اللحام البارد، أو اللحام بالتلامس، هو عملية لحام في الحالة الصلبة تتطلب حرارةً أو انصهارًا قليلًا أو معدومةً لربط معدنين أو أكثر معًا. وبدلًا من ذلك، تأتي الطاقة المستخدمة في عملية اللحام على شكل ضغط. وخلال عملية اللحام البارد، وعلى عكس عمليات اللحام بالانصهار، لا يوجد سائل أو طور منصهر في المفصل، كما هو الحال في تقنيات أخرى، مثل اللحام بالقوس الكهربائي، واللحام بالاحتكاك، واللحام بالليزر.
تُعرف هذه العملية أيضًا باسم اللحام بالضغط البارد، وهي عملية لربط المعادن دون استخدام الحرارة، وقد تم التعرف عليها لأول مرة في أربعينيات القرن العشرين، على الرغم من أن تاريخ اللحام البارد يعود إلى ما قبل ذلك بكثير. استُخدمت هذه العملية على نطاق واسع لربط الأسلاك، وكذلك لربط معدنين معًا في الفضاء، وكان لها تطبيقات متنوعة في مختلف الصناعات.
تاريخ اللحام البارد
تم التعرف على اللحام البارد لأول مرة كظاهرة في أربعينيات القرن العشرين، ولكن التاريخ وراء تقنيات اللحام البارد يعود إلى ما هو أبعد من ذلك بكثير.
عثر علماء الآثار على أدوات من العصر البرونزي جُمعت باستخدام اللحام البارد، إلا أن أول تجربة علمية على هذه الطريقة لم تُجرَ إلا عام ١٧٢٤، عندما استخدم القس جون ثيوفيلوس ديساجولييه كرتين من الرصاص لاختبار الفكرة بربطهما معًا ولفهما، وعندها لاحظ أنهما التصقتا ببعضهما. وأظهرت اختبارات أخرى أن الرابطة المتكونة كانت بنفس قوة المعدن الأصلي.
كيف تعمل عملية اللحام البارد
السبب وراء قدرة اللحام البارد على ربط معدنين معًا دون حرارة هو إزالة طبقات الأكسيد الموجودة على أسطح المواد التي يتم ربطها.
تحتوي جميع المعادن تقريبًا في الظروف العادية على طبقة أكسيد، وإن كانت غير مرئية للعين المجردة. تُشكل هذه الأكاسيد حاجزًا يمنع ذرات المعادن من الالتصاق ببعضها البعض والترابط. ومع ذلك، بمجرد إزالة طبقة الأكسيد، تتمكن ذرات المعادن من الالتصاق ببعضها البعض تحت ضغط كافٍ.
لإزالة طبقة الأكسيد، تُستخدم طرق ميكانيكية وكيميائية متنوعة. تُستخدم الفرشاة السلكية، وإزالة الشحوم، وغيرها من التقنيات لضمان خلو سطح المعدن من الأكاسيد. يجب أن تكون المعادن أيضًا قابلة للسحب إلى حد ما. ثم تُستخدم الآلات الصناعية لتوليد الضغط الكافي اللازم لتكوين الروابط المعدنية.
ما هي استخدامات اللحام البارد؟
من أكثر حالات اللحام البارد شيوعًا هو وصل المعادن غير المتشابهة. ويرجع ذلك إلى أن صهر المعادن غير المتشابهة لا يؤدي إلى التصاقها جيدًا، مما قد يؤدي إلى عدم التصاقها، أو ضعف اللحامات أو وجود شقوق فيها. يتجنب اللحام البارد هذه المشكلة، إذ يعتمد كليًا على الروابط الذرية المتكونة من الإلكترونات الحرة.
عادةً، يُستخدم اللحام البارد لإنشاء وصلات طرفية أو متداخلة. وتشمل الصناعات التي تُستخدم فيها اللحام البارد صناعات الطيران والسيارات وتطبيقات التصنيع المتقدمة، بالإضافة إلى التجارب المعملية. كما يُستخدم أيضًا في توصيل الأسلاك.
ما هي المعادن التي يمكن لحامها على البارد؟
نظرًا لأن المواد المطيلة مطلوبة عادةً، فإن المعادن التي يتم لحامها بشكل بارد عادةً تشمل:
- الألومنيوم (بما في ذلك الدرجات غير القابلة للحام مثل سلسلة 7XXX)
- نحاس
- سبائك النحاس
لا يمكن ربط المعادن التي تحتوي على الكربون باستخدام اللحام البارد.
ما هي مزايا وعيوب اللحام البارد؟
المزايا:
- لا يوجد HAZ
لا يؤدي اللحام البارد إلى إنشاء منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ)، مما يقلل بشكل كبير من خطر حدوث تغييرات كيميائية أو ميكانيكية سلبية للمواد الأساسية التي يتم ربطها.
- لحامات قوية ونظيفة
يمكن أن يوفر اللحام البارد لحامات نظيفة، بقوة لا تقل عن قوة أضعف المواد الأصلية. لا تُكوّن عملية اللحام هذه مركبات معدنية هشة عند الوصلة.
- ربط المواد المختلفة
يمكن ربط المعادن المختلفة التي يصعب ربطها باستخدام تقنيات أخرى، مثل الألومنيوم والنحاس، باستخدام اللحام البارد.
- لحام الألومنيوم
لا تظهر فوائد اللحام البارد فقط عند ربط النحاس بالألومنيوم، حيث يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا في لحام الألومنيوم من سلسلة 2xxx و7xxx، وهو أمر غير ممكن باستخدام أي تقنية لحام معدنية أخرى.
العيوب:
على الرغم من أن اللحام البارد يوفر مزايا ملحوظة، إلا أن له أيضًا بعض القيود المرتبطة بهذه التقنية. هذه العيوب تجعل من الصعب اعتبار اللحام البارد طريقة ربط أساسية في معظم الحالات. ومع ذلك، وكما هو موضح أعلاه، لا يزال اللحام البارد مفيدًا في بعض الحالات. تشمل مشاكل وتحديات اللحام البارد ما يلي:
- نظافة
تكمن المشكلة الرئيسية في اللحام البارد في ضرورة أن تكون المواد نظيفة وخالية من الأكسيد لإنتاج لحام مُرضٍ. قد يكون تحقيق ذلك صعبًا، بالإضافة إلى كونه مكلفًا ويصعب إدارته في بيئة إنتاج عالية الحجم.
- أنواع المواد
هناك قيود على أنواع المواد التي يمكن لحامها على البارد، إذ يجب أن تكون المعادن مطاوعةً وغير خاضعةٍ لعمليات تصلب شديدة. إضافةً إلى ذلك، لا يمكن لحام المعادن التي تحتوي على أي نوع من الكربون باستخدام هذه التقنية.
- شكل المادة
قد تُصعّب عدم انتظام أسطح المعادن عملية اللحام، حتى مع اتخاذ جميع الخطوات الأخرى. يتطلب اللحام البارد أن تكون المواد منتظمة الشكل وخالية من أي اختلافات سطحية. تُحقق أقوى اللحامات الباردة على الأسطح المستوية والمنتظمة.
هناك فرق كبير بين الاثنين عند التشغيل في دائرة نبضية عادية أو وضع نبضي. في هذا الوضع، يضرب القوس الكهربائي ثم يرتفع إلى ذروة أمبيره قبل أن ينخفض إلى أمبير منخفض يُعرف باسم الأمبير الخلفي، ثم يرتفع وينخفض مرة أخرى. معظم هذه المعلمات قابلة للبرمجة؛ فنحن نوجه الآلة إلى كيفية تشغيلها.
(لحام النبض)
(اللحام البارد)
على النقيض من ذلك، عند التشغيل في وضع اللحام البارد، ينطفئ القوس تمامًا بدلًا من أن يرتفع إلى ذروة التيار ثم يعود إلى مستوى التيار الأساسي. وهذا هو أبرز ما يميزه. في دائرة النبضات التقليدية، يبقى القوس مضاءً طوال العملية، ويتذبذب فقط بين مستويين مختلفين من التيار. أما في وضع اللحام البارد، فيصل القوس إلى ذروة التيار ثم ينطفئ تمامًا.
خاتمة
اللحام البارد تقنية ربط فريدة تُمكّن من تكوين روابط قوية جدًا دون استخدام الحرارة. استُخدمت منذ العصر البرونزي، إلا أنها لم تُفهم علميًا بشكل كامل إلا في القرن السادس عشر.
على الرغم من وجود تحديات في اللحام البارد، إلا أنه عند إجرائه بشكل صحيح، يُمكنه ربط مواد مختلفة، وحتى بعض أنواع الألومنيوم غير القابلة للحام. يُستخدم اللحام البارد عادةً لتوصيل الأسلاك، كما يُستخدم في صناعات مثل الفضاء والسيارات.
