اللحام

اللحام عملية تصنيع تربط المواد، عادةً المعادن أو اللدائن الحرارية ، وذلك باستخدام درجات حرارة عالية لصهر الأجزاء معًا ثم تبريدها، مما يؤدي إلى الاندماج . تشمل الطرق البديلة الشائعة لحام المذيبات (لللدائن الحرارية) باستخدام مواد كيميائية لصهر المواد المراد ربطها دون حرارة، وعمليات اللحام في الحالة الصلبة التي تربط دون انصهار، مثل اللحام بالضغط، واللحام البارد ، واللحام الانتشار .

تختلف عملية لحام المعادن عن تقنيات الربط ذات درجات الحرارة المنخفضة مثل اللحام بالنحاس واللحام بالقصدير ، والتي لا تذيب المعدن الأساسي (المعدن الأصلي) وتتطلب بدلاً من ذلك تدفق معدن حشو لتصلب روابطها.

بالإضافة إلى صهر المعدن الأساسي في عملية اللحام، تُضاف عادةً مادة حشو إلى الوصلة لتشكيل حوض من المعدن المنصهر ( حوض اللحام ) الذي يبرد لتكوين وصلة قد تكون أقوى من المعدن الأساسي. وتستخدم عمليات اللحام نوعًا من الحماية لحماية المعادن المنصهرة من التلوث أو الأكسدة .

تُستخدم مصادر طاقة متنوعة في اللحام، منها اللهب الغازي (الكيميائي)، والقوس الكهربائي (الكهربائي)، والليزر ، وشعاع الإلكترون ، والاحتكاك ، والموجات فوق الصوتية . ورغم أن اللحام عملية صناعية في الغالب، إلا أنه يُمكن إجراؤه في بيئات مختلفة، كالهواء الطلق، وتحت الماء ، وفي الفضاء الخارجي . يُعدّ اللحام عملية خطرة، لذا يلزم اتخاذ احتياطات لتجنب الحروق ، والصدمات الكهربائية ، وتلف البصر، واستنشاق الغازات والأبخرة السامة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية الشديدة .

حتى نهاية القرن التاسع عشر، كانت عملية اللحام الوحيدة هي اللحام بالحدادة ، التي استخدمها الحدادون لآلاف السنين لربط الحديد والصلب بالتسخين والطرق. وكان لحام القوس الكهربائي ولحام الأكسجين من أوائل العمليات التي تطورت في أواخر القرن، وتبعهما لحام المقاومة الكهربائية بعد ذلك بوقت قصير. شهدت تكنولوجيا اللحام تقدماً سريعاً خلال أوائل القرن العشرين، حيث دفعت الحروب العالمية الطلب على طرق ربط موثوقة وغير مكلفة. بعد الحروب، طُوّرت العديد من تقنيات اللحام الحديثة، بما في ذلك الطرق اليدوية مثل لحام القوس المعدني المحمي ، الذي يُعد الآن من أكثر طرق اللحام شيوعاً، بالإضافة إلى العمليات شبه الآلية والآلية مثل لحام القوس المعدني بالغاز ، ولحام القوس المغمور ، ولحام القوس ذي القلب المتدفق ، ولحام الخبث الكهربائي . واستمرت التطورات مع اختراع لحام شعاع الليزر ، ولحام شعاع الإلكترون ، ولحام النبض المغناطيسي ، ولحام الاحتكاك التحريكي في النصف الثاني من القرن. واليوم، مع استمرار تقدم العلم، أصبح اللحام الآلي شائعاً في البيئات الصناعية، ويواصل الباحثون تطوير طرق لحام جديدة واكتساب فهم أعمق لجودة اللحام. ^{[ 1 ]}

يُشتق مصطلح اللحام من كلمة إسكندنافية، وربما يكون مرتبطًا بالكلمة السويدية välla (بمعنى يغلي) أو الدنماركية vælde (بمعنى يفيض أو يتدفق). ^{[ 2 ]} في القرن الثامن الميلادي، بدأت فترة تُعرف باسم عصر الفايكنج ، واستقر الإسكندنافيون في جميع أنحاء إنجلترا، مما أدى إلى ظهور كلمات دخيلة، وتغيرات في معاني الكلمات، وتغيرات نحوية. ^{[ 3 ]} في العديد من اللغات، ترتبط مصطلحات اللحام بمصطلحات الغليان أو الفوران. ^{[ 4 ]} في اللغة السويدية القديمة ، يمكن أن تعني كلمة välla الغليان، أو الفوران، أو التدفق الزائد، أو الانصهار. ^{[ 5 ]} الكلمة السويدية للمادة الخام المستخدمة في صناعة الحديد المطاوع هي välljärn ، والتي تعني حرفيًا "الحديد المغلي". ^{[ 6 ]}

كانت الكلمة الإنجليزية القديمة التي تعني لحام الحديد هي samodwellung . ^{[ 7 ]} وقد اشتُقت كلمة weld من الكلمة الإنجليزية القديمة weallan ، ودخلت الاستخدام في الإنجليزية الوسطى كصيغة بديلة للفعل well ( wæll )، بمعنى "ينبثق" (كما لو كان من نافورة) أو "يغلي". أما حرف "d" المضاف فكان excrescent ، وهو حرف ساكن أُضيف دون أساس لغوي. وأصبح معناها الغليان، أو التسخين إلى درجة عالية، أو طرق الحديد بعد تسخينه. ^{[ 8 ]}

سُجِّلَت الكلمة لأول مرة في اللغة الإنجليزية عام ١٥٩٠. ترجم جون ويكليف، في ترجمةٍ للكتاب المقدس المسيحي إلى الإنجليزية في القرن الرابع عشر ، الآية ٤ من سفر إشعياء ٢ إلى الإنجليزية على النحو التالي: " ...thei shul bete togidere their swerdes into shares... " (سيضربون سيوفهم معًا ليصبحوا محاريث). وفي نسخةٍ صدرت عام ١٥٩٠، عُدِّلَت هذه الآية إلى: " ...thei shullen welle togidere her swerdes in-to scharris... " (سيلحمون سيوفهم معًا ليصبحوا محاريث)، مما يُشير إلى أن هذا الاستخدام للكلمة أصبح شائعًا في اللغة الإنجليزية في وقتٍ ما بين هاتين الفترتين. ^{[ ٩ ]}

يعود تاريخ وصل المعادن إلى آلاف السنين. ^{[ 10 ]} لم تكن عمليات اللحام الانصهاري ، التي تربط المعادن عن طريق صهرها، شائعة الاستخدام في اللحام قبل العصر الصناعي . اعتمدت تقنيات اللحام المبكرة على الضغط لربط المعادن، وغالبًا ما كانت الحرارة غير كافية لصهر المعادن الأساسية بالكامل. ^{[ 11 ]} ومن الاستثناءات البارزة تقنية ربط أجزاء التماثيل الكبيرة. ففي تقنية الصب بالشمع المفقود اليونانية والرومانية ، كانت التماثيل تُصب على شكل قطع أصغر، ثم يُصب البرونز المنصهر في الوصلات بدرجات حرارة كافية لتكوين لحامات انصهارية. ^{[ 12 ]}

يعود تاريخ أقدم عمليات اللحام المعروفة إلى العصر البرونزي . يتميز الذهب بنعومته الكافية للحام بالضغط باستخدام حرارة قليلة أو معدومة، وقد عثر علماء الآثار على صناديق صغيرة مصنوعة بتقنية اللحام بالضغط عن طريق لحام صفائح ذهبية متداخلة. في العصر الحديدي ، طورت مجتمعات البحر الأبيض المتوسط ​​تقنية اللحام بالحدادة . ^{[ 13 ]} في هذه التقنية، يُسخن المعدن حتى يصبح لينًا بما يكفي ليتمكن الحداد من طرق القطع المنفصلة معًا. ^{[ 14 ]} من الأمثلة المبكرة جدًا القطع الحديدية التي عُثر عليها مع توت عنخ آمون، بما في ذلك مسند رأس وخنجر حديديين. ^{[ 15 ] [ 16 ]} صُنع الخنجر من حديد نيزكي في درجات حرارة أقل من 950 درجة مئوية (1740 درجة فهرنهايت) . ^{[ 17 ]}  

تطورت صناعة الحديد بشكل مستقل مرتين على الأقل: في الأناضول بحلول عام 1800 قبل الميلاد، وفي الصين حوالي عام 900 قبل الميلاد. ^{[ 18 ]} عادةً ما يُصنع الحديد المطاوع عند درجة حرارة تقارب 1350 درجة مئوية (2460 درجة فهرنهايت) . ^{[ 19 ]} يُنسب المؤرخ اليوناني القديم هيرودوت اكتشاف "لحام الحديد" إلى غلاوكوس الخيوسي . ^{[ 20 ]} يُعرف غلاوكوس بقاعدة حديدية ملحومة لحمل إناء فضي في دلفي . ^{[ 21 ]} بحلول القرن السابع قبل الميلاد، طُوّرت أفران الصهر في الصين، لكن هذه التقنية لم تنتشر غربًا إلا خلال العصر الذهبي الإسلامي. وعندما وصلت إلى أوروبا، كانت أفران الصهر تُطوّر بشكل مستقل في ألمانيا الحالية. ^{[ 22 ]}  

شهدت العصور الوسطى الأوروبية تطورات في لحام المعادن ، حيث كان الحدادون يطرقون المعدن الساخن مرارًا وتكرارًا حتى يلتئم. ^{[ 23 ]} في أوروبا وأفريقيا، انتقل الحدادة من استخدام مواقد الفحم المكشوفة إلى أفران خاصة . ^{[ 24 ]} استُخدم لحام المعادن في بناء عمود دلهي الحديدي ، الذي شُيّد في دلهي بالهند حوالي عام 310 ميلادي، ويزن 5.4 طن متري . ^{[ 25 ]} في عام 1540، نشر فانوتشيو بيرينغوتشيو كتاب "دي لا بيروتيكنيا" (De la pirotechnia )، الذي يتضمن وصفًا لعملية الحدادة. ^{[ 23 ]} كان حرفيو عصر النهضة بارعين في هذه العملية، واستمرت الصناعة في النمو خلال القرون اللاحقة. ^{[ 23 ]} 

في عام 1800، اكتشف السير همفري ديفي القوس الكهربائي النبضي القصير، وعرض نتائجه في عام 1801. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} وفي عام 1802، ابتكر العالم الروسي فاسيلي بيتروف القوس الكهربائي المستمر، ^{[ 28 ] [ 29 ]} ونشر لاحقًا "أخبار التجارب الجلفانية الفولتية" في عام 1803، حيث وصف التجارب التي أجراها في عام 1802. وكان من أهم ما جاء في هذا العمل وصف التفريغ القوسي المستقر، والإشارة إلى إمكانية استخدامه في العديد من التطبيقات، ومنها صهر المعادن. ^{[ 30 ]} وفي عام 1808، أعاد ديفي، الذي لم يكن على علم بعمل بيتروف، اكتشاف القوس الكهربائي المستمر. ^{[ 27 ] [ 28 ]} وفي عام 1881، استخدم المهندس الكهربائي الفرنسي أوغست دي ميريتينس القوس الكهربائي لربط ألواح الرصاص في بطارية الرصاص الحمضية . قام مخترعان من الإمبراطورية الروسية، يعملان في مختبر فرنسي، وهما المهندس البولندي ستانيسواف أولسزيفسكي وتلميذ دي ميريتينس، نيكولاي بيناردوس ، بتطوير أول طريقة لحام بالقوس الكهربائي، والمعروفة باسم لحام القوس الكربوني باستخدام أقطاب كربونية، وحصلا على براءة اختراع بريطانية عام 1885 وبراءة اختراع أمريكية عام 1887. ^{[ 31 ]} واستمر التقدم في لحام القوس الكهربائي مع اختراع الأقطاب المعدنية في أواخر القرن التاسع عشر على يد الروسي نيكولاي سلافيانوف (1888) والأمريكي سي إل كوفين (1890). وفي حوالي عام 1900، طرح إيه بي سترومينجر قطبًا معدنيًا مطليًا في بريطانيا ، مما أدى إلى قوس أكثر استقرارًا. وفي عام 1905، اقترح العالم الروسي فلاديمير ميتكيفيتش استخدام قوس كهربائي ثلاثي الأطوار للحام. اخترع سي جيه هولسلاغ لحام التيار المتردد عام 1919، لكنه لم ينتشر إلا بعد عقد من الزمن. ^{[ 32 ]}

تطورت لحام المقاومة أيضًا خلال العقود الأخيرة من القرن التاسع عشر، حيث حصل إيليهو طومسون على أول براءات اختراع في عام 1885، والذي حقق مزيدًا من التقدم على مدى الخمسة عشر عامًا التالية. اختُرع لحام الثرميت في عام 1893، وفي ذلك الوقت تقريبًا، ترسخت عملية أخرى، وهي لحام الأكسجين والوقود . اكتُشف الأسيتيلين في عام 1836 على يد إدموند ديفي ، لكن استخدامه لم يكن عمليًا في اللحام حتى حوالي عام 1900، عندما طُوّر موقد مناسب. ^{[ 33 ]} في البداية، كان لحام الأكسجين والوقود من أكثر طرق اللحام شيوعًا نظرًا لسهولة نقله وتكلفته المنخفضة نسبيًا. مع تقدم القرن العشرين، تراجع استخدامه في التطبيقات الصناعية، وحل محله إلى حد كبير لحام القوس الكهربائي، مع التقدم المحرز في طلاءات المعادن (المعروفة باسم التدفق ). ^{[ 34 ]} يعمل التدفق الذي يغطي القطب الكهربائي بشكل أساسي على حماية المادة الأساسية من الشوائب، كما أنه يُثبّت القوس الكهربائي ويمكنه إضافة عناصر مُسبّكة إلى معدن اللحام. ^{[ 35 ]}

أدت الحرب العالمية الأولى إلى زيادة الطلب على الأسلحة العسكرية، مما تسبب في طفرة في اللحام الصناعي. ^{[ 36 ]} قامت شركة رائد الطيران الهولندي أنتوني فوكر بلحام هياكل الطائرات للقوات الجوية الألمانية (لوفتسترايتكرافت ). ونظرًا لنقص الغاز، استخدم البريطانيون في المقام الأول لحام القوس الكهربائي، وقام صانع السفن البريطاني كاميل ليرد ببناء أول سفينة عابرة للمحيطات بهيكل ملحوم بالكامل، وهي سفينة فولاجار . ^{[ 37 ] [ 38 ]} جرب بناة السفن الأمريكيون لحام المقاومة قبل أن يروا النجاح الذي حققه البريطانيون في لحام القوس الكهربائي. ^{[ 39 ]}

خلال منتصف القرن العشرين، تم ابتكار العديد من طرق اللحام الجديدة، بما في ذلك إدخال اللحام الآلي عام 1920، حيث يتم تغذية سلك الإلكترود باستمرار. ^{[ 40 ]} حظي غاز الحماية باهتمام كبير، حيث سعى العلماء لحماية اللحامات من تأثيرات الأكسجين والنيتروجين في الغلاف الجوي. كانت المسامية والهشاشة المشكلتين الرئيسيتين، وشملت الحلول التي طُورت استخدام الهيدروجين والأرجون والهيليوم كغازات لحام. ^{[ 41 ]} طُورت طرق اختبار لسلامة اللحام. أُجري اختبار الاهتزاز أولاً باستخدام مطرقة وسماعة طبية ؛ وفي وقت لاحق، طُورت اختبارات الأشعة السينية لرؤية ما بداخل اللحام. ^{[ 42 ]} خلال ثلاثينيات القرن العشرين، سمحت المزيد من التطورات بلحام المعادن النشطة مثل الألومنيوم والمغنيسيوم . ^{[ 43 ]} هذا، بالإضافة إلى التطورات في اللحام الآلي والتيار المتردد والمواد المساعدة على اللحام، ساهم في توسع كبير في لحام القوس الكهربائي خلال ثلاثينيات القرن العشرين. ^{[ 44 ]} قام المخترع الروسي كونستانتين خرينوف بتطبيق أول لحام بالقوس الكهربائي تحت الماء. ^{[ 45 ]} في عام 1930، كان كايل تايلور مسؤولاً عن إطلاق لحام المسامير ، الذي سرعان ما شاع استخدامه في بناء السفن والإنشاءات. وفي العام نفسه، تم اختراع لحام القوس المغمور . ^{[ 46 ]} خلال الحرب العالمية الثانية، استُخدم لحام القوس المغمور على نطاق واسع في بناء السفن لأنه سمح بإنجاز أنواع معينة من اللحامات أسرع بعشرين مرة من التقنيات السابقة. ^{[ 47 ]}

أدت التحسينات التي طرأت على عمليات اللحام إلى فتح آفاق جديدة في مجال البناء. ^{[ 48 ]} سابقًا، كانت الهياكل المعدنية الضخمة تُصنع من معادن مُلصقة ميكانيكيًا بالمسامير، بالإضافة إلى البراغي والصواميل والأحزمة. كانت هذه الهياكل المعدنية المتصلة، ولكن غير الملحومة، تعاني من نقاط ضعف متأصلة. ^{[ 49 ]} تسببت السفينة البخارية سلطانة في مقتل أكثر من ألف راكب عندما انهار غلايتها المثبتة بالمسامير تحت الضغط. ^{[ 50 ]} غرقت سفينة تايتانيك جزئيًا بسبب أعطال في هيكلها المثبت بالمسامير. ^{[ 51 ]} في عام 1930، تم تدشين أول سفينة تجارية ملحومة بالكامل، وهي السفينة كارولينيان . ذكرت مجلة تايم أن استخدام اللحام بدلًا من المسامير في جميع أنحاء السفينة سمح لفريق أصغر مكون من تسعة عمال ببناء السفينة في جزء صغير من الوقت، مما وفر 75% من التكلفة و 35000 كيلوغرام من مسامير الصلب. ^{[ 52 ]} سمحت متانة الفولاذ الملحوم أيضًا بإنشاء أنواع جديدة كليًا من السفن، ولا سيما ناقلات الغاز الطبيعي المسال . وقد استُخدم قانون ASME للغلايات وأوعية الضغط ، الذي وُضع استجابةً لحوادث فشل الغلايات المميتة، لتطوير الخزانات الكروية التي تحتوي على الغاز الطبيعي المسال أثناء النقل. ^{[ 53 ]} ومن الجدير بالذكر أيضًا أول جسر طريق ملحوم في العالم، وهو جسر ماورزيتسه في بولندا (1928). ^{[ 37 ]} بُنيت ناطحات السحاب الأولى والجسور الفولاذية ذات الجمالونات من عوارض فولاذية مثبتة بالمسامير. ^{[ 54 ] [ 55 ]} يتيح اللحام إنشاء هياكل أقوى وأخف وزنًا، بالإضافة إلى نطاق أوسع من الأشكال، مثل مكتبة بينيكي العائمة للكتب والمخطوطات النادرة ، التي تستمد متانتها الهيكلية من جدرانها المصممة على غرار الجمالونات المستطيلة الحديثة في جسر فيرنديل الفولاذي . ^{[ 56 ]} بُني الشكل المميز لدار أوبرا سيدني على إطار فولاذي ملحوم بالمسامير. ^{[ 57 ]} تم لحام البرجين المتصلين لناطحة السحاب الحلقية التابعة لمقر تلفزيون الصين المركزي بهيكل من صفائح فولاذية بسمك أربع بوصات مغمورة على عمق مئات الأقدام تحت الأرض في الخرسانة المسلحة. ^{[ 58 ]} 

بعد عقود من التطوير، تم إتقان لحام القوس الكهربائي بالتنغستن الغازي نهائيًا عام 1941، وتلاه لحام القوس المعدني بالغاز عام 1948، مما أتاح لحامًا سريعًا للمواد غير الحديدية ولكنه تطلب غازات واقية باهظة الثمن. وطُوّر لحام القوس المعدني المحمي خلال خمسينيات القرن العشرين، باستخدام قطب كهربائي قابل للاستهلاك ومغطى بطبقة من التدفق، وسرعان ما أصبح عملية لحام القوس المعدني الأكثر شيوعًا. وفي عام 1957، ظهرت عملية لحام القوس ذي القلب المتدفق، حيث أمكن استخدام قطب سلكي ذاتي الحماية مع معدات آلية، مما أدى إلى زيادة كبيرة في سرعات اللحام، وفي العام نفسه، اخترع روبرت غيج لحام القوس البلازمي . وطُرح لحام الخبث الكهربائي عام 1958، وتلاه لحام الغاز الكهربائي عام 1961. ^{[ 59 ]} وفي عام 1953، اقترح العالم السوفيتي إن إف كازاكوف طريقة الربط الانتشارية . ^{[ 60 ]}

تشمل التطورات الحديثة الأخرى في مجال اللحام الإنجاز الكبير الذي حققه لحام شعاع الإلكترون عام 1958، والذي أتاح إمكانية اللحام العميق والضيق بفضل مصدر الحرارة المركز. بعد اختراع الليزر عام 1960، ظهر لحام شعاع الليزر بعد عدة عقود، وأثبت جدواه بشكل خاص في اللحام الآلي عالي السرعة. يُستخدم لحام النبض المغناطيسي (MPW) صناعيًا منذ عام 1967. أما لحام الاحتكاك التحريكي، فقد اخترعه واين توماس عام 1991 في معهد اللحام (TWI، المملكة المتحدة)، ووجد تطبيقات عالية الجودة في جميع أنحاء العالم. ^{[ 61 ]} لا تزال هذه العمليات الأربع الجديدة مكلفة للغاية نظرًا لارتفاع تكلفة المعدات اللازمة، مما حدّ من تطبيقاتها. ^{[ 62 ]}

تُستخدم الحرارة أو الضغط أو كليهما في عملية اللحام لربط قطعتين معدنيتين. وتعتمد معظم طرق اللحام الحديثة الشائعة على حرارة كافية لإذابة المعدن الأساسي المراد لحامه ومعدن الحشو. ^{[ 63 ]} ويشمل ذلك اللحام بالغاز وجميع أنواع اللحام بالقوس الكهربائي . ^{[ 64 ]} تُسمى المنطقة التي ينصهر فيها المعدن الأساسي ومعدن الحشو بحوض اللحام . ^{[ 65 ]} يجب حماية حوض اللحام من الأكسجين الموجود في الهواء، والذي يتأكسد مع المعدن المنصهر، ومن الغازات الأخرى التي قد تُلوث اللحام. ^{[ 66 ]} تتضمن معظم طرق اللحام دفع حوض اللحام على طول الوصلة لتكوين خرزة اللحام. ^{[ 67 ]} يمكن ربط القطع المعدنية المتداخلة بتكوين حوض اللحام داخل ثقب يُصنع في القطعة العلوية من المعدن الأساسي لتكوين لحام سدادة. ^{[ 68 ]}

تُستخدم عمليات اللحام في الحالة الصلبة لربط قطعتين معدنيتين باستخدام الضغط. ^{[ 69 ]} يُعدّ لحام المقاومة الكهربائية عملية صناعية شائعة تجمع بين الحرارة والضغط لربط المعادن الأساسية المتداخلة دون استخدام أي مادة حشو. ^{[ 70 ]}

لحام الغاز

تستخدم لحام الغاز، المعروف أيضًا باسم لحام الأوكسي أسيتيلين، لهبًا مكشوفًا لتوليد الحرارة وحماية اللحام. بالمقارنة مع لحام القوس الكهربائي، يكون اللهب أقل تركيزًا وأقل حرارة، حوالي 3100 درجة مئوية (5610 درجة فهرنهايت) بالقرب من طرف الشعلة. يؤدي ذلك إلى تبريد أبطأ للحام، مما قد ينتج عنه إجهادات متبقية أكبر وتشوه في اللحام، على الرغم من أنه يُسهّل لحام سبائك الفولاذ عالية الجودة. يستهلك الغلاف الخارجي المنتشر للهب الأكسجين قبل أن يصل إلى حوض اللحام المنصهر. ^{[ 34 ]} عند العمل مع المعادن سهلة التأكسد، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن وضع مادة مساعدة على اللحام (التدفق) على المعادن الأساسية. ^{[ 71 ]}  

المعدات بسيطة وغير مكلفة نسبيًا، وتتألف من شعلة، وخراطيم، ومنظمات ضغط، وأسطوانة أكسجين ، وأسطوانة وقود (عادةً أسيتيلين ). ^{[ 72 ]} تُعدّ هذه العملية من أقدم عمليات اللحام وأكثرها تنوعًا، إلا أنها أصبحت أقل شيوعًا في التطبيقات الصناعية. مع ذلك، لا تزال تُستخدم على نطاق واسع في لحام الأنابيب والمواسير، فضلًا عن أعمال الصيانة. ^{[ 34 ]} تُستخدم عملية مشابهة، تُعرف عمومًا باسم القطع بالأكسجين والوقود، لقطع المعادن. كما يُمكن استخدام معدات الأكسجين والوقود لتسخين المعدن قبل ثنيه أو تقويمه. ^{[ 73 ]}

اللحام بالقوس الكهربائي

تستخدم جميع عمليات اللحام بالقوس الكهربائي مصدر طاقة لتوليد قوس كهربائي والحفاظ عليه بين قطب كهربائي والمادة الأساسية لصهر المعادن عند نقطة اللحام. ^{[ 74 ]} يمنع غاز الحماية دخول الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي إلى حوض اللحام المنصهر. في بعض العمليات، يُضخ غاز الحماية من أسطوانات غاز تحتوي على غاز خامل أو شبه خامل . وفي عمليات أخرى، يتفكك غلاف التدفق الموجود على قطب كهربائي قابل للاستهلاك لتوليد الغاز. ^{[ 75 ] [ 76 ]} تُضاف مادة الحشو عادةً إلى حوض اللحام المنصهر، وهي ضرورية للعمليات التي تستخدم قطبًا كهربائيًا قابلًا للاستهلاك. ^{[ 77 ]}

عمليات اللحام بالقوس الكهربائي

يُعدّ لحام القوس المعدني المحمي (SMAW) أحد أكثر أنواع اللحام بالقوس الكهربائي شيوعًا؛ ^{[ 78 ]} ويُعرف أيضًا باسم لحام القوس المعدني اليدوي (MMAW) أو لحام القضيب. يُستخدم التيار الكهربائي لإحداث قوس كهربائي بين المعدن الأساسي وقضيب الإلكترود القابل للاستهلاك، والمصنوع من مادة حشو (عادةً الفولاذ) والمغطى بطبقة من التدفق تحمي منطقة اللحام من الأكسدة والتلوث عن طريق إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ أثناء عملية اللحام. يعمل قلب الإلكترود نفسه كمادة حشو، مما يُغني عن استخدام مادة حشو منفصلة. ^{[ 78 ]}

تتميز هذه العملية بتعدد استخداماتها وإمكانية تنفيذها باستخدام معدات غير مكلفة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة تمامًا لأعمال الورش والمواقع الميدانية. ^{[ 78 ] [ 79 ]} يمكن للمشغل أن يكتسب مهارة معقولة من خلال تدريب بسيط، ويصل إلى مستوى الاحتراف مع الخبرة. تستغرق عملية اللحام وقتًا طويلاً نسبيًا، نظرًا لضرورة استبدال الأقطاب الكهربائية المستهلكة بشكل متكرر، ولأن الخبث، وهو بقايا مادة الصهر، يجب إزالته بعد اللحام. ^{[ 78 ]} علاوة على ذلك، تقتصر هذه العملية عمومًا على لحام المواد الحديدية، على الرغم من أن الأقطاب الكهربائية الخاصة قد أتاحت لحام الحديد الزهر والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم ومعادن أخرى. ^{[ 79 ]}

لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW)، المعروف أيضاً باسم لحام الغاز الخامل المعدني أو لحام MIG، هو عملية شبه آلية أو آلية تستخدم تغذية سلكية مستمرة كقطب كهربائي ومزيجاً من الغازات الخاملة أو شبه الخاملة لحماية اللحام من التلوث. ونظراً لأن القطب الكهربائي مستمر، فإن سرعات اللحام في GMAW تكون أعلى منها في SMAW. ^{[ 80 ]}

تستخدم عملية مشابهة، وهي لحام القوس الكهربائي ذو القلب المحشو بالتدفق (FCAW)، معدات مماثلة، ولكنها تستخدم سلكًا يتكون من قطب فولاذي أنبوبي يحيط بمادة حشو مسحوقية. هذا السلك المحشو أغلى ثمنًا من السلك الصلب القياسي، وقد يُنتج أبخرة وخبثًا، ولكنه يسمح بسرعة لحام أعلى واختراق أكبر للمعادن. ^{[ 81 ]} مع استهلاك القطب، يتفكك التدفق لتكوين غاز واقٍ وطبقة واقية من الخبث تشبه تلك الموجودة في لحام القطب الكهربائي. تحتوي بعض آلات اللحام ذات القلب المحشو بالتدفق على فوهة تستخدم غازًا واقيًا لتكملة الحماية من التدفق. يُسمى هذا النوع من اللحام بالحماية المزدوجة، ويستخدم سلكًا متخصصًا محشوًا بالتدفق ومحميًا بالغاز. ^{[ 82 ]}

لحام القوس الكهربائي بالتنغستن الغازي (GTAW)، أو لحام التنغستن بالغاز الخامل (TIG)، هو عملية لحام يدوية تستخدم قطبًا كهربائيًا من التنغستن غير قابل للاستهلاك ، ومزيجًا من الغازات الخاملة أو شبه الخاملة، ومادة حشو منفصلة. ^{[ 83 ]} 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. ^{[ 83 ]}

يمكن استخدام لحام القوس التنغستني بالغاز الخامل (GTAW) على جميع المعادن القابلة للحام تقريبًا، على الرغم من أنه يُستخدم غالبًا مع الفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الخفيفة. ويُستخدم عادةً عندما تكون جودة اللحام بالغة الأهمية، كما هو الحال في تطبيقات الدراجات والطائرات والسفن. ^{[ 83 ]} هناك عملية مشابهة، وهي لحام القوس البلازمي، تستخدم أيضًا قطبًا كهربائيًا من التنجستن، ولكنها تستخدم غاز البلازما لتكوين القوس. يكون القوس أكثر تركيزًا من قوس GTAW، مما يجعل التحكم العرضي أكثر أهمية، وبالتالي يقتصر استخدام هذه التقنية عمومًا على العمليات الآلية. نظرًا لثبات التيار، يمكن استخدام هذه الطريقة على نطاق أوسع من سماكات المواد مقارنةً بعملية GTAW، كما أنها أسرع بكثير. يمكن تطبيقها على جميع المواد نفسها التي يُطبق عليها 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. ^{[ 84 ]}

اللحام بالقوس المغمور (SAW) هو أسلوب لحام عالي الإنتاجية، حيث يُشعل القوس الكهربائي أسفل طبقة من مادة التدفق. يُحسّن هذا الأسلوب جودة القوس، إذ تحجب مادة التدفق الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي. عادةً ما يتساقط الخبث المتكون على اللحام تلقائيًا، وبالإضافة إلى استخدام تغذية سلكية مستمرة، يكون معدل ترسيب اللحام مرتفعًا. تُعدّ ظروف العمل أفضل بكثير من عمليات اللحام بالقوس الأخرى، لأن مادة التدفق تُخفي القوس ولا ينتج عنها دخان تقريبًا. يُستخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع في الصناعة، وخاصةً للمنتجات الكبيرة وفي تصنيع أوعية الضغط الملحومة. ^{[ 85 ]} تشمل عمليات اللحام بالقوس الأخرى لحام الهيدروجين الذري ، ولحام الخبث الكهربائي ، ولحام الغاز الكهربائي ، ولحام القوس بالمسامير . ^{[ 86 ]}

مصادر طاقة لحام القوس الكهربائي

لتوفير الطاقة الكهربائية اللازمة لعمليات اللحام بالقوس الكهربائي، يمكن استخدام أنواع مختلفة من مصادر الطاقة. من أكثر مصادر الطاقة شيوعًا في اللحام: مصادر التيار الثابت ومصادر الجهد الثابت . في اللحام بالقوس الكهربائي، يرتبط طول القوس الكهربائي ارتباطًا مباشرًا بالجهد، بينما ترتبط كمية الحرارة المُدخلة بالتيار. تُستخدم مصادر 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، مما يؤدي إلى تذبذب طول القوس وبالتالي الجهد. أما مصادر 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 من خلال تغيير كبير في التيار. فعلى سبيل المثال، إذا اقترب السلك والمادة الأساسية من بعضهما البعض، سيزداد التيار بسرعة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة الحرارة وانصهار طرف السلك، ليعود إلى مسافة الفصل الأصلية. ^{[ 87 ]}

يلعب نوع التيار المستخدم دورًا هامًا في لحام القوس الكهربائي. يمكن لمصدر طاقة اللحام استخدام التيار المتردد (AC) أو التيار المستمر (DC). ^{[ 88 ]} وقد تم التغلب على أحد عيوب التيار المتردد - وهو ضرورة إعادة إشعال القوس بعد كل عبور للصفر - باختراع وحدات طاقة خاصة تُنتج موجة مربعة بدلًا من الموجة الجيبية العادية ، مما يُتيح عبورًا سريعًا للصفر ويُقلل من آثار هذه المشكلة. ^{[ 89 ]}

في لحام التيار المستمر، يمكن توصيل القطب الكهربائي بالطرف الموجب للجهاز (DCEP) أو الطرف السالب (DCEN)، مما يُغير اتجاه التيار أو قطبيته. ^{[ 90 ]} يتركز حوالي 70% من حرارة القوس الكهربائي عند طرفه الموجب. في حالة DCEP، يعني هذا أن 70% من حرارة القوس تتركز عند القطب الكهربائي. أما في حالة DCEN، فتتركز 70% من الحرارة عند قطعة العمل، بينما في حالة التيار المتردد، تتوزع الحرارة بالتساوي. ^{[ 91 ]}

يُحدد نوع المعدن وعملية اللحام ونوع القطب الكهربائي التيار والقطبية المستخدمة. ^{[ 92 ]} على سبيل المثال، نظرًا لأن لحام MIG يستخدم قطبًا كهربائيًا رقيقًا جدًا، فإنه يُجرى غالبًا باستخدام تيار مستمر موجب القطبية (DCEP). ^{[ 93 ]} يستخدم لحام الأسلاك المحشوة بالتدفق مواد تدفق مختلفة لسلك القطب الكهربائي المُستهلك، سواءً كان مُخصصًا للتيار المستمر سالب القطبية (DCEN) أو التيار المستمر موجب القطبية (DCEP). ^{[ 94 ]} يُجرى لحام القطب الكهربائي باستخدام التيار المستمر موجب القطبية (DCEP) والتيار المستمر سالب القطبية (DCEN) والتيار المتردد، مع استخدام أنواع مختلفة من قضبان اللحام لتناسب التيار المطلوب. ^{[ 95 ]}

يمكن استخدام التيار المستمر أو التيار المتردد في عمليات اللحام التي لا تتطلب استهلاكًا للأقطاب الكهربائية، مثل لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل (TIG). يُجرى لحام TIG على الفولاذ عادةً باستخدام تيار مستمر ذي قطب سالب (DCEN)، مما يمنع الحرارة الشديدة من إذابة القطب. ^{[ 96 ]} مع استخدام قطب كهربائي أكبر وأكثر مقاومة للحرارة، يمكن استخدام تيار مستمر ذي قطب موجب (DCEP) أو التيار المتردد لبعض المعادن مثل المغنيسيوم، حيث تعمل الإلكترونات التي تقصف قطعة العمل على تنظيف المعدن من خلال تكسير أكاسيد السطح عبر عملية الحفر الكهربائي . ^{[ 97 ]}

يُنتج اللحام ذو القطبية السالبة (DCEN) لحامًا أعمق وأكثر اختراقًا في عمليات اللحام التي لا تستخدم أقطابًا قابلة للاستهلاك. ^{[ 98 ]} وعلى عكس المتوقع، يوفر اللحام ذو القطبية الموجبة (DCEP) اختراقًا أكبر في عمليات اللحام التي تستخدم أقطابًا قابلة للاستهلاك. وينصهر القطب القابل للاستهلاك، مثل قضيب اللحام، في حوض اللحام وينقل الحرارة إلى قطعة العمل. ^{[ 99 ]}

لحام المقاومة

تُولّد عملية اللحام بالمقاومة حرارةً ناتجةً عن المقاومة الكهربائية في المعادن الأساسية. يُستخدم قطبان كهربائيان في آنٍ واحد لضغط الصفائح المعدنية معًا وتمرير التيار الكهربائي عبرها. تُصنع الأقطاب الكهربائية من مادة عالية التوصيل، وعادةً ما تكون النحاس. تؤدي المقاومة العالية في المعادن الأساسية إلى تكوّن برك صغيرة من المعدن المنصهر في منطقة اللحام عند مرور تيار كهربائي عالٍ (1000-100000 أمبير ). ^{[ 100 ]}

تُعدّ لحام المقاومة النقطي طريقة شائعة لربط الصفائح المعدنية المتداخلة التي يصل  سمكها إلى 3 مم. تشمل مزايا هذه الطريقة كفاءة استخدام الطاقة ، والحدّ من تشوّه قطعة العمل، وارتفاع معدلات الإنتاج، وسهولة التشغيل الآلي، وعدم الحاجة إلى مواد حشو. إلا أن قوة اللحام أقل بكثير من طرق اللحام الأخرى، مما يجعل هذه العملية مناسبة لتطبيقات محددة فقط. تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في صناعة السيارات، حيث يمكن أن تحتوي السيارات العادية على آلاف اللحامات النقطية التي تُجرى بواسطة الروبوتات الصناعية . بشكل عام، تُعدّ طرق لحام المقاومة فعّالة وتُسبّب تلوثًا ضئيلاً، ولكن تطبيقاتها محدودة نوعًا ما، وقد تكون تكلفة المعدات مرتفعة. يمكن استخدام عملية متخصصة تُسمى لحام الطلقات للحام الفولاذ المقاوم للصدأ. ^{[ 100 ]}

تعتمد لحام التماس أيضًا على قطبين كهربائيين لتطبيق الضغط والتيار لربط الصفائح المعدنية. ولكن بدلًا من الأقطاب المدببة، تتدحرج أقطاب دائرية الشكل على قطعة العمل، وغالبًا ما تغذيها، مما يتيح إمكانية عمل لحامات طويلة متواصلة. في الماضي، استُخدمت هذه العملية في صناعة علب المشروبات، ولكن استخداماتها الآن محدودة. ^{[ 100 ]} تشمل طرق لحام المقاومة الأخرى اللحام التناكبي ، ^{[ 101 ]} ولحام الوميض ، ولحام الإسقاط ، ولحام التشكيل . ^{[ 100 ]}

اللحام بالحالة الصلبة

على غرار اللحام بالدق (أقدم عملية لحام تم اكتشافها)، لا تتضمن بعض طرق اللحام الحديثة صهر المواد المراد لحامها. ومن أكثرها شيوعًا اللحام بالموجات فوق الصوتية ، الذي يُستخدم لربط الصفائح أو الأسلاك الرقيقة المصنوعة من المعدن أو البلاستيك الحراري عن طريق اهتزازها بتردد عالٍ وتحت ضغط عالٍ. ^{[ 104 ]} وتتشابه المعدات والأساليب المستخدمة مع تلك المستخدمة في لحام المقاومة، ولكن بدلًا من التيار الكهربائي، يُستخدم الاهتزاز كمصدر للطاقة. عند لحام المعادن، تُطبَّق الاهتزازات أفقيًا، ولا تنصهر المواد؛ أما مع البلاستيك، الذي يجب أن تكون له درجات انصهار متقاربة، فتُطبَّق رأسيًا. يُستخدم اللحام بالموجات فوق الصوتية بشكل شائع في عمل التوصيلات الكهربائية من الألومنيوم أو النحاس، وهو أيضًا عملية لحام شائعة جدًا للبوليمرات. ^{[ 104 ]}

تُعدّ عملية اللحام بالانفجار عملية شائعة أخرى ، وتتضمن وصل المواد عن طريق دفعها معًا تحت ضغط عالٍ للغاية. تعمل الطاقة الناتجة عن الصدمة على تليين المواد، مما يُشكّل لحامًا، على الرغم من توليد كمية محدودة فقط من الحرارة. تُستخدم هذه العملية عادةً في لحام المواد المختلفة، بما في ذلك ربط الألومنيوم بالفولاذ الكربوني في هياكل السفن، وربط الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم بالفولاذ الكربوني في أوعية الضغط البتروكيماوية. ^{[ 104 ]}

تشمل عمليات اللحام الأخرى في الحالة الصلبة اللحام الاحتكاكي (بما في ذلك اللحام الاحتكاكي التحريكي واللحام الاحتكاكي التحريكي الموضعي )، ^{[ 105 ]} واللحام النبضي المغناطيسي ، ^{[ 106 ]} واللحام بالبثق المشترك، واللحام البارد ، والربط الانتشارى ، واللحام الطارد للحرارة ، واللحام عالي التردد ، واللحام بالضغط الساخن، واللحام الحثي ، والربط بالدرفلة . ^{[ 104 ]}

يمكن تحضير اللحامات هندسيًا بطرق عديدة. الأنواع الخمسة الأساسية لوصلات اللحام هي: وصلة التماس، ووصلة التراكب، ووصلة الزاوية، ووصلة الحافة، ووصلة حرف T (ومن أنواعها وصلة الصليب ). توجد أنواع أخرى أيضًا، فمثلاً، تتميز وصلات التحضير على شكل حرف V المزدوج بأن قطعتي المادة تتناقصان تدريجيًا إلى نقطة مركزية واحدة عند منتصف ارتفاعهما. كما تُعد وصلات التحضير على شكل حرف U المفرد والمزدوج شائعة نسبيًا، ولكن بدلاً من الحواف المستقيمة كما في وصلات التحضير على شكل حرف V المفرد والمزدوج، تكون حوافها منحنية لتشكل شكل حرف U. غالبًا ما تتكون وصلات التراكب من أكثر من قطعتين، فبحسب العملية المستخدمة وسماكة المادة، يمكن لحام عدة قطع معًا في وصلة تراكب. ^{[ 107 ]}

تتطلب العديد من عمليات اللحام استخدام تصميم وصلة محدد؛ فعلى سبيل المثال، يُستخدم لحام المقاومة النقطية، ولحام شعاع الليزر، ولحام شعاع الإلكترون بشكل شائع في وصلات التراكب. أما طرق اللحام الأخرى، مثل لحام القوس المعدني المحمي، فهي متعددة الاستخدامات للغاية ويمكنها لحام أي نوع من الوصلات تقريبًا. كما يمكن استخدام بعض العمليات لعمل لحامات متعددة الطبقات، حيث يُترك اللحام الأول ليبرد، ثم يُجرى لحام آخر فوقه. وهذا يسمح بلحام المقاطع السميكة المرتبة في وصلة تحضيرية على شكل حرف V واحد، على سبيل المثال. ^{[ 108 ]}

بعد اللحام، يمكن تحديد عدة مناطق متميزة في منطقة اللحام. يُطلق على منطقة اللحام نفسها اسم منطقة الانصهار، وتحديدًا، هي المنطقة التي وُضع فيها معدن الحشو أثناء عملية اللحام. تعتمد خصائص منطقة الانصهار بشكل أساسي على معدن الحشو المستخدم ومدى توافقه مع المواد الأساسية. تُحيط بها المنطقة المتأثرة بالحرارة ، وهي المنطقة التي تغيرت بنيتها المجهرية وخصائصها بفعل اللحام. تعتمد هذه الخصائص على سلوك المادة الأساسية عند تعرضها للحرارة. غالبًا ما يكون المعدن في هذه المنطقة أضعف من كلٍّ من المادة الأساسية ومنطقة الانصهار، كما أنها المنطقة التي تتواجد فيها الإجهادات المتبقية. ^{[ 109 ]}

تؤثر عوامل عديدة ومختلفة على قوة اللحامات والمواد المحيطة بها، بما في ذلك طريقة اللحام، وكمية وتركيز الطاقة المدخلة، وقابلية لحام المادة الأساسية، ومادة الحشو، ومادة التدفق، وتصميم الوصلة، والتفاعلات بين كل هذه العوامل. ^{[ 110 ]}

لاختبار جودة اللحام، تُستخدم عادةً طرق الاختبار التدميرية وغير التدميرية للتحقق من خلو اللحامات من العيوب، وأن مستويات الإجهادات المتبقية والتشوه فيها مقبولة، وأن خصائص المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) مقبولة. تشمل أنواع عيوب اللحام الشقوق، والتشوه، والشوائب الغازية (المسامية)، والشوائب غير المعدنية، وعدم الانصهار، وعدم اكتمال الاختراق، والتمزق الصفائحي، والتقويض. ^{[ 110 ]}

وضعت صناعة تشكيل المعادن قوانين ومواصفات لإرشاد اللحامين ومفتشي اللحام والمهندسين والمديرين ومالكي العقارات بشأن تقنيات اللحام الصحيحة، وتصميم اللحامات، وكيفية تقييم جودة مواصفات إجراءات اللحام ، وكيفية تقييم مهارة الشخص الذي يقوم باللحام، وكيفية ضمان جودة عملية اللحام. ^{[ 110 ]}

إطالة العمر باستخدام طرق ما بعد العلاج

يمكن للعديد من المعالجات اللاحقة للحام أن تزيد من قوة اللحام. يعمل تجليخ اللحام على تسوية سطحه، مما يُحسّن انتقال الإجهاد بين اللحام والمعدن الأساسي، وبالتالي يزيد من عمر الوصلة المقاوم للإجهاد. ^{[ 116 ]} أما الطرق بالدق في منطقة اللحام، أو ضربها، فيضغط السطح، مما يقلل الإجهادات الداخلية ويُحسّن مقاومة التآكل. ^{[ 117 ]} ويعتمد الطرق بالدق على ضرب المعدن بوابل من كريات معدنية مستديرة، تشبه طلقات الخرطوش داخل خرطوشة البندقية، ^{[ 118 ]} وهو أكثر فعالية من الطرق بالمطرقة. ^{[ 119 ]} وهناك معالجة أخرى تضغط اللحام عن طريق الصدم، وهي المعالجة بالصدم عالي التردد (HFMI)، حيث تعمل الصدمات السريعة على تنعيم سطح اللحام وتصليده. ^{[ 120 ]} وتُعد المعالجة بالصدم فوق الصوتي شكلاً من أشكال المعالجة بالصدم عالي التردد، حيث تجمع بين الصدم الميكانيكي والاهتزاز فوق الصوتي. ^{[ 121 ]}

تتكون معظم المواد الهندسية من مواد صلبة بلورية حيث يتم ترتيب الذرات أو الأيونات في نمط هندسي متكرر يُعرف باسم بنية الشبكة ، مع وجود استثناءات ملحوظة في الزجاج والبوليمرات غير المتبلورة. ^{[ 122 ]}

ينشأ تماسك المواد الصلبة البلورية من الروابط الكيميائية المتكونة بين الذرات. تُصنف الروابط الكيميائية عادةً إلى روابط أيونية وروابط تساهمية . في الرابطة الأيونية، ينفصل إلكترون عن ذرة ويرتبط بذرة أخرى لتكوين أيونات ذات شحنات معاكسة . ^{[ 122 ]} أما الرابطة التساهمية فتحدث عندما تتشارك ذرتان أو أكثر الإلكترونات. في كلتا الرابطتين الأيونية والتساهمية، تكون مواقع الأيونات والإلكترونات مقيدة بالنسبة لبعضها البعض، مما يجعل هذه المواد هشة بطبيعتها. ^{[ 122 ]}

الرابطة المعدنية نوع من الروابط الكيميائية التي تحدث بين ذرات المعادن. تفقد الذرات إلكترونات تتشاركها مجموعة من الأيونات الموجبة. هذه الإلكترونات المتحركة حرة الحركة عبر شبكة الأيونات. وهذا ما يمنح المعادن موصليتها الحرارية والكهربائية العالية نسبيًا، ويجعلها مطاوعة بشكل مميز ، أي قادرة على الانحناء قبل التصدع. ^{[ 122 ]} تُعد المطاوعة عاملًا مهمًا في ضمان سلامة الهياكل، إذ تُمكّنها من تحمل تركيزات الإجهاد الموضعية دون انكسار. إضافةً إلى ذلك، يجب أن تتمتع الهياكل بقوة مقبولة، وهي مرتبطة بقوة خضوع المادة . عمومًا، كلما زادت قوة خضوع المادة، انخفضت مقاومتها للكسر . ^{[ 122 ]}

قد يُعزى انخفاض مقاومة الكسر أيضًا إلى تأثير التقصف الناتج عن الشوائب، أو بالنسبة للمعادن ذات التركيب المكعب المتمركز في الجسم، إلى انخفاض درجة الحرارة. تتميز العديد من المعادن، وخاصة الفولاذ، بنطاق درجة حرارة انتقالي تتمتع فيه بليونة مقبولة عند الكسر، وتصبح هشة تحته. ضمن منطقة الانتقال، يصبح سلوك الكسر أقل قابلية للتنبؤ. ويصاحب انخفاض مقاومة الكسر تغير في مظهر الكسر. فعند تجاوز درجة الحرارة الانتقالية، يكون الكسر ناتجًا بشكل أساسي عن اندماج الفراغات الدقيقة، مما يؤدي إلى ظهور الكسر بشكل ليفي . وعند انخفاض درجة الحرارة، يُظهر الكسر علامات على وجود أسطح انفلاق. هذان المظهران مرئيان بالعين المجردة. قد يظهر الكسر الهش في صفائح الفولاذ على شكل علامات على شكل حرف V. تشير هذه الحواف الشبيهة بالأسهم على سطح الشق إلى منشأ الكسر. ^{[ 122 ]}

تُقاس مقاومة الكسر باستخدام عينات قياسية مشقوقة ومُعرَّضة للإجهاد، وتُحدد أبعادها بمعايير مثل ASTM E399. كما يمكن تقييم مقاومة الكسر وخصائص المتانة ذات الصلة باستخدام:

• اختبار شاربي للصدمات وفقًا لمعيار ASTM A370،
• اختبار إزاحة فتحة طرف الشق (CTOD) وفقًا للمعيار البريطاني BS 7448-1،
• اختبار التكامل J وفقًا لمعيار ASTM E1820، و
• اختبار بيليني للوزن الساقط وفقًا لمعيار ASTM E208. ^{[ 122 ]}

بينما تُجرى العديد من تطبيقات اللحام في بيئات مُحكمة كالمصانع وورش الإصلاح، تُستخدم بعض عمليات اللحام على نطاق واسع في ظروف متنوعة، كالهواء الطلق، وتحت الماء، وفي الفراغ (كالفضاء). في تطبيقات الهواء الطلق، كالبناء والإصلاحات الخارجية، يُعدّ لحام القوس المعدني المحمي العملية الأكثر شيوعًا. لا يُمكن استخدام العمليات التي تستخدم الغازات الخاملة لحماية اللحام بسهولة في مثل هذه الحالات، لأن حركات الغلاف الجوي غير المتوقعة قد تُؤدي إلى لحام غير سليم. يُستخدم لحام القوس المعدني المحمي أيضًا بكثرة في اللحام تحت الماء في بناء وإصلاح السفن والمنصات البحرية وخطوط الأنابيب، ولكن هناك أنواع أخرى شائعة أيضًا، مثل لحام القوس ذي القلب المتدفق ولحام القوس بالغاز الخامل. يُمكن أيضًا اللحام في الفضاء، وقد جُرّب لأول مرة عام 1969 من قِبل رواد فضاء روس خلال مهمة سويوز 6 ، عندما أجروا تجارب لاختبار لحام القوس المعدني المحمي، ولحام قوس البلازما، ولحام شعاع الإلكترون في بيئة منخفضة الضغط. أُجريت المزيد من الاختبارات على هذه الأساليب في العقود اللاحقة، ويواصل الباحثون اليوم تطوير أساليب لاستخدام عمليات لحام أخرى في الفضاء، مثل لحام شعاع الليزر، ولحام المقاومة، ولحام الاحتكاك. وقد تكون التطورات في هذه المجالات مفيدةً لمشاريع مستقبلية مماثلة لبناء محطة الفضاء الدولية ، والتي يمكن أن تعتمد على اللحام لربط الأجزاء المصنعة على الأرض في الفضاء. ^{[ 123 ]}

قد يكون اللحام خطيرًا وغير صحي إذا لم تُتخذ الاحتياطات اللازمة. ^{[ 124 ]} تشمل المخاطر المحتملة على السلامة الأبخرة، والأشعة فوق البنفسجية، والحرارة، والتيارات الكهربائية، والاهتزازات. ^{[ 125 ]} تُقلل التقنيات الحديثة، وممارسات العمل الآمنة، ووسائل الحماية المناسبة من مخاطر الإصابة أو الوفاة الناتجة عن اللحام. ^{[ 126 ]} قد يُعرّض اللحام على الفولاذ المقاوم للصدأ وأنواع الفولاذ الأخرى المحتوية على الكروم العمال لمركبات الكروم سداسي التكافؤ . تُصنّف إدارة السلامة والصحة المهنية هذا النوع من العمل الساخن كمصدر رئيسي للتعرض المهني للكروم سداسي التكافؤ؛ وهو مادة مسرطنة، ويمكن أن يؤثر على الجهاز التنفسي، والكلى، والكبد، والجلد، والعينين. ^{[ 127 ]}

نظراً لأن العديد من عمليات اللحام الشائعة تتضمن استخدام لهب مكشوف أو قوس كهربائي، فإن خطر الحروق والحرائق يكون كبيراً؛ ولهذا السبب تُصنف هذه العملية ضمن عمليات اللحام التي تتطلب استخدام مواد ساخنة . وللوقاية من الإصابات، يرتدي اللحامون معدات الوقاية الشخصية ، مثل القفازات الجلدية السميكة والسترات الواقية ذات الأكمام الطويلة، لتجنب التعرض للحرارة الشديدة واللهب. ويُمنع ارتداء الملابس المصنوعة من الألياف الصناعية، كالبوليستر. ^{[ 128 ]} يُعد الصوف أقل قابلية للاشتعال من القطن، ولكن الأقمشة القطنية الكثيفة، كالدنيم، لا تزال مناسبة للملابس. مع ذلك، فإن أي مادة منصهرة تتناثر على المواد الصناعية ستؤدي إلى ذوبانها مباشرةً عبر النسيج، مما يُسبب حروقاً بالغة. ^{[ 129 ]} يُشكل استخدام الغازات المضغوطة واللهب في العديد من عمليات اللحام خطر الانفجار والحريق. ومن بين الاحتياطات الشائعة الحد من كمية الأكسجين في الهواء، وإبعاد المواد القابلة للاشتعال عن مكان العمل. ^{[ 130 ]}

تُنتج عملية اللحام بالقوس الكهربائي ضوءًا مرئيًا وأشعة فوق بنفسجية شديدة. يبلغ الإشعاع الناتج عن اللحام النموذجي بالقوس المعدني الغازي 5 واط/م² ^{بالنسبة} للحام، وهو أعلى بكثير من ضوء الشمس. ^{[ 131 ]} قد يُسبب هذا حالة تُعرف باسم " عين القوس" أو "حروق الوميض"، حيث تُسبب الأشعة فوق البنفسجية التهابًا في القرنية ، وقد تُؤدي إلى حروق في شبكية العين. وللوقاية من هذا التعرض، تُستخدم خوذات اللحام المزودة بألواح وجه داكنة مُرشحة للأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 132 ]} تحتوي العديد من الخوذات على لوح وجه يُصبح داكنًا تلقائيًا، حيث يُصبح داكنًا فورًا عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية الشديدة. ^{[ 133 ]} ولحماية المارة، غالبًا ما تُحاط منطقة اللحام بستائر لحام شفافة. هذه الستائر، المصنوعة من غشاء بلاستيكي من كلوريد البولي فينيل ، تُوفر الحماية للأشخاص خارج منطقة اللحام من الأشعة فوق البنفسجية للقوس الكهربائي، ولكنها لا تُغني عن الزجاج المُرشح المُستخدم في الخوذات. ^{[ 134 ]} كما يُمكن أن تُسبب هذه الأشعة حروقًا للجلد المُعرض لها. ^{[ 135 ]} نظرًا لانخفاض شدة الضوء الناتج في لحام الأكسجين والوقود، فإن النظارات الواقية التي تستخدم ترشيحًا أقل للأشعة فوق البنفسجية ولا تغطي الوجه بالكامل تكون كافية. ^{[ 136 ]}

بحسب نوع المادة، وأنواع اللحام، وعوامل أخرى، قد يُنتج اللحام  ضوضاءً تتجاوز 100 ديسيبل (A). ^{[ 137 ]} عند تجاوز مستوى الضوضاء 85  ديسيبل (A)، يُنصح بارتداء سدادات الأذن. ^{[ 138 ]} التعرض طويل الأمد أو المستمر لمستويات ديسيبل أعلى قد يؤدي إلى فقدان السمع الناتج عن الضوضاء . ^{[ 139 ]} تُؤتمت العمليات التي تُنتج اهتزازات كافية لتخدير يدي اللحام لأن معدات الوقاية الشخصية لا توفر الحماية الكافية. ^{[ 140 ]}

يتعرض عمال اللحام في كثير من الأحيان لجزيئات وغازات قد تكون ضارة ، مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والأوزون. يمكن للتهوية الطبيعية أن تخفض مستويات معظم هذه الغازات، ولكن بدون تهوية فعالة وأجهزة تنفس مزودة بمرشحات للأوزون، فمن المرجح أن تتجاوز مستويات الأوزون الحدود الآمنة. ^{[ 141 ]} وتنتج عمليات مثل لحام القوس الكهربائي ذي القلب المتدفق ولحام القوس المعدني المحمي دخانًا يحتوي على جزيئات من أنواع مختلفة من الأكاسيد . ^{[ 130 ]}

يؤثر حجم جزيئات الهباء الجوي على سمية الأبخرة، حيث تشكل الجزيئات الأصغر خطراً أكبر. ^{[ 130 ]} يتراوح حجم معظم جزيئات أبخرة اللحام بين 100 نانومتر (نانومتر) و1 ميكرومتر (ميكرومتر). ويمكن استنشاقها بسهولة، حيث تستقر في أنسجة الشم والجهاز التنفسي. ^{[ 142 ]} من المرجح أن تلتصق الجزيئات التي يبلغ قطرها 10 ميكرومتر أو أكبر بالمخاط المبطن للأنف والحلق، حيث يمكن طردها مع السعال والعطس. ^{[ 143 ]} أما الجزيئات التي يقل قطرها عن 10 ميكرومتر، فيمكنها الوصول إلى الرئتين. ومع انخفاض قطر الجزيء، يزداد معدل ترسبه في الحويصلات الهوائية. ^{[ 144 ]} يمكن أن تُحتبس الجسيمات النانوية في البلاعم السنخية للرئتين. ^{[ 145 ]} وقد ينتج عن ذلك تليف الرئة، وهو تندب أنسجة الرئة، والذي قد يتطور إلى سرطان الرئة. ^{[ 146 ]} يمكن للجسيمات متناهية الصغر التي يقل قطرها عن 0.1 ميكرومتر أن تعبر الحاجز الدموي الدماغي وتسبب آثارًا عصبية ضارة. ^{[ 147 ]} قد يصل حجم الجسيمات في أبخرة اللحام إلى 0.005 ميكرومتر. يؤثر كل من التدفق والحرارة والتيار الكهربائي ونوع المعدن على كمية وحجم جسيمات الأبخرة القابلة للاستنشاق. ^{[ 148 ]}

قد يؤدي التعرض لأبخرة لحام المنغنيز ، على سبيل المثال، حتى بمستويات منخفضة (<0.2  ملغم/م³ ^{) ، إلى مشاكل عصبية أو تلف في الرئتين أو الكبد أو الكلى أو الجهاز العصبي المركزي. [ 149 ]} وفي دراسة أجريت عام 2006، عُرِّضت الفئران لأبخرة لحام مُحاكاة (رذاذ أكسيد المنغنيز) وتُتَبَّع مسار الملوثات من وجودها الأولي في البصلة الشمية إلى الجسم المخطط والقشرة المخية والمخيخ. ^{[ 150 ]}

توجد تقنيات عديدة للحد من مخاطر أبخرة اللحام. تعمل أنظمة التهوية الموضعية (LEV) على إزالة الأبخرة والدخان والغبار مباشرةً من منطقة اللحام. تشمل أنواع أنظمة التهوية الموضعية طاولات سحب الهواء السفلي، وأغطية شفط الأبخرة، ومسدسات اللحام المزودة بخاصية شفط الأبخرة. تحتوي طاولات سحب الهواء السفلي على قنوات تهوية أسفل طاولة اللحام المعدنية. أما مسدسات شفط الأبخرة، فتستخدم خرطوم شفط يمتد إلى فوهة اللحام. ويمكن وضع أغطية شفط الأبخرة المتحركة مباشرةً فوق منطقة اللحام. ^{[ 151 ] [ 152 ]} وحتى مع وجود التهوية، لا تزال هناك مخاطر تنفسية يمكن لأجهزة التنفس تقليلها بشكل أكبر. وقد أظهرت الدراسات أن أجهزة التنفس، مثل أجهزة التنفس المطاطية نصف القناع وأجهزة التنفس المزودة بفلتر هواء ، تقلل بشكل ملحوظ من استنشاق الجسيمات. ^{[ 153 ]}

تُعدّ تكلفة اللحام، كعملية صناعية، عاملاً حاسماً في قرارات التصنيع. وتؤثر متغيرات عديدة على التكلفة الإجمالية، بما في ذلك تكلفة المعدات، وتكلفة العمالة، وتكلفة المواد، وتكلفة الطاقة . ^{[ 154 ]} وتختلف تكلفة المعدات باختلاف العملية، من منخفضة التكلفة في طرق مثل لحام القوس المعدني المحمي ولحام الأكسجين والوقود ، إلى باهظة التكلفة في طرق مثل لحام شعاع الليزر ولحام شعاع الإلكترون. ونظراً لتكلفتها العالية، لا تُستخدم هذه الطرق إلا في عمليات الإنتاج الضخمة. وبالمثل، ولأن الأتمتة والروبوتات تزيد من تكاليف المعدات، لا يتم تطبيقها إلا عند الحاجة إلى إنتاج ضخم. وتعتمد تكلفة العمالة على معدل الترسيب (معدل اللحام)، والأجر بالساعة، وإجمالي وقت التشغيل، بما في ذلك الوقت المستغرق في تركيب القطعة ولحامها ومناولتها. وتشمل تكلفة المواد تكلفة المادة الأساسية ومادة الحشو، وتكلفة غازات الحماية. وأخيراً، تعتمد تكلفة الطاقة على مدة القوس الكهربائي واستهلاك طاقة اللحام. ^{[ 154 ]}

في طرق اللحام اليدوي، تشكل تكاليف العمالة عادةً الجزء الأكبر من التكلفة الإجمالية. ونتيجةً لذلك، تركز العديد من تدابير توفير التكاليف على تقليل وقت التشغيل. ولتحقيق ذلك، يمكن اختيار إجراءات لحام ذات معدلات ترسيب عالية، وضبط معايير اللحام بدقة لزيادة سرعة اللحام. غالبًا ما يتم تطبيق الميكنة والأتمتة لتقليل تكاليف العمالة، ولكن هذا غالبًا ما يزيد من تكلفة المعدات ويؤدي إلى وقت إعداد إضافي. تميل تكاليف المواد إلى الارتفاع عند الحاجة إلى خصائص خاصة، وعادةً لا تتجاوز تكاليف الطاقة نسبة مئوية قليلة من إجمالي تكلفة اللحام. ^{[ 154 ]}

في السنوات الأخيرة، ولتقليل تكاليف العمالة في عمليات التصنيع ذات الإنتاج الضخم، أصبحت عمليات اللحام الصناعية أكثر آلية، لا سيما مع استخدام الروبوتات في لحام المقاومة النقطي (خاصة في صناعة السيارات) وفي لحام القوس الكهربائي. في لحام الروبوت، تقوم أجهزة ميكانيكية بتثبيت المادة وإجراء عملية اللحام ^{[ 155 ]} . في البداية، كان لحام المقاومة النقطي هو التطبيق الأكثر شيوعًا، لكن لحام القوس الكهربائي الروبوتي يزداد شعبية مع تقدم التكنولوجيا. تشمل مجالات البحث والتطوير الرئيسية الأخرى لحام المواد المختلفة (مثل الفولاذ والألومنيوم، على سبيل المثال) وعمليات اللحام الجديدة، مثل اللحام الاحتكاكي التحريكي، واللحام النبضي المغناطيسي، واللحام الحراري التوصيلي، واللحام الهجين بالليزر. علاوة على ذلك، يُسعى إلى إحراز تقدم في جعل طرق أكثر تخصصًا، مثل لحام شعاع الليزر، عملية لتطبيقات أوسع، كما هو الحال في صناعات الطيران والفضاء والسيارات. يأمل الباحثون أيضًا في فهم أفضل لخصائص اللحامات التي غالبًا ما تكون غير متوقعة، وخاصة البنية المجهرية، والإجهادات المتبقية ، وميل اللحام إلى التشقق أو التشوه ^{[ 156 ] .}

يُشكل التوجه نحو تسريع وتيرة اللحام في صناعة تركيب الهياكل الفولاذية خطرًا على سلامة الوصلة. فبدون اندماجٍ كافٍ مع المواد الأساسية، بفضل مدة اللحام الكافية، لا يستطيع مفتش المشروع ضمان القطر الفعال للحام، وبالتالي لا يمكنه ضمان قدرات التحميل المنشورة إلا إذا شهد عملية التركيب الفعلية. ^{[ 157 ]} وقد أصبحت لحامات القوس الكهربائي النقطية، المعروفة أيضًا بلحامات البركة، طريقة شائعة لربط ألواح الصلب بعوارض التسليح . ^{[ 158 ]} ووفقًا لجمعية اللحام الأمريكية ، يجب أن تقتصر لحامات القوس الكهربائي النقطية على لحام صفائح الصلب بالعناصر الإنشائية الداعمة في الوضع الأفقي، بسماكة إجمالية للصفائح أقل من 3.8 مم (0.15 بوصة ) . ^{[ 159 ]} وتشير التجارب إلى أن المعادلات المنشورة لحساب قوة لحام القوس الكهربائي النقطي قد تُبالغ في تقدير قوة الترابط، وفي أغلب الأحيان تُقلل من شأنها. ^{[ 160 ]} 

تنقسم المواد البلاستيكية عمومًا إلى فئتين رئيسيتين: "المواد المتصلبة حراريًا" و"المواد البلاستيكية الحرارية". المواد المتصلبة حراريًا هي مواد بلاستيكية تتكون روابطها الجزيئية بفعل تفاعل كيميائي بعد تشكيلها، ولا يمكن كسر هذه الروابط مرة أخرى دون تدهور المادة. لا يمكن صهر المواد المتصلبة حراريًا، وبالتالي، بمجرد تصلبها، يستحيل لحامها. ومن أمثلة المواد المتصلبة حراريًا: الإيبوكسي ، والسيليكون ، والمطاط المُفلكن ، والبوليستر ، والبولي يوريثان . ^{[ 161 ]}

على النقيض من ذلك، تُشكّل اللدائن الحرارية سلاسل جزيئية طويلة، غالبًا ما تكون ملتفة أو متشابكة، مُكوّنةً بنية غير متبلورة تفتقر إلى أي ترتيب بلوري بعيد المدى. قد تكون بعض اللدائن الحرارية غير متبلورة تمامًا، بينما يمتلك البعض الآخر بنية بلورية جزئيًا/غير متبلورة جزئيًا. تتميز كل من اللدائن الحرارية غير المتبلورة وشبه المتبلورة بدرجة حرارة انتقال زجاجي، يُمكن عندها حدوث اللحام، ولكن لللدائن شبه المتبلورة أيضًا درجة انصهار محددة أعلى من درجة حرارة الانتقال الزجاجي. عند تجاوز درجة الانصهار هذه، يتحول السائل اللزج إلى سائل انسيابي (انظر قابلية اللحام الريولوجية لللدائن الحرارية ). تشمل أمثلة اللدائن الحرارية البولي إيثيلين ، والبولي بروبيلين ، والبوليسترين ، وبولي فينيل كلوريد (PVC)، واللدائن الفلورية مثل التفلون والسبكترالون . ^{[ 161 ]}

لحام اللدائن الحرارية بالحرارة يشبه إلى حد كبير لحام الزجاج. يجب أولاً تنظيف البلاستيك ثم تسخينه حتى يصل إلى درجة حرارة التحول الزجاجي، مما يحول سطح اللحام إلى سائل لزج كثيف. بعد ذلك، يمكن ضغط سطحين ساخنين معًا، مما يسمح للجزيئات بالاختلاط من خلال الانتشار بين الجزيئات، وبالتالي دمجها معًا. ثم يُبرد البلاستيك حتى يصل إلى درجة حرارة التحول الزجاجي، مما يسمح للحام بالتصلب. غالبًا ما يُستخدم قضيب حشو لأنواع معينة من الوصلات. تكمن الاختلافات الرئيسية في لحام البلاستيك في أنواع طرق التسخين، وانخفاض درجات حرارة الانصهار بشكل كبير، وحقيقة أن البلاستيك يحترق عند تسخينه بشكل مفرط. تم ابتكار العديد من الطرق المختلفة لتسخين البلاستيك إلى درجة حرارة مناسبة للحام دون حرقه. يمكن استخدام الأفران أو أدوات التسخين الكهربائية لصهر البلاستيك. ومن الطرق الأخرى التسخين بالموجات فوق الصوتية أو الليزر أو الاحتكاك. يمكن أيضًا زرع معادن مقاومة في البلاستيك، والتي تستجيب للتسخين الحثي. تبدأ بعض أنواع البلاستيك بالاحتراق عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة التحول الزجاجي، لذا يمكن إجراء عملية اللحام عن طريق نفخ غاز خامل ساخن على البلاستيك، مما يؤدي إلى صهره مع حمايته في الوقت نفسه من الأكسجين. ^{[ 161 ]}

• وصلات من الألومنيوم
• أدوات التثبيت
• قائمة رموز اللحام
• قائمة عمليات اللحام
• قائمة أدوات اللحام وأعمال المعادن
• مواصفات إجراءات اللحام
• شهادة لحام
• منحوتة ملحومة
• طاولة اللحام