أولاً: ما هي الشقوق الساخنة الناتجة عن اللحام؟
تحدث الشقوق الساخنة في اللحام غالبًا عند درجات حرارة عالية بالقرب من خط التصلب، وتتميز بتوزيعها على طول حدود الحبيبات. وقد تتشكل أحيانًا على طول حدود التبلور عند درجات حرارة أقل من خط التصلب. وعادةً ما تظهر هذه الشقوق داخل معدن اللحام، ولكنها قد تظهر أيضًا في المنطقة المتأثرة بالحرارة (المعدن الأساسي) المجاورة لخط انصهار اللحام. وبناءً على آلية تشكل الشقوق وشكلها ونطاق درجة حرارتها، يمكن تقسيم الشقوق الساخنة في اللحام إلى أربعة أنواع: شقوق التصلب، وشقوق التسييل، وشقوق التبلور، وشقوق فقدان الليونة.
ثانياً: ما هي الاختلافات بين الشقوق الساخنة والشقوق الباردة؟
1. درجات حرارة وأوقات تكوين مختلفة
تحدث الشقوق الساخنة عادةً أثناء عملية تبلور اللحام. أما الشقوق الباردة فتحدث عادةً عندما يبرد الجزء الملحوم إلى درجة حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية. يظهر بعضها مباشرةً بعد اللحام، بينما قد يتأخر ظهور البعض الآخر لعدة ساعات أو حتى أسابيع أو أكثر، ولذلك تُسمى الشقوق الباردة أيضاً بالشقوق المتأخرة.
2. اختلاف موقع واتجاه التكوين
تحدث معظم الشقوق الساخنة في معدن اللحام؛ بعضها طولي، وبعضها عرضي، وقد تمتد أحيانًا إلى المعدن الأساسي. أما معظم الشقوق الباردة فتحدث في المعدن الأساسي أو على خط الانصهار، ومعظمها شقوق طولية، وقليل منها شقوق عرضية.
3. خصائص المظهر المختلفة
يتميز سطح كسر الشقوق الساخنة بلون أكسدة واضح، بينما يكون سطح كسر الشقوق الباردة لامعاً ولا يظهر عليه أي لون أكسدة.
4. بنية معدنية مختلفة
جميع الشقوق الساخنة هي شقوق بين الحبيبات. أما الشقوق الباردة فتخترق داخل الحبيبات، أي الشقوق العابرة للحبيبات، على الرغم من أن بعضها يكون أيضاً شقوقاً بين الحبيبات.
ثالثًا: كيف تتشكل الشقوق الساخنة؟
أولاً، فصل المركبات اليوتكتيكية ذات نقطة الانصهار المنخفضة: تُظهر المركبات اليوتكتيكية ذات نقطة الانصهار المنخفضة التي تشكلها التفاعلات المعدنية لعناصر الشوائب الكبريت (S) والفوسفور (P) في الفولاذ فصلًا عيانيًا خطيرًا، وغالبًا ما تشكل طبقة سائلة في مركز اللحام.
ثانيًا، تأثير إجهاد اللحام: يُؤدي إجهاد الشد الناتج عن التسخين والتبريد غير المتساويين أثناء عملية اللحام إلى تمزق وتشقق طبقة اللحام السائلة. ثالثًا، تشمل العوامل الأخرى اختلاف الخصائص الفيزيائية الحرارية للمواد المختلفة، مما ينتج عنه إجهادات لحام مختلفة؛ كما أن اختلاف طرق اللحام ومعايير العملية يؤدي إلى اختلاف مدخلات الحرارة؛ ويؤثر معامل شكل حبة اللحام بشكل كبير على الانفصال.
رابعاً، كيف يمكن منع تشكل الشقوق الساخنة؟
1. التدابير المعدنية
تتضمن التدابير المعدنية بشكل أساسي الحد من التركيب الكيميائي للحام. وللحد من ميل المعدن إلى تكوين اليوتكتيك منخفض درجة الانصهار في اللحام، ينبغي تقليل محتوى الكبريت (S) والفوسفور (P) قدر الإمكان، وخفض محتوى الكربون في اللحام، وزيادة محتوى المنجنيز في سلك اللحام. ثانيًا، ينبغي تعديل البنية المجهرية للحام. من المستحيل إزالة الشوائب الضارة تمامًا أو منع تكوين اليوتكتيك منخفض درجة الانصهار كليًا. لذلك، ولمنع التشقق تحت إجهاد الشد، تُضاف عناصر سبائكية خاصة إلى معدن اللحام لتعديل تركيبه الكيميائي، مما يُشكل بنية ثنائية الطور في اللحام. يُؤدي ذلك إلى تعطيل اتجاه التبلور في معدن اللحام، ومنع تركيز اليوتكتيك منخفض درجة الانصهار، وبالتالي تقليل تكوّن الشقوق الساخنة.
2. مقاييس العملية
1) تقليل نسبة الانصهار، أي تقليل التخفيف. عند لحام الطبقة الأولى من لحام متعدد الطبقات، فإن النسبة الكبيرة من المعدن الأساسي المنصهر في اللحام تزيد من محتوى الكربون والكبريت والفوسفور، مما يجعله عرضة للتشقق الساخن.
٢) تجنب ارتفاع درجة الحرارة. يؤدي ارتفاع درجة حرارة حوض اللحام المنصهر إلى زيادة احتمالية حدوث تشققات ساخنة. قلل من كمية الحرارة المُدخلة باستخدام تيار لحام منخفض وسرعة لحام بطيئة. لا تُقلل من كمية الحرارة المُدخلة بزيادة سرعة اللحام، مع الحرص على ضمان تكوين لحام سليم.
3) اختر تسلسلًا واتجاهًا مناسبين للحام لتقليل التقييد. عمومًا، يمكن للحامات المحدبة الصغيرة أن تقلل من حساسية التشققات.
4) استخدم الأقطاب الكهربائية والمواد المساعدة على الصهر القاعدية. وذلك لأن خبث الأقطاب الكهربائية والمواد المساعدة على الصهر القاعدية يتمتع بقدرات قوية على إزالة الكبريت.
باختصار، تتمثل الطريقة الأساسية لمنع التشققات الساخنة في تقليل كمية المواد اليوتكتيكية ذات نقطة الانصهار المنخفضة، واتخاذ التدابير المناسبة لتقليل إجهاد الشد في اللحام، والتحكم بشكل معقول في معامل شكل خرزة اللحام، وتقليل تيار اللحام، وبالتالي تقليل حدوث التشققات الساخنة.