBW.يمكنك استخدام أنواع مختلفة من الليزر وعمليات LBW المختلفة، وهناك أوقات لا يكون فيها اللحام بالليزر هو الخيار الأفضل.
اللحام بالليزر
هناك 3 أنواع من اللحام بالليزر:
1. وضع التوصيل
2. وضع التوصيل/الاختراق
3. وضع الاختراق أو ثقب المفتاح
يتم تجميع هذه الأنواع من اللحام بالليزر حسب كمية الطاقة التي يتم توصيلها إلى المعدن.فكر في هذه المستويات كمستويات طاقة منخفضة ومتوسطة وعالية من طاقة الليزر.
وضع التوصيل
يوفر وضع التوصيل طاقة ليزر منخفضة للمعدن، مما يؤدي إلى اختراق منخفض عند اللحام الضحل.
إنه جيد للمفاصل التي لا تحتاج إلى قوة عالية لأن النتائج هي نوع من اللحام النقطي المستمر.لحامات التوصيل سلسة وممتعة من الناحية الجمالية، وعادةً ما تكون أوسع من عمقها.
هناك نوعان من وضع التوصيل LBW:
1. التدفئة المباشرة:يتم تسخين سطح الجزء مباشرة بواسطة الليزر.يتم بعد ذلك توصيل الحرارة إلى المعدن، وتذوب أجزاء من المعدن الأساسي، مما يؤدي إلى دمج المفصل عندما يتصلب المعدن.
2. نقل الطاقة: يتم أولاً وضع حبر ماص خاص على واجهة المفصل.يمتص هذا الحبر طاقة الليزر ويولد الحرارة.يقوم المعدن الأساسي بعد ذلك بتوصيل الحرارة إلى طبقة رقيقة، والتي تذوب وتتصلب لتشكل وصلة ملحومة.
وضع التوصيل/الاختراق
قد لا يعترف البعض بهذا كأحد الأوضاع.يشعرون أن هناك نوعين فقط؛إما أن تقوم بتوصيل الحرارة إلى المعدن أو تبخير قناة معدنية صغيرة، مما يسمح لليزر بالوصول إلى المعدن.
لكن وضع التوصيل/الاختراق يستخدم طاقة "متوسطة" ويؤدي إلى مزيد من الاختراق.لكن الليزر ليس قويًا بما يكفي لتبخير المعدن كما هو الحال في وضع ثقب المفتاح.
وضع الاختراق أو ثقب المفتاح
هذا الوضع يخلق اللحامات العميقة والضيقة.لذلك، يسميه البعض وضع الاختراق.عادة ما تكون اللحامات المصنوعة أعمق من اللحامات العريضة وأقوى من اللحامات في وضع التوصيل.
مع هذا النوع من لحام LBW، يعمل ليزر عالي الطاقة على تبخير المعدن الأساسي، مما يؤدي إلى إنشاء نفق ضيق يُعرف باسم "ثقب المفتاح" يمتد إلى أسفل حتى المفصل.يوفر هذا "الثقب" قناة لليزر لاختراق عمق المعدن.
معادن مناسبة لـ LBW
اللحام بالليزر يعمل مع العديد من المعادن مثل:
- الكربون الصلب
- الألومنيوم
- التيتانيوم
- سبائك منخفضة والفولاذ المقاوم للصدأ
- النيكل
- البلاتين
- الموليبدينوم
اللحام بالموجات فوق الصوتية
اللحام بالموجات فوق الصوتية (USW) هو ربط أو إعادة تشكيل اللدائن الحرارية من خلال استخدام الحرارة المتولدة من الحركة الميكانيكية عالية التردد.ويتم تحقيق ذلك عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية عالية التردد إلى حركة ميكانيكية عالية التردد.تخلق هذه الحركة الميكانيكية، إلى جانب القوة المطبقة، حرارة احتكاكية على أسطح تزاوج المكونات البلاستيكية (منطقة المفاصل)، وبالتالي تذوب المادة البلاستيكية وتشكل رابطة جزيئية بين الأجزاء.
المبدأ الأساسي للحام بالموجات فوق الصوتية
1. الأجزاء الموجودة في التركيبات: يتم وضع الجزأين اللدن بالحرارة المراد تجميعهما معًا، أحدهما فوق الآخر، في عش داعم يسمى التركيب.
2. الاتصال بالقرن بالموجات فوق الصوتية: يتم ملامسة مكون من التيتانيوم أو الألومنيوم يسمى القرن بالجزء البلاستيكي العلوي.
3. القوة المطبقة: يتم تطبيق قوة أو ضغط متحكم به على الأجزاء، وتثبيتها معًا ضد التركيب.
4. وقت اللحام: يتم اهتزاز البوق بالموجات فوق الصوتية عموديًا 20,000 (20 كيلو هرتز) أو 40,000 (40 كيلو هرتز) مرة في الثانية، على مسافات تقاس بالألف من البوصة (ميكرون)، لفترة زمنية محددة مسبقًا تسمى وقت اللحام.ومن خلال التصميم الدقيق للجزء، يتم توجيه هذه الطاقة الميكانيكية الاهتزازية إلى نقاط اتصال محدودة بين الجزأين.تنتقل الاهتزازات الميكانيكية عبر المواد البلاستيكية الحرارية إلى الواجهة المشتركة لتكوين حرارة احتكاكية.عندما تصل درجة الحرارة في الواجهة المشتركة إلى نقطة الانصهار، يذوب البلاستيك ويتدفق، ويتوقف الاهتزاز.وهذا يسمح للبلاستيك المنصهر بالبدء في التبريد.
5. وقت التثبيت: يتم الحفاظ على قوة التثبيت لفترة زمنية محددة مسبقًا للسماح للأجزاء بالاندماج مع تبريد البلاستيك المنصهر وتصلبه.يُعرف هذا بوقت الانتظار.(ملاحظة: يمكن تحقيق تحسين قوة المفاصل وتماسكها من خلال تطبيق قوة أعلى أثناء فترة التثبيت. ويتم تحقيق ذلك باستخدام الضغط المزدوج).
6. يتراجع القرن: بمجرد أن يصلب البلاستيك الذائب، تتم إزالة قوة التثبيت ويتم سحب القرن بالموجات فوق الصوتية.يتم الآن ربط الجزأين البلاستيكيين كما لو كانا مصبوبين معًا ويتم إزالتهما من التركيب كجزء واحد.
لحام الانتشار، DFW
عملية الانضمام عن طريق الحرارة والضغط حيث يتم ربط أسطح التلامس عن طريق انتشار الذرات.
العملية
يتم وضع قطعتي عمل [1] بتركيزات مختلفة بين مكبسين [2].تعتبر المكابس فريدة من نوعها لكل مجموعة من قطع العمل، مما يؤدي إلى الحاجة إلى تصميم جديد إذا تغير تصميم المنتج.
يتم بعد ذلك توفير الحرارة المكافئة لحوالي 50-70% من درجة انصهار المواد إلى النظام، مما يزيد من حركة ذرات المادتين.
يتم بعد ذلك ضغط المكابس معًا، مما يتسبب في بدء انتشار الذرات بين المواد عند منطقة التلامس [3].يحدث الانتشار بسبب كون قطع العمل ذات تركيزات مختلفة، في حين أن الحرارة والضغط تجعل العملية أسهل.ولذلك يتم استخدام الضغط لتقريب المواد من الأسطح الملامسة قدر الإمكان بحيث يمكن للذرات الانتشار بسهولة أكبر.عندما تنتشر النسبة المطلوبة من الذرات، تتم إزالة الحرارة والضغط وتكتمل عملية الترابط.
