لحام الفولاذ 101: لماذا يمكن لحام الفولاذ منخفض الكربون ولا يمكن لحام الفولاذ عالي الكربون؟

وفقاً للتركيب الكيميائي، يمكن تصنيف الصلب إلى نوعين رئيسيين: الصلب الكربوني وسبائك الصلب.

يصنف الفولاذ الكربوني إلى:

(ط) الصلب منخفض الكربون: محتوى الكربون < 0.25%
(ب) الصلب الكربوني المتوسط: المحتوى الكربوني 0.25 - 0.60%
(ج) الصلب عالي الكربون: محتوى الكربون > 0.60%

يحتوي الفولاذ منخفض الكربون، الذي يُشار إليه غالبًا باسم الفولاذ الطري، على أقل من 0.251 تيرابايت 3 تيرابايت من الكربون. ويتميز بقوة وصلابة وليونة منخفضة نسبياً. تشمل هذه الفئة معظم أنواع الفولاذ الهيكلي الكربوني العادي وبعض أنواع الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة. يُستخدم الفولاذ الطري عادةً في المكونات الإنشائية الهندسية التي لا تتطلب معالجة حرارية وفي الأجزاء الميكانيكية التي تحتاج إلى مقاومة التآكل، والتي يمكن تحقيقها من خلال الكربنة أو غيرها من معالجات تصلب السطح.

يوفر الفولاذ الكربوني المتوسط، الذي يحتوي على 0.251 تيرابايت إلى 0.601 تيرابايت إلى 0.601 تيرابايت، قابلية جيدة للعمل على الساخن وقابلية التشغيل الآلي ولكنه يتميز بضعف قابلية اللحام. ويتميز بقوة وصلابة أعلى مقارنةً بالفولاذ منخفض الكربون، ولكن يتميز بمرونة وصلابة أقل. يمكن استخدام الفولاذ متوسط الكربون مباشرة في أشكال مدرفلة على البارد أو مسحوبة على البارد، أو بعد المعالجة الحرارية دون معالجة إضافية.

عندما يتم إخماده وتلطيفه بشكل صحيح، يُظهر الفولاذ الكربوني المتوسط خواص ميكانيكية ممتازة بشكل عام. يمكن أن يحقق صلابة قصوى تبلغ HRC55 تقريبًا (ما يعادل HB538) وقوة شد تتراوح من 600 إلى 1100 ميجا باسكال. هذه الخصائص تجعل من الفولاذ الكربوني المتوسط المادة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع بين التطبيقات متوسطة القوة. ويستخدم على نطاق واسع في البناء وتصنيع المكونات الميكانيكية المختلفة.

الفولاذ عالي الكربون، الذي يحتوي على 0.60% إلى 1.70% من الكربون، ويُعرف أيضاً باسم فولاذ الأدوات. وهو مناسب للتبريد والتبريد ولكن قابليته للحام ضعيفة. محتوى الكربون مصمم خصيصاً لتطبيقات محددة:

• فولاذ كربوني 0.75%: يستخدم لأدوات الصدم مثل المطارق والعتلات
• 0.90% إلى 1.00% من الفولاذ الكربوني: يُستخدم في أدوات القطع مثل المثاقب، والصنابير، والمثاقب

يقدم كل صنف من الفولاذ الكربوني خصائص فريدة ويتم اختياره بناءً على المتطلبات المحددة للاستخدام، وموازنة عوامل مثل القوة والصلابة والليونة والقدرة على التشغيل الآلي.

مقارنة بين خصائص اللحام من الصلب منخفض الكربون والصلب عالي الكربون

مقارنة خواص اللحام للفولاذ منخفض الكربون والفولاذ عالي الكربون

تخضع قابلية لحام الفولاذ في المقام الأول لتركيبته الكيميائية، حيث يكون محتوى الكربون هو العامل الأكثر أهمية. في حين أن عناصر السبائك الأخرى يمكن أن تؤثر على قابلية اللحام، إلا أن تأثيرها أقل أهمية بشكل عام مقارنة بالكربون.

يُظهر الفولاذ منخفض الكربون (عادةً ما يكون أقل من 0.251 تيرابايت 3 تيرا بايت C) قابلية لحام ممتازة وغالبًا ما لا يتطلب احتياطات خاصة. ومع ذلك، عند اللحام في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، مع ألواح سميكة، أو للتطبيقات عالية الأداء، قد يكون من الضروري استخدام أقطاب كهربائية أساسية والتسخين المسبق. إذا كان محتوى الكربون والكبريت يقترب من الحد الأعلى للصلب منخفض الكربون، فيجب تنفيذ تدابير إضافية لمنع التشقق الحراري. وتشمل هذه التدابير استخدام مستهلكات لحام منخفضة الهيدروجين عالية الجودة، وتطبيق معالجات حرارية قبل وبعد اللحام، وتحسين تصميم الوصلة.

يكون الفولاذ متوسط الكربون (0.25-0.60% C) أكثر عرضة للتشقق الناتج عن اللحام، خاصةً مع زيادة محتوى الكربون. ويرجع ذلك إلى زيادة صلابة المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)، مما يزيد من خطر التشقق البارد ويقلل من قابلية اللحام الكلية. وبالإضافة إلى ذلك، يزداد محتوى الكربون في معدن اللحام بشكل متناسب مع المادة الأساسية، مما يزيد من تفاقم خطر التشقق.

إن وجود الكبريت في الفولاذ متوسط الكربون يمكن أن يزيد بشكل كبير من احتمالية التشقق الساخن أثناء اللحام. وللتخفيف من هذه المخاطر، من الضروري اختيار أقطاب كهربائية أساسية ذات خصائص مقاومة فائقة للتشقق. يمكن أيضًا أن يؤدي تنفيذ المعالجات الحرارية المناسبة قبل اللحام وبعده إلى تقليل ميول التشقق بشكل فعال من خلال إدارة الضغوط الحرارية والتغيرات في البنية المجهرية.

يمثل الفولاذ عالي الكربون (>0.60% C) أكثر خصائص اللحام تحديًا بسبب محتواه المرتفع من الكربون. وينتج عن ذلك ضغوط لحام عالية وزيادة كبيرة في خطر التشقق الساخن والبارد في منطقة HAZ. اللحامات في الفولاذ عالي الكربون معرضة بشكل خاص للتشقق الساخن مقارنةً بنظيراتها متوسطة الكربون. وبالتالي، نادرًا ما يُستخدم الفولاذ عالي الكربون في تصنيع اللحام العام ويقتصر في المقام الأول على التطبيقات المتخصصة مثل لحام الإصلاح أو التلبيس الصلب للمكونات المقاومة للتآكل.

تُعد المعالجة الحرارية بعد اللحام، خاصةً التقسية، ضرورية لجميع لحامات الفولاذ الكربوني، خاصةً تلك المصنوعة من الفولاذ متوسط وعالي الكربون. تعمل هذه العملية على تخفيف الضغوط المتبقية وتثبيت البنية المجهرية وتقليل خطر التشقق المتأخر بشكل كبير. يمكن أن يؤدي التقسية المناسبة إلى تحسين الخواص الميكانيكية والمتانة والأداء العام للمفصل الملحوم بشكل كبير.

لضمان الحصول على أفضل النتائج عند لحام الفولاذ الكربوني، من الضروري مراعاة عوامل مثل التسخين المسبق ودرجات الحرارة البينية، والتحكم في مدخلات الحرارة، واختيار معدن الحشو المناسب، ومعلمات المعالجة الحرارية بعد اللحام. يجب تصميم هذه المتغيرات بعناية وفقًا لمحتوى الكربون المحدد ومتطلبات التطبيق لتحقيق لحامات عالية الجودة وخالية من العيوب مع الخواص الميكانيكية المطلوبة.