هل واجهت عيوب اللحام مثل الرش الزائد، تشكيل اللحام غير الجمالي، والعديد من المسام بعد اللحام؟ بينما قد تتساءل إذا كان ذلك بسبب إعدادات معلمات عملية اللحام بالليزر غير الصحيحة، هل تدرك أن الاستخدام الصحيح لغاز الحماية هو أيضًا عامل حاسم يؤثر على تشكيل وأداء اللحام؟ اختيار غاز الحماية الأمثل هو في الواقع طريقة لتحسين جودة وكفاءة اللحام.

نظرًا لأهمية غاز الحماية، ما هي وظيفته بالضبط؟ كيف يجب أن تختار نوع غاز الحماية؟ كيف يجب أن يتم نفخ غاز الحماية أثناء اللحام؟

دور غاز الحماية

في اللحام بالليزر، يؤثر غاز الحماية على تشكيل اللحام، جودة اللحام، تغلغل اللحام، وعرض اللحام. في معظم الحالات، يكون لنفخ غاز الحماية تأثير إيجابي على اللحام، لكنه قد يكون له أيضًا تأثيرات سلبية.

التأثيرات الإيجابية

1) غاز الحماية المُدخل بشكل صحيح يحمي بركة اللحام بفعالية، مما يقلل أو يمنع الأكسدة.

2) غاز الحماية المُدخل بشكل صحيح يقلل بفعالية من الرش أثناء اللحام.

3) غاز الحماية المُدخل بشكل صحيح يعزز الانتشار المتساوي لبركة اللحام أثناء التصلب، مما ينتج لحامًا متناسقًا وجماليًا.

4) غاز الحماية المُدخل بشكل صحيح يقلل بفعالية من تأثير الحجب لسحب بخار المعدن أو سحب البلازما على الليزر، مما يزيد من معدل الاستفادة الفعالة من الليزر.

5) غاز الحماية المُدخل بشكل صحيح يقلل بفعالية من مسامية اللحام.

طالما تم اختيار نوع الغاز، معدل تدفق الغاز، وطريقة الإدخال بشكل صحيح، يمكن تحقيق نتائج مثالية.

ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الاستخدام غير الصحيح لغاز الحماية إلى تأثير سلبي على اللحام.

1) قد يؤدي تطبيق غاز الحماية غير الصحيح إلى تفاقم اللحام:

① اختيار نوع الغاز الخاطئ قد يسبب تشققات في اللحام ويقلل من الخصائص الميكانيكية للحام؛

② اختيار معدل تدفق الغاز الخاطئ قد يؤدي إلى أكسدة أكثر حدة للحام (سواء كان معدل التدفق مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا)، وقد يسبب أيضًا تداخلًا شديدًا مع بركة اللحام، مما يؤدي إلى انهيار اللحام أو تشكيل غير متساوٍ؛

③ اختيار طريقة تطبيق الغاز الخاطئة قد يؤدي إلى حماية غير فعالة أو حتى عدم وجود حماية، أو يؤثر سلبًا على تشكيل اللحام؛

2) يمكن أن يؤثر تطبيق غاز الحماية على تغلغل اللحام، خاصة في لحام الصفائح الرقيقة، مما يقلل من تغلغل اللحام.

أنواع غازات الحماية

تشمل غازات الحماية المستخدمة عادة في لحام الليزر N2 و Ar و He. تختلف خصائصها الفيزيائية والكيميائية، وبالتالي تختلف تأثيراتها على اللحام.

النيتروجين (N2)

الأرخص، لكنه غير مناسب للحام بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. النيتروجين (N2) له طاقة تأين معتدلة، أعلى من الأرجون ولكن أقل من الهيليوم. تحت إشعاع الليزر، تكون درجة تأينه عادة منخفضة، مما يقلل بشكل فعال من تكوين سحابة البلازما وبالتالي يزيد من معدل الاستفادة الفعّالة من الليزر. ومع ذلك، يمكن للنيتروجين أن يتفاعل كيميائيًا مع سبائك الألمنيوم والفولاذ الكربوني عند درجات حرارة معينة، مكونًا نيتريدات. هذا يزيد من هشاشة اللحام ويقلل من المتانة، مما يؤثر سلبًا بشكل كبير على الخصائص الميكانيكية لوصلة اللحام. لذلك، لا يُنصح باستخدام النيتروجين لحماية وصلات لحام سبائك الألمنيوم والفولاذ الكربوني.

من ناحية أخرى، يمكن للنترات الناتجة عن التفاعل الكيميائي بين النيتروجين والفولاذ المقاوم للصدأ أن تزيد من قوة وصلة اللحام، مما يحسن خصائصها الميكانيكية. لذلك، يمكن استخدام النيتروجين كغاز حماية عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ.

الأرجون (Ar)

رخيص نسبيًا، وله كثافة عالية، ويوفر حماية جيدة. سطح اللحام أكثر نعومة مقارنة بالهيليوم. ومع ذلك، فإنه يتأين بسهولة بواسطة بلازما المعدن ذات درجة الحرارة العالية، مما قد يحجب جزءًا من شعاع الليزر من الوصول إلى قطعة العمل، مما يقلل من قوة اللحام الفعالة ويعيق سرعة واختراق اللحام. الأرجون (Ar) لديه أدنى طاقة تأين، لكن درجة تأينه مرتفعة نسبيًا تحت إشعاع الليزر، وهو ما لا يساعد في التحكم في تكوين سحب البلازما وسيؤثر إلى حد ما على معدل الاستفادة الفعالة من الليزر. ومع ذلك، فإن الأرجون يتمتع بنشاط كيميائي منخفض جدًا ومن الصعب أن يتفاعل كيميائيًا مع المعادن الشائعة. علاوة على ذلك، الأرجون رخيص الثمن. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الأرجون بكثافة عالية، مما يسهل استقراره فوق حمم اللحام، موفرًا حماية أفضل لحمم اللحام. لذلك، يمكن استخدامه كغاز حماية تقليدي.

الهيليوم (He)

إنه أكثر تكلفة، لكنه يمتلك أفضل تأثير، مما يسمح لليزر بالمرور مباشرة دون عائق إلى سطح قطعة العمل. لديه أعلى طاقة تأين، لكن درجة تأينه منخفضة جدًا تحت إشعاع الليزر، مما يمكن من التحكم الفعال في تكوين سحب البلازما. يمكن لليزر أن يعمل بشكل جيد على المعادن، وHe لديه تفاعل منخفض جدًا، ولا يتفاعل كيميائيًا مع المعادن بشكل أساسي. إنه غاز درع ممتاز للوصلات الملحومة. ومع ذلك، فإن He مكلف جدًا، وعادة لا يُستخدم للإنتاج الكمي. يُستخدم He عادةً للأبحاث العلمية أو المنتجات ذات القيمة المضافة العالية.

طرق حقن غاز الحماية

هناك حالياً طريقتان رئيسيتان لإدخال غازات الحماية: إحداهما هي النفخ الجانبي خارج المحور لغاز الحماية... الغاز الوقائي المنفخ جانبياً بشكل متوازي

نوع آخر هو الغاز الوقائي المحوري المشترك.

غاز الحماية المحوري المشترك

يعتمد الاختيار بين طريقتي النفخ على مجموعة من العوامل، لكن يُنصح عمومًا باستخدام نفخ غاز الحماية جانبياً.

مبادئ اختيار طرق نفخ غاز الحماية

أولاً، من المهم توضيح أن مصطلح "أكسدة اللحام" هو تعبير عامي. نظريًا، يشير إلى تفاعل كيميائي بين اللحام والمكونات الضارة في الهواء، مما يؤدي إلى تدهور جودة اللحام. من الأمثلة الشائعة تفاعل معدن اللحام مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في الهواء عند درجات حرارة معينة.

يشمل منع أكسدة اللحام تقليل أو تجنب الاتصال بين هذه المكونات الضارة ومعدن اللحام عند درجات حرارة عالية. تشير هذه الدرجة العالية ليس فقط إلى معدن البركة المنصهرة ولكن أيضًا إلى الفترة الكاملة من ذوبان معدن اللحام حتى يتصلب وتنخفض درجة حرارته إلى ما دون مستوى معين.

على سبيل المثال، في لحام سبائك التيتانيوم، يتم امتصاص الهيدروجين بسرعة فوق 300 ° C، والأكسجين فوق 450 ° C، والنيتروجين فوق 600 ° C. لذلك، تتطلب وصلات لحام سبائك التيتانيوم حماية فعالة بعد التصلب وخلال الفترة التي تنخفض فيها درجة الحرارة إلى ما دون 300 ° C؛ وإلا فستتعرض لـ "الأكسدة".

كما يوضح الوصف أعلاه، فإن غاز الحماية المنفوخ لا يحتاج فقط إلى حماية حمام اللحام في الوقت المناسب بل أيضًا المنطقة التي تم تصلبها حديثًا. لذلك، يُستخدم عادةً طريقة نفخ غاز الحماية من الجانب خارج المحور الموضحة في الشكل 1 لأنها توفر نطاق حماية أوسع من طريقة الحماية المحورية الموضحة في الشكل 2، خاصةً بتوفير حماية أفضل لمنطقة اللحام التي تم تصلبها حديثًا.

بالنسبة للتطبيقات الهندسية، فإن غاز الحماية المنفوخ من الجانب خارج المحور غير مناسب لجميع المنتجات. لبعض المنتجات المحددة، يمكن استخدام غاز الحماية المحوري فقط. يجب أن يكون الاختيار مخصصًا لهياكل المنتج ونوع الوصلات.

اختيار طريقة نفخ غاز الحماية المحددة

1) اللحامات المستقيمة

كما هو موضح في الشكل 3، شكل اللحام للمنتج مستقيم. يمكن أن يكون نوع الوصلة وصلة طرفية، أو وصلة تراكب، أو وصلة زاوية، أو لحام تراكبي. لهذا النوع من المنتجات، تُفضل طريقة نفخ غاز الحماية من الجانب خارج المحور الموضحة في ذلك.

2) اللحامات المسطحة ذات الشكل المغلق

شكل اللحام للمنتج هو شكل مغلق مثل دائرة مسطحة، مضلع مسطح، أو خط متعدد المقاطع مسطح. يمكن أن يكون نوع الوصلة وصلة طرفية، أو وصلة تراكب، أو وصلة لحام تراكبي. لهذا النوع من المنتجات، يُفضل استخدام غاز الحماية المحوري.

لحام الشكل المسطح المغلق

اختيار غاز الحماية يؤثر مباشرة على جودة وكفاءة وتكلفة إنتاج اللحام. ومع ذلك، بسبب تنوع مواد اللحام، فإن اختيار غاز اللحام في اللحام الفعلي معقد للغاية. من الضروري النظر بشكل شامل في مادة اللحام، وطريقة اللحام، وموقع اللحام، والتأثير المطلوب للحام. فقط من خلال اختبار اللحام يمكن اختيار غاز لحام أكثر ملاءمة لتحقيق نتائج لحام أفضل.