الأنواع الرئيسية الـ 12 للحام: ما هي استخداماتها؟

اللحام عملية تصنيع تستخدم الحرارة أو الضغط أو كليهما لربط مادتين أو أكثر برابطة قوية ودائمة. تشمل المواد الشائعة اللحام المعادن واللدائن الحرارية، ولكن يمكن أيضاً لحام مواد أخرى مثل الخشب.

هذه عملية أساسية في معظم الصناعات. دعونا ندرس كيفية عملها والمعرفة الأساسية التي تدعمها.

كيف تتم عملية اللحام؟

اللحام عملية تتم عند درجة حرارة عالية وتؤدي إلى صهر المعدن الأساسي. وهذا هو الفرق الرئيسي بينه وبين اللحام بالنحاس واللحام بالقصدير، اللذين يقتصران على صهر مادة الحشو فقط دون دمج المعادن الأساسية.

تُلحم قطعتين أو أكثر من المشغولات عند درجات حرارة عالية. تُنتج درجة الحرارة العالية بركة منصهرة، تبرد وتتصلب لتشكل جسماً صلباً واحداً، مكونةً لحاماً. قد يكون اللحام أقوى من المعادن الأساسية.

تتعدد أنواع اللحام، لكنها جميعًا تستخدم الحرارة أو الضغط لصهر المعادن وتكوين وصلة اللحام. وقد يختلف مصدر الحرارة أو الضغط تبعًا للتطبيق والمواد المستخدمة. ونظرًا لبساطة مبادئ اللحام ووضوحها، تُعتبر المعادن أكثر المواد شيوعًا في اللحام. كما يُعدّ لحام البلاستيك شائعًا أيضًا، بينما بدأ لحام الخشب يكتسب رواجًا مؤخرًا.

تتأثر عملية اللحام بعوامل عديدة، كالحاجة إلى أدوات محددة، وغازات واقية، وأقطاب كهربائية، ومواد حشو. دعونا نلقي نظرة فاحصة على بعض طرق اللحام الأكثر شيوعًا ونحدد خصائصها الفريدة.

أنواع مختلفة من اللحام

على الرغم من أن المفهوم الأساسي للحام بسيط نسبيًا، إلا أنه يمكن تصنيفه بناءً على مصدر الطاقة المستخدم. ومع تفصيل هذه التصنيفات الفرعية، يمكننا التعمق أكثر في مبادئ التشغيل الكامنة وراء كل طريقة.

اللحام بالقوس الكهربائي

اللحام بالقوس الكهربائي هو عملية لحام تستخدم حرارة القوس المتولدة بين القطب الكهربائي وقطعة العمل لصهر المعدن موضعياً وسلك الحشو (أو بدون حشو) لربط المواد. أقطاب لحام القوس الكهربائي تكون المواد إما قابلة للاستهلاك أو غير قابلة للاستهلاك. ويمكن استخدام كل من التيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC) أثناء اللحام.

1. لحام MIG/MAG

تستخدم لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW)، المعروف أيضاً باسم لحام MIG/MAG (الغاز الخامل المعدني/الغاز النشط المعدني)، سلكاً متواصلاً يُغذى عبر شعلة اللحام. وعندما يصهر القوس السلك، يندمج مع المعدن الأساسي في حوض اللحام.

وفي الوقت نفسه، يتم تزويد منطقة اللحام بغاز واقٍ، مما يخلق حاجزًا وقائيًا لمنع التلوث الجوي.

تتميز تقنية اللحام هذه بسهولة استخدامها، ولذلك فهي خيار شائع في اللحام الصناعي والتصنيع والبناء وصناعة السيارات. وبفضل توفر الغازات الخاملة الرخيصة، حلت تقنية اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (GMAW) محل تقنية اللحام بالهيدروجين الذري (AHW) إلى حد كبير.

2. لحام TIG

تستخدم لحام التنجستن بالغاز الخامل (TIG) قطبًا كهربائيًا من التنجستن غير قابل للاستهلاك وغازًا خاملًا واقيًا. على عكس لحام MIG/MAG، يمكن تحديد استخدام معدن حشو منفصل في لحام TIG بناءً على متطلبات المشروع. يُنتج لحام التنجستن بالقوس الكهربائي (GTAW) لحامات دقيقة وعالية الجودة، ويتميز بقدرة اختراق ممتازة، مما يجعله مثاليًا للعديد من التطبيقات، مثل صناعة الطيران والفضاء والسيارات. في الوقت نفسه، تتميز ماكينات لحام TIG بالعديد من الميزات القابلة للتعديل، مما يجعل TIG عملية لحام متعددة الاستخدامات.

3. لحام القوس المعدني بالقضيب

يستخدم اللحام بالقوس المعدني اللزج (SMAW)، والمعروف أيضًا باسم اللحام بالقوس المعدني اليدوي (MMAW/MMA) أو اللحام بالقضيب، قطبًا معدنيًا مغلفًا بالتدفق قابلًا للاستهلاك لربط المعادن.

عندما يلامس القطب الكهربائي المعدن الأساسي، يتولد قوس كهربائي يصهر المعدن في حوض اللحام. ويطلق التدفق غازًا واقيًا يحمي معدن اللحام من التلوث. بعد التبريد، يمكن إزالة الخبث باستخدام أدوات شائعة مثل فرش الأسلاك.

4. لحام القوس الكهربائي ذو القلب المتدفق

اللحام بالقوس الكهربائي المحشو بالتدفق (FCAW) هو عملية لحام آلية أو شبه آلية ويمكن أن تقلل وقت اللحام بنسبة تصل إلى 40٪ مقارنة باللحام اليدوي التقليدي.

تستخدم تقنية اللحام بالقوس الكهربائي المحمي بالغاز (FCAW) قطبًا كهربائيًا محشوًا بالتدفق لحماية اللحام. بالإضافة إلى ذلك، توفر تقنية FCAW المحمية بطبقتين حماية إضافية ضد الملوثات باستخدام غاز واقٍ فوق القطب الكهربائي المحشو بالتدفق. بالمقارنة مع بعض طرق اللحام الأخرى، لا تتطلب تقنية FCAW معدات حماية إضافية بالغاز (خاصةً اللحام المحمي بطبقتين)، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة المعدات والمواد على المدى الطويل.

5. اللحام بالغاز

تُعدّ اللحام بالغاز، المعروف أيضاً باللحام بالأكسجين والوقود، من أقدم طرق وصل المعادن، حيث يُستخدم مزيج من الأكسجين وغاز وقود مثل الأسيتيلين أو البروبان. تُولّد هذه العملية حرارة شديدة تُذيب المعدن عند نقطة الوصل، مما يسمح له بالالتحام. ويُستخدم هذا النوع من اللحام عادةً مع المعادن الحديدية وغير الحديدية، وهو فعّال بشكل خاص مع المواد الرقيقة.

من أهم مزايا اللحام بالغاز أنه لا يتطلب كهرباء، مما يجعله حلاً عملياً وسهل النقل في المناطق ذات الوصول المحدود للكهرباء. كما أن معداته سهلة التشغيل نسبياً وأقل تكلفة من طرق اللحام الأخرى، مما يجعله خياراً شائعاً للمشاريع الصغيرة والمشاريع المنزلية. ويمكن أيضاً استخدام اللحام بالغاز في القطع بالأكسجين والوقود، مما يوفر مرونة في استخدام نفس المعدات.

على الرغم من كونها طريقة قديمة، لا تزال اللحام بالغاز فعّالة في العديد من التطبيقات. فقدرتها على تعديل شكل اللهب من خلال تنظيم تدفق الغاز تتيح تحكمًا دقيقًا، مما يجعلها مناسبة للمهام الدقيقة مثل اللحام بالنحاس ولحام الصفائح المعدنية الرقيقة. إنها تقنية موثوقة وسهلة الاستخدام لتلبية مختلف احتياجات تشكيل المعادن.

6. لحام البلازما

تعتمد لحام القوس البلازمي على مبدأ مشابه للحام TIG، إلا أن تصميم الشعلة الفريد يسمح بقذف الغاز الخامل من الفوهة بسرعة أعلى، متدفقًا عبر مسار أضيق. عند ملامسة الغاز للقوس، تتشكل البلازما وتتأين عند دخولها منطقة اللحام، مما يُولد درجات حرارة عالية للغاية. وهذا يسمح بوصول درجات حرارة اللحام إلى حوالي 28000 درجة مئوية، وهي درجة كافية لصهر أي معدن تقريبًا.

نظراً لقدرة مشاعل قوس البلازما على توليد درجات حرارة تشغيل عالية للغاية، فهي مناسبة ليس فقط للحام الدقيق، بل أيضاً لقطع المعادن. أثناء عملية اللحام، يوفر قوس البلازما حرارة مركزة للغاية، مما ينتج عنه لحامات أدق وسرعات لحام أعلى، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لأعمال تشكيل المعادن التي تتطلب دقة عالية وهياكل معقدة.

7. اللحام بالقوس المغمور

تعتمد عملية اللحام بالقوس المغمور (SAW) على مبدأ مشابه للحام بالقوس المعدني الملتصق (SMAW)، حيث يُستخدم التدفق لحماية معدن اللحام. وتستخدم هذه العملية، الآلية أو شبه الآلية، قادوس تدفق منفصل لترسيب معدن الحشو الحبيبي على اللحام.

تُنتج هذه التقنية لحامات متناسقة ونظيفة تتفوق على معظم عمليات اللحام اليدوي التقليدية. وهي خيار ممتاز للمعادن مثل النيكل والفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ، وتُستخدم بشكل شائع في تصنيع الأنابيب وأوعية الضغط والغلايات.

لحام المقاومة

تتضمن عملية اللحام بالمقاومة، أو اللحام بالضغط، تطبيق ضغط وتيار كهربائي بين سطحين معدنيين لتكوين رابطة انصهار. يتم تقريب القطعتين من بعضهما تحت ضغط عالٍ، ويمر تيار كهربائي عبر نقاط التلامس. تولد المقاومة في المعدن حرارة، مما يؤدي إلى انصهار السطحين المعدنيين معًا.

1. اللحام النقطي

تستخدم لحام المقاومة النقطية (RSW) قطبين كهربائيين لضغط المعدنين المتداخلين معًا مع تطبيق تيار لحام في الوقت نفسه عبر مقاومة المعدنين. تتولد الحرارة أثناء عملية اللحام، مما يؤدي إلى اندماج سطحي المعدنين معًا، وتشكيل لحام على شكل زر أو كتلة.

تندمج المعادن معًا بطاقة عالية في وقت قصير (حوالي 10-100 مللي ثانية)، مما يؤدي إلى ربط قطع العمل بشكل فوري تقريبًا. لا تتضرر المنطقة المحيطة باللحام من الحرارة الزائدة، مما ينتج عنه منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ) ضئيلة في اللحام النقطي.

غالباً ما تتم أتمتة عملية اللحام النقطي باستخدام روبوتات اللحام. وهذا ما يجعلها واحدة من أكثر طرق اللحام كفاءة المستخدمة في خطوط التجميع، مما يجعلها خياراً جذاباً لقطاعات السيارات والإلكترونيات والتصنيع.

2. لحام التماس

اللحام التماسي نوع من أنواع اللحام النقطي. يستخدم عجلتين كهربائيتين للضغط على قطع العمل، ويمر التيار الكهربائي عبرهما في الوقت نفسه. يمكن استخدام الطاقة في آلة اللحام بطريقتين: إما بشكل متقطع لإجراء لحامات فردية على قطع العمل، أو بشكل مستمر حسب متطلبات المشروع.

تُنتج لحامات المقاومة وصلات محكمة للغاية، وتتميز عملية اللحام بالسرعة والنظافة الفائقة، مما يجعلها مثالية للحام الآلي. وتستخدم صناعة الصفائح المعدنية لحامات المقاومة في تصنيع علب الصفيح والمشعات وبراميل الصلب.

اللحام بالليزر

تستخدم عملية اللحام بالليزر، كما يوحي اسمها، شعاع ليزر كمصدر حرارة مركز لصهر المعدن وتشكيل اللحام. وتؤدي كثافة الطاقة العالية في هذه العملية إلى منطقة متأثرة بالحرارة أصغر. تتراوح أحجام بقعة الليزر من 0.2 إلى 13 مم، مما يجعلها مناسبة للحام مواد ذات سماكات مختلفة، وتحقيق نتائج فائقة مقارنةً بعمليات اللحام التقليدية.

تُتيح عملية اللحام بالليزر إنتاج لحامات عالية الجودة بسرعة وبدقة متناهية. وغالبًا ما تكون هذه العملية مؤتمتة وتُستخدم على نطاق واسع في صناعات السيارات والأجهزة الطبية والمجوهرات.

يعتقد البعض أن مشاعل الليزر قادرة على القطع واللحام مثل مشاعل الأكسجين والبلازما، إلا أن هذا غير صحيح في الغالب. فرؤوس القطع الليزرية القياسية لا تصلح للحام، كما أن رؤوس اللحام الليزرية لا تلبي متطلبات سرعة وجودة القطع في معظم التطبيقات الصناعية.

لحام شعاع الإلكترون

اللحام بشعاع الإلكترون (EBW) هو تقنية لحام عالية الدقة تستخدم شعاعًا مركزًا من الإلكترونات عالية الطاقة لصهر وربط أسطح المعادن. تُسرّع الإلكترونات في بيئة مفرغة من الهواء وتُوجّه نحو قطع العمل، مما يُولّد حرارة شديدة في موقع اللحام. تتم هذه العملية في بيئة مفرغة من الهواء، مما يمنع الأكسدة والتلوث.

من أهم مزايا اللحام بشعاع الإلكترون قدرته على إنتاج لحامات عميقة وضيقة مع أدنى حد من التشوه الحراري. وهذا ما يجعله مثالياً للتطبيقات عالية الدقة، مثل صناعة الطيران والفضاء والأجهزة الطبية. كما تتيح هذه العملية لحام المعادن المختلفة، وتنتج وصلات عالية القوة بجودة لحام ممتازة وبأقل قدر من المعالجة اللاحقة.

اللحام الاحتكاكي

اللحام الاحتكاكي هو عملية لحام في الحالة الصلبة، وكما يوحي اسمه، يستخدم الاحتكاك لدمج المعادن معًا. على عكس معظم عمليات اللحام، لا يستخدم هذا النوع من اللحام مسدس لحام أو قضيب لحام أو غاز واقٍ. تُنشئ هذه العملية وصلة باستخدام الحرارة المتولدة فقط من الدوران عالي السرعة أو الاهتزاز أو التلامس الجانبي بين قطعتين معدنيتين نظيفتين. تُزال بقايا المعدن المتكونة أثناء العملية بعد التبريد.

تُعدّ معدات اللحام المستخدمة في اللحام الاحتكاكي أكثر ملاءمةً للبيئة من الطرق الأخرى، لأنها لا تُصدر أبخرة أو مواد سامة ضارة. كما أن سهولة استخدامها تجعلها مثاليةً للحام رؤوس المثاقب، وقضبان التوصيل، وأنابيب الأعمدة، والصمامات.

سلامة اللحام

في ورشة عمل LVMA للصفائح المعدنية، وأثناء استكشاف اللحام مع المهندسين، أدركت أن سلامة اللحام جانب حاسم من عملية اللحام.

يُجهّز المهندسون في ورشة تشكيل الصفائح المعدنية التابعة لشركة LVMA بأقنعة لحام وقفازات مقاومة للهب وملابس واقية وأحذية أمان، مما يوفر لهم حماية فعّالة من درجات الحرارة العالية والأشعة فوق البنفسجية والشرر والغازات الضارة. وقد حجبت أقنعة اللحام، على وجه الخصوص، رؤية وهج ضوء القوس الكهربائي واستنشاق الأبخرة الضارة. كما لاحظتُ أن مديري ورشة LVMA يزودونهم بسدادات أذن للحد من أضرار الضوضاء على سمعهم.

مع ذلك، فإن معدات السلامة ليست سوى جزء واحد من سلامة اللحام؛ فوعي اللحامين بأهمية السلامة لا يقل أهمية. تتطلب عملية اللحام المعقدة من اللحامين مستوى عالٍ من المسؤولية وإدراكًا دقيقًا للمخاطر. يجب أن يكون لديهم فهم واضح لبيئة العمل، وحالة المعدات، وإجراءات الطوارئ. يجب على اللحامين دائمًا ضمان تهوية كافية في منطقة عملهم لمنع تراكم الغازات الضارة، وفحص معداتهم بانتظام لتجنب الأعطال.

ملخص

تربط تقنية اللحام المعادن ببعضها، محققةً نتائج لا يمكن تحقيقها باستخدام قطع معدنية منفردة. ومع التطور التكنولوجي المستمر، تواصل تقنية اللحام الابتكار والتطور. في المستقبل، ستصبح عمليات اللحام أكثر ذكاءً وكفاءة، حيث سيصبح اللحام الآلي والروبوتي هو السائد، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج ويقلل من الأخطاء البشرية. في الوقت نفسه، سيؤدي ظهور مواد وعمليات لحام جديدة إلى توسيع نطاق التطبيقات، مما يوفر حلول لحام عالية الجودة وصديقة للبيئة لقطاعات مثل الطيران والسيارات والطاقة.