لحام النحاس الأصفر: تقنيات ومعلمات الوصلات الناجحة للوصلات الناجحة

1. قابلية لحام النحاس الأصفر

يمثل النحاس الأصفر، وهو سبيكة من النحاس والزنك، تحديات فريدة من نوعها في اللحام بسبب انخفاض درجة غليان الزنك (907 درجة مئوية). هذه الخاصية هي الشاغل الرئيسي في لحام النحاس الأصفر، حيث إنها تؤثر بشكل كبير على العملية وجودة اللحام النهائية.

أثناء اللحام بالقوس الكهربائي باستخدام قضبان حشو النحاس الأصفر، يمكن أن تتسبب بيئة درجات الحرارة العالية في تبخر الزنك بمعدلات تصل إلى 40%. يؤدي هذا الفقد الكبير للزنك إلى تأثيرات ضارة على الوصلة الملحومة، بما في ذلك:

1. انخفاض الخواص الميكانيكية
2. انخفاض مقاومة التآكل
3. زيادة التعرض للتشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC)

يتأكسد الزنك المتبخر سريعًا في الهواء، مكونًا أكسيد الزنك (ZnO) الذي يظهر على شكل دخان أبيض. لا تؤدي هذه الظاهرة إلى تعقيد عملية اللحام فحسب، بل تشكل أيضًا مخاطر صحية خطيرة على عمال اللحام، مما يستلزم وجود أنظمة تهوية قوية ومعدات حماية شخصية (PPE).

يمكن أن ينتج عن ضعف قابلية لحام النحاس الأصفر العديد من العيوب:

• المسامية: بسبب انحباس الغازات
• التشقق: من الممكن حدوث التشقق الساخن والبارد على حد سواء
• تبخر الزنك: يؤدي إلى تغيرات في التركيب
• الأكسدة: التأثير على جودة السطح وقوة الوصلة

للتخفيف من حدة هذه المشاكل، يمكن استخدام عدة استراتيجيات:

1. استخدام سلك لحام يحتوي على السيليكون: يُشكِّل السيليكون طبقة أكسيد كثيفة على سطح الحوض المنصهر، والتي:
   • يمنع تبخر الزنك
   • يمنع الأكسدة
   • يقلل من تغلغل الهيدروجين
2. المعالجة الحرارية بعد اللحام: يساعد التلدين عند درجة حرارة 470-560 درجة مئوية على:
   • تخفيف الضغوطات المتبقية
   • منع التشقق المتأخر (المعروف أيضًا باسم "التشقق الذاتي")
3. التحكم في العمليات:
   • استخدام تقنيات إدخال حرارة أقل (على سبيل المثال، اللحام النبضي MIG)
   • الحفاظ على طول قوس أقصر لتقليل انتشار الحرارة
   • استخدام سرعات سفر أسرع لتقليل التعرض للحرارة إلى أدنى حد ممكن
4. اختيار معدن الحشو:
   • اختر معادن حشو ذات محتوى أعلى قليلاً من الزنك لتعويض الخسائر
   • ضع في اعتبارك حشو برونز السيليكون أو برونز الفوسفور في بعض التطبيقات
5. تحسين غاز التدريع:
   • استخدام الخلائط القائمة على الأرجون لتوفير استقرار أفضل للقوس الكهربائي وتقليل الأكسدة

من خلال تطبيق هذه التقنيات والحفاظ على رقابة صارمة على معايير اللحام، من الممكن تحقيق لحامات نحاسية عالية الجودة مع تقليل التحديات المتأصلة المرتبطة بهذه السبيكة.

2. طرق لحام النحاس الأصفر

إن طرق اللحام الشائعة الاستخدام للنحاس الأصفر في الإنتاج هي اللحام بالقوس اللاصق و اللحام بقوس الأرغونونقاط العملية الرئيسية هي كما يلي:

(1) اللحام بالقوس اللاصق: النحاس الأصفر قضيب اللحام مع استخدام الأسلاك الأساسية البرونزية، مثل ECuSn-B (T227)، ECuAl-C (T237). يمكن استخدام الأسلاك الأساسية النحاسية النقية مثل ECu (T107) للمسبوكات النحاسية التي لا تتطلب متطلبات لحام عالية.

يجب أن يكون مزود الطاقة عبارة عن وصلة موجبة للتيار المستمر، ويجب ألا تقل زاوية الأخدود على شكل حرف V عن 60°-70°.

عندما يتجاوز سمك الصفيحة 14 مم، يجب تنظيف سطح اللحام بعناية قبل اللحام لإزالة جميع الشوائب الزيتية التي ستولد غاز الهيدروجين.

قصير اللحام بالقوس الكهربائي يجب استخدام قضيب اللحام أثناء التشغيل، ويجب ألا يتأرجح قضيب اللحام أفقيًا أو طوليًا، وأن يتحرك فقط على طول الخط المستقيم للحام. يجب أن يكون سرعة اللحام يجب أن تكون سريعة، لا تقل عن 0.2-0.3 م/دقيقة.

عند اللحام متعدد الطبقات، يجب إزالة طبقة الأكسيد والخبث بين الطبقات. يتميز السائل النحاسي للنحاس الأصفر بسيولة عالية، لذلك يجب أن يكون الحوض المنصهر في وضع أفقي. إذا كان يجب إمالة الحوض المنصهر، يجب ألا تزيد زاوية الميل عن 15 درجة.

(2) اللحام بقوس الأرجون: يُستخدم سلك اللحام القصديري النحاسي HSCuZ-1 (HS221)، وسلك اللحام الحديدي النحاسي الحديدي HSCuZn-2 (HS222)، وسلك اللحام السيليكوني النحاسي HSCuZn-4 (HS224) في اللحام اليدوي بقوس الأرجون التنغستن.

تحتوي أسلاك اللحام هذه على نسبة عالية من الزنك وتنتج دخانًا كبيرًا أثناء اللحام. يمكن أيضًا استخدام أسلاك اللحام البرونزية مثل HSCuSi (HS211) و HSCuSn (HS212).

معلمات اللحام للحام اليدوي بقوس الأرجون التنغستن اليدوي للنحاس الأصفر موضحة في الجدول.

نظرًا لتبخر الزنك، الذي يدمر التأثير الوقائي لغاز الأرجون، يجب اختيار فتحة فوهة أكبر ومعدل تدفق غاز الأرجون عند لحام النحاس الأصفر.

بشكل عام، لا يلزم التسخين المسبق قبل اللحام، باستثناء الوصلات التي يزيد سمكها عن 10 مم والوصلات التي بها اختلاف كبير في السمك بين حواف اللحام، وفي هذه الحالة يحتاج الجزء الأكثر سمكًا فقط من حافة اللحام إلى التسخين المسبق.

يمكن لمصدر الطاقة استخدام وصلة موجبة للتيار المستمر أو التيار المتردد. عند استخدام مصدر طاقة تيار متردد للحام، تكون كمية تبخر الزنك صغيرة نسبيًا.

يجب استخدام تيار لحام أكبر وسرعة لحام أسرع من أجل معلمات اللحام.

معلمات اللحام للحام الألواح النحاسية بسماكة 16-20 مم هي: تيار لحام من 260-300 أمبير، وقطر قطب كهربائي من التنجستن 5 مم، وقطر سلك لحام من 3.5-4.0 مم، وفتحة فوهة من 14-16 مم، ومعدل تدفق غاز الأرجون من 20-25 لتر/الدقيقة.

ولتقليل تبخر الزنك، يمكن "تقصير دائرة سلك الملء" مع قطعة العمل أثناء التشغيل، ويمكن بدء القوس والحفاظ عليه على سلك الملء قدر الإمكان، مع تجنب التلامس المباشر للقوس مع المعدن الأساسي. يتم تسخين المعدن الأساسي وصهره بشكل أساسي عن طريق انتقال الحرارة من معدن الحوض المنصهر.

أثناء اللحام، يجب إجراء اللحام بطبقة واحدة قدر الإمكان. أما بالنسبة للوصلات التي يقل سمكها عن 5 مم، فمن الأفضل لحامها في مسار واحد.

بعد اللحام، يجب تسخين اللحام إلى 300-400 درجة مئوية للتلدين للتخلص من إجهاد اللحام ومنع تشقق المكون النحاسي أثناء الاستخدام.

3. لحام النحاس النحاسي بالتيج

1. قابلية لحام النحاس الأصفر

النحاس الأصفر هو سبيكة من النحاس والزنك. ولأن الزنك له درجة غليان أقل، عند 907 درجة مئوية فقط، فإنه عرضة للتبخر أثناء عملية اللحام، مما يشكل تحديًا كبيرًا في لحام النحاس الأصفر.

تحت درجات الحرارة المرتفعة للحام، يمكن أن يتبخر ما يصل إلى 401 تيرابايت 3 تيرابايت من الزنك أثناء اللحام بالقوس اللاصق.

ويؤدي هذا التبخر الكبير للزنك إلى انخفاض في الخواص الميكانيكية والمقاومة للتآكل لمفصل اللحام، مما يزيد أيضًا من قابليته للتآكل الإجهادي.

ويتأكسد الزنك المتبخر على الفور إلى أكسيد الزنك في الهواء، مكونًا دخانًا أبيض يعقّد العملية ويؤثر على صحة عامل اللحام.

لذلك، من الضروري تعزيز التهوية وتدابير الحماية الأخرى في الأماكن التي يتم فيها لحام النحاس الأصفر. يمكن أن تؤدي قابلية اللحام الضعيفة للنحاس الأصفر إلى مشاكل مثل المسامية والتشقق وتبخر وأكسدة الزنك أثناء اللحام.

ولمعالجة هذه المشاكل، غالبًا ما يتم استخدام أسلاك اللحام المحتوية على السيليكون لأن السيليكون يشكل طبقة كثيفة من السيليكا على سطح الحوض المنصهر، مما يمنع تبخر وأكسدة الزنك، ويمنع تسرب الهيدروجين.

بعد اللحام، يمكن استخدام معالجة التلدين عند درجة حرارة 470-560 درجة مئوية لتخفيف الإجهاد ومنع "التشقق الذاتي".

2. طرق لحام النحاس الأصفر

في الإنتاج، تشمل الطرق الشائعة للحام النحاس النحاسي اللحام بالقوس اللاصق واللحام بقوس الأرجون. وتتمثل النقاط الأساسية لهذه العمليات فيما يلي:

(1) لحام القوس العصي

القطب الكهربائي المستخدم هو قطب كهربائي ذو قلب برونزي، مثل ECuSn-B (T227)، ECuAl-C (T237). بالنسبة للمسبوكات النحاسية التي لا تتطلب لحامًا عالي الجودة، يمكن استخدام قطب كهربائي نحاسي نقي مثل ECu (T107).

يستخدم مزود الطاقة تيارًا مباشرًا مع توصيل القطب الكهربائي بالطرف الموجب، ويجب ألا تقل زاوية الأخدود على شكل حرف V عن 60°-70°.

بالنسبة للألواح التي يزيد سمكها عن 14 مم، يجب تنظيف سطح أجزاء اللحام بعناية قبل اللحام لإزالة جميع الشوائب الزيتية التي يمكن أن تنتج غاز الهيدروجين.

أثناء التشغيل، يجب استخدام اللحام بالقوس الكهربائي القصير، ويجب عدم تحريك القطب الكهربائي من جانب إلى آخر أو ذهابًا وإيابًا ولكن فقط في خط مستقيم على طول اللحام.

يجب أن تكون سرعة اللحام سريعة، لا تقل عن 0.2-0.3 م/دقيقة. عند اللحام متعدد الطبقات، يجب تنظيف طبقة الأكسيد والخبث بين الطبقات تمامًا.

يتميز النحاس بسيولة عالية، لذلك يجب أن يكون حوض اللحام في وضع أفقي بشكل مثالي. إذا كان يجب إمالة الحوض، يجب ألا تتجاوز الزاوية 15 درجة.

(2) لحام القوس الأرغون

أثناء اللحام اليدوي بقطب التنغستن الكهربائي اليدوي بقوس الأرجون، فإن أسلاك اللحام المستخدمة هي القصدير والنحاس HSCuZ-1 (HS221)، والحديد والنحاس HSCuZn-2 (HS222)، والسيليكون والنحاس HSCuZn-4 (HS224).

تحتوي هذه الأسلاك على كمية عالية من الزنك، مما ينتج عنه كمية كبيرة من الدخان أثناء اللحام. يمكن أيضًا استخدام أسلاك اللحام البرونزية HSCuSi (HS211)، HSCuSn (HS212).

معلمات اللحام لعمليات اللحام اليدوي بقطب التنغستن الكهربائي بالأرجون القوسي للنحاس الأصفر مدرجة في الجدول.

نظرًا لأن تبخر الزنك يعطل التأثير الوقائي لغاز الأرجون، يجب استخدام قطر فوهة أكبر وتدفق غاز الأرجون عند لحام النحاس الأصفر.

التسخين المسبق غير مطلوب بشكل عام، إلا في الحالات التالية وصلات اللحام بسماكة أكبر من 10 مم والوصلات ذات سماكة حواف مختلفة بشكل كبير. في الحالة الأخيرة، تحتاج فقط الحافة الأكثر سمكًا لقطعة العمل إلى التسخين المسبق.

يمكن استخدام التيار المباشر مع توصيل القطب الكهربائي بالطرف الموجب أو التيار المتناوب كمصدر طاقة. عند اللحام بالتيار المتناوب، تكون كمية تبخر الزنك أقل.

يجب أن تستخدم معلمات اللحام تيار لحام أكبر وسرعة لحام أسرع.

معلمات اللحام للألواح النحاسية بسماكة 16-20 مم هي: تيار اللحام 260-300 أمبير، قطر قطب التنجستن 5 مم، قطر السلك 3.5-4.0 مم، قطر الفوهة 14-16 مم، تدفق غاز الأرجون 20-25 لتر/الدقيقة.

ولتقليل تبخر الزنك، يمكن "تقصير دائرة سلك الحشو" مع قطعة العمل أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى بدء القوس على سلك الحشو والحفاظ عليه لتجنب تأثير القوس مباشرةً على المادة الأساسية، والتي يتم تسخينها وصهرها بشكل أساسي بواسطة الحرارة المنقولة من المعدن الموجود في حوض اللحام. عند اللحام، يجب إجراء اللحام بطبقة واحدة قدر الإمكان، وينبغي لحام الوصلات التي يقل سمكها عن 5 مم بشكل مثالي دفعة واحدة.

بعد اللحام، يجب تسخين قطعة العمل إلى 300-400 درجة مئوية للتلدين للتخلص من إجهاد اللحام ومنع تشقق المكون النحاسي أثناء الاستخدام.