في كثير من الأحيان، يتم تسخين المعدن الأساسي مسبقًا قبل اللحام. ما هي الأسباب المحددة لذلك؟
لنبدأ بالخلاصة: هناك سببان رئيسيان:
الأول هو تقليل الإجهاد المتبقي في اللحام؛ والثاني هو تقليل تكوين الهياكل المتصلبة في اللحام، وبالتالي تقليل حدوث التشقق البارد أثناء اللحام.
كيف يمكننا فهم هذه النتيجة؟
دعني أعطيك مثالاً: قبل ممارسة الرياضة، نقوم عادةً بالإحماء، وذلك أساساً لتمديد عضلاتنا ومفاصلنا، حتى نكون أقل عرضة للإصابة بإجهاد العضلات أثناء التمرين.
في الواقع، يحتاج الفولاذ أيضاً إلى بعض عمليات التسخين قبل اللحام. التسخين المسبق يُعدّ عملية تسخين جيدة.
عادةً ما يخضع الفولاذ لمعالجة حرارية مناسبة قبل مغادرته المصنع. ومع ذلك، حتى بعد المعالجة الحرارية، يبقى بعض الإجهاد المتبقي في الفولاذ. لذا، فإن تسخين الفولاذ مسبقًا قبل اللحام يُقلل من هذا الإجهاد المتبقي.
يُطلق على هذا الإجهاد المتبقي اسم إجهاد التقييد في الهندسة، وهو في الأساس نفس الشيء.
بالنسبة للتشقق البارد في اللحام، هناك ثلاثة عوامل رئيسية: إجهاد التقييد، والبنية المتصلبة، ومحتوى الهيدروجين القابل للانتشار.
يُعدّ ضغط القيود أحد العوامل المؤثرة.
أما الجانب الثاني، كما ناقشنا للتو، فهو تقليل تكوين الهياكل المتصلبة.
المارتنسيت هو بنية صلبة نموذجية؛ وهو محلول صلب فوق مشبع من الكربون في الحديد ألفا. وينقسم المارتنسيت أيضاً إلى مارتنسيت صفائحي ومارتنسيت إبري.
عموماً، يتمتع المارتنسيت الصفائحي بخصائص أفضل نسبياً، بينما يتمتع المارتنسيت الإبري بخصائص أضعف. لكنني لن أتطرق إلى التفاصيل هنا؛ يمكننا مناقشة موضوع المارتنسيت لاحقاً إذا سنحت الفرصة.
ومع ذلك، بالنسبة للحام، يجب أن نحاول تجنب تكوين المارتنسيت في اللحام.
يمكنك رؤية الصورة أعلاه. هذه الصورة عبارة عن مخطط نموذجي لمنحنى التحول المتساوي الحرارة للفولاذ اليوتكتويدي.
في الواقع، منحنى درجة حرارة التحول المستمر (CCT) للحام أكثر تعقيدًا بكثير. ولتسهيل الفهم، سنستخدم هذا الرسم التوضيحي مؤقتًا لشرح كيفية تشكل المارتنسيت.
في الرسم البياني أعلاه، تمثل الخطوط الخمسة من V1 إلى V5 معدلات تبريد مختلفة. يتميز الخط V1 بأقل ميل، لذا فإن معدل التبريد فيه هو الأبطأ. أما الخط V5 فيتميز بأسرع معدل تبريد. في الجزء السفلي من هذا الرسم البياني، يوجد منحنيان، آنسة وMf. يمثل آنسة منحنى درجة الحرارة التي يبدأ عندها التحول المارتنسيتي، وعادةً ما يكون حوالي 230 درجة مئوية. بينما يمثل Mf منحنى درجة الحرارة التي ينتهي عندها التحول المارتنسيتي.
تختلف احتمالية تكوّن المارتنسيت باختلاف معدلات التبريد. يُمثل V5 أسرع معدل تبريد، وهو الأكثر احتمالاً لإنتاج المارتنسيت.
لذا، فإن تسخين الفولاذ قبل اللحام يزيد من درجة حرارة اللحام. وهذا يطيل زمن تبريد الوصلة الملحومة، مما يقلل من معدل التبريد وبالتالي يقلل من احتمالية تكوّن المارتنسيت.
هذا أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل التسخين المسبق ضرورياً قبل اللحام.
إذن، هل ارتفاع درجة حرارة التسخين المسبق أفضل دائماً؟ بالطبع لا!
إذا كانت درجة حرارة التسخين المسبق مرتفعة للغاية، فسيزداد وقت تبريد اللحام. وخاصة في نطاق درجات الحرارة من 800 إلى 500 درجة مئوية، إذا طال وقت التبريد، فسيكون نمو الحبيبات أكثر وضوحًا.
ستنخفض قوة وصلابة اللحام بشكل ملحوظ. لذلك، يجب ألا تكون درجة حرارة التسخين المسبق مرتفعة للغاية.