6 تقنيات اللحام الجديدة المتقدمة في التصنيع الحديث

1. اللحام بالليزر

ويستخدم اللحام بالليزر إشعاع الليزر لتسخين سطح المادة، حيث يتم توصيل الحرارة داخليًا من خلال نقل الحرارة. ومن خلال التحكم في المعلمات مثل عرض نبضة الليزر والطاقة وقوة الذروة وتردد التكرار، يتم تشكيل تجمع منصهر محدد على قطعة العمل.

لحام اللحام الموضعي

اللحام المستمر بالليزر

يمكن تحقيق اللحام بالليزر من خلال استخدام شعاع ليزر مستمر أو نابض.

يمكن تقسيم مبدأ اللحام بالليزر إلى فئتين: اللحام بالتوصيل الحراري واللحام العميق بالليزر لحام الاختراق.

• اللحام بالتوصيل الحراري: يحدث عندما تكون كثافة الطاقة أقل من 10¹⁰ث سم².
• اللحام بالاختراق العميق بالليزر: يحدث عندما تتجاوز كثافة الطاقة 10¹⁰ث سم²تشكل "ثقوبًا" في المعدن بسبب الحرارة العالية، وتتميز بسرعة عالية ونسبة عمق إلى عرض عالية.

تُستخدم تكنولوجيا اللحام بالليزر على نطاق واسع في الصناعات التحويلية عالية الدقة مثل السيارات والسفن والطائرات والسكك الحديدية عالية السرعة. وقد حسنت بشكل كبير من جودة حياة الناس ودفعت صناعة الأجهزة المنزلية إلى عصر التصنيع الدقيق.

وعلى وجه الخصوص، عزز ابتكار فولكس واجن لتقنية اللحام السلس بطول 42 متراً من سلامة الهيكل وثباته بشكل كبير.

تفخر مجموعة هاير، الشركة الرائدة في مجال الأجهزة المنزلية، بإطلاق أول غسالة يتم إنتاجها باستخدام تقنية اللحام السلس بالليزر.

تنطوي تقنية الليزر المتقدمة على إمكانية إحداث تغيير كبير في حياة الناس.

2. اللحام الهجين بالليزر

يجمع اللحام الهجين بالليزر بين اللحام بأشعة الليزر وتقنية اللحام بالغاز الخامل المعدني (MIG) لإنتاج تأثيرات لحام مثالية، تتميز بسرعات لحام عالية وقدرة ممتازة على سد اللحام. تستفيد هذه الطريقة من الدقة وكثافة الطاقة العالية للحام بالليزر مع تعدد الاستخدامات وقدرات مواد الحشو التي يتميز بها لحام MIG.

مزايا اللحام بالليزر الهجين بالليزر

يعتبر اللحام الهجين بالليزر حاليًا أحد أكثر طرق اللحام تقدمًا نظرًا لفوائده العديدة:

1. سرعة عالية: يتيح الجمع بين اللحام بالليزر واللحام MIG سرعات لحام أسرع مقارنة بطرق اللحام التقليدية.
2. الحد الأدنى من التشوه الحراري: تقلل المدخلات الحرارية المركزة من الليزر من المدخلات الحرارية الكلية، مما يقلل من التشوه الحراري.
3. المنطقة المتأثرة بالحرارة الصغيرة (HAZ): يؤدي التحكم الدقيق في الليزر إلى الحصول على منطقة HAZ أصغر، مما يحافظ على الهيكل المعدني والخصائص الميكانيكية للحام.
4. جودة لحام ممتازة: يعمل النهج الهجين على تحسين جودة اللحام من خلال الجمع بين الاختراق العميق للحام بالليزر وقدرات مواد الحشو الخاصة باللحام MIG.

تطبيقات اللحام الهجين بالليزر

يعتبر اللحام الهجين بالليزر متعدد الاستخدامات ومناسب لتطبيقات مختلفة بخلاف هياكل ألواح السيارات:

1. صناعة السيارات: مثالي للحام الصفائح المعدنية الرقيقة المستخدمة في هياكل السيارات، مما يوفر دقة وقوة عالية.
2. مضخات الخرسانة وأذرع الرافعة المتحركة: غالبًا ما يستخدم الفولاذ عالي القوة في هذه التطبيقات، ويقلل اللحام الهجين بالليزر من الحاجة إلى عمليات إضافية مثل التسخين المسبق، وبالتالي خفض التكاليف.
3. مركبات السكك الحديدية: يضمن اللحامات القوية والمتينة اللازمة للسلامة الهيكلية لمركبات السكك الحديدية.
4. الهياكل الفولاذية التقليدية: قابل للتطبيق في بناء الجسور وخزانات الوقود والهياكل الفولاذية الأخرى، مما يوفر لحامات قوية وموثوقة.

3. اللحام بالتحريك الاحتكاكي

اللحام بالتقليب الاحتكاكي (FSW) هو تقنية لحام مبتكرة وفعالة للغاية تستخدم حرارة الاحتكاك وحرارة التشوه البلاستيكي كمصدرين رئيسيين للحرارة. وتتميز هذه العملية بشكل خاص بقدرتها على ربط المواد دون صهرها، وبالتالي الحفاظ على خصائصها الأصلية وتقليل العيوب.

نظرة عامة على العملية

في عملية اللحام بالشد العميق، يتم إدخال مسمار أسطواني أو ذو شكل خاص، مثل الأسطوانة الملولبة، في مفصل قطعة العمل. يدور رأس اللحام، الذي يضم المسمار، بسرعات عالية ويحتك بالمادة عند الوصلة. يولد هذا الاحتكاك حرارة، مما يتسبب في تليين المادة وتصبح بلاستيكية دون أن تصل إلى نقطة الانصهار.

الخطوات الرئيسية في اللحام بالتحرير الاحتكاكي

1. التثبيت: يجب تثبيت قطعة العمل بإحكام على وسادة خلفية لمنع الحركة أثناء عملية اللحام.
2. الإدراج والدوران: يدور رأس اللحام بسرعة عالية أثناء إدخال الدبوس في الوصلة. يتحرك درز قطعة العمل ذات الحافة بالنسبة لرأس اللحام.
3. الاحتكاك والتحريك: يمتد الجزء البارز من رأس اللحام إلى داخل المادة، مما يخلق احتكاكًا ويحرك المادة اللينة. يحتك كتف رأس اللحام بسطح قطعة العمل، مما يولد حرارة إضافية. يساعد هذا الإجراء على منع فيض المواد البلاستيكية ويزيل طبقة الأكسيد السطحية.
4. تشكيل ثقب المفتاح: في نهاية عملية اللحام، عادة ما يتم ترك ثقب مفتاح عند نقطة خروج رأس اللحام. ويمكن إزالة ثقب المفتاح هذا أو إغلاقه باستخدام طريقة لحام أخرى إذا لزم الأمر.

مزايا اللحام بالتحرير الاحتكاكي

• لحام عالي الجودة: تنتج لحامات FSW لحامات قوية وعالية الجودة مع الحد الأدنى من العيوب.
• تعدد الاستخدامات: يمكنها لحام مجموعة متنوعة من المواد غير المتشابهة، بما في ذلك المعادن والسيراميك والبلاستيك.
• سهولة الميكنة والأتمتة: العملية مناسبة تمامًا للميكنة والأتمتة، مما يؤدي إلى جودة متسقة.
• كفاءة التكلفة: تُعد طريقة FSW طريقة فعالة من حيث التكلفة نظرًا لكفاءتها العالية ومعدلات العيوب المنخفضة.

التطبيقات

يُستخدم اللحام بالتحريك الاحتكاكي على نطاق واسع في صناعات مثل صناعة الطيران والسيارات وبناء السفن والسكك الحديدية، حيث تكون الوصلات عالية القوة والجودة ضرورية. كما أن قدرته على الربط بين المواد غير المتشابهة تجعله ذا قيمة في تطبيقات التصنيع التي تتطلب الجمع بين خصائص المواد المختلفة.

4. اللحام بالشعاع الإلكتروني (EBW)

اللحام بالشعاع الإلكتروني (EBW) هو تقنية لحام متطورة تستخدم الطاقة الحرارية المتولدة من شعاع إلكتروني متسارع ومركّز. تقصف هذه الحزمة المادة المراد لحامها، إما في بيئة مفرغة أو غير مفرغة من الهواء، لتحقيق اللحام المطلوب.

التطبيقات

تُستخدم EBW على نطاق واسع في مختلف الصناعات عالية الدقة، بما في ذلك:

• الفضاء الجوي
• الطاقة الذرية
• الدفاع الوطني والجيش
• تصنيع السيارات
• الأدوات الكهربائية

هذه التقنية مفضلة بسبب مزاياها العديدة مثل عدم وجود أقطاب كهربائية وانخفاض الأكسدة وقابلية التكرار الممتازة للعملية والحد الأدنى من التشوه الحراري.

مبدأ العمل

1. انبعاث الإلكترونات: تنبعث الإلكترونات من مهبط مدفع الإلكترونات.
2. التسارع: تحت تأثير جهد التسارع، تتسارع هذه الإلكترونات إلى سرعات تتراوح بين 0.3 و0.7 ضعف سرعة الضوء، وتكتسب طاقة حركية كبيرة.
3. التركيز: يتم تركيز شعاع الإلكترون عالي الكثافة باستخدام عدسات كهروستاتيكية وكهرومغناطيسية داخل مدفع الإلكترون.
4. التأثير وتوليد الحرارة: عندما يصطدم شعاع الإلكترون بسطح قطعة العمل، تتحول طاقته الحركية إلى طاقة حرارية، مما يتسبب في ذوبان المعدن وتبخره بسرعة.
5. تشكيل ثقب المفتاح: يُحدث بخار المعدن عالي الضغط ثقبًا صغيرًا، يُعرف باسم ثقب المفتاح، على سطح قطعة العمل.
6. تشكيل اللحام: عندما يتحرك شعاع الإلكترون وقطعة العمل بالنسبة لبعضهما البعض، يتدفق المعدن السائل حول ثقب المفتاح ويتصلب، مكونًا اللحام في الجزء الخلفي من حوض اللحام.

الخصائص الرئيسية

1. الاختراق وكثافة الطاقة: يتميز شعاع الإلكترون باختراق قوي وكثافة طاقة عالية، مما يؤدي إلى نسبة عمق إلى عرض كبيرة للحام، والتي يمكن أن تصل إلى 50:1. وهذا يسمح بلحام المواد ذات السماكة الكبيرة في ممر واحد، مع أقصى سماكة لحام تصل إلى 300 مم.
2. سهولة الوصول والسرعة: توفر EBW إمكانية وصول ممتازة وسرعات لحام ممتازة، بشكل عام أكثر من 1 متر/دقيقة.
3. المنطقة المتأثرة بالحرارة: تنتج العملية منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من تشوه اللحام والدقة الهيكلية العالية.
4. تعدد الاستخدامات: يمكن ضبط طاقة شعاع الإلكترون لاستيعاب مجموعة واسعة من سماكات المعادن، من 0.05 مم إلى 300 مم، دون الحاجة إلى أخدود. وهذا يجعل الشعاع الإلكتروني خياراً متعدد الاستخدامات مقارنة بطرق اللحام الأخرى.
5. توافق المواد: إن EBW مناسب للحام مجموعة متنوعة من المواد، خاصةً المعادن النشطة والمعادن المقاومة للحرارة وقطع العمل عالية الجودة.

5. لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية

لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية هو طريقة فريدة ومتطورة لربط المعادن المتشابهة أو غير المتشابهة باستخدام طاقة الاهتزاز الميكانيكية للتردد فوق الصوتي. على عكس طرق اللحام التقليدية، لا يتطلب لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية استخدام تيار كهربائي أو مصدر حرارة عالية الحرارة على قطعة العمل.

مبدأ العمل

في لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية، تحت الضغط الساكن، يتم تحويل طاقة الاهتزاز من محول الطاقة فوق الصوتي إلى عمل احتكاك وطاقة تشوه وزيادة محدودة في درجة الحرارة. وتؤدي هذه العملية إلى ترابط معدني بين الوصلات، مما يؤدي إلى إنشاء لحام في الحالة الصلبة دون ذوبان المعادن الأساسية. تتسبب الاهتزازات الميكانيكية في احتكاك الأسطح المعدنية ببعضها البعض، مما يؤدي إلى تكسير أكاسيد السطح والملوثات، والسماح للأسطح المعدنية النظيفة بالارتباط على المستوى الجزيئي.

المزايا

يوفر لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية العديد من المزايا:

• السرعة: عملية اللحام سريعة، وغالبًا ما تكتمل في جزء من الثانية.
• كفاءة الطاقة: يستهلك طاقة أقل مقارنة بطرق اللحام التقليدية.
• قوة اندماج عالية: اللحامات المنتجة قوية ومتينة.
• التوصيل الجيد: تحافظ العملية على التوصيل الكهربائي والحراري للمواد.
• نقص الشرر: لا يوجد شرارة، مما يجعلها أكثر أمانًا ونظافة.
• المعالجة الباردة: تشبه العملية الشغل على البارد، مما يقلل من التشويه الحراري والإجهادات المتبقية.

التطبيقات

تقنية اللحام هذه متعددة الاستخدامات ويمكن استخدامها في:

• لحام بقعة واحدة: مثالية للحامات الصغيرة والدقيقة.
• اللحام متعدد البقع: مناسب للتطبيقات التي تتطلب نقاط لحام متعددة.
• اللحام بالشريط القصير: فعال لربط الأطوال القصيرة من الشرائط المعدنية.

تشمل المواد التي يتم لحامها عادةً باستخدام لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية ما يلي:

• النحاس
• الفضة
• ألومنيوم
• نيكل
• أسلاك أو صفائح غير حديدية أخرى

تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في مختلف الصناعات لتطبيقات مثل:

• أسلاك اللحام SCR (المقوم المتحكم فيه بالسيليكون)
• الصمامات
• الخيوط الكهربائية
• قطع عمود بطارية الليثيوم
• عروات العمود

القيود

على الرغم من مزاياه، فإن لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية له بعض القيود:

• السُمك: يجب ألا يتجاوز سُمك الأجزاء المعدنية الملحومة بشكل عام 5 مم.
• حجم بقعة اللحام: يجب ألا تكون بقعة اللحام كبيرة جدًا.
• متطلبات الضغط: يجب تطبيق ضغط كافٍ لتحقيق لحام ناجح.

6. اللحام التناكبي الوميضي

اللحام التناكبي الوامض هو تقنية لحام متخصصة تُستخدم لربط قطعتين معدنيتين عن طريق تسخينهما بمقاومة كهربائية ثم الضغط عليهما لتشكيلهما معاً. هذه الطريقة فعالة بشكل خاص في ربط المعادن ذات التوصيل الكهربائي العالي وتستخدم على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الصناعية، بما في ذلك تصنيع قضبان السكك الحديدية والأنابيب والمكونات الهيكلية.

مبدأ اللحام التناكبي الوميضي

يتضمن مبدأ اللحام التناكبي الوميضي استخدام ماكينة لحام تناكبي لملامسة طرفي القطعتين المعدنيتين. وفيما يلي شرح تفصيلي للعملية:

1. الاتصال الأولي والتدفئة:
   • يتم تثبيت القطعتين المعدنيتين المراد لحامهما في مكانهما بواسطة قطبين كهربائيين مشبكين متصلين بمصدر طاقة.
   • يتم تطبيق جهد منخفض وتيار عالٍ، مما يؤدي إلى تسخين المعدن عند نقطة التلامس بسبب المقاومة الكهربائية.
   • عندما يتم تحريك المشبك المتحرك، يتلامس طرفا القطعتين تلامسًا طفيفًا، مما يؤدي إلى كهربتهما وتسخينهما.
2. تشكيل الوميض:
   • تتسبب التسخين في وصول المعدن عند نقطة التلامس إلى حالة الانصهار، مما يؤدي إلى تكوين شرارة أو وميض عندما ينفجر المعدن السائل.
   • تستمر حركة الوميض هذه مع تقدم التركيب المتحرك، مما يؤدي إلى زيادة تسخين طرفي القطع.
3. الحدادة واللحام:
   • بمجرد أن يصل المعدن إلى درجة الحرارة المطلوبة ويتم تليينه بشكل كافٍ، يتم بثق طرفي قطعتي العمل معًا.
   • يتم قطع طاقة اللحام، ويتم تطبيق الضغط المحوري بسرعة لتشكيل القطع معًا، مما يؤدي إلى تصلب الوصلة.
   • تساعد مقاومة الوصلة في الحفاظ على الحرارة، مما يضمن لحامًا قويًا.

وصف العملية التفصيلي

• التثبيت وتطبيق الطاقة:
  • يتم تثبيت القطع المعدنية بإحكام بواسطة أقطاب مشبك كهربائي.
  • يتم تنشيط مصدر الطاقة، ويتدفق تيار عالٍ عبر نقطة التلامس، مما يولد حرارة مقاومة.
• التسخين وتكوين الوميض:
  • يتسبب التلامس الأولي الطفيف بين القطع المعدنية في حدوث تسخين موضعي.
  • عندما يسخن المعدن ويصل إلى حالة الانصهار، ينتج وميض بسبب الطبيعة الانفجارية للمعدن السائل عند نقطة التلامس.
  • يستمر هذا الوميض مع تقدم المشبك المتحرك، مما يضمن تسخين كلا الطرفين بشكل كافٍ.
• التشكيل والتصلب النهائي:
  • عند الوصول إلى درجة الحرارة المثلى، يتم قطع طاقة اللحام.
  • يتم تطبيق الضغط المحوري لتشكيل القطع المعدنية معًا، مما يخلق وصلة لحام صلبة وقوية.

مثال على ذلك: اللحام التناكبي للصلب الوميضي

في حالة اللحام التناكبي الوامض للفولاذ، تتضمن العملية إدخال قضيبين من الفولاذ في وصلة تلامس تناكبية. يولد تيار اللحام الذي يمر عبر نقطة التلامس حرارة مقاومة، مما يؤدي إلى صهر المعدن وإنتاج شرارة قوية. ويطلق هذا الوميض جزيئات أثرية وغالباً ما يكون مصحوباً برائحة نفاذة. وتكتمل عملية اللحام من خلال تطبيق قوة التشكيل بسرعة، مما ينتج عنه لحام قوي ومتين.

مزايا اللحام بعقب الفلاش

• مفاصل عالية الجودة: تنتج لحامات قوية وموثوقة ذات خواص ميكانيكية ممتازة.
• الكفاءة: العملية سريعة نسبيًا ويمكن أتمتتها لتحقيق معدلات إنتاج عالية.
• تعدد الاستخدامات: مناسب لمجموعة واسعة من المعادن والتطبيقات، بما في ذلك المشاريع الصناعية واسعة النطاق.