لحام الفولاذ الكربوني: دليل شامل
كيف يمكن أن يكون لحام الفولاذ الكربوني ممارسة شائعة وتحديًا معقدًا في نفس الوقت؟ يستكشف هذا الدليل عالم لحام الفولاذ الكربوني المعقد، ويغطي أنواع الفولاذ الكربوني وأنواعه...
هل تساءلت يومًا كيف يقوم المحترفون بعمل قطع دقيقة في المعدن السميك دون اللجوء إلى الطرق التقليدية؟ قد تكون عملية الحفر بالقوس الكربوني هي الإجابة التي تبحث عنها. تعمل هذه العملية، باستخدام قوس كهربائي وهواء مضغوط، على إزالة المعدن بكفاءة، مما يسمح بإجراء إصلاحات وتعديلات دقيقة. في هذه المقالة، سوف تكتشف المبادئ الكامنة وراء الحفر بالقوس الكربوني وتطبيقاته والمعدات اللازمة ونصائح السلامة لضمان التنفيذ الناجح. تعمق في معرفة كيف يمكن لهذه التقنية أن تعزز مشاريعك في تشغيل المعادن.
الحفر بالقوس الكربوني هي عملية متعددة الاستخدامات لإزالة المعادن تستخدم الحرارة الشديدة الناتجة عن قوس كهربائي بين قطب كهربائي بين قطب كهربائي وقطعة الشغل المعدنية لإذابة المادة الأساسية محليًا. وتجمع هذه العملية بين الطاقة الحرارية والميكانيكية لإنشاء حفر أو أخاديد محكومة في قطعة العمل. وكما هو موضّح في الشكل 8-1، يقوم مصدر طاقة تيار مستمر عالي القدرة بإنشاء قوس بين قطب الكربون (عادةً الجرافيت أو مركب الكربون-الجرافيت) وقطعة الشغل. يمكن أن تصل درجة حرارة القوس الكهربائي إلى 5000 درجة مئوية (9032 درجة فهرنهايت)، مما يؤدي إلى ذوبان المعدن بسرعة في منطقة موضعية.
وفي الوقت نفسه، يتم توجيه تيار من الهواء المضغوط، عادةً عند 80-100 رطل لكل بوصة مربعة (5.5-6.9 بار)، على طول القطب الكربوني نحو حوض المعدن المنصهر. يخدم هذا الهواء النفاث عالي السرعة أغراضًا متعددة:
يسمح الجمع بين تسخين القوس وتدفق الهواء المضغوط بالتحكم الدقيق في عمق الحفارة وعرضها ومظهرها الجانبي. وهذا يجعل الحفر بالقوس الكربوني فعالاً بشكل خاص في مختلف التطبيقات في تصنيع المعادن وإعداد اللحام وأعمال الإصلاح.
1 - قضيب الكربون
2 - مشبك تلاعب القوس الكربوني
3 - الهواء المضغوط
4 - القوس الكهربائي
5 - قطعة العمل
1) يوفر لحام القوس الكربوني القوسي الكربوني تنوعًا استثنائيًا في الاستخدام، حيث يتطلب الحد الأدنى من المساحة التشغيلية. وتتيح هذه الخاصية لعمال اللحام العمل بكفاءة في المناطق الضيقة والأوضاع الصعبة، بما في ذلك الاتجاهات العلوية والرأسية. إن قدرته على التكيف تجعله ذا قيمة خاصة للإصلاحات والصيانة في الموقع في البيئات الصناعية المعقدة.
2) توفر العملية رؤية فائقة لشكل العيوب وعمقها. تسمح هذه الرؤية المحسنة لعمال اللحام بتقييم العيوب ومعالجتها بدقة، مما يحسن بشكل كبير من جودة ومعدل نجاح عمليات الإصلاح. كما تسهّل الرؤية الواضحة أيضًا التحكم الدقيق في عملية الحفر، مما يضمن إزالة المواد على النحو الأمثل دون إلحاق ضرر مفرط بالمناطق المحيطة.
3) يتميز الحفر بالقوس الكربوني بانبعاث ضوضاء منخفضة نسبيًا، ومعدل إزالة المواد المرتفع، وتقليل إجهاد المشغل. ويتسم إعداد المعدات بالبساطة، ويتكون عادةً من مصدر طاقة تيار مستمر، وشعلة الحفر، وأقطاب الكربون. وتساهم هذه البساطة في اعتماده على نطاق واسع في مختلف قطاعات تشغيل المعادن.
4) تتفوق هذه التقنية في إزالة المعادن من المواد التي تقاوم القطع بالأوكسي أسيتيلين التقليدي، مثل الفولاذ عالي القوة والفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك غير الحديدية. تنبع فعاليتها في هذه التطبيقات من الحرارة الموضعية الشديدة التي يولدها القوس الكهربائي، والتي تذيب المعدن بسرعة دون الاعتماد على تفاعلات الأكسدة.
5) على الرغم من مزايا عملية التقطيع بالقوس الكربوني إلا أن لها عيوباً ملحوظة. فالعملية تولد كميات كبيرة من الدخان والغبار المعدني، مما يستلزم وجود أنظمة تهوية قوية ومعدات حماية شخصية لضمان سلامة المشغل والامتثال البيئي. وتتطلب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء المكثفة المنبعثة من القوس الكهربائي حماية مناسبة للعين والجلد. وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب هذه التقنية مصادر طاقة عالية القدرة للتيار المستمر، والتي يمكن أن تكون استثمارًا رأسماليًا كبيرًا. ويتطلب التشغيل المتقن مهارة وتدريبًا كبيرين، خاصةً لتحقيق ملامح أخدود متناسقة وتقليل مخاطر إدخال عيوب جديدة أثناء عملية الحفر.
1) يُستخدم التقطيع بالقوس الكربوني على نطاق واسع لإعداد اللحام على الوجهين في الفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض السبائك ومواد الفولاذ المقاوم للصدأ. وتتمثل وظيفته الأساسية في إزالة الجذور، وهو أمر حاسم لتحقيق اللحامات ذات الاختراق الكامل وضمان السلامة الهيكلية.
2) في الهياكل المعدنية الحرجة والأوعية الجوية وأوعية الضغط حيث تتجاوز عيوب اللحام المعايير المقبولة، يعمل تلاعب القوس الكربوني كأسلوب إصلاح أساسي. إنه يزيل بكفاءة مواد اللحام دون المستوى المطلوب، مما يسمح باللحام الإصلاحي اللاحق لتلبية متطلبات الجودة الصارمة.
3) يتفوق الحفر بالقوس الكربوني اليدوي في إعداد الحواف للمكونات الصغيرة، أو الأجزاء المفردة، أو اللحامات ذات الأشكال الهندسية غير المنتظمة. وتتجلى براعة هذه العملية بشكل خاص في إنشاء حواف على شكل حرف U، حيث يكون التحكم الدقيق والقدرة على التكيف مع الخطوط المعقدة أمرًا بالغ الأهمية. يسلط هذا التطبيق الضوء على المزايا الفريدة للعملية في عمليات تحضير اللحام المتخصصة.
4) تعتبر هذه العملية فعالة للغاية في عمليات ما بعد الصب، بما في ذلك إزالة وميض الصب والنتوءات وأنظمة البوابات والناهضات. كما أنها لا تقدر بثمن في معالجة العيوب السطحية في المسبوكات، مما يساهم في تحسين جودة السطح ودقة الأبعاد للمكونات المصبوبة.
5) يُظهر التقطيع بالقوس الكربوني براعة ملحوظة في قطع الفولاذ عالي السبائك والنحاس والألومنيوم وسبائكها. هذه القدرة مفيدة بشكل خاص عند التعامل مع المواد التي قد يكون من الصعب قطعها باستخدام طرق القطع الحراري التقليدية بسبب خصائصها الحرارية أو ميولها للأكسدة.
تشتمل المعدات الرئيسية لنفث القوس الكربوني على مصدر طاقة ومصدر هواء مضغوط.
1. متطلبات كماشة الحدادة بالقوس الكربوني
يجب أن تستوفي كماشة التقطيع بالقوس الكربوني المتطلبات الأساسية الثلاثة التالية.
(1) يجب تثبيت قضيب الكربون بإحكام، ويجب أن يكون من السهل استبداله.
(2) يجب أن تتمتع الكماشة بتوصيل كهربائي جيد وتوصيل الهواء المضغوط بدقة.
(3) يجب أن يكون التصميم مضغوطًا وسهل التشغيل.
2. أنواع مشاعل الحفر بالقوس الكربوني وإيجابياتها وسلبياتها
العيب: يمكن أن تستوي في اتجاه واحد فقط، إما إلى اليسار أو اليمين.
ميزة مشبك تخطيط هواء الإمداد بالهواء المحيطي: يتم عزل الفوهة عن قطعة العمل، مع رش الهواء المضغوط من حول قضيب الكربون، مما يسمح بتبريد منتظم، وهو مناسب للعمليات في جميع الاتجاهات.
العيب: له هيكل معقد، ويمكن أن يحدث قصر في الدائرة اللولبية التي تثبت قضيب الكربون بسهولة مع قطعة العمل.
يظهر مشبك تخطيط الهواء القوسي الكربوني الجانبي الجديد لإمداد الهواء الجانبي في الشكل 8-3.
1 - قضيب الكربون
2 - ثقب الهواء
3 - فوهة الكماشة ذات الزاوية القابلة للتعديل (فوهة موصلة)
4 - مفتاح الهواء
5 - مقبض المشبك
6 - برغي تثبيت الكابل
7 - واجهة الكابل
8 - موصل الهواء المضغوط
3. خرطوم كهربائي هوائي مشترك
يظهر الخرطوم الكهربائي الهوائي المشترك الجديد في الشكل 8-4.
1 - أنبوب الزنبرك
2 - سلك فولاذي إضافي خارجي إضافي
3 – التثبيت أنبوب مطاطي
4 - موصل متعدد الخيوط
الأقطاب الكهربائية الكربونية هي المواد الاستهلاكية الأساسية في عمليات الحفر بالقوس الكربوني، حيث تعمل كموصل للتيار الكهربائي وبادئ القوس الكهربائي. ويؤثر تركيبها وخصائصها بشكل كبير على كفاءة وجودة عملية الحفر.
النوع الأكثر استخدامًا هو القطب الكربوني الصلب المطلي بالنحاس. يعزز هذا الطلاء النحاسي من قدرة حمل التيار، ويقلل من الأكسدة، ويحسن استقرار القوس الكهربائي. يتكون القطب عادةً من كربون الجرافيت عالي النقاء، مما يضمن أداءً ثابتًا وأقل قدر من التلوث.
تتوفر أقطاب الكربون في شكلين هندسيين أساسيين:
يعتمد اختيار هندسة القطب الكهربائي على التطبيق المحدد، وسُمك المادة، وشكل التقطيع المطلوب.
تتضمن المتطلبات الحرجة لأقطاب التقطيع بالقوس الكربوني ما يلي:
تتضمن معلمات عملية التقطيع بالقوس الكربوني قطبية مصدر الطاقة، وقطر قضيب الكربون والتيار، وقطر قضيب الكربون وسمك اللوحة، وطول بروز قضيب الكربون، وزاوية ميل قضيب الكربون، وضغط الهواء المضغوط، وطول القوس، وسرعة التقطيع.
1. قطبية مصدر الطاقة
بالنسبة للحفر بالقوس الكربوني للفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض السبائك والفولاذ المقاوم للصدأ، يتم استخدام قطبية عكسية للتيار المباشر.
2. قطر قضيب الكربون والتيار
3. قطر قضيب الكربون وسُمك اللوحة
يوضح الجدول 8-3 العلاقة بين قطر قضيب الكربون وسُمك الصفيحة.
العلاقة بين قطر قضيب الكربون وسُمك الصفيحة (الوحدة: مم)
| صفيحة فولاذية السُمك | قطر قضيب الكربون | سُمك الصفيحة الفولاذية | قطر قضيب الكربون |
| 3 | 8-12 | 6-7 | |
| 4-6 | 4 | >10 | 7-10 |
| 6-8 | 5-6 | >15 | 10 |
من الناحية المثالية، يجب أن يكون قطر قضيب الكربون أصغر بمقدار 2-4 مم من العرض المطلوب للأخدود.
4. طول امتداد قضيب الكربون
يشير طول امتداد قضيب الكربون إلى المسافة من الفوهة الموصلة إلى نقطة نهاية قضيب الكربون، كما هو موضح في الشكل 8-6. ويتراوح طول التمديد النموذجي من 80 إلى 100 مم.
5. زاوية ميل قضيب الكربون
ويشار إلى الزاوية بين قضيب الكربون وقطعة العمل على طول اتجاه الحفر الهوائي بقوس الكربون بزاوية ميل قضيب الكربون. وعمومًا، تستخدم عملية الحفر اليدوي بقضيب الكربون الهوائي بالقوس الكربوني زاوية ميل تتراوح بين 25 درجة و45 درجة تقريبًا. يوضح الشكل 8-7 زاوية ميل قضيب الكربون في الشكل 8-7.
6. ضغط الهواء المضغوط
يتراوح الضغط المطلوب للهواء المضغوط عادةً من 0.4 إلى 0.6 ميجا باسكال.
7. طول القوس
أثناء التشغيل، يُنصح باستخدام قوس قصير بطول نموذجي يتراوح بين 1 إلى 2 مم تقريبًا.
8. سرعة التخطيط
تعتبر سرعة التخطيط من 0.5 إلى 1.2 م/دقيقة تقريبًا مناسبة بشكل عام.
1. العمليات الأساسية
(1) الاستعدادات قبل التلاعب
(2) ضرب القوس
(3) التلاعب
2. الشطف
أولاً، يجب اختيار عرض الأخدود على شكل حرف U بناءً على سُمك الصفيحة، ثم تحديد قطر قضيب الكربون وتيار الحفر.
لاحظ أن الخط المركزي لقضيب الكربون يجب أن يتطابق مع الخط المركزي للشطبة. إذا لم يتطابق هذان الخطان المركزيان، فسيكون شكل الشطبة المخروطية غير متماثل.
3. إزالة جذر اللحام
يجب أن يختار اللحامون معلمات عملية مناسبة وفقًا للمواد والسماكات المختلفة. وتجدر الإشارة إلى أن درز اللحام يجب أن يتم لحامها بشكل عام أولاً لتجنب الحاجة إلى استخدام قوس الكربون لإزالة جذر اللحام الداخلي.
عند إزالة جذر اللحام الخارجي، يتم دائمًا نفخ المعدن المنصهر إلى أسفل. عند إزالة جذر اللحام على الألواح السميكة، قد يتطلب الأمر عدة تمريرات تزييف لتلبية المتطلبات.
4. عيوب لحام التلاعب في اللحام
عند قشط عيوب اللحام، يجب أن يكون تيار القشط المستخدم أقل قليلاً. أثناء عملية الحفر، عندما يصبح العيب مرئيًا، يجب أن يتم الحفر برفق مرة أخرى حتى تتم إزالة جميع العيوب تمامًا.
1. إدراج الكربون
2. إدراج الخبث
3. البقع النحاسية
4. الحفرة غير المنتظمة الحجم والشكل
يعتبر التلاعب بالقوس الكربوني للفولاذ منخفض الكربون عملية متعددة الاستخدامات وفعالة لا تضر بقابلية لحام المادة. وعادةً ما يؤدي الإدخال الحراري المتحكم فيه والتبريد السريع أثناء الحفر إلى الحد الأدنى من التغييرات في البنية المجهرية للفولاذ، مما يحافظ على خصائصه الميكانيكية وسلامة اللحام اللاحقة.
بالنسبة لسبائك الفولاذ منخفض السبائك عالية القوة (HSLA) ذات قوة الخضوع التي تتراوح بين 450 إلى 600 ميجا باسكال، وبالنسبة للمكونات ذات السماكة أو الصلابة الهيكلية الكبيرة، فإن التسخين المسبق ضروري قبل التلاعب بقوس الكربون. يجب أن تتطابق درجة حرارة التسخين المسبق مع درجة حرارة التسخين المسبق المستخدمة أثناء اللحام أو تتجاوزها قليلاً. تخفف هذه الممارسة من خطر التشقق الناجم عن الهيدروجين وتقلل من الإجهادات الحرارية، مما يضمن السلامة الهيكلية للمادة بعد الحفر.
يتطلب التلاعب بالقوس الكربوني في الفولاذ المقاوم للصدأ اعتبارات خاصة بسبب الخصائص الفريدة للمادة:
أ) التحكم في الترشيش: تنفيذ تدابير صارمة لمنع ترشيش رذاذ القوس الكربوني من تلويث أسطح التلامس المتوسطة. قد يشمل ذلك استخدام الدروع الواقية أو إخفاء المناطق المجاورة.
ب) وضع الأخدود: حافظ على مسافة آمنة بين أخدود التثقيب بالقوس الكربوني وأي سطح تلامس متوسط للحفاظ على خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ المقاومة للتآكل.
ج) منع التآكل بين الخلايا الحبيبية: بالنسبة لأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون للغاية المعرضة لوسائط شديدة التآكل، تجنب استخدام التآكل بين الحبيبات لإزالة الجذور. وبدلاً من ذلك، استخدم تقنيات الطحن الزاوي الدقيق للحفاظ على مقاومة التآكل بين الحبيبات للمادة. يقلل هذا النهج من ترسيب الكربيد عند حدود الحبيبات والذي يمكن أن يؤدي إلى التحسس وتقليل مقاومة التآكل.
د) إدارة المدخلات الحرارية: مراقبة والتحكم في المدخلات الحرارية أثناء الحفر لمنع النمو المفرط للحبيبات أو تكوين أطوار ضارة في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).
ه) المعالجة اللاحقة للتخميل: ضع في اعتبارك المعالجة الحرارية بعد الكشط أو تخميل السطح لاستعادة طبقة الأكسيد الواقية وتحسين مقاومة التآكل.
1) يجب أن يرتدي المشغلون معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE) المصممة خصيصًا للخصائص والمخاطر المحددة لحفر القوس الكربوني. ويشمل ذلك الملابس المقاومة للهب والقفازات المعزولة ونظارات السلامة المزودة بواقيات جانبية وخوذة لحام ذات عدسات ذات درجة تظليل مناسبة (عادةً ما تكون من 10-14).
2) قبل التشغيل، افحص بدقة تأريض ماكينة اللحام وسلامة العزل، خاصة عند نقاط التوصيل. تحقق من نظام الهواء المضغوط للتأكد من سلامة الوصلات وإعدادات الضغط المناسبة (عادةً 80-100 رطل لكل بوصة مربعة لمعظم التطبيقات).
3) إجراء تقييم شامل لسلامة قطعة العمل. لا تقم أبدًا بالحفر على الأنابيب المغلقة أو الأوعية المضغوطة أو الحاويات التي تحتوي على مواد قابلة للاشتعال دون إجراءات تنظيف مناسبة وإجراءات خالية من الغازات. تتطلب الأجسام غير المحددة فحصًا شاملاً وتقييمًا للمخاطر قبل الحفر. قم بإنشاء منطقة استبعاد صارمة نصف قطرها 10 أمتار لجميع المواد القابلة للاشتعال والاحتراق للتخفيف من مخاطر الحريق.
4) قم بتوجيه تدفق الهواء بعيدًا عن الأفراد والمناطق الحساسة الأخرى أثناء التشغيل. عند العمل في الهواء الطلق، ضع نفسك في اتجاه عكس اتجاه الريح أثناء عملية الحفر لتقليل التعرض للأبخرة والجسيمات. أوقف العمليات في الظروف الرطبة (المطر أو الثلج) لمنع المخاطر الكهربائية وعدم استقرار القوس الكهربائي المحتمل.
5) تنفيذ استراتيجيات تهوية قوية للتحكم في توليد الغبار والأبخرة الكبيرة الملازمة للتلاعب بالقوس الكربوني. بالنسبة للعمل في الهواء الطلق، استخدم تيارات الهواء الطبيعية بفعالية. في الأماكن الضيقة أو الحاويات، استخدم أنظمة تهوية ميكانيكية بسعة لا تقل عن 2000 قدم مكعب في المتر المكعب لكل مشغل. تعيين مراقب سلامة مخصص لمراقبة جودة الهواء وسلامة المشغل، مزودًا بمعدات مناسبة للكشف عن الغازات لمنع مخاطر الاختناق أو التعرض للسموم.
6) عند الانتهاء من المهمة، اتبع إجراء الإغلاق الصارم: قم بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة، وأغلق صمامات إمداد الهواء، وقم بإجراء تنظيف شامل لمساحة العمل مع التركيز على الحطام المعدني الساخن، وقم بإجراء مراقبة نهائية للحريق لمدة 30 دقيقة على الأقل بعد التشغيل لضمان عدم وجود مصادر اشتعال كامنة.
7) التقيد بجميع بروتوكولات السلامة القياسية المرتبطة باللحام اللاصق (SMAW)، بما في ذلك ممارسات السلامة الكهربائية السليمة، وتدابير الوقاية من الحرائق، والاعتبارات المريحة لتقليل إجهاد المشغل أثناء جلسات الحفر الممتدة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
NL 
PT 
RU