اللحام النقطي

اللحام النقطي (أو اللحام النقطي المقاوم ^{[ 1 ]} ) هو نوع من أنواع اللحام المقاوم الكهربائي المستخدم في لحام منتجات الصفائح المعدنية المختلفة، من خلال عملية يتم فيها ربط نقاط سطح المعدن المتلامسة بالحرارة الناتجة عن مقاومة التيار الكهربائي .

تستخدم هذه العملية قطبين كهربائيين مصنوعين من سبيكة نحاسية مُشكّلة لتركيز تيار اللحام في بقعة صغيرة، ولتثبيت الصفائح معًا في الوقت نفسه. تُثبّت قطع العمل معًا تحت ضغط الأقطاب الكهربائية. عادةً ما يتراوح سمك الصفائح بين 0.5 و3 مم (0.020 إلى 0.118 بوصة) . يؤدي تمرير تيار كهربائي قوي عبر البقعة إلى صهر المعدن وتكوين اللحام. الميزة الجذابة للحام النقطي هي إمكانية توصيل كمية كبيرة من الطاقة إلى البقعة في وقت قصير جدًا (حوالي 10-100 مللي ثانية). ^{[ 2 ]} وهذا يسمح بإتمام عملية اللحام دون تسخين مفرط لبقية الصفيحة.  

تُحدد كمية الحرارة (الطاقة) المُوَصَّلة إلى نقطة اللحام بناءً على المقاومة بين الأقطاب الكهربائية وشدة التيار ومدته. ^{[ 3 ]} تُختار كمية الطاقة لتتناسب مع خصائص مادة الصفيحة، وسُمكها، ونوع الأقطاب الكهربائية. إن تطبيق طاقة قليلة جدًا لن يُذيب المعدن أو سيُنتج لحامًا رديئًا. أما تطبيق طاقة زائدة فسيُذيب كمية كبيرة من المعدن، ويُخرج المعدن المنصهر، ويُحدث ثقبًا بدلًا من اللحام. ^{[ 4 ]} من مميزات اللحام النقطي أيضًا إمكانية التحكم في الطاقة المُوَصَّلة إلى نقطة اللحام لإنتاج لحامات موثوقة.

تتضمن عملية اللحام النقطي ثلاث مراحل؛ تبدأ المرحلة الأولى بتقريب الأقطاب الكهربائية من سطح المعدن والضغط عليها ضغطًا خفيفًا. ثم يُمرر التيار الكهربائي من الأقطاب لفترة وجيزة، وبعدها يُفصل التيار مع بقاء الأقطاب في مكانها حتى يبرد المعدن. تتراوح مدة اللحام بين 0.01  ثانية و0.63  ثانية، وذلك تبعًا لسمك المعدن وقوة الضغط على الأقطاب وقطرها.

تتكون المعدات المستخدمة في عملية اللحام النقطي من حوامل أدوات وأقطاب كهربائية. تعمل حوامل الأدوات كآلية لتثبيت الأقطاب الكهربائية بإحكام في مكانها، كما تدعم خراطيم المياه الاختيارية لتبريد الأقطاب أثناء اللحام. تشمل طرق تثبيت الأدوات: النوع ذو المقبض، والنوع الخفيف، والنوع العالمي، والنوع ذو الإزاحة العادية. تُصنع الأقطاب الكهربائية عادةً من سبيكة ذات مقاومة منخفضة، وغالبًا ما تكون من النحاس، وتُصمم بأشكال وأحجام مختلفة حسب التطبيق المطلوب.

تُعرف المادتان اللتان يتم لحامهما معًا باسم قطع العمل، ويجب أن تكونا موصلتين للكهرباء. ويُحدد عرض قطع العمل بطول عنق جهاز اللحام، ويتراوح عادةً بين 13 و130 سم (5 إلى 50 بوصة ) . أما سُمك قطع العمل فيتراوح بين 0.20 و32 مم (0.008 إلى 1.25 بوصة ) . ^{[ 5 ]}  

بعد إزالة التيار من قطعة العمل، يتم تبريدها عبر فتحات التبريد الموجودة في مركز الأقطاب الكهربائية. ويمكن استخدام كل من الماء ومحلول ملحي كمبردات في آليات اللحام النقطي.

في لحام المقاومة النقطي، يتكون نظام الأدوات من جزأين رئيسيين، تؤثر خصائصهما بشكل جوهري على العملية برمتها: المسدس ونوعه، وحجم وشكل القطب الكهربائي. في مثل هذه التطبيقات، حيث يجب أن يكون تصميم المسدس صلبًا قدر الإمكان نظرًا لقوى التطبيق العالية (مثل لحام المواد السميكة)، يُستخدم المسدس من النوع C على نطاق واسع. فضلًا عن الصلابة العالية الناتجة، يُتيح هذا التصميم مرونة عالية في الأدوات، نظرًا لأن حركة الأقطاب الكهربائية متوازية. على عكس النوع C، يوفر التصميم من النوع X صلابة أقل، على الرغم من أن مساحة العمل المتاحة أكبر بكثير من النوع C، ولذلك يُعد هذا التصميم شائعًا جدًا عند معالجة الأجسام الرقيقة والمسطحة (مثل تصنيع ألواح الأرضيات أو ألواح الأسقف). ومع ذلك، فهو يوفر مرونة أقل من حيث الأدوات، لأن مسارات الأقطاب الكهربائية المتحركة ليست متوازية (مثل أطراف المقص)، لذا يجب استخدام طرف قطب كهربائي على شكل قبة.

تختلف الأقطاب الكهربائية المستخدمة في اللحام النقطي اختلافًا كبيرًا باختلاف التطبيقات. لكل نوع من هذه الأقطاب غرضه الخاص. تُستخدم الأقطاب ذات الشكل الدائري للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية، والأقطاب ذات الطرف المقطوع للضغط العالي، والأقطاب اللامركزية للحام الزوايا، والأقطاب ذات الأطراف اللامركزية المنزاحة للوصول إلى الزوايا والأماكن الضيقة، وأخيرًا الأقطاب المقطوعة المنزاحة للوصول إلى داخل قطعة العمل نفسها.

تميل عملية اللحام النقطي إلى تقوية المادة، مما يؤدي إلى تشوهها. وهذا يقلل من مقاومة المادة للإجهاد، وقد يؤدي أيضًا إلى تمددها وتليينها . تشمل الآثار الفيزيائية للحام النقطي التشققات الداخلية، والتشققات السطحية، وتشوه المظهر. سيمتد الشق حول منطقة اللحام تحت تأثير الحمل الخارجي أو الإجهاد، مما ينتج عنه نوع مختلف من الفشل. ^{[ 6 ] [ 7 ]} تشمل الخصائص الكيميائية المتأثرة المقاومة الداخلية للمعدن وخصائصه المسببة للتآكل.

غالبًا ما تكون أوقات اللحام قصيرة جدًا، مما قد يُسبب مشاكل في الأقطاب الكهربائية، حيث لا تستطيع التحرك بالسرعة الكافية لتثبيت المعدن. تستخدم أجهزة التحكم في اللحام نبضة مزدوجة للتغلب على هذه المشكلة. خلال النبضة الأولى، قد لا يتمكن القطب الكهربائي من تكوين لحام جيد، حيث تعمل هذه النبضة على تليين المعدن. خلال فترة التوقف بين النبضتين، تقترب الأقطاب الكهربائية من بعضها البعض، مما يُحسّن التلامس.

أثناء اللحام النقطي، يُولّد التيار الكهربائي العالي مجالًا مغناطيسيًا قويًا، ويتفاعل التيار الكهربائي مع المجال المغناطيسي لإنتاج مجال قوة مغناطيسية قوي أيضًا، مما يدفع المعدن المنصهر إلى التحرك بسرعة فائقة تصل إلى 0.5  متر/ثانية. ونتيجةً لذلك، قد يتغير توزيع الطاقة الحرارية في اللحام النقطي بشكل كبير بفعل الحركة السريعة للمعدن المنصهر. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} ويمكن رصد هذه الحركة السريعة في اللحام النقطي باستخدام التصوير عالي السرعة. ^{[ 11 ]}

تتكون ماكينة اللحام النقطي الأساسية من مصدر طاقة، ووحدة تخزين طاقة (مثل بنك مكثفات)، ومفتاح، ومحول لحام، وأقطاب لحام. تُمكّن وحدة تخزين الطاقة ماكينة اللحام من توفير مستويات طاقة عالية فورية. في حال انخفاض متطلبات الطاقة، لا تكون وحدة تخزين الطاقة ضرورية. يقوم المفتاح بتحويل الطاقة المخزنة إلى محول اللحام، الذي بدوره يخفض الجهد ويرفع التيار. ومن أهم خصائص المحول أنه يقلل من مستوى التيار الذي يتحمله المفتاح. تُعد أقطاب اللحام جزءًا من الدائرة الثانوية للمحول. كما يوجد صندوق تحكم يُدير المفتاح وقد يراقب جهد أو تيار أقطاب اللحام.

تُعدّ المقاومة التي يواجهها جهاز اللحام معقدة. ^{[ 12 ]} فهناك مقاومة الملف الثانوي، والكابلات، وأقطاب اللحام. كما توجد مقاومة التلامس بين أقطاب اللحام وقطعة العمل. بالإضافة إلى مقاومة قطع العمل، ومقاومة التلامس بينها.

في بداية عملية اللحام، تكون مقاومة التلامس عالية عادةً، لذا تتبدد معظم الطاقة الأولية هناك. تعمل هذه الحرارة وقوة التثبيت على تليين وتنعيم المادة عند سطح التلامس بين القطب الكهربائي والمادة، مما يُحسّن التلامس (أي يُقلل مقاومة التلامس). ونتيجةً لذلك، تنتقل طاقة كهربائية أكبر إلى قطعة العمل، مما يزيد من مقاومة الوصلة بين قطعتي العمل. ومع وصول الطاقة الكهربائية إلى اللحام وارتفاع درجة حرارته، ينقل كل من القطب الكهربائي وقطعة العمل هذه الحرارة. الهدف هو تطبيق طاقة كافية لصهر جزء من المادة داخل نقطة اللحام دون صهرها بالكامل. ينقل محيط نقطة اللحام كمية كبيرة من الحرارة، مما يُحافظ على درجة حرارته منخفضة. أما داخل نقطة اللحام، فينقل كمية أقل من الحرارة، لذا ينصهر أولاً. إذا استمر تطبيق تيار اللحام لفترة طويلة جدًا، تنصهر نقطة اللحام بالكامل، أو تنفد المادة، أو تفشل العملية لأي سبب آخر، ويتحول "اللحام" إلى ثقب.

يعتمد الجهد الكهربائي اللازم للحام على مقاومة المادة المراد لحامها، وسُمك الصفيحة، وحجم منطقة اللحام المطلوبة. عند لحام تركيبة شائعة مثل  صفيحة فولاذية بسُمك 1.0 مم + 1.0 مم، يكون الجهد بين الأقطاب حوالي 1.5  فولت فقط في بداية اللحام، ولكنه قد ينخفض ​​إلى 1  فولت في نهايته. وينتج هذا الانخفاض في الجهد عن انخفاض المقاومة بسبب انصهار قطعة العمل. ويكون جهد الدائرة المفتوحة للمحول أعلى من ذلك، ويتراوح عادةً بين 5 و22 فولت. ^{[ 13 ]}

تتغير مقاومة نقطة اللحام أثناء تدفق المعدن وانصهاره. تستطيع معدات اللحام الحديثة مراقبة اللحام وتعديله في الوقت الفعلي لضمان لحام متناسق. وقد تسعى هذه المعدات إلى التحكم في متغيرات مختلفة أثناء اللحام، مثل التيار والجهد والطاقة.

تتراوح أحجام أجهزة اللحام من 5 إلى 500  كيلو فولت أمبير. ^{[ 14 ]} يمكن أن تصل أجهزة اللحام النقطي الدقيقة، المستخدمة في مجموعة متنوعة من الصناعات، إلى 1.5  كيلو فولت أمبير أو أقل لتلبية احتياجات اللحام الدقيق.

من الشائع أن يتم إطلاق رذاذ من قطرات المعدن المنصهر (الشرارات) من منطقة اللحام أثناء العملية.

لا ينتج عن لحام المقاومة النقطي قوس كهربائي ساطع، لذا لا يلزم استخدام الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. تشترط إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) استخدام واقيات وجه شفافة أو نظارات واقية للحماية من تناثر اللحام، ولكنها لا تشترط استخدام عدسات مرشحة. ^{[ 15 ]}

تُستخدم اللحام النقطي عادةً عند لحام أنواع معينة من الصفائح المعدنية ، أو شبكات الأسلاك الملحومة ، أو شبكات الأسلاك . يصعب لحام الصفائح السميكة نقطيًا لأن الحرارة تنتقل بسهولة أكبر إلى المعدن المحيط. يمكن تمييز اللحام النقطي بسهولة على العديد من منتجات الصفائح المعدنية، مثل الدلاء المعدنية. يمكن لحام سبائك الألومنيوم نقطيًا، ولكن موصليتها الحرارية والكهربائية العالية تتطلب تيارات لحام أعلى، مما يستلزم استخدام محولات لحام أكبر وأقوى وأكثر تكلفة .

لعلّ أكثر تطبيقات اللحام النقطي شيوعاً هو في صناعة السيارات ، حيث يُستخدم بشكل شبه كامل في لحام الصفائح المعدنية لتشكيل السيارة. كما يمكن أتمتة آلات اللحام النقطي بالكامل ، والعديد من الروبوتات الصناعية الموجودة على خطوط التجميع هي من هذا النوع (ويُستخدم الروبوت أيضاً بشكل رئيسي في الطلاء).

كما تُستخدم عملية اللحام النقطي في عيادة تقويم الأسنان، حيث تُستخدم معدات اللحام النقطي صغيرة الحجم عند تغيير حجم "حلقات الأضراس" المعدنية المستخدمة في تقويم الأسنان .

يُستخدم اللحام النقطي أيضاً في تصنيع البطاريات عن طريق لحام شرائح رقيقة من النيكل بخلايا بطاريات النيكل-كادميوم ، أو النيكل-هيدريد المعدني ، أو الليثيوم أيون . يتم توصيل الخلايا بهذه الخلايا عن طريق لحامها نقطياً بأطراف البطارية. يُساعد اللحام النقطي على منع ارتفاع درجة حرارة البطارية بشكل مفرط، كما قد يحدث عند استخدام اللحام التقليدي.

يجب أن تتيح ممارسات التصميم الجيدة سهولة الوصول الكافية. وينبغي أن تكون أسطح التوصيل خالية من الملوثات مثل القشور والزيوت والأوساخ لضمان جودة اللحامات. ولا يُعد سُمك المعدن عاملاً مهماً في تحديد جودة اللحامات.

لحام البروز هو نوع معدل من لحام البقعة، حيث يتم تركيز اللحام باستخدام أجزاء بارزة، أو نتوءات، على إحدى أو كلتا قطعتي العمل المراد وصلهما. تتركز الحرارة عند هذه النتوءات، مما يسمح بلحام أجزاء أكثر سمكًا أو بتقريب المسافة بين اللحامات. كما يمكن استخدام هذه النتوءات كوسيلة لتحديد موضع قطع العمل. يُستخدم لحام البروز غالبًا في لحام المسامير والصواميل وغيرها من أجزاء الآلات الملولبة بالصفائح المعدنية. كما يُستخدم بكثرة في وصل الأسلاك والقضبان المتقاطعة. تُعد هذه العملية من العمليات الإنتاجية عالية الكفاءة، ويمكن ترتيب لحامات بروز متعددة من خلال التصميم والتثبيت المناسبين. ^{[ 16 ]}

• التثبيت (تشكيل المعادن)
• قائمة عمليات اللحام
• ضمان جودة اللحام

• فيديو تعليمي عن اللحام النقطي، واللحام بالإسقاط، واللحام السلكي على يوتيوب (من الدقيقة 8 إلى 9) من إعداد الجمعية الأمريكية للحام