يُعدّ اللحام من أهم العمليات في الصناعة الحديثة. فمن ناطحات السحاب وخطوط الأنابيب إلى السيارات والطائرات، تُمكّن آلات اللحام من وصل المعادن بطريقة متينة وموثوقة ودائمة في كثير من الأحيان. لفهم آلية عمل آلة اللحام بشكل صحيح، علينا استكشاف علم اللحام ومكوناته وطرق اللحام المختلفة المستخدمة اليوم.
علم اللحام
يعتمد اللحام في جوهره على الحرارة أو الضغط أو كليهما لدمج قطعتين معدنيتين في قطعة واحدة. عند تسخين المعادن إلى درجة انصهارها، تسيل حوافها وتختلط معًا. وعندما يبرد حوض المنصهر ويتصلب، يُكوّن رابطة معدنية قوية.
توفر آلة اللحام مصدر الطاقة المطلوب لهذه العملية - في أغلب الأحيان الطاقة الكهربائية، ولكن في بعض الأحيان تكون طاقة الغاز أو الليزر.
مصدر الطاقة والتحكم
مصدر الطاقة هو جوهر آلة اللحام. فهو يحوّل الطاقة الكهربائية القياسية إلى طاقة قابلة للاستخدام في اللحام.
-
التيار المتناوب (AC): يستخدم غالبًا في لحام الألومنيوم وفي المواقف التي يكون فيها استقرار القوس أقل أهمية.
-
DC (التيار المستمر): يوفر قوسًا أكثر سلاسة واستقرارًا، ويستخدم عادةً في لحام الفولاذ.
-
آلات ذات جهد مزدوج: يمكن تشغيل العديد من أجهزة اللحام الحديثة إما بجهد 120 فولت أو 240 فولت، مما يوفر المرونة لمواقع العمل وورش العمل.
يقوم نظام التحكم في الماكينة بتنظيم التيار الكهربائي والجهد ، مما يسمح للمشغل بضبط قوة القوس، والاختراق، وشكل الخرزة.
قوس اللحام
في اللحام القوسي ، وهو الأسلوب الأكثر شيوعًا، يُشكَّل قوس كهربائي بين القطب والمعدن الأساسي. يمكن أن تصل درجات حرارة هذا القوس إلى أكثر من 3315 درجة مئوية (6000 درجة فهرنهايت)، وهي درجة حرارة كافية لإذابة معظم المعادن.
يوفر القوس:
-
سخني حتى تذوب المعادن الأساسية.
-
التأين لتثبيت التدفق الكهربائي.
-
منطقة خاضعة للرقابة حيث يتم إنشاء حبة اللحام.
الأقطاب الكهربائية: الاستهلاكية وغير الاستهلاكية
تعتبر الأقطاب الكهربائية من المكونات الرئيسية في عملية اللحام:
-
الأقطاب الكهربائية القابلة للاستهلاك
-
يستخدم في اللحام بالغاز الخامل المعدني (MIG) واللحام بالعصا.
-
إنها تذوب أثناء العملية وتصبح جزءًا من وصلة اللحام.
-
غالبًا ما يتم طلائها بمادة متدفقة، مما يساعد على حماية حوض اللحام.
-
-
أقطاب كهربائية غير قابلة للاستهلاك
-
يستخدم في اللحام بتقنية TIG (غاز التنغستن الخامل).
-
مصنوعة من مادة التنجستن التي تتحمل درجات الحرارة العالية دون أن تذوب.
-
يمكن إضافة قضيب حشو منفصل لإكمال اللحام.
-
حماية اللحام
حوض اللحام المنصهر شديد التفاعل مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في الغلاف الجوي. ولمنع عيوب مثل المسامية والتشقق والهشاشة، يلزم توفير دروع.
تتضمن طرق الحماية ما يلي:
-
طلاء التدفق: في اللحام بالقضيب، يتبخر التدفق حول القطب لتشكيل طبقة واقية من الغاز والخبث.
-
غاز الحماية: في MIG وTIG، يتم استخدام الغازات مثل الأرجون أو الهيليوم أو ثاني أكسيد الكربون لإنشاء بيئة واقية.
-
سلك ذو قلب منصهر محمي ذاتيًا: يجمع بين القطب الكهربي والتدفق في واحد، مما يزيل الحاجة إلى غاز الحماية الخارجي.
التبريد ودورة العمل
يُولّد اللحام حرارةً شديدةً ليس فقط في المعدن، بل أيضًا داخل الآلة. ولمنع ارتفاع درجة الحرارة، صُممت آلات اللحام بأنظمة تبريد ودورة عمل مُحددة .
-
دورة العمل: النسبة المئوية لفترة 10 دقائق التي يمكن أن تعمل فيها الآلة بقوة أمبير معينة دون ارتفاع درجة حرارتها.
-
مثال: دورة عمل بنسبة 60% عند 200 أمبير تعني أن الماكينة يمكنها اللحام لمدة 6 دقائق بشكل مستمر، ثم يجب أن تبرد لمدة 4 دقائق.
-
-
الأنظمة المبردة بالهواء والمبردة بالماء: قد تستخدم الآلات عالية الطاقة التبريد بالماء للتعامل مع أوقات اللحام الأطول.
أنواع شائعة من عمليات اللحام
تم تصميم آلات اللحام المختلفة لطرق مختلفة:
-
لحام العصا (SMAW – لحام القوس المعدني المحمي)
-
بسيطة، محمولة، ومتعددة الاستخدامات.
-
يستخدم أقطاب كهربائية قابلة للاستهلاك مطلية بالتدفق.
-
شائع في البناء والإصلاح والأعمال الخارجية.
-
-
لحام MIG (لحام قوس الغاز المعدني GMAW)
-
يستخدم قطبًا سلكيًا يتم تغذيته بشكل مستمر وغازًا واقيًا.
-
توفر لحامات سريعة ونظيفة مع الحاجة إلى مهارة أقل للمشغل.
-
شائع في صناعات السيارات والتصنيع.
-
-
لحام TIG (GTAW - اللحام بقوس غاز التنغستن)
-
يستخدم قطبًا كهربائيًا من التنجستن غير قابل للاستهلاك وغازًا واقيًا.
-
ينتج لحامات دقيقة وعالية الجودة على المواد الرقيقة.
-
شائع في صناعة الطيران، والفولاذ المقاوم للصدأ، والأعمال الفنية.
-
-
القطع واللحام بالبلازما
-
يستخدم قوس البلازما عالي السرعة لقطع أو لحام المعادن.
-
قادرة على القيام بأعمال دقيقة للغاية.
-
اعتبارات السلامة
لأن اللحام يتطلب حرارة شديدة، وأشعة فوق بنفسجية، ومعادن منصهرة، فإن السلامة أمر بالغ الأهمية. يستخدم العاملون:
-
خوذات اللحام: تعمل مرشحات التعتيم التلقائي على حماية العينين من وميض القوس الكهربائي.
-
الملابس الواقية: السترات والقفازات والأحذية المقاومة للهب.
-
التهوية: تمنع التعرض للأبخرة الخطرة.
وتشتمل آلات اللحام أيضًا على ميزات أمان مدمجة مثل الحماية من الحمل الزائد الحراري والإغلاق التلقائي.
خاتمة
تعمل آلة اللحام بتحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة شديدة تُذيب المعادن وتُدمجها. بفضل مزيج من مصدر الطاقة والأقطاب الكهربائية والدروع والتبريد، تُمكّن هذه الآلات من إنتاج لحامات قوية ومتينة في تطبيقات لا حصر لها. سواءً باستخدام اللحام بالعصا، أو اللحام بالغاز الخامل (MIG)، أو اللحام بالغاز الخامل (TIG)، أو الطرق الأكثر تقدمًا، تستمر تكنولوجيا اللحام في التطور، مما يتيح للصناعات طرقًا جديدة للبناء والإصلاح والابتكار.
