يعد اختيار مواد اللحام المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لضمان وجود لحامات قوية ومتينة. يستكشف هذا الدليل المبادئ وأفضل الممارسات لاختيار مواد اللحام بناءً على متطلبات أداء الوصلات الملحومة واعتبارات عملية التصنيع والعوامل الاقتصادية. من الفولاذ الكربوني إلى الفولاذ المقاوم للصدأ، تقدم المقالة معايير مفصلة لمختلف المواد، مما يساعدك على اتخاذ قرارات مستنيرة لتحقيق نتائج لحام مثالية. سواء كنت تتعامل مع ظروف درجات الحرارة المرتفعة أو تبحث عن حلول فعالة من حيث التكلفة، ستجد رؤى قيمة لتعزيز مشاريع اللحام الخاصة بك.
للحصول على وصلات ملحومة عالية الجودة، يجب أن يكون اختيار مواد اللحام معقولاً. نظرًا للاختلافات الكبيرة في ظروف تشغيل المكونات الملحومة، تختلف خصائص المواد وتكوين المواد الأساسية اختلافًا كبيرًا، كما أن عملية تصنيع المكونات معقدة ومتنوعة.
لذلك، من الضروري النظر بشكل شامل في الجوانب المختلفة لتحديد مواد اللحام المقابلة.
يجب أن يتبع اختيار مواد اللحام المبادئ التالية:
(1) تلبية متطلبات وصلة اللحام الأداء، بما في ذلك القوة قصيرة الأجل في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المرتفعة وأداء الانحناء والصلابة والصلابة والتركيب الكيميائي ومتطلبات الأداء الخاصة للوصلات في المعايير الفنية ورسومات التصميم، مثل القوة طويلة الأجل وحد الزحف ومقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل، إلخ.
(2) تفي بمتطلبات أداء عملية التصنيع وأداء عملية اللحام لـ الوصلات الملحومة.
تحتاج المكونات التي تتكون منها الوصلة الملحومة حتمًا إلى عمليات تشكيل وقطع مختلفة أثناء عملية التصنيع، مثل الختم والدرفلة والثني واللف والخراطة والتخطيط وما إلى ذلك، مما يتطلب أن تتمتع الوصلة الملحومة بقدرة معينة على تشوه البلاستيك، وأداء القطع، والأداء الشامل في درجات الحرارة العالية، وما إلى ذلك.
تتطلب عملية اللحام أداءً جيدًا للعملية من مواد اللحام والقدرة على مقاومة العيوب مثل التشقق وفقًا للاختلافات في خواص اللحام للمادة الأساسية.
(3) الاقتصاد المعقول.
مع استيفاء الحد الأدنى من متطلبات الأداء والأداء التصنيعي المختلفة المذكورة أعلاه، يجب اختيار مواد اللحام غير المكلفة لتقليل تكاليف التصنيع وزيادة الفوائد الاقتصادية.
على سبيل المثال، عند لحام الفولاذ منخفض الكربون للمكونات الهامة باستخدام اللحام القوسي اليدوي، يجب تفضيل الأقطاب الكهربائية المطلية بالقلويات لأنها منزوعة الأكسدة بالكامل، ومنزوعة الكبريت، وذات محتوى منخفض من الهيدروجين، مع مقاومة جيدة للتشقق وصلابة تأثير معدن اللحام.
بالنسبة لبعض المكونات غير الحرجة، يمكن استخدام الأقطاب الكهربائية الحمضية لأنها لا تزال قادرة على تلبية متطلبات الأداء للمكونات غير الحرجة، وتتمتع بقابلية معالجة جيدة، ورخيصة الثمن، مما يقلل من تكاليف التصنيع.
عند اختيار مواد اللحام للصلب الكربوني والصلب المنخفض سبائك الصلب (بما في ذلك الفولاذ المقاوم للحرارة منخفض السبائك والفولاذ منخفض السبائك عالي القوة)، يجب مراعاة العوامل التالية:
(1) مبادئ القوة المتساوية والصلابة المتساوية
بالنسبة للمكونات الحاملة للضغط، تعتمد حسابات المتانة عادةً على إجهاد الشد المسموح به للمادة.
يرتبط إجهاد الشد المسموح به بالحد الأدنى لمقاومة الشد القياسية للمادة، أي أن الإجهاد المسموح به [σ] = σb / nb (قِيَم nb تختلف وفقًا لمعايير مختلفة)، حيث [σ] هو إجهاد الشد المسموح به للمادة، σb هو الحد الأدنى لمقاومة الشد القياسية للمادة، و nb هو عامل الأمان (تختلف قيم nb وفقًا للمعايير المختلفة).
ولذلك، كجزء من المكون، يجب ألا تقل قوة الشد للحام عن الحد الأدنى من قوة الشد القياسية للمادة الأساسية.
وفي الوقت نفسه، يجب الانتباه إلى حقيقة أن قوة الشد للمعدن المترسب من مادة اللحام يجب ألا تكون أعلى بكثير من قوة الشد للمادة الأساسية، مما قد يؤدي إلى انخفاض في مرونة اللحام وزيادة في الصلابة، وهو ما لا يساعد على عمليات التصنيع اللاحقة.
على الرغم من أن حسابات القوة لا تأخذ في الاعتبار سوى قوة الشد للمادة ولا تتطلب معايير تقييم العمليات المختلفة قوة الخضوع من اللحام، عند اختيار مواد اللحام، يجب أيضًا مراعاة ألا تكون قوة الخضوع للمعدن المترسب من مادة اللحام أقل من قوة الخضوع للمادة الأساسية، ويجب الانتباه إلى ضمان نسبة معينة من قوة الخضوع إلى قوة الشد.
عندما تعمل الوصلة في درجات حرارة عالية، عادةً ما يعتمد حساب الإجهاد المسموح به على الحد الأدنى لمقاومة الشد في درجات الحرارة العالية قصيرة الأجل المحددة للمادة عند درجة حرارة التشغيل (أو درجة حرارة التصميم)، أي [σt] = σbt / nbحيث [σt]هو الإجهاد المسموح به المحسوب على أساس الحد الأدنى لمقاومة الشد في درجات الحرارة العالية قصيرة المدى عند درجة الحرارة t، σbt هو الحد الأدنى لقوة الشد قصيرة الأجل في درجات الحرارة العالية المحددة للمادة عند درجة الحرارة t، أو يتم حساب الإجهاد المسموح به بناءً على القوة طويلة الأجل وحد الزحف للمادة عند درجة حرارة العمل، أي [σD t] = σDt / nDحيث [σDt] هو الإجهاد المسموح به المحسوب على أساس القوة طويلة المدى عند درجة الحرارة t، σDt هي القوة طويلة الأجل للمادة عند درجة الحرارة t، و nD هو عامل الأمان (قيم nD تختلف باختلاف المعايير المختلفة).
لذلك، عند اختيار مواد اللحام للوصلات الملحومة العاملة في درجات الحرارة العالية، يجب ألا تكون قوة الشد قصيرة الأجل في درجات الحرارة العالية أو القوة طويلة الأجل أقل من القيم المقابلة للمادة الأساسية.
بالنسبة للصلب الكربوني والصلب العادي منخفض السبائك، فإن اختيار مواد اللحام يأخذ في الاعتبار بشكل أساسي قوة الشد لمادة اللحام، وقد لا يتم النظر في تطابق التركيب الكيميائي بين المعدن المترسب والمعدن الأساسي.
ومع ذلك، بالنسبة للصلب المقاوم للحرارة Cr-Mo، يجب ألا يقتصر اختيار مواد اللحام على مراعاة قوتها المتساوية فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة مطابقة عناصر السبائك لضمان اتساق الأداء الشامل للوصلة الملحومة مع المعدن الأساسي.
في الحالات الخاصة التي يتم فيها تصميم المكونات بناءً على قوة الخضوع للمادة، يجب أن يكون مبدأ قوة الخضوع المتساوية عاملًا مهمًا في الاعتبار.
نظرًا لظروف التشغيل المختلفة للمكونات، غالبًا ما يحدث الكسر الهش أثناء التشغيل بسبب عدم كفاية المتانة، خاصةً بالنسبة للمكونات التي تعمل في درجات حرارة منخفضة أو المكونات ذات الجدران السميكة عالية القوة.
ولذلك، فإن المعايير ذات الصلة لها متطلبات واضحة لصلابة صدمات الوصلات الملحومة. عند اختيار مواد اللحام، من الضروري التأكد من أن صلابة صدمات اللحام تفي بمتطلبات المعايير ذات الصلة.
ومع ذلك، فإن المعايير المختلفة لها متطلبات مختلفة لصلابة صدمة الوصلة. وتنص لوائح الإشراف على سلامة الغلايات البخارية على ألا تقل صلابة صدمات الوصلة الملحومة عن الحد الأدنى لصلابة الصدمات المحددة من المادة الأساسية.
إذا لم يكن للمادة الأساسية مؤشر صلابة صدم، يجب ألا يقل عن 27J. ويجب أن يكون أوعية الضغط الفولاذية تحدد المواصفة القياسية GB150 أن قيمة صلابة الصدم للمفصل يتم تحديدها وفقًا لأدنى قوة شد للفولاذ. بالنسبة للفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، يكون الحد الأدنى لصلابة الصدم للمفصل:
بالنسبة للأوعية ذات درجات الحرارة المنخفضة، يجب ألا تقل قيمة صلابة الصدمات عن الحد الأدنى للقيمة المحددة للمادة الأساسية.
ومع ذلك، تحدد لائحة ASME VIII-1 ما إذا كانت الوصلة تحتاج إلى ضمان أداء صلابة الصدمات بناءً على مستوى القوة والسماكة ودرجة حرارة العمل ونسبة الإجهاد التصميمي إلى الإجهاد المسموح به للمادة.
إذا كان للمفصل متطلبات صلابة الصدم، يتم تحديد الحد الأدنى المضمون لقيمة صلابة الصدم بناءً على مستوى قوة وسمك المادة.
باختصار، عند اختيار مواد اللحام، يجب أن نحدد متطلبات صلابة تأثير الوصلة وفقًا لمعايير التصميم والتصنيع والفحص للمنتج، واختيار مواد اللحام المناسبة لتلبية المتطلبات القياسية، أي متطلبات أداء الاستخدام.
عند النظر في متطلبات صلابة الصدمات، يجب الانتباه إلى درجة حرارة التصميم ودرجة حرارة تشغيل الهيكل.
إذا كانت درجة حرارة التشغيل تساوي درجة حرارة الغرفة أو أعلى من درجة حرارة الغرفة، فيجب الحفاظ على صلابة صدمة درجة حرارة الغرفة فقط؛ وإذا كانت أقل من درجة حرارة الغرفة، فيجب ضمان قيمة صلابة الصدمة المحددة في المعيار أو الرسم عند درجة الحرارة المقابلة.
وبطبيعة الحال، لا يرتبط أداء الوصلة الملحومة بمواد اللحام فحسب، بل يرتبط أيضًا بمواد اللحام المحددة عملية اللحام.
ولذلك، يعد اختيار مواد اللحام للمفصل مسألة معقدة.
(2) النظر في متطلبات وتأثيرات عمليات التصنيع
بعد لحام المكونات، غالبًا ما تحتاج إلى الخضوع لمختلف عمليات التشكيل مثل الدرفلة والكبس والثني والمعايرة.
ولذلك، يجب أن تتمتع الوصلات الملحومة والمواد الأساسية بقدرة تشوه معينة، وخاصة قدرة التشوه على البارد، والتي يتم قياسها عن طريق اختبار الانحناء للمفصل. وقد وضعت العديد من المعايير متطلبات واضحة لاختبار الانحناء للوصلات الملحومة للمواد المختلفة.
تنص "لوائح الإشراف الفني لسلامة المراجل البخارية" على أن يكون قطر عمود الانحناء D=3a (أ هو سمك العينة) أثناء اختبار الانحناء، ويكون الفولاذ الكربوني مؤهلاً لـ زاوية الانحناء 180 درجة، في حين أن الفولاذ منخفض السبائك مؤهل لـ 100 درجة.
تشترط GB150-99 أوعية الضغط الفولاذية GB150-99 والقسم التاسع من الجمعية الأمريكية للمهندسين والميكانيكيين والميكانيكيين (ASME IX) أنه عند إخضاع أي مادة لاختبار الانحناء، يكون قطر عمود الانحناء D=4a، وزاوية الانحناء 180 درجة مؤهلة.
لذلك، عند اختيار مواد اللحام، يجب أن يفي أداء الانحناء لمعدن اللحام بمتطلبات المعايير المذكورة أعلاه.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يأخذ اختيار مواد اللحام في الاعتبار أيضًا تأثيرات عمليات المعالجة الحرارية بعد اللحام (مثل التلدين بعد اللحام والتطبيع, التبريد والتبريدإلخ) على خواص معدن اللحام.
وتجدر الإشارة إلى أن ما بعد اللحام التلدين يمكن أن تتسبب المعالجة الحرارية، خاصةً التطبيع بعد اللحام، في حدوث تغيرات كبيرة في خواص معدن اللحام. عندما يكون مكون اللحام رقيقًا نسبيًا، لا تكون المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد بعد اللحام ضرورية.
طالما أن أداء معدن اللحام في حالة اللحام يفي بالمتطلبات ذات الصلة. بالنسبة لمكونات اللحام سميكة الجدران، وفقًا لمعايير التصنيع ذات الصلة، يجب إجراء التلدين لتخفيف الضغط بعد اللحام إذا تجاوز سمك الجدار حدًا معينًا.
سيؤدي اختلاف درجات حرارة التسخين وأوقات الثبات أثناء المعالجة الحرارية إلى تغيرات مختلفة في خواص معدن اللحام.
في الهندسة، تُستخدم معلمة لارسون-ميلر، والمعروفة أيضًا بمعلمة التقسية، لمناقشة خصائص الوصلة التي تتأثر بدرجة حرارة التسخين ووقت الاحتفاظ بالتلدين المريح للإجهاد. معادلة معلمة التقسية هي:
[P]=T(20+لوغt)×10-3
حيث T هي درجة الحرارة المطلقة بالكلفن و t هي الزمن بالساعات.
معامِلات التقسية〔P〕=T （20+Logt）×10-3
وبوجه عام، كلما زادت قيمة [P]، تنخفض قوة الشد وقوة الخضوع لمعدن اللحام، وتزداد الاستطالة، وتتذبذب صلابة الصدمات.
يوضح الشكلان 1 و2 العلاقة بين معلمات التقسية للمعدن المترسب والخصائص الميكانيكية لقضبان اللحام CMA96 وCMA106 على التوالي.
ولذلك، عند اختيار المعالجة الحرارية لما بعد اللحام لمواد اللحام، من الضروري النظر فيما إذا كانت الخواص الميكانيكية للمعدن المترسب عند قيمة [P] المقابلة تفي بالمعايير ذات الصلة.
تجدر الإشارة إلى أنه عندما تحتاج الوصلة الملحومة إلى الخضوع لعمليات الختم الساخن أو المعايرة الساخنة أو الدرفلة على الساخن أو عمليات التشكيل الساخنة الأخرى بعد اللحام، إذا وصلت درجة حرارة التسخين إلى أعلى من درجة حرارة AC3 للمادة وتم الاحتفاظ بها لفترة من الوقت قبل التبريد في الهواء الساكن، فإن معدل التبريد أثناء عملية التطبيع أبطأ بكثير من ذلك أثناء عملية اللحام.
ستؤدي عملية التطبيع إلى بقاء معدن اللحام لفترة أطول عند درجة حرارة 800-500 ℃ مقارنةً بعملية اللحام.
سيؤدي السماح بتسخين الفولاذ أعلى من AC3 أثناء عملية التطبيع إلى حدوث عملية تطبيع كاملة، يتبعها إعادة التبلور أثناء التبريد، مما يدمر البنية المفرطة التبريد في الأصل لمعدن اللحام ويقلل بشكل كبير من قوة اللحام.
يمكن أن يتجاوز التخفيض الأشد 100 ميجا باسكال. ولذلك، بالنسبة للوصلات الملحومة التي تحتاج إلى الخضوع لعمليات التشكيل على الساخن، يجب أن تكون مادة اللحام المختارة ذات مستوى قوة أعلى من 50-100 ميجا باسكال من المادة الملحومة في حالة اللحام كما هي ملحومة أو مع معالجة تخفيف الإجهاد.
على سبيل المثال، في حالة 19Mn6، يكون سلك اللحام بالقوس المغمور في حالة اللحام كما هو ملحوم هو H08MnMO، بينما في حالة التطبيع والتلطيف يجب استخدام H08Mn2Mo بدلاً من ذلك.
بالنسبة لـ SA675، وهي مادة قضبان رفع الأسطوانة البخارية ذات قوة شد لا تقل عن 485 ميجا باسكال، عادةً ما يستخدم قضيب اللحام J507 في اللحام بالقوس اليدوي.
ومع ذلك، في حالة الوصلات الملحومة على مقاطع الانحناء التي تخضع للثني على الساخن ومعالجة التطبيع، يوصى باستخدام J607 بناءً على النتائج التجريبية.
عند اختيار مواد اللحام للوصلات الملحومة التي تخضع لمعالجات التطبيع والتلطيف، لا ينبغي فقط مراعاة زيادة القوة بمقدار 50-100 ميجا باسكال فوق الظروف المعتادة، ولكن أيضًا يجب أن يكون التركيب الكيميائي لمعدن اللحام مكافئًا لتركيب المادة الأساسية. وذلك لأن تركيب ومحتوى السبيكة يحدد درجة حرارة AC3 للمادة.
إذا اختلف التركيب الكيميائي لمعدن اللحام والمادة الأساسية اختلافًا كبيرًا، فإن درجة حرارة AC3 ستختلف أيضًا اختلافًا كبيرًا. عندما يتم تطبيع المادة الأساسية ومعدن اللحام معًا، يستحيل تحديد درجة حرارة التطبيع المناسبة.
بالإضافة إلى ذلك، إذا احتاجت الوصلة الملحومة إلى معالجة التبريد والتلطيف، فيجب أيضًا مراعاة تأثير هذه المعالجة على أداء الوصلة. قد تكون قوة مادة اللحام للمفاصل المروية والمخففة أقل من تلك الخاصة بالمفاصل العادية والمخففة.
على سبيل المثال، بالنسبة إلى BHW35، يتم استخدام H10Mn2NiMo بعد اللحام بالقوس الكهربائي والتطبيع، بينما يمكن استخدام H10Mn2NiMo بدلاً من ذلك في معالجة التبريد والتلطيف.
ضع في اعتبارك قابلية اللحام المواد والخصائص المعدنية لطرق اللحام. المواد المختلفة لها قابلية لحام مختلفة، وهناك متطلبات مختلفة لمحتوى عنصر رئيسي معين. عند اختيار مواد اللحام، ينبغي مراعاة قابلية المواد للحام.
على سبيل المثال، قد يواجه معدن اللحام من الفولاذ المقاوم للحرارة 2.25Cr-1Mo ما يسمى بظاهرة التقصف المزاجي عند الاحتفاظ أو التبريد البطيء في نطاق درجة حرارة 332-432 ℃، مما يسبب زيادة كبيرة في درجة حرارة الانتقال الهش لمعدن اللحام.
وقد أظهرت الدراسات أن حساسية تقصف المزاج لهذا نوع اللحام المعدن بسبب شوائب P، وP، وAs، وSb، وSn التي تنحرف عند حدود الحبيبات. يُعتقد عمومًا أن التقصف في درجات الحرارة المنخفضة لمعدن اللحام يرتبط بمحتوى P وSI. يجب تقليل محتويات P و Si في معدن اللحام إلى P≤0.015% و Si ≤0.15%.
ولذلك، بالنسبة للحام القوسي المغمور بالفولاذ المقاوم للحرارة Cr-Mo، فإن HJ350 تدفق اللحام مع المنجنيز المتوسط والسيليكون المتوسط يجب اختياره بدلاً من HJ431 المطابق لسلك H08Cr3MnMoA. تعتمد حساسية التقصف المزاجي لمعدن اللحام على سلسلة سبائك معدن اللحام. وبالمثل، تعاني أيضًا معادن اللحام من سلسلة C-Mo وMn-Mo وMn-Ni-Mo من مشاكل التقصف المزاجي.
يجب استخدام مواد اللحام مع تدفق اللحام HJ350 المطابق لسلك اللحام القوسي المغمور من السلسلة المذكورة أعلاه لتقليل محتوى Si في معدن اللحام. على سبيل المثال، يجب مطابقة سلك اللحام القوسي المغمور H08Mn2Mo مع تدفق اللحام HJ350 للحام BHW35. إذا كانت هناك حاجة إلى صلابة صدمة أعلى لمعدن اللحام، فيجب أن يكون تدفق اللحام أيضًا HJ250 أو HJ250+HJ350 تدفقًا مختلطًا.
ومع ذلك ، بالنسبة لأسلاك اللحام منخفضة السيليكون مثل H08MnA و H10Mn2، لا توجد ظاهرة التقصف المزاجي في معدن اللحام. يجب استخدام هذين النوعين من أسلاك اللحام مع تدفق اللحام عالي السيليكون والمنغنيز العالي HJ431 عند لحام الفولاذ 20# أو 16Mn.
باستخدام تدفق اللحام عالي المنجنيز وعالي السيليكون، سيتم سيليكون حوض اللحام، وكمية معينة من محتوى السيليكون في معدن اللحام مفيدة لعملية إزالة الأكسدة من معدن اللحام، مما يمنع حدوث المسام. عند اختيار مواد اللحام، يجب أيضًا مراعاة الخصائص المعدنية لطرق اللحام المختلفة.
على سبيل المثال، بالنسبة للحام القوسي المعدني الغازي باستخدام ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون + آر غاز التدريع، لا يوجد تفاعل معدني بين التدفق أو سلك اللحام والمعدن أثناء عملية اللحام. ومع ذلك، قد يكون هناك تفاعل بين CO2 و عناصر معدنية لتكوين أكسيد الحديد FeO.
ولذلك، يجب أن يحتوي سلك اللحام على كميات مناسبة من السيليكون والمنجنيز لتقليل تفاعل الاختزال وضمان تشكيل هيكل لحام كثيف. في التنجستن الخامل اللحام بالغاز، لا يوجد تفاعل أكسدة-اختزال، ويتم بالفعل إعادة صهر سلك الحشو والمادة الأساسية.
ولذلك، فإن اللحام بقوس الأرغون يجب أن يكون السلك منزوع الأكسدة بالكامل، ويجب عدم استخدام مواد الصلب المغلي. وإلا ستحدث مسام في اللحام. الهدوء مادة الصلب يجب استخدامه بدلاً من ذلك، وليس من الضروري وجود محتوى معين من Si وMn في سلك اللحام
على سبيل المثال، عند استخدام الفولاذ المقاوم للحرارة 15CrMo للحام بقوس الأرجون في اللحام بالأرجون، يجب اختيار سلك اللحام H08CrMo؛ بينما بالنسبة لقطب اللحام الاندماجي اللحام المحمي بالغازيجب اختيار سلك اللحام H08CrCrMnSiMo.
لا ينطبق مبدأ نفس القوة لمواد اللحام والمواد الأصلية تمامًا على الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. عند استخدامه في البيئات المسببة للتآكل مع عدم وجود متطلبات قوة محددة، فإن الشاغل الرئيسي هو الخصائص المضادة للتآكل في الوصلة الملحومة.
إذا تم استخدامها في ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي مع العمل قصير الأجل، فإن بعض درجات الحرارة العالية والقوة قصيرة الأجل مطلوبة، بينما يتطلب العمل طويل الأجل قوة متينة كافية وحد زحف لمعدن اللحام.
على سبيل المثال، عند استخدام أنابيب SA213-TP304H في ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية، يجب اختيار مواد اللحام E308H.
عند لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، يراعي اختيار مواد اللحام بشكل أساسي أن يكون التركيب الكيميائي للمعدن المترسب معادلاً لتركيب المادة الأساسية.
وطالما أن التركيب الكيميائي للمعدن المترسب لمادة اللحام هو نفس التركيب الكيميائي للمادة الأساسية، فإن أداء معدن اللحام يمكن أن يكون مكافئًا لأداء المادة الأساسية، بما في ذلك الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل، إلخ.
يجب إيلاء اهتمام خاص للمتطلبات الخاصة لمقاومة التآكل في ظل ظروف عملية التصنيع أو الرسومات.
من أجل منع التشقق بين الخلايا الحبيبية أثناء اللحام، من الأفضل استخدام مواد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ ذات المحتوى المنخفض من الكربون (منخفضة للغاية من الكربون) وتحتوي على Ti وNb.
إذا كان محتوى SO2 في طلاء أو تدفق قضيب اللحام مرتفعًا جدًا، فهو غير مناسب للحام الفولاذ الأوستنيتي ذي المحتوى العالي من النيكل.
لمنع التشققات الساخنة في اللحام (شقوق التصلب)، يجب التحكم في محتوى الشوائب مثل P وS وSb وSb وSn، ويفضل تجنب تكوين مرحلة واحدة الأوستينيت البنية في معدن اللحام قدر الإمكان.
على الرغم من أن العديد من المواد تشير إلى أن محتوى الفريت في معدن اللحام من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ مفيد لتقليل ميل اللحام تكسير المعادن، تم استخدام كمية كبيرة من معدن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي النقي لسنوات عديدة وكان أداء الوصلات جيدًا.
يعتبر المحتوى المناسب من الفريت مفيدًا لمقاومة التآكل في بعض الوسائط، ولكنه ضار لتأثير معدن اللحام في ظروف درجات الحرارة المنخفضة.
مع أخذ العوامل الشاملة في الاعتبار، من المستحسن عمومًا أن يكون محتوى الفريت في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بين 4% و12%، لأن محتوى الفريت 5% يمكن أن يحقق مقاومة مرضية للتآكل بين الخلايا الحبيبية.
يمكن تقدير محتوى الفريت في اللحام باستخدام التركيب الكيميائي لمعدن اللحام، وتحويله إلى مكافئ الكروم ومكافئ النيكل، من خلال مخطط البنية المجهرية.
تشمل الرسوم البيانية الشائعة الاستخدام WRC-1988، و Esptein و DeLong.
يناسب مخطط WRC-1988 الفولاذ المقاوم للصدأ من السلسلة 300 والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، ولكنه لا ينطبق على المواد التي تحتوي على N> 0.2% و Mn>10%. يناسب مخطط إبشتاين الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ المقوى بالنيتروجين من السلسلة 200 مع Mn<1.5% وN<0.25%.
عند اختيار الأوستنيتي لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المواد، يجب الانتباه إلى تأثير طرق اللحام على التركيب الكيميائي للمعدن المترسب. اللحام بغاز التنجستن الخامل له أقل تأثير على تغير التركيب الكيميائي لمعدن اللحام، والتغيرات الأخرى باستثناء C وN صغيرة في معدن اللحام غير المخفف.
وعلى وجه الخصوص، يكون فقدان C هو الأكبر. على سبيل المثال، عندما يكون محتوى C في القطب الكهربي 0.06%، يكون المحتوى في المعدن المترسب غير المخفف من اللحام بقوس الأرجون 0.04%، ويزيد محتوى N في معدن اللحام بنحو 0.02%.
قد يخضع محتوى المنغنيز والسيليوم والكروم والنيكل والميثان في المعدن المترسب لتغيرات طفيفة أثناء اللحام القوسي المحمي بغاز الذوبان للإلكترود الذائب، في حين أن فقدان C لا يزيد عن ربع محتوى C في اللحام بقوس الأرجون، والزيادة في محتوى N أعلى بكثير. يختلف مقدار الزيادة وفقًا لعمليات اللحام المختلفة، بحد أقصى 0.15%.
أثناء اللحام القوسي اليدوي واللحام القوسي الأوتوماتيكي بالقوس المغمور، تتأثر عناصر السبائك في معدن اللحام بشكل مشترك بالطلاء والتدفق وسلك اللحام والقطب الكهربائي.
من المستحيل تقدير التركيب الكيميائي لمعدن اللحام من خلال التركيب الكيميائي لسلك اللحام أو القطب الكهربائي، خاصةً بالنسبة لمواد اللحام التي تحتوي على انتقال عنصر السبيكة من خلال الطلاء أو التدفق.
وبالطبع، يمكن تقدير محتوى الفريت في اللحام من محتوى السبيكة في معدن اللحام، ولكن هذه القيمة التقديرية لها انحراف معين عن القيمة الفعلية لأن معدل التبريد أثناء عملية اللحام يؤثر أيضًا على محتوى الفريت.
من المتفق عليه عمومًا أنه إذا كان محتوى عنصر السبيكة في معدن اللحام متماثلًا تمامًا، فإن محتوى الفريت سيختلف اعتمادًا على طريقة اللحام.
يكون محتوى الفريت أعلى في الكسوة الشريطية وأدنى في اللحام بقوس الأرجون. حتى مع نفس الكسوة الشريطية، وُجد أن محتوى الفريت في بداية اللحام ونهايته كان أقل بحوالي 2-31 تيرابايت 3 تيرابايت من محتوى الجزء الأوسط.
مع توحيد معايير مواد الفولاذ المقاوم للصدأ ومواد اللحام، أصبح اختيار مواد اللحام المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بسيطًا. يمكن اختيار درجات مواد اللحام المقابلة على أساس درجات مواد الفولاذ المقاوم للصدأمثل اختيار أقطاب كهربائية E316 للفولاذ المقاوم للصدأ SA240-316.
بالنسبة لـ الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ، فمن الأفضل استخدام مواد اللحام التي هي نفس المواد الأساسية. على سبيل المثال، يجب أن يستخدم الفولاذ 1Cr13 مواد لحام سلسلة E410، ورقم قطب اللحام للحام القوسي اليدوي هو G217.
ومع ذلك، يحتوي هيكل اللحام المعدني لمواد اللحام العادية المطابقة لـ 1Cr13 على مارتينسيت وفريت خشن، وهو صلب وهش وعرضة للتشقق. بالإضافة إلى ذلك، يجب تسخين اللحام مسبقًا عند 250-350 ℃.
لتحسين الأداء، يجب أن يكون محتوى S وP في مواد اللحام محدودًا، ويجب التحكم في محتوى Si (≤0.30%)، ويجب تقليل محتوى C. يمكن إضافة كمية صغيرة من Ti وAl وNi لتحسين الحبيبات وتقليل الصلابة.
تُظهر بعض البيانات أن إضافة محتوى Nb (حتى حوالي 0.8%) إلى مواد اللحام يمكن أن يحصل على هيكل فريت أحادي الطور. في سلك لحام ثاني أكسيد الكربون، يجب إضافة عنصري Ti وMn لتحقيق الغرض من إزالة الأكسدة.
يمكن أن يستخدم الفولاذ المرتنزيتي المقاوم للصدأ أيضًا مواد لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. في هذا الوقت، يجب مراعاة تأثير تخفيف المعدن الأساسي على تكوين معدن اللحام. من خلال محتوى الكروم والنيكل المناسب، فإن تشكيل بنية المارتينسيت في معدن اللحام يمكن تجنبها. على سبيل المثال، يمكن استخدام مواد اللحام A312 (E309Mo) في لحام الفولاذ المارتنسيتي 1Cr13.
بالنسبة لـ الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي، وعادة ما يتم لحامها بمواد لحام مماثلة للمادة الأساسية. ومع ذلك، فإن بنية الفريت في اللحام تكون خشنة وذات صلابة ضعيفة. يمكن تحسين البنية المجهرية للفريت المروي عن طريق زيادة محتوى Nb في مواد اللحام.
وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام المعالجة الحرارية لتحسين صلابة معدن اللحام. بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي الذي لا يمكن معالجته بالحرارة بعد اللحام، يمكن أيضًا استخدام مواد اللحام الأوستنيتي النقية للحصول على وصلات ملحومة ذات خصائص شاملة.
ينتمي اللحام بين الفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض السبائك، وكلاهما ينتمي إلى الفولاذ الحديدي العادي، وكذلك اللحام بين أنواع مختلفة من الفولاذ منخفض السبائك، إلى لحام الفولاذ من نفس المادة المختلفة.
من أجل لحام هذا النوع من الفولاذ، يتم اختيار مواد اللحام على أساس المواد ذات الدرجة الأدنى، في إشارة إما إلى مستوى قوة أقل أو محتوى أقل من عنصر السبيكة، وذلك لضمان أن الخواص المعدنية للحام يمكن أن تلبي متطلبات المواد ذات الدرجة الأدنى.
كما يوفر اختيار المواد ذات الدرجة المنخفضة أيضًا أداء لحام أفضل بسعر أرخص نسبيًا، وهو أمر مفيد لتقليل تكاليف التصنيع.
على سبيل المثال، عند لحام نفس مادة الفولاذ المختلفة للفولاذ 20#، والفولاذ الكربوني SA106، والفولاذ الكربوني 16Mn، و19Mn6 و15MnMoV، وBHW35 وغيرها من سبائك الفولاذ المنخفضة، تكون مواد اللحام المستخدمة مطابقة تمامًا لتلك المستخدمة في لحام الفولاذ منخفض الكربون نفسها.
مواد اللحام المناظرة للحام القوسي اليدوي واللحام القوسي المغمور واللحام بالدرع الغازي هي J507 وH08MnA+HJ431 وH08Mn2Si، على التوالي.
لحام الفولاذ المقاوم للحرارة من سبائك الصلب منخفضة السبائك والفولاذ المقاوم للحرارة من سبائك الصلب المتوسطة
نظرًا لانقطاع التركيب الكيميائي للتركيب الكيميائي لـ درز اللحام في نفس المادة فولاذ مختلف، سيكون هناك انقطاع مماثل في الأداء. إذا كان هذا الانقطاع يؤثر بشكل كبير على أداء الاستخدام، فلا يمكن اختيار مواد اللحام على أساس مبادئ الدرجة المنخفضة.
على سبيل المثال، عند لحام مادتي SA213-T91 وSA213-T22، فإن اختيار مواد اللحام من الدرجة 2.25Cr-1Mo للحام وفقًا لمبدأ الدرجة الأدنى المعتاد سيؤدي إلى إثراء الكربون بشدة و إزالة الكربنة بالقرب من المعدن الأساسي T91 لخط الاندماج على جانب T91.
وذلك لأن T91 يحتوي على حوالي 9% من الكروم، بينما يحتوي سلك اللحام 2.25Cr-1Mo على حوالي 2.25% من الكربون.
بعد المعالجة بالتلدين بعد اللحام، يكون محتوى الكروم في المنطقة المتأثرة بالحرارة على جانب T91 أعلى بكثير من ذلك الموجود على جانب خط اللحام، مما يتسبب في انتقال كمية كبيرة من الكربون نحو المعدن الأساسي وينتج عنه طبقات تخصيب الكربون، مما يزيد من الصلابة ويسبب بنية مجهرية أكثر صلابة.
وعلى العكس من ذلك، يعاني جانب درز اللحام من إزالة الكربنة الشديدة، مع صلابة أقل وبنية مجهرية أكثر ليونة، مما يؤدي إلى تدهور أداء الوصلة.
إذا تم اختيار مادة اللحام 9Cr-1Mo، فإن خط اللحام على جانب T22 سيشهد تخصيبًا للكربون ونزع الكربنة من المادة الأساسية. وتجدر الإشارة إلى أنه عندما تعمل المكونات التي تحتوي على مثل هذه الانقطاعات في التركيب الكيميائي في درجات حرارة عالية، يستمر انتقال الكربون لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تدهور أداء الوصلة بشدة ويسبب أعطالاً تشغيلية.
وقد أظهرت الدراسات أنه لتجنب أو تقليل الظواهر المذكورة أعلاه، يمكن استخدام مواد اللحام ذات التركيبات الكيميائية الوسيطة من 5Cr-1Mo في اللحام، أو يمكن إضافة عناصر تثبيت الكربيد مثل Nb وV إلى مواد اللحام لتصلب عنصر الكربون وتقليل حدوث انحراف الكربون.
في التجارب الأولية التي أجرتها إحدى الشركات المحلية، أسفر استخدام مواد اللحام T91 التي تحتوي على Nb وV، مثل CM-9cb وTGS-9cb وMGS-9cb، للحام الفولاذ المختلف في المواد المذكورة أعلاه عن نتائج جيدة.
عند لحام وصلات الفولاذ غير المتشابهة من الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك والفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، يجب أن يعتمد اختيار مواد اللحام على درجة حرارة عمل الوصلة وظروف الإجهاد.
بالنسبة لمفاصل الفولاذ غير المتشابهة التي تتحمل الضغط وتعمل في درجات حرارة أقل من 315 درجة مئوية، يمكن استخدام مواد اللحام ذات المحتوى العالي من سبائك الكروم والنيكل في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. استنادًا إلى التركيب الكيميائي للفولاذ الكربوني (سبائك الفولاذ) والفولاذ الأوستنيتي، وكذلك حجم نسبة الانصهار، يتم اختيار مواد اللحام المناسبة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بمحتوى مناسب من الكروم والنيكل وفقًا لمخطط هيكل مكافئ للنيكل ومكافئ للكروم لتجنب تكوين المارتينسيت بكميات كبيرة في اللحام.
بالطبع، بالقرب من خط الانصهار في الفولاذ الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك، قد تحدث مناطق مارتينسيتية صغيرة. عن طريق تقليل المحتوى الكربوني لـ مادة اللحام، يمكن أن يصبح الهيكل المارتنسيتي منخفض الكربون مع مرونة أفضل، مما يضمن أداءً جيدًا للمفصل.
بالنسبة للوصلات الفولاذية غير المتشابهة التي تتحمل الضغط وتعمل في درجات حرارة أعلى من 315 درجة مئوية، يجب استخدام مواد اللحام القائمة على النيكل. على سبيل المثال، ECrNiFe-2، ERCrNiFe-3، إلخ. والسبب الرئيسي هو أن استخدام مواد اللحام العادية المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ سوف يسبب المشاكل التالية:
أ) نظرًا للاختلاف الكبير في معامل التمدد الحراري بين الفريت و الأوستينيت، قد يحدث الإجهاد الحراري وتلف الإجهاد الحراري أثناء التشغيل في درجات الحرارة العالية.
ب) نظرًا للاختلاف الكبير في محتوى عنصر السبيكة، قد تحدث عملية إزالة الكربنة الشديدة وطبقات إثراء الكربون في الوصلة الملحومة تحت التشغيل في درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى تدهور الأداء في درجات الحرارة العالية.
ج) نظرًا لبنية منطقة المارتينسيت بالقرب من خط الانصهار، تصبح البنية المجهرية المحلية للحام مروية ومصلدة.
يمكن أن يؤدي استخدام مواد اللحام القائمة على النيكل إلى تجنب الظواهر المذكورة أعلاه. وذلك للأسباب التالية:
أ) يتراوح معامل التمدد الحراري للمواد القائمة على النيكل بين معامل تمدد الفريت والأوستنيت.
ب) لن تتسبب المواد المصنوعة من النيكل في إزالة الكربنة أو إثراء الكربون في الوصلة الملحومة.
ج) لن تنتج المواد القائمة على النيكل بنية مارتينسيت أثناء اللحام.
وهذا يحسن أداء الوصلة في درجات الحرارة العالية بشكل كبير.
ومع ذلك، بالنسبة للوصلات الملحومة غير الحاملة للضغط التي تعمل في درجات حرارة عالية، على الرغم من أن استخدام الأقطاب الكهربائية القائمة على النيكل يمكن أن تلبي متطلبات الأداء، إلا أن تكلفة التصنيع باهظة الثمن، ولا توجد حاجة لاستخدامها.
كما يمكن أن تحقق مواد اللحام الأخرى الأرخص ثمناً نفس الغرض. من خلال عدد كبير من الدراسات التجريبية، وجدت الدول الأجنبية أنه بالنسبة للمواد غير الحاملة للضغط لحامات الشرائح في تصنيع الغلايات، عندما يكون الأنبوب مصنوعًا من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك ويكون المرفق مصنوعًا من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، يجب اختيار مواد اللحام وفقًا لمبادئ الدرجة الأدنى.
على سبيل المثال، عند لحام أنابيب SA210C وملحقات SA240-304، يمكن استخدام AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) للحام القوسي اليدوي، ويمكن استخدام MGS-M أو TGS-M (مواد اللحام KOBE) للحام المحمي بالغاز بدلاً من استخدام مواد لحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ.
السبب الرئيسي هو أن استخدام مواد اللحام المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ سوف ينتج عنه منطقة مارتينسيت بالقرب من خط الانصهار على جانب الأنبوب، وإذا حدثت تشققات على جانب الأنبوب أثناء التشغيل، فسوف يتسبب ذلك في تسرب الأنبوب. ومع ذلك، فإن استخدام مواد اللحام العادية منخفضة الدرجة سينتج مناطق مارتينسيت بالقرب من خط الانصهار على جانب المرفق. حتى في حالة حدوث تشققات، فإنها لن تضر الأنبوب على جانب التعلق.
وعلى العكس من ذلك، عندما يكون الأنبوب مصنوعًا من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ويكون المرفق مصنوعًا من فولاذ منخفض الكربون أو فولاذ منخفض السبائك، يجب استخدام مادة اللحام E309Mo(L) لجعل منطقة المارتينسيت تحدث بالقرب من خط الانصهار على جانب المرفق.
وقد تم تطبيق هذه المبادئ في إنتاج 300,000 كيلوواط و600,000 كيلوواط من أنابيب التدفئة السطحية وتم تطبيقها رسميًا في إنتاج 200,000 كيلوواط من أنابيب التدفئة السطحية.
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 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO