يهدف اللحام بالليزر بشكل أساسي إلى تحسين كفاءة وجودة لحام المواد ذات الجدران الرقيقة والأجزاء الدقيقة. لن نتطرق اليوم إلى مزايا اللحام بالليزر، بل سنركز على كيفية استخدام غازات الحماية بشكل صحيح في هذه العملية.
لماذا يُستخدم الغاز الواقي في لحام الليزر؟
في لحام الليزر، يؤثر غاز الحماية على تشكيل اللحام وجودته وعمقه وعرضه. في معظم الحالات، يكون لضخ الغاز المساعد تأثير إيجابي على اللحام، ولكنه قد يُسبب أيضًا آثارًا سلبية.
عندما تقوم بنفخ غاز الحماية بشكل صحيح، فسوف يساعدك ذلك على:
✦حماية حوض اللحام بشكل فعال للحد من الأكسدة أو حتى تجنبها
✦تقليل تناثر الماء الناتج عن عملية اللحام بشكل فعال
✦تقليل مسام اللحام بشكل فعال
✦ساعد على توزيع حوض اللحام بالتساوي أثناء التصلب، بحيث يكون خط اللحام ذو حافة نظيفة وناعمة.
✦يتم تقليل تأثير الحماية الناتج عن عمود بخار المعدن أو سحابة البلازما على الليزر بشكل فعال، ويزداد معدل الاستخدام الفعال لليزر.
طالما أننوع غاز الحماية، ومعدل تدفق الغاز، واختيار وضع النفخإذا كانت المعلومات صحيحة، يمكنك الحصول على نتيجة مثالية للحام. مع ذلك، فإن الاستخدام غير الصحيح للغاز الواقي قد يؤثر سلبًا على عملية اللحام. فاستخدام نوع خاطئ من غاز الحماية قد يؤدي إلى ظهور تشققات في اللحام أو انخفاض في خصائصه الميكانيكية. كما أن معدل تدفق الغاز المرتفع جدًا أو المنخفض جدًا قد يؤدي إلى أكسدة اللحام بشكل أكبر وتداخل خارجي خطير مع المعدن داخل حوض اللحام، مما ينتج عنه انهيار اللحام أو تشكيل غير متساوٍ.
أنواع الغاز الواقي
تُعد غازات النيتروجين والأرجون والهيليوم من الغازات الواقية الشائعة الاستخدام في لحام الليزر. وتختلف خصائصها الفيزيائية والكيميائية، وبالتالي تختلف تأثيراتها على اللحامات.
النيتروجين (N2)
طاقة تأين النيتروجين متوسطة، فهي أعلى من طاقة تأين الأرجون وأقل من طاقة تأين الهيليوم. تحت تأثير إشعاع الليزر، تبقى درجة تأين النيتروجين ثابتة، مما يقلل من تكوّن سحابة البلازما ويزيد من كفاءة استخدام الليزر. يتفاعل النيتروجين مع سبائك الألومنيوم والفولاذ الكربوني عند درجة حرارة معينة لإنتاج النتريدات، مما يزيد من هشاشة اللحام ويقلل من متانته، ويؤثر سلبًا على الخواص الميكانيكية لوصلات اللحام. لذلك، لا يُنصح باستخدام النيتروجين عند لحام سبائك الألومنيوم والفولاذ الكربوني.
ومع ذلك، فإن التفاعل الكيميائي بين النيتروجين والفولاذ المقاوم للصدأ الناتج عن النيتروجين يمكن أن يحسن قوة وصلة اللحام، مما سيكون مفيدًا لتحسين الخصائص الميكانيكية للحام، لذلك يمكن استخدام النيتروجين كغاز واقٍ في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ.
الأرجون (Ar)
طاقة تأين الأرجون منخفضة نسبيًا، وتزداد درجة تأينه تحت تأثير الليزر. لذا، لا يستطيع الأرجون، كغاز واقٍ، التحكم بفعالية في تكوين سحب البلازما، مما يقلل من كفاءة استخدام اللحام بالليزر. وهنا يبرز التساؤل: هل يُعدّ الأرجون خيارًا غير مناسب لاستخدامه كغاز واقٍ في اللحام؟ الإجابة هي لا. فباعتباره غازًا خاملًا، يصعب تفاعل الأرجون مع معظم المعادن، كما أنه رخيص الاستخدام. إضافةً إلى ذلك، يتميز الأرجون بكثافته العالية، مما يُسهّل ترسبه على سطح حوض اللحام المنصهر، وبالتالي حمايته بشكل أفضل، لذا يُمكن استخدامه كغاز واقٍ تقليدي.
الهيليوم (He)
على عكس الأرجون، يتمتع الهيليوم بطاقة تأين عالية نسبيًا تُسهّل التحكم في تكوين سحب البلازما. في الوقت نفسه، لا يتفاعل الهيليوم مع أي معادن، مما يجعله خيارًا مثاليًا للحام بالليزر. لكن المشكلة الوحيدة تكمن في ارتفاع سعره نسبيًا، ما يُضيف تكلفة باهظة إلى إنتاج المعادن بكميات كبيرة. لذا، يُستخدم الهيليوم عادةً في البحوث العلمية أو المنتجات ذات القيمة المضافة العالية جدًا.
كيفية تفجير غاز الحماية؟
بدايةً، ينبغي توضيح أن ما يُسمى بـ"أكسدة" اللحام ليس إلا مصطلحاً شائعاً، ويشير نظرياً إلى التفاعل الكيميائي بين اللحام والمكونات الضارة في الهواء، مما يؤدي إلى تدهور اللحام. وعادةً ما يتفاعل معدن اللحام مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين الموجودة في الهواء عند درجة حرارة معينة.
لمنع تأكسد اللحام، يتطلب الأمر تقليل أو تجنب الاتصال بين هذه المكونات الضارة ومعدن اللحام تحت درجة حرارة عالية، وهو ليس فقط في معدن حوض اللحام المنصهر ولكن طوال الفترة من وقت انصهار معدن اللحام حتى يتصلب معدن حوض اللحام المنصهر وتبرد درجة حرارته إلى درجة حرارة معينة.
هناك طريقتان رئيسيتان لنفخ غاز الحماية
▶يقوم أحدهما بنفخ غاز الحماية على المحور الجانبي، كما هو موضح في الشكل 1.
▶أما الطريقة الأخرى فهي طريقة النفخ المحوري، كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 1.
الشكل 2.
يعتمد اختيار إحدى طريقتي النفخ على دراسة شاملة للعديد من الجوانب. وبشكل عام، يُنصح باعتماد طريقة النفخ الجانبي للغاز الواقي.
بعض الأمثلة على اللحام بالليزر
1. لحام الخرزة/الخط المستقيم
كما هو موضح في الشكل 3، يكون شكل اللحام للمنتج خطيًا، ويمكن أن يكون شكل الوصلة وصلة تلامسية، أو وصلة تراكب، أو وصلة زاوية سالبة، أو وصلة لحام متداخلة. بالنسبة لهذا النوع من المنتجات، يُفضل استخدام غاز واقٍ يُضخّ من المحور الجانبي كما هو موضح في الشكل 1.
2. لحام الأشكال أو المناطق القريبة
كما هو موضح في الشكل 4، يكون شكل اللحام للمنتج نمطًا مغلقًا مثل محيط مستو، أو شكل متعدد الأضلاع مستو، أو شكل خطي متعدد الأجزاء مستو، وما إلى ذلك. يمكن أن يكون شكل الوصلة وصلة تلامس، أو وصلة تراكب، أو لحام تداخلي، وما إلى ذلك. من الأفضل اعتماد طريقة الغاز الواقي المحوري كما هو موضح في الشكل 2 لهذا النوع من المنتجات.
يؤثر اختيار غاز اللحام الواقي بشكل مباشر على جودة اللحام وكفاءته وتكلفته، ولكن نظرًا لتنوع مواد اللحام، يصبح اختيار غاز اللحام في عملية اللحام الفعلية أكثر تعقيدًا ويتطلب دراسة شاملة لمادة اللحام وطريقة اللحام وموقع اللحام، بالإضافة إلى متطلبات جودة اللحام. ومن خلال اختبارات اللحام، يمكن اختيار غاز اللحام الأنسب لتحقيق نتائج أفضل.
مهتم بلحام الليزر ومستعد لتعلم كيفية اختيار غاز الحماية
روابط ذات صلة:
تاريخ النشر: 10 أكتوبر 2022