اللحام بالقوس الكهربائي

لحام القوس المعدني بالغاز
رجل يقوم بلحام هيكل معدني في منزل تم بناؤه حديثاً في بنغالورو، الهند

اللحام بالقوس الكهربائي هو عملية لحام تُستخدم لربط المعادن ببعضها البعض باستخدام الكهرباء لتوليد حرارة كافية لصهر المعدن، وعندما يبرد المعدن المنصهر، ينتج عنه وصلة بين المعدنين. وهو نوع من اللحام يستخدم مصدر طاقة لتوليد قوس كهربائي بين قضيب معدني (" قطب كهربائي ") والمادة الأساسية لصهر المعدن عند نقطة التلامس. يمكن لمصادر طاقة اللحام بالقوس الكهربائي أن توفر تيارًا مستمرًا (DC) أو متناوبًا (AC) لقطعة العمل، بينما تُستخدم أقطاب كهربائية قابلة للاستهلاك أو غير قابلة للاستهلاك.

تُحمى منطقة اللحام عادةً بنوع من الغاز الواقي (مثل الغاز الخامل)، أو البخار، أو الخبث. قد تكون عمليات اللحام بالقوس الكهربائي يدوية، أو شبه آلية، أو آلية بالكامل. طُوِّر اللحام بالقوس الكهربائي لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر، واكتسب أهمية تجارية في بناء السفن خلال الحرب العالمية الثانية. ولا يزال حتى اليوم عمليةً مهمةً في تصنيع الهياكل الفولاذية والمركبات.

مصادر الطاقة

ماكينة لحام تعمل بمحرك، قادرة على اللحام بالتيار المتردد والتيار المستمر
مولد لحام يعمل بالديزل (المولد الكهربائي على اليسار) كما هو مستخدم في إندونيسيا

لتوفير الطاقة الكهربائية اللازمة لعمليات اللحام بالقوس الكهربائي، يمكن استخدام أنواع مختلفة من مصادر الطاقة. التصنيف الأكثر شيوعًا هو مصادر الطاقة ذات التيار الثابت ومصادر الطاقة ذات الجهد الثابت . في اللحام بالقوس الكهربائي، يرتبط الجهد الكهربائي ارتباطًا مباشرًا بطول القوس، بينما يرتبط التيار بكمية الحرارة المُدخلة. تُستخدم مصادر الطاقة ذات التيار الثابت غالبًا في عمليات اللحام اليدوي، مثل لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل ولحام القوس المعدني المحمي، لأنها تحافظ على تيار ثابت نسبيًا حتى مع تغير الجهد. وهذا مهم لأنه في اللحام اليدوي، قد يصعب تثبيت القطب الكهربائي بشكل كامل، ونتيجة لذلك، يميل طول القوس وبالتالي الجهد إلى التذبذب. أما مصادر الطاقة ذات الجهد الثابت، فتحافظ على ثبات الجهد وتُغير التيار، ولذلك، تُستخدم غالبًا في عمليات اللحام الآلي، مثل لحام القوس المعدني بالغاز الخامل، ولحام القوس الكهربائي ذي القلب المحشو، ولحام القوس المغمور. في هذه العمليات، يبقى طول القوس ثابتًا، حيث يتم تصحيح أي تذبذب في المسافة بين السلك والمادة الأساسية بسرعة عن طريق تغيير كبير في التيار. على سبيل المثال، إذا اقترب السلك والمادة الأساسية من بعضهما البعض، سيزداد التيار بسرعة، مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع درجة الحرارة وانصهار طرف السلك، ليعود إلى المسافة الأصلية بينهما. [ 1 ] في ظل ظروف طول القوس الكهربائي العادية، يعمل مصدر طاقة بتيار ثابت مزود بقطب كهربائي عصوي عند حوالي 20 فولت. [ 2 ]

يلعب اتجاه التيار المستخدم في لحام القوس الكهربائي دورًا هامًا في عملية اللحام. تستخدم عمليات اللحام بالأقطاب المستهلكة، مثل لحام القوس المعدني المحمي ولحام القوس المعدني بالغاز، التيار المستمر بشكل عام، ولكن يمكن شحن القطب إما بشحنة موجبة أو سالبة. بشكل عام، يتميز المصعد المشحون بشحنة موجبة بتركيز حراري أعلى (حوالي 60%). [ 3 ] تجدر الإشارة إلى أنه في لحام القطب المتحرك، تُستخدم قطبية التيار المستمر الموجبة (DC+) بشكل شائع. فهي تُنتج شكلًا جيدًا للحام مع مستوى اختراق أعلى. أما قطبية التيار المستمر السالبة (DC-) فتؤدي إلى اختراق أقل ومعدل انصهار أعلى للقطب. تُستخدم أحيانًا، على سبيل المثال، على الصفائح المعدنية الرقيقة في محاولة لمنع الاحتراق. [ 4 ] باستثناءات قليلة، يؤدي استخدام قطب موجب (قطبية معكوسة) إلى اختراق أعمق. بينما يؤدي استخدام قطب سالب (قطبية مستقيمة) إلى انصهار أسرع للقطب، وبالتالي معدل ترسيب أسرع. [ 5 ] يمكن استخدام التيار المستمر (DC) والتيار المتردد (AC) في عمليات اللحام التي لا تستخدم أقطابًا قابلة للاستهلاك، مثل لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل. مع التيار المستمر، ولأن القطب يُولّد القوس الكهربائي فقط ولا يُوفّر مادة الحشو، فإن القطب المشحون إيجابيًا يُنتج لحامات سطحية، بينما يُنتج القطب المشحون سلبيًا لحامات أعمق. [ 6 ] ينتقل التيار المتردد بسرعة بين هذين النوعين، مما ينتج عنه لحامات متوسطة الاختراق. من عيوب التيار المتردد، ضرورة إعادة إشعال القوس بعد كل عبور للصفر، وقد تم التغلب على هذه المشكلة باختراع وحدات طاقة خاصة تُنتج موجة مربعة بدلًا من الموجة الجيبية العادية ، مما يُلغي فترة انخفاض الجهد بعد عبور الصفر ويُقلل من آثار هذه المشكلة. [ 7 ]

دورة التشغيل هي مواصفة لمعدات اللحام تحدد عدد الدقائق، ضمن فترة 10 دقائق، التي يمكن خلالها استخدام ماكينة لحام القوس الكهربائي بأمان. على سبيل المثال،  يجب إراحة ماكينة لحام 80 أمبير ذات دورة تشغيل 60% لمدة 4 دقائق على الأقل بعد 6 دقائق من اللحام المتواصل. [ 8 ] قد يؤدي عدم الالتزام بحدود دورة التشغيل إلى تلف ماكينة اللحام. عادةً ما تكون دورة تشغيل ماكينات اللحام التجارية أو الاحترافية 100%.

طرق الأقطاب الكهربائية المستهلكة

اللحام بالقوس المعدني المحمي

يُعدّ لحام القوس المعدني المحمي (SMAW)، المعروف أيضًا باسم لحام القوس المعدني اليدوي (MMAW) أو لحام القضيب، أحد أكثر أنواع اللحام بالقوس شيوعًا . يُستخدم تيار كهربائي لإحداث قوس كهربائي بين المعدن المراد لحامه وقضيب أو عصا لحام قابلة للاستهلاك . يُصنع قضيب اللحام من مادة متوافقة مع المعدن المراد لحامه، ويُغطى بمادة صهر تُطلق أبخرة تعمل كغاز واقٍ وتُشكّل طبقة من الخبث، مما يحمي منطقة اللحام من التلوث الجوي. يعمل قلب القطب نفسه كمادة حشو، مما يُغني عن استخدام مادة حشو منفصلة. تتميز هذه العملية بتعدد استخداماتها، إذ لا تتطلب سوى تدريب بسيط للمشغل ومعدات غير مكلفة. مع ذلك، فإن مدة اللحام طويلة نسبيًا، نظرًا لضرورة استبدال الأقطاب القابلة للاستهلاك بشكل متكرر، ولضرورة إزالة الخبث، وهو بقايا مادة الصهر، بعد اللحام. [ 9 ] علاوة على ذلك، تقتصر هذه العملية عمومًا على لحام المواد الحديدية، على الرغم من أن الأقطاب الكهربائية المتخصصة قد أتاحت لحام الحديد الزهر والنيكل والألومنيوم والنحاس ومعادن أخرى . إن تنوع هذه الطريقة يجعلها شائعة في عدد من التطبيقات ، بما في ذلك أعمال الإصلاح والبناء. [ 10 ]

لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW)، المعروف اختصارًا بـ MIG (لحام المعدن بالغاز الخامل )، هو عملية لحام شبه آلية أو آلية بالكامل، حيث يعمل سلك قابل للاستهلاك يُغذى باستمرار كقطب كهربائي ومعدن حشو في آنٍ واحد، مع تدفق غاز خامل أو شبه خامل حول السلك لحماية موقع اللحام من التلوث. يُستخدم مصدر طاقة تيار مستمر ذو جهد ثابت بشكل شائع مع GMAW، ولكن يُستخدم أيضًا تيار متردد ذو جهد ثابت . بفضل أقطاب الحشو التي تُغذى باستمرار، يوفر GMAW سرعات لحام عالية نسبيًا؛ إلا أن المعدات الأكثر تعقيدًا تُقلل من سهولة الاستخدام والتنوع مقارنةً بعملية اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW). طُوّر GMAW في الأصل للحام الألومنيوم والمواد غير الحديدية الأخرى في أربعينيات القرن الماضي، وسرعان ما تم تطبيقه اقتصاديًا على الفولاذ . واليوم، يُستخدم GMAW على نطاق واسع في صناعات مثل صناعة السيارات لجودته وتنوعه وسرعته. نظراً للحاجة إلى الحفاظ على غطاء مستقر من غاز الحماية حول موقع اللحام، قد يكون استخدام عملية اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (GMAW) في المناطق ذات الحركة الهوائية العالية مثل الأماكن المفتوحة أمراً إشكالياً. [ 11 ]

اللحام بالقوس الكهربائي ذي القلب المحشو (FCAW) هو أحد أنواع تقنية اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (GMAW). يتكون سلك اللحام في هذه التقنية من أنبوب معدني دقيق مملوء بمسحوق مواد اللحام. يُستخدم أحيانًا غاز واقٍ خارجي، ولكن غالبًا ما يُعتمد على مادة اللحام نفسها لتوفير الحماية اللازمة من الغلاف الجوي. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في مجال الإنشاءات نظرًا لسرعتها العالية وسهولة نقلها.

اللحام بالقوس المغمور (SAW) عملية لحام عالية الإنتاجية، حيث يُشعل القوس الكهربائي أسفل طبقة من التدفق الحبيبي. يُحسّن هذا من جودة القوس، إذ يحجب التدفق الملوثات الموجودة في الجو. عادةً ما يتساقط الخبث المتكون على اللحام تلقائيًا، ومع استخدام تغذية سلكية مستمرة، يكون معدل ترسيب اللحام مرتفعًا. تُحسّن هذه العملية ظروف العمل بشكل كبير مقارنةً بعمليات اللحام بالقوس الأخرى، لأن التدفق يُخفي القوس ولا ينتج عنه دخان. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في الصناعة، وخاصةً للمنتجات الكبيرة. [ 12 ] ولأن القوس غير مرئي، فإنها عادةً ما تكون مؤتمتة. يُمكن استخدام اللحام بالقوس المغمور فقط في المواضع 1F (الحام المسطح)، و2F (الحام الأفقي)، و1G (الحام المسطح).

طرق الأقطاب الكهربائية غير القابلة للاستهلاك

لحام القوس الكهربائي بالتنغستن الغازي (GTAW)، أو لحام التنغستن/الغاز الخامل (TIG)، هو عملية لحام يدوية تستخدم قطبًا كهربائيًا غير قابل للاستهلاك مصنوعًا من التنغستن ، ومزيجًا من الغازات الخاملة أو شبه الخاملة، ومادة حشو منفصلة. تُعد هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص في لحام المواد الرقيقة، وتتميز بقوس كهربائي مستقر ولحامات عالية الجودة، ولكنها تتطلب مهارة عالية من المشغل ولا يمكن إجراؤها إلا بسرعات منخفضة نسبيًا. يمكن استخدامها مع جميع المعادن القابلة للحام تقريبًا، على الرغم من أنها تُستخدم غالبًا مع الفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الخفيفة. تُستخدم هذه الطريقة عادةً عندما تكون جودة اللحامات بالغة الأهمية، كما هو الحال في تطبيقات الدراجات والطائرات والتطبيقات البحرية. [ 13 ]

تستخدم عملية مشابهة، وهي لحام القوس البلازمي ، قطبًا كهربائيًا من التنجستن، ولكنها تستخدم غاز البلازما لتكوين القوس. يتميز هذا القوس بتركيز أعلى من قوس لحام القوس التنغستني بالغاز الخامل (GTAW)، مما يجعل التحكم العرضي أكثر أهمية، وبالتالي يقتصر استخدام هذه التقنية عمومًا على العمليات الآلية. وبفضل تيارها المستقر، يمكن استخدام هذه الطريقة على نطاق أوسع من سماكات المواد مقارنةً بعملية GTAW، كما أنها أسرع بكثير. ويمكن تطبيقها على جميع المواد نفسها التي تُطبق عليها عملية GTAW باستثناء المغنيسيوم ؛ ويُعد اللحام الآلي للفولاذ المقاوم للصدأ أحد أهم تطبيقات هذه العملية. ومن بين أشكال هذه العملية قطع البلازما ، وهي عملية فعالة لقطع الفولاذ. [ 14 ]

تشمل عمليات اللحام بالقوس الكهربائي الأخرى اللحام بالهيدروجين الذري ، واللحام بالقوس الكربوني ، واللحام بالخبث الكهربائي ، واللحام بالغاز الكهربائي ، واللحام بالقوس الكهربائي باستخدام المسامير .

مشاكل التآكل

بعض المواد، ولا سيما الفولاذ عالي المقاومة والألومنيوم وسبائك التيتانيوم، عرضة للتقصف الهيدروجيني . إذا احتوت الأقطاب الكهربائية المستخدمة في اللحام على آثار رطوبة، يتحلل الماء بفعل حرارة القوس الكهربائي، ويدخل الهيدروجين المنطلق إلى بنية المادة، مما يُسبب هشاشتها. تُورَّد أقطاب اللحام العصوية لهذه المواد، ذات الطلاء الخاص منخفض الهيدروجين، في عبوات محكمة الإغلاق ومقاومة للرطوبة. يمكن استخدام الأقطاب الجديدة مباشرةً من العبوة، ولكن عند الاشتباه في امتصاصها للرطوبة، يجب تجفيفها بالخبز (عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 450 و550 درجة مئوية أو 840 إلى 1020 درجة فهرنهايت ) في فرن تجفيف. كما يجب الحفاظ على جفاف مادة الصهر المستخدمة. [ 15 ]  

بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وسبائك النيكل عرضة للتآكل بين الحبيبات . عند تعرضها لدرجات حرارة تقارب 700 درجة مئوية (1300 درجة فهرنهايت) لفترة طويلة، يتفاعل الكروم مع الكربون الموجود في المادة، مكونًا كربيد الكروم ، مما يؤدي إلى تآكل حواف بلورات الكروم، وبالتالي إضعاف مقاومتها للتآكل في عملية تُعرف باسم التحسس . يتعرض هذا الفولاذ المُحسَّس للتآكل في المناطق القريبة من اللحامات حيث كانت درجة الحرارة والوقت مناسبين لتكوين الكربيد. يُطلق على هذا النوع من التآكل غالبًا اسم تآكل اللحام.  

يُعدّ تآكل خط السكين (KLA) نوعًا آخر من التآكل الذي يُصيب اللحامات، ويؤثر على الفولاذ المُثبَّت بالنيوبيوم . يذوب النيوبيوم وكربيد النيوبيوم في الفولاذ عند درجات حرارة عالية جدًا. في بعض أنظمة التبريد، لا يترسب كربيد النيوبيوم، ويتصرف الفولاذ حينها كالفولاذ غير المُثبَّت، مُكَوِّنًا كربيد الكروم بدلًا منه. يؤثر هذا فقط على منطقة رقيقة بعرض بضعة ملليمترات في محيط اللحام، مما يُصعِّب اكتشافه ويزيد من سرعة التآكل. يجب تسخين الهياكل المصنوعة من هذا النوع من الفولاذ بالكامل إلى حوالي 1000 درجة مئوية (1830 درجة فهرنهايت) ، حيث يذوب كربيد الكروم ويتكوّن كربيد النيوبيوم. لا يُعدّ معدل التبريد بعد هذه المعالجة مهمًا. [ 16 ]  

قد يؤدي اختيار معدن الحشو (مادة القطب) بشكل غير مناسب للظروف البيئية إلى جعله عرضة للتآكل . كما توجد مشكلات التآكل الجلفاني إذا كان تركيب القطب مختلفًا بشكل كبير عن المواد الملحومة، أو إذا كانت المواد نفسها مختلفة. حتى بين درجات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ القائم على النيكل، قد يكون تآكل الوصلات الملحومة شديدًا، على الرغم من ندرة تعرضها للتآكل الجلفاني عند وصلها ميكانيكيًا. [ 17 ]

قضايا السلامة

قائمة التحقق من سلامة اللحام

قد تكون عملية اللحام ممارسة خطيرة وغير صحية بدون اتخاذ الاحتياطات المناسبة؛ ومع ذلك، باستخدام التكنولوجيا الجديدة والحماية المناسبة، يمكن تقليل مخاطر الإصابة أو الوفاة المرتبطة باللحام بشكل كبير.

خطر الحرارة والحريق والانفجار

نظراً لأن العديد من إجراءات اللحام الشائعة تتضمن استخدام قوس كهربائي مكشوف أو لهب، فإن خطر الحروق الناتجة عن الحرارة والشرر يكون كبيراً. وللوقاية من ذلك، يرتدي اللحامون ملابس واقية، مثل قفازات جلدية سميكة وسترات واقية طويلة الأكمام، لتجنب التعرض للحرارة الشديدة واللهب والشرر. كما أن استخدام الغازات المضغوطة واللهب في العديد من عمليات اللحام يشكل خطراً للانفجار والحريق؛ ومن بين الاحتياطات الشائعة الحد من كمية الأكسجين في الهواء وإبعاد المواد القابلة للاشتعال عن مكان العمل. [ 18 ]

تلف العين

غطاء لحام ذاتي التعتيم مزود بخرطوشة 90  × 110 مم ومنطقة رؤية 3.78 × 1.85 بوصة   

يؤدي التعرض لسطوع منطقة اللحام إلى حالة تُعرف باسم " عين القوس" ، حيث يتسبب الضوء فوق البنفسجي في التهاب القرنية وقد يُسبب حروقًا في شبكية العين. وللوقاية من هذا التعرض، تُستخدم نظارات وخوذات لحام ذات ألواح أمامية داكنة - أغمق بكثير من تلك الموجودة في النظارات الشمسية أو نظارات اللحام بالأكسجين والوقود . وفي السنوات الأخيرة، تم إنتاج نماذج جديدة من الخوذات مزودة بلوح أمامي يُعتم تلقائيًا إلكترونيًا. [ 19 ] ولحماية المارة، تُحيط ستائر لحام شفافة بمنطقة اللحام. هذه الستائر، المصنوعة من غشاء بلاستيكي من كلوريد البولي فينيل ، تحمي العمال القريبين من التعرض للأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من القوس الكهربائي. [ 20 ]

المواد المستنشقة

يتعرض عمال اللحام في كثير من الأحيان لغازات خطيرة وجزيئات دقيقة . وتنتج عمليات مثل لحام القوس الكهربائي ذي القلب المحشو ولحام القوس المعدني المحمي دخانًا يحتوي على جزيئات من أنواع مختلفة من الأكاسيد . ويؤثر حجم هذه الجزيئات على سمية الأبخرة، حيث تشكل الجزيئات الأصغر حجمًا خطرًا أكبر. بالإضافة إلى ذلك، تنتج العديد من العمليات غازات متنوعة (أكثرها شيوعًا ثاني أكسيد الكربون والأوزون ، ولكن هناك غازات أخرى أيضًا) قد تكون خطيرة في حال عدم كفاية التهوية.

السلامة الكهربائية

على الرغم من أن جهد الدائرة المفتوحة لماكينة اللحام بالقوس الكهربائي قد يتراوح بين بضع عشرات من الفولتات و120 فولتًا تقريبًا، إلا أن هذه الفولتيات المنخفضة قد تُشكل خطرًا للصعق الكهربائي على المشغلين. عادةً ما تكون مواقع مثل هياكل السفن، وخزانات التخزين، والهياكل الفولاذية المعدنية، أو المناطق الرطبة، على نفس جهد الأرض، وقد يقف المشغلون أو يستريحون على هذه الأسطح أثناء تشغيل القوس الكهربائي. يجب على ماكينات اللحام التي تعمل بأنظمة توزيع التيار المتردد عزل دائرة القوس عن الأرض لمنع أعطال العزل في الماكينة من تعريض المشغلين لجهد عالٍ. يقع مشبك الإرجاع لماكينة اللحام بالقرب من منطقة العمل، لتقليل خطر انتقال التيار الشارد لمسافة طويلة، مما قد يُسبب مخاطر التسخين أو الصعق الكهربائي، أو إتلاف الأجهزة الإلكترونية الحساسة. [ 21 ] يحرص مشغلو اللحام على تركيب مشابك الإرجاع بعناية لمنع مرور تيار اللحام عبر محامل المحركات الكهربائية، أو بكرات النقل، أو غيرها من المكونات الدوارة، مما قد يُسبب تلفًا للمحامل. يشكل اللحام على قضبان التوصيل الكهربائية المتصلة بالمحولات خطرًا يتمثل في "رفع" جهد اللحام المنخفض إلى جهود أعلى بكثير، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى كابلات تأريض إضافية.

التداخل مع أجهزة تنظيم ضربات القلب

وقد تبين أن بعض آلات اللحام التي تستخدم مكون تيار متردد عالي التردد تؤثر على عمل جهاز تنظيم ضربات القلب عند وجودها على بعد مترين من وحدة الطاقة ومتر واحد من موقع اللحام. [ 22 ]

تاريخ

نيكولاي بيناردوس

في حين أن أمثلة اللحام بالحدادة تعود إلى العصر البرونزي والعصر الحديدي ، فإن اللحام بالقوس الكهربائي لم يدخل حيز الممارسة إلا في وقت لاحق.

في عام 1800، اكتشف همفري ديفي الأقواس الكهربائية النبضية القصيرة. [ 23 ] [ 24 ] طُوِّرت لحام القوس الكهربائي لأول مرة عندما عرض نيكولاي بيناردوس لحام المعادن باستخدام قطب كربوني في المعرض الدولي للكهرباء في باريس عام 1881، وحصل على براءة اختراع بالاشتراك مع ستانيسواف أولسزيفسكي عام 1887. [ 25 ] في العام نفسه، اخترع المخترع الكهربائي الفرنسي أوغست دي ميريتينز أيضًا طريقة لحام القوس الكربوني، وحصل على براءة اختراع عام 1881، والتي استُخدمت بنجاح في لحام الرصاص في صناعة بطاريات الرصاص الحمضية . [ 26 ] استمر التقدم في لحام القوس الكهربائي مع اختراع الأقطاب المعدنية في أواخر القرن التاسع عشر على يد الروسي نيكولاي سلافيانوف (1888) والأمريكي سي إل كوفين . حوالي عام 1900، طرح إيه بي سترومينجر في بريطانيا قطبًا معدنيًا مطليًا أعطى قوسًا أكثر استقرارًا. قام أوسكار كيلبيرغ بتطوير عملية لحام القطب الكهربائي في عام 1904. [ 27 ] وفي عام 1905، اقترح العالم الروسي فلاديمير ميتكيفيتش استخدام القوس الكهربائي ثلاثي الأطوار للحام. وفي عام 1919، اخترع سي جيه هولسلاغ لحام التيار المتردد، لكنه لم ينتشر إلا بعد عقد من الزمن. [ 28 ]

كما تم تطوير عمليات لحام منافسة مثل لحام المقاومة ولحام الأكسجين والوقود خلال هذه الفترة؛ [ 29 ] ولكن واجهت كلتا العمليتين، وخاصة الأخيرة، منافسة شديدة من لحام القوس الكهربائي، لا سيما بعد استمرار تطوير الأغطية المعدنية (المعروفة باسم التدفق ) للإلكترود، وذلك لتحقيق استقرار القوس وحماية المادة الأساسية من الشوائب. [ 30 ]

شابة تقوم بلحام القوس الكهربائي في مصنع للذخائر في أستراليا عام 1943

خلال الحرب العالمية الأولى ، بدأ استخدام اللحام في بناء السفن في بريطانيا العظمى بدلاً من ألواح الصلب المثبتة بالمسامير . كما أصبح الأمريكيون أكثر تقبلاً لهذه التقنية الجديدة عندما سمحت لهم هذه العملية بإصلاح سفنهم بسرعة بعد هجوم ألماني على ميناء نيويورك في بداية الحرب. [ 31 ] وطُبّق لحام القوس الكهربائي لأول مرة على الطائرات خلال الحرب أيضاً، وصُنعت بعض هياكل الطائرات الألمانية باستخدام هذه العملية. [ 32 ] في عام 1919، بدأ صانع السفن البريطاني كاميل ليرد ببناء سفينة تجارية، هي فولاجار ، بهيكل ملحوم بالكامل؛ [ 33 ] وتم تدشينها في عام 1921. [ 34 ]

شهدت تكنولوجيا اللحام خلال عشرينيات القرن العشرين تطورات كبيرة، من بينها إدخال اللحام الآلي عام 1920، حيث يتم تغذية سلك الإلكترود باستمرار. وأصبح غاز الحماية موضوعًا يحظى باهتمام بالغ، إذ سعى العلماء لحماية اللحامات من تأثيرات الأكسجين والنيتروجين في الغلاف الجوي. وكانت المسامية والهشاشة المشكلتين الرئيسيتين، وشملت الحلول التي طُورت استخدام الهيدروجين والأرجون والهيليوم كغازات لحام. [ 35 ] وخلال العقد التالي، سمحت تطورات أخرى بلحام المعادن النشطة كيميائيًا، مثل الألومنيوم والمغنيسيوم . وقد ساهم ذلك، إلى جانب التطورات في اللحام الآلي والتيار المتردد والمواد المساعدة على اللحام، في توسع كبير في استخدام لحام القوس الكهربائي خلال ثلاثينيات القرن العشرين، ثم خلال الحرب العالمية الثانية . [ 36 ]

خلال منتصف القرن، تم ابتكار العديد من طرق اللحام الجديدة. اخترع لحام القوس المغمور عام 1930، ولا يزال شائعًا حتى اليوم. في عام 1932، نجح الروسي كونستانتين خرينوف في تطبيق أول لحام قوس كهربائي تحت الماء . وبعد عقود من التطوير، تم إتقان لحام قوس التنجستن الغازي عام 1941، وتلاه لحام القوس المعدني الغازي عام 1948، مما أتاح لحامًا سريعًا للمواد غير الحديدية ، ولكنه تطلب غازات واقية باهظة الثمن. وباستخدام قطب كهربائي قابل للاستهلاك وجو من ثاني أكسيد الكربون كغاز واقٍ، سرعان ما أصبح هذا النوع من اللحام الأكثر شيوعًا. في عام 1957، ظهرت عملية لحام القوس ذي القلب المتدفق، حيث يمكن استخدام قطب سلكي ذاتي الحماية مع معدات آلية، مما أدى إلى زيادة كبيرة في سرعات اللحام. في العام نفسه، تم اختراع لحام قوس البلازما . وفي عام 1958، تم إطلاق لحام الخبث الكهربائي ، وتلاه لحام الغاز الكهربائي عام 1961. [ 37 ]

انظر أيضاً

مراجع

ملحوظات

  1. كاري وهيلزر 2005 ، الصفحات 246-249 
  2. "اختيار ماكينة لحام التيار المستمر ذات التيار الثابت (CC) لأغراض التدريب" . شركة ميلر إلكتريك للتصنيع ذ.م.م. 1 ديسمبر 2007.
  3. "علم المعادن في اللحام: فيزياء القوس الكهربائي وسلوك حوض اللحام" (ملف PDF) . Canteach .
  4. "مقارنة قطبية التيار المستمر مقابل التيار المتردد في اللحام القوسي المعدني المحمي" . شركة لينكولن إلكتريك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2017 .
  5. "AC/DC: فهم القطبية" . لينكولن إلكتريك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2017 .
  6. لينكولن إلكتريك 1994 ، ص 5.4.5 
  7. ويمان 2003 ، ص 16 
  8. ما المقصود بـ "دورة عمل" اللحام؟ http://www.zena.net/htdocs/FAQ/dutycycle.shtml
  9. ويمان 2003 ، ص 63 
  10. كاري وهيلزر 2005 ، ص 103 
  11. لينكولن إلكتريك 1994 ، ص 5.4.3 
  12. ويمان 2003 ، ص 68 
  13. ويمان 2003 ، ص 31 
  14. ويمان 2003 ، ص 37-38 
  15. التخلص من الرطوبة والحصول على لحامات أفضل (مؤرشف في 15 مارس 2006، على موقع Wayback Machine)
  16. التآكل بين الحبيبات ( مؤرشف بتاريخ 21-04-2006 في أرشيف الإنترنت)
  17. التآكل الجلفاني
  18. كاري وهيلزر 2005 ، الصفحات 52-62 
  19. "من خلال زجاج معتم -" .
  20. كاري وهيلزر 2005 ، الصفحات 42، 49-51 
  21. دبليو. فوردهام كوبر (محرر)، هندسة السلامة الكهربائية، الطبعة الثالثة ، باتروورث-هاينمان، 1983، رقم ISBN 0750616458، صفحة 531
  22. ماركو، ديفيد؛ إيسينجر، جورج؛ هايز، ديفيد ل. (1992). "اختبار بيئات العمل للكشف عن التداخل الكهرومغناطيسي". مجلة تنظيم ضربات القلب وعلم وظائف الأعضاء الكهربية السريرية . 15 (11 الجزء 2): 2016-22 . doi : 10.1111/j.1540-8159.1992.tb03013.x . PMID 1279591. S2CID 24234010 .  
  23. هيرثا أيرتون. القوس الكهربائي ، الصفحات 20 و 94 . شركة دي فان نوستراند، نيويورك، 1902.
  24. أندرس، أ. (2003). "تتبع أصل علم بلازما القوس الكهربائي - الجزء الثاني: التفريغات المستمرة المبكرة" . معاملات IEEE في علوم البلازما . 31 (5): 1060-1069 . Bibcode : 2003ITPS...31.1060A . doi : 10.1109/TPS.2003.815477 . OSTI 823202. S2CID 11047670 .  
  25. "بدايات اللحام بالقوس المغمور" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2016-03-04.
  26. هولدكروفت، بي تي (1973) [1967]. "الفصل 3: لحام القوس المحمي بالتدفق". عمليات اللحام . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 23. ISBN  978-0-521-05341-9.
  27. أوتراتشي، ج. (2015). اللحام كالمحترفين: من البداية إلى التقنيات المتقدمة . دليل الأداء. كار تك، إنكوربوريتد. ص 9. ISBN  978-1-61325-221-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-09-02 .
  28. كاري وهيلزر 2005 ، الصفحات 5-6 
  29. كاري وهيلزر 2005 ، ص 6 
  30. ويمان 2003 ، ص 26 
  31. "لحّمها!" . مجلة تايم . 15 ديسمبر 1941. مؤرشف من الأصل في 2 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه في 7 نوفمبر 2008 .
  32. لينكولن إلكتريك 1994 ، الصفحات 1.1-5 
  33. الجدول الزمني للأحداث البحرية الملكية والعالمية
  34. دراسات حالة حول بناء السفن، مؤرشفة في 3 فبراير 2009، على موقع Wayback Machine
  35. كاري وهيلزر 2005 ، ص 7 
  36. لينكولن إلكتريك 1994 ، الصفحات 1.1-6 
  37. كاري وهيلزر 2005 ، ص 9 

مصادر

  • كاري، هوارد ب.؛ هيلزر، سكوت س. (2005)، تكنولوجيا اللحام الحديثة ، أبر سادل ريفر، نيو جيرسي: بيرسون إديوكيشن، ISBN 978-0-13-113029-6
  • كالبكجيان، سيروب؛ شميد، ستيفن ر. (2001)، هندسة وتكنولوجيا التصنيع ، برنتيس هول، ISBN 978-0-201-36131-5
  • لينكولن إلكتريك (1994)، دليل إجراءات اللحام بالقوس الكهربائي ، كليفلاند، أوهايو: لينكولن إلكتريك، رقم ISBN 978-99949-25-82-7
  • ويمان، كلاس (2003)، دليل عمليات اللحام ، نيويورك: مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 978-0-8493-1773-6

للمزيد من القراءة

  • الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية (2003). اتجاهات في أبحاث اللحام . ماتيريالز بارك، أوهايو : الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية. ISBN 0-87170-780-2
  • بلانت، جين ونيجل سي. بالتشين (2002). الصحة والسلامة في اللحام والعمليات ذات الصلة . كامبريدج : وودهيد. ISBN 1-85573-538-5.
  • هيكس، جون (1999). تصميم الوصلات الملحومة . نيويورك : دار النشر الصناعية. ISBN 0-8311-3130-6.