الخصائص الميتالورجية ورقابة جودة اللحام في لحام الكهرباء الراسبة

1. المبادئ الميتالورجية للحام الكهرباء الراسبة
السلوك الميتالورجي للحام الكهرباء الراسبة (ESW) يحدد بشكل أساسي جودة اللحام، ويؤثر مباشرة على التركيب الكيميائي، البنية الدقيقة والخصائص الميكانيكية.

1.1 تفاعل الراسب-المعدن
تولد بركة الركام الموصلة (على سبيل المثال، ركام CaF2-Al2O3) درجات حرارة مستقرة تتراوح بين 1,700-2,000℃، وتؤدي دورين:
التنقية: يمتص الركام أكاسيد (مثل SiO2 وMnO) وأملاح الكبريت (مثل FeS)، مما يقلل من الشوائب.
تعديل السبائك: المكونات مثل CaO وTiO2 تنظم محتوى السيليكون/المانغانيز، مما يعزز المتانة.
دراسة حالة: الركام HJ360، الذي يحتوي على 8-12% MnO، يزيد من صلابة التأثير Charpy للحام الصلب منخفض الكربون إلى ≥80J عند درجة حرارة الغرفة.

1.2 نقل العناصر والتوزيع
الأقطاب الكهربائية (أسلاك أو ألواح) تزود بالعناصر المضافة. بسبب فترة الإقامة الطويلة في البركة المنصهرة (تصل إلى دقائق)، كفاءة الانتقال للعناصر مثل Ni/Cr تتجاوز 95%. اعتبارات رئيسية:
خسارة الكربون: يتم تعويضها بإضافة الكربون إلى الأسلاك (مثل H08Mn2SiA التي تحتوي على 0.10-0.15% C).
إدارة الهيدروجين: الفلوريدات (CaF2) في الركام تربط الهيدروجين في غاز HF، مما تقلل من مخاطر التشقق.

1.3 تطور البنية الدقيقة
البلورات العمودية: نمو الحبيبات العمودية الخشنة يتطلب تطبيعًا بعد اللحام.
منطقة التأثر بالحرارة (HAZ): منطقة عرضها 10-20 مم تهيمن عليها البنائت تتطلب تبريدًا متحكمًا فيه لمنع الهشاشة.

العوامل الحرجة لضمان جودة اللحام
تعتمد ضمان الجودة على تعزيز المعلمات، توافق المواد، وموثوقية المعدات.

2.1 تعزيز المعلمات
التيار (400-1,000A): يحكم معدل الإيداع؛ القيم الزائدة تسبب اضطرابًا ومسامية.
الفولتية (35-55V): تؤثر على عرض اللحام؛ زيادة 5V تزيد العرض بـ 2-3mm.
سرعة التنقل (0.5-1.5m/ساعة): السرعات البطيئة تسبب التحميّة الزائدة؛ السرعات العالية تُعرّض للخطر عدم الانصهار الكامل.
مثال على التعزيز: بالنسبة للصلب السمك 300mm في مشروع سد الثلاثة جorges، 800A/45V/0.8m/ساعة متوازن بين الاختراق والعرض.

2.2 توافق الفلوكس والقطب الكهربائي
اختيار الفلوكس:
HJ170: توصيلية كهربائية عالية ولكن قابلية الفصل ضعيفة، مثالية لبدء الركاز.
HJ431: متعددة الاستخدامات للألومنيوم الصلب منخفض الكربون / منخفض السبائك مع إزالة ركاز ممتازة.
مواد الإلكترود:
سلك H10Mn2: 1.5-1.8% Mn للحام فولاذ Q345.
لوازم الصمام Q295: تطابق تركيبة المعدن الأساسي لتقليل الإجهاد على الواجهة.

2.3 المعدات والمعايير التشغيلية
صيانة الحذاء المبرد بالماء: التأكد من أن تدفق المبرد ≥10L/دقيقة لمنع التسرب.
إعادة تدوير الخبث: تحقيق >95% لإعادة الاستخدام لتجنب تراكم الشوائب.

3. تحليل العيوب واستراتيجيات التخفيف

3.1 الثقوب والشمولات في الخبث
الأسباب: تغطية غير كاملة للنفايات أو تلوث الراسب بالماء (>0.1% H2O).
الحلول:
تجفيف مسبق للراسب (300℃×2h).
زيادة عمق بركة النفايات إلى 40-60 مم لخروج الغاز.

3.2 التشققات (ساخنة/باردة)
التشققات الساخنة: تسببها خليط ذائب منخفض (مثل FeS)؛ قمعها عبر نسبة Mn/S >40.
التشققات الباردة: ناتجة عن الهيدروجين؛ ضبط رطوبة الراسب (<0.05%) وتطبيق تبريد بطيء.

3.3 نقص الانصهار والانحراف السفلي
نقص الانصهار: تيار غير كافٍ أو فجوات ضيقة (<28mm)؛ ضبط المعلمات أو توسيع الفجوات.
الانحراف السفلي: سيولة غير جيدة؛ استخدام اهتزاز السلك (2-3Hz).

4. ممارسات السيطرة على الجودة الصناعية

4.1 تصنيع برج توربين الرياح
التحدي: ألواح سماكة 60-150 مم تتوافق مع معايير EN 1011-2.
الحل:
التلحيم الكهربائي المزدوج (IK-ESW5000) يزيد كفاءة الترسيب بنسبة 50%.
المعالجة الحرارية بعد اللحام (920℃×2h) تحسن حبيبات منطقة التأثير الحراري إلى ASTM 5-6.

4.2 أوعية ضغط المفاعل النووي
المعيار: يفرض ASME Section III معدل نجاح فحص UT بنسبة >99.5%.
الإجراءات:
مادة لحام خالية تمامًا من الشوائب (S/P <0.015%).
مراقبة الوقت الحقيقي لبركة الركام (دقة ±10℃) لمنع الفصل.

5. الاتجاهات الناشئة

الرقابة الذكية: أجهزة استشعار إنترنت الأشياء لتحليل كيميائي وحراري في الوقت الفعلي.
المواد المساعدة الصديقة للبيئة: صيغ تحتوي على نسبة منخفضة من الفلوريد (F <5%) لتقليل التأثير البيئي.

خاتمة

إتقان المبادئ المعدنية واستراتيجيات ضبط الجودة الخاصة باللحام الكهربائي المقاوم ESW يمكّن من تحقيق لحامات ذات أداء عالي ومتسقة عبر الصناعات. من خلال ضبط الدقائق بدقة، وتناغم المواد، والمعدات المتقدمة، يربط هذا العملية بين الدقة المعملية والموثوقية على مستوى صناعي.