تقنيات تكسية الأسلاك المزدوجة: التعمق في التصنيع الإضافي

تتميز عملية اللحام المتراكب بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة للمعدات، وتستخدم على نطاق واسع في تصنيع وإصلاح الأجزاء، وتعديل أسطح المواد، والإنتاج المرن للدفعات الصغيرة والمتوسطة من المكونات المعدنية.

في الاستخدام الفعلي للمعدات الهندسية تحت الأرض، تتعرض المعدات لقوى معقدة وظروف عمل قاسية.

على سبيل المثال، آلة حفر الأنفاق هي آلة حفر أنفاق تستخدم طريقة الدرع. أثناء استخدام ماكينة حفر الأنفاق تحت الأرض، فإن رأس القاطع والمكونات ذات الصلة مثل كتل حماية رأس القاطع، ومقعد القطع، ومقعد مكشطة الحافة تتعرض حتمًا للتآكل والتلف.

التراكب عملية اللحام لا يتم تطبيقه فقط على إعادة تصنيع وإصلاح المكونات البالية لرأس القاطع، ولكن أيضًا على إعداد المواد المضافة للطبقات المقاومة للتآكل والشبكات المقاومة للتآكل للأجزاء، من أجل زيادة مقاومة الأجزاء للتآكل. في الإنتاج الفعلي، من أجل تحسين كفاءة الإنتاج، غالبًا ما يتم استخدام تيار لحام أكبر.

ومع ذلك، نظرًا لقيود التراكب جودة اللحام، عندما يكون التيار كبيرًا جدًا، سيزداد معدل التخفيف، مما قد يتسبب في حدوث عيوب مثل فصل تركيبة السبيكة وفقدان المعدن السائل أثناء عملية اللحام بالتراكب.

على العكس، عندما يكون تيار اللحام في التراكب تطبيق اللحام صغيرة نسبيًا، سيؤدي ذلك إلى انخفاض كفاءة الإنتاج.

لقد كان اللحام بالأسلاك المزدوجة، كطريقة لحام فعالة، موضع اهتمام متزايد من قبل الناس. يمكن للحام السلك المزدوج أن يحقق معدل ترسيب لحام مرتفع، وكذلك تحسين تكوين وتبلور درز اللحام من خلال استخدام مجال درجة الحرارة والدورة الحرارية للحام السلك المزدوج، وبالتالي تعزيز البنية المجهرية وأداء طبقة اللحام المتراكبة.

ولذلك، فإن استكشاف تطبيق اللحام بالأسلاك المزدوجة في اللحام المتراكب، وتحقيق التوازن بين تشكيل وجودة اللحام المتراكب، وتحسين كفاءة الإنتاج الفعلية، لها أهمية كبيرة للتطبيق التقني العملي للحام المتراكب.

نظام تراكب اللحام التراكبي للتصنيع المضاف

إن مصدر طاقة اللحام المستخدم في التجربة هو QINEO PULSE 600 من CLOOS. عند استخدام ماكينة اللحام QINEO لإجراء اللحام بالتيار الصغير اللحام النبضي، الترشيش صغير والتشكيل جميل.

وبناءً على ذلك، تم تطوير عملية لحام السلك المزدوج التي لا تراعي جودة خط اللحام فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة ترسيب اللحام بشكل كبير. تتبنى معدات اللحام المزدوج السلكي هيكل مسدس السلك المزدوج، حيث يتم صهر السلكين باستمرار في نفس الحوض.

يوفر السلك الأمامي التسخين المسبق للسلك الخلفي، ويقوم السلك الخلفي بإعادة تسخين السلك الأمامي، مما يحسن البنية المجهرية وأداء طبقة اللحام المتراكبة.

نظرًا لأن السلكين معزولان عن بعضهما البعض، فمن الممكن استخدام مجموعة متنوعة من التركيبات المرنة والمتنوعة.

وهذا لا يسمح فقط بالتعديل المستقل لمعلمات السلكين ولكن يسمح أيضًا باختيار قطرين مختلفين ومواد مختلفة من الأسلاك وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة، وبالتالي تغطية مجموعة واسعة من التطبيقات.

يوضح الشكل 1 مبدأ عمل لحام حوض الانصهار المزدوج المشترك بالأسلاك المزدوجة.

وبالمقارنة مع اللحام بسلك واحد في التجربة، يتم تبديل الأسلاك المفردة والمزدوجة بحرية من خلال نظام اللحام بسلكين، بينما تظل طرق اللحام الأخرى وظروف الغاز الواقي دون تغيير.

في التجربة، يتم استخدام ماكينة اللحام QINEO PULSE 600 من CLOOS كجهاز لحام طاقة اللحام مصدر لإذابة سلك اللحام المتراكب، وتم تجهيز روبوت CLOOS بمسدس لحام مزدوج الأسلاك لضمان دقة حركة مسدس اللحام أثناء اللحام والتحكم في سرعة اللحام. تظهر بعض أجزاء نظام اللحام المتراكب والأجهزة في الشكل 2.

الطرق والعمليات التجريبية

المادة الأساسية المستخدمة في التجربة هي Q235 فولاذ، بسماكة 12 مم، وتظهر تركيبته الكيميائية الرئيسية في الجدول 1. تم استخدام سلك اللحام المقاوم للتآكل UTP AF ROBOTIC 600 في التجربة، بطراز DIN 8555: MSG 6-GF-60-GP، وتظهر تركيبته الكيميائية الرئيسية في الجدول 2. يبلغ قطر سلك اللحام 1.2 مم. الغاز الواقي المستخدم هو 80% Ar + 20% CO₂.

الجدول 1: التركيب الكيميائي للمادة الأساسية (جزء الكتلة) (%)

الجدول 2: التركيب الكيميائي لسلك اللحام (جزء الكتلة) (%)

معلمات اللحام التقليدية للحام بسلك واحد موضحة في الجدول 3.

الجدول 3: معلمات اللحام لحام التراكب

يظهر تأثير اللحام في الشكل 3، حيث يبلغ عرض اللحام 10.64 مم وارتفاع اللحام 3.43 مم وعمق الانصهار 1.13 مم.

بالنسبة لاختبار اللحام التراكبي المزدوج الأسلاك، فإن طريقة اللحام و غاز التدريع كانت الظروف متوافقة مع ظروف اللحام المتراكب بسلك واحد. كانت الاستطالة الجافة في التجربة 20 مم. باستخدام الطريقة التجريبية المتعامدة، تم تعديل تيار السلك الأمامي وتيار السلك الخلفي وسرعة اللحام لإجراء تجربة متعامدة ثلاثية العوامل وأربعة مستويات. تم الحصول على بيانات عرض اللحام وارتفاع اللحام من خلال مراقبة وقياس تشكيل اللحام. بعض معلمات اللحام وحجم اللحام موضحة في الجدول 4.

الجدول 4: معلمات اللحام للحام بالأسلاك المزدوجة

من خلال تحليل بيانات تيار اللحام وعرض اللحام وارتفاع اللحام للحام مزدوج الأسلاك، يمكن ملاحظة أنه عندما يتغير تيار اللحام وسرعة اللحام، مع الأخذ في الاعتبار تذبذب عرض اللحام وارتفاعه الناجم عن الاختلافات في تشكيل اللحام وأخطاء القياس، فإن التغير في ارتفاع اللحام ليس كبيرًا، في حين أن التغير في عرض اللحام يكون أكثر بروزًا.

عند الحفاظ على سرعة اللحام ثابتة عند 35 سم/دقيقة و40 سم/دقيقة و45 سم/دقيقة على التوالي، يتم تركيب العلاقة بين عرض اللحام وتيار السلك الأمامي/الخلفي بمعادلة سطحية.

دالة نموذج المعادلة السطحية الثابتة هي

في الصيغة

ذ - عرض اللحام (مم);
x1 - تيار السلك الأمامي (A);
x2 - تيار السلك الخلفي (A);
أ0، أ1، أ2، أ3، أ4، أ5 - المعاملات.

عندما تكون سرعات اللحام 35 سم/دقيقة و40 سم/دقيقة و45 سم/دقيقة، تكون المعاملات a3 وa4 وa5 في المعادلة 0 تقريبًا. عندما تكون السرعة 35 سم/دقيقة، تكون معادلة تركيب السطح هي

وبالتالي، يمكن الاستدلال على أن الحدود x1x2 وx12 وx22 في معادلة التركيب لها تأثير ضئيل نسبيًا على قيمة y.

باستخدام معادلة التركيب لاختبار البيانات التجريبية عند سرعات 40 سم/دقيقة و45 سم/دقيقة، وإدخال القيم الحالية للأسلاك الأمامية والخلفية للحصول على قيمة y، تظهر القيم المحسوبة ل y وعرض اللحام الفعلي خطأً موحدًا إلى حد ما.

يمكن الحصول على العلاقة بين عرض اللحام وتيار اللحام بالأسلاك المزدوجة من الصيغة (2)، كما هو موضح في الشكل 4.

وفقًا للصيغة (2)، يرتبط عرض اللحام ارتباطًا إيجابيًا بتيار السلكين الأمامي والخلفي، ويقترب من العلاقة الخطية، مع تأثير تيار السلك الخلفي أكبر. في عملية اللحام الفعلية، يكون للسلك الأمامي تأثير التسخين المسبق على السلك الخلفي، في حين أن السلك الخلفي له تأثير كبير على الحوض المنصهر.

يتأثر الحوض المنصهر بقوة قوس السلك الخلفي والحرارة المستمرة، مما يزيد من ميل تدفق السائل المعدني في الحوض المنصهر ويؤدي في النهاية إلى زيادة عرض اللحام.

عندما تكون تيارات اللحام للسطح المزدوج الأسلاك 140 أمبير و120 أمبير، وسرعة اللحام 30 سم/دقيقة، يكون عرض اللحام 10.73 مم، والارتفاع 3.23 مم، وعمق الاختراق 0.82 مم. تأثير التسطيح جيد، كما هو موضح في الشكل 5.

في هذا الوقت، يكون حجم السطح المزدوج السلكي مشابهًا لحجم السطح الأحادي السلك، ويكون عمق اختراق السطح المزدوج السلكي أقل عمقًا. يكون المنطقة المتأثرة بالحرارة تنخفض، وتقل درجة التفاعل مع المعدن الأساسي، وينخفض معدل التخفيف، وهو أمر مفيد لتحسين جودة التسطيح.

يتم زيادة سرعة اللحام بأكثر من 501 تيرابايت 3 تيرابايت مقارنةً بالسطح التقليدي أحادي السلك، مما يحسن كفاءة الإنتاج بشكل كبير.

اختبار البنية المجهرية وتحليلها:

بالنسبة لعينات التسطيح بسلك مزدوج وعينات التسطيح بسلك واحد، تم الحصول على عينة تسطيح 20 مم × 10 مم × 10 مم × 10 مم عن طريق القطع، وتم اختبار أدائها وتحليلها. تظهر معلمات اللحام في الجدول 5.

الجدول 5 معلمات اللحام الرئيسية للعينات

اختبار الصلابة الدقيقة

استُخدم جهاز اختبار الصلابة الجزئية من الصين من نوع 600HVS-1000AVT لإجراء اختبار الصلابة الجزئية على العينات. كان جهاز فيكرز إندنتر على شكل هرم رباعي الجوانب. كان الحمل 300 جرام (2.94 نيوتن) و100 جرام (98 نيوتن)، وكان زمن الثبات 15 ثانية.

تم قياس عينات اللحام بسلك مزدوج وعينات اللحام بسلك واحد على طول خط الانصهار، بدءًا من سطح اللحام كنقطة قياس أولية، مع فاصل زمني 1 مم لقياس النقطة.

تم إجراء قياسات متعددة في كل نقطة قياس، وتم الحصول على متوسط القيمة، مما أدى إلى الحصول على منحنى توزيع متوسط الصلابة الجزئية المقطعية (انظر الشكل 6).

من الشكل 6، يمكن ملاحظة أنه في موضع سطح اللحام، تتشابه قيم الصلابة لعينات اللحام بسلك مزدوج وعينات اللحام بسلك واحد.

من سطح حبة اللحام إلى مسافة 3 مم بعيدًا عن سطح حبة اللحام، تظل قيمة صلابة عينة اللحام المزدوج السلك على حالها بشكل أساسي، مع زيادة قيمة صلابة عينة اللحام المزدوج السلك 2 بشكل طفيف، بينما تنخفض قيمة صلابة عينة اللحام الأحادي السلك تدريجيًا.

على مسافة 3-5 مم من سطح حبة اللحام، تنخفض قيم صلابة عينات اللحام المزدوج السلك وعينات اللحام بسلك واحد بسرعة حتى تقترب من صلابة المصفوفة (140HV0.2).

من اختبار الصلادة الدقيقة، يمكن ملاحظة أن صلابة السطح لطبقة التسطيح لعينة اللحام المزدوج الأسلاك أعلى من 700HV0.2، مما يلبي متطلبات الصلابة لتطبيقات التسطيح الفعلية.

أثناء التسطيح بسلك واحد والتسطيح بسلك مزدوج، فإن عناصر السبائك لطبقة التسطيح تنتشر نحو المعدن الأساسي، وكلما اقتربت طبقة التسطيح من المعدن الأساسي، كلما كان انخفاض الصلابة أكثر وضوحًا.

من منحنى توزيع الصلابة، يمكن الاستدلال على أنه خلال عملية التسطيح بسلك واحد، تكون عملية الانتشار مستقرة نسبيًا، وتتأثر قيمة الصلابة بشكل كبير بالمسافة.

ومع اقتراب طبقة السطح من المعدن الأساسي، تنخفض قيمة الصلابة تدريجيًا.

في عملية التسطيح بالأسلاك المزدوجة، يؤدي استخدام مجالات درجة الحرارة والدورات الحرارية في اللحام بالأسلاك المزدوجة إلى تحسين عملية انتشار العنصر، وتحسين بنية وخصائص طبقة التسطيح، وضمن نطاق معين من المسافة من سطح طبقة التسطيح، تظل قيمة الصلابة دون تغيير بشكل أساسي.

اختبار أداء الاحتكاك والتآكل

تم إخضاع عينة التسطيح بسلك مزدوج وعينة التسطيح بسلك واحد لاختبارات التآكل الجاف المنزلق في نفس الظروف البيئية (درجة الحرارة: 28-30 درجة مئوية، والرطوبة: 60%) على ماكينة HT 1000 ذات الكرة على القرص.

تم اختيار كرة Si3N4 بقطر 4 مم للاختبار، وتم تثبيت الحمل عند 10 نيوتن، وتم تثبيت سرعة الانزلاق عند 59 مم/ثانية، وكان زمن التآكل 30 دقيقة. تم قياس مقدار التآكل باستخدام ميزان دقيق FA2104.

بملاحظة عملية الاختبار، وجد أنه في ظل الأحمال الأصغر والسرعات المنخفضة، شهدت عينة اللحام المزدوج السلك 2 فترة قصيرة من التآكل الخفيف الذي يجمع بين التآكل الكاشطة والتشوه البلاستيكي، ولكنها استقرت بعد حوالي دقيقة واحدة.

تغير اتجاه منحنى معامل الاحتكاك بشكل مماثل لعينة اللحام بسلك واحد. تذبذب معامل الاحتكاك في عينة اللحام المزدوج السلك 1 بشكل كبير، ودخلت عينة اللحام المزدوج السلك 3 مرحلة الحالة المستقرة للاحتكاك بعد فترة زمنية أطول.

كان معامل الاحتكاك في عينة اللحام بسلك واحد هو الأصغر، حيث كان يتأرجح حول 0.4، وكان معامل الاحتكاك في اللحام بسلك مزدوج 0.6-0.8.

ونظرًا لانخفاض درجة حرارة العينة، لم يلاحظ أي تآكل انصهار في أي من العينات. تظهر نتائج اختبار أداء الاحتكاك والتآكل في الشكل 7.

من الشكل 7 ب، يمكن ملاحظة أن عينة اللحام بالأسلاك المزدوجة لديها خسارة احتكاك صغيرة للغاية، في حين أن خسارة الاحتكاك في عينة اللحام بأسلاك مفردة تبلغ حوالي 1.5 جم.

تشير نتائج اختبار الاحتكاك وأداء التآكل إلى أنه بالمقارنة مع التسطيح بسلك واحد، فإن التسطيح بسلكين يؤدي إلى زيادة في معامل الاحتكاك وانخفاض في كمية التآكل.

الشكل 7: نتائج اختبار أداء الاحتكاك والتآكل للعينات.

اختبار الأداء الهيكلي لسطح التآكل

تآكل المواد عملية معقدة. وللتأكد من سبب فقدان كمية التآكل، تم إجراء تحليل مورفولوجي وتحليل مكونات السطح البالي لعينة اللحام المترسب بسلك مزدوج وعينة اللحام المترسب بسلك واحد بعد اختبار الاحتكاك باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح الضوئي ZeissSigma (SEM) والتحليل الطيفي المشتت للطاقة Smartedx (EDS).

تظهر في الشكل 8 صور SEM وEDS للسطح البالي لعينة اللحام المودعة بسلك مزدوج وعينة اللحام المودعة بسلك واحد بعد اختبار الاحتكاك.

يمكن أن نرى من الشكل 8 أن سطح عينة اللحام المزدوج السلك 1 يتكون أساسًا من علامات حرث ضحلة ودقيقة مع وجود كمية صغيرة من علامات الالتصاق.

في هذا الوقت، يكون التآكل في الأساس تآكل كاشط. تزداد المساحة اللاصقة لسطح عينة اللحام ذات السلك الواحد، وهناك العديد من الجسيمات البيضاء.

من خلال مقارنة وتحليل EDS، تم تحديد أن الجسيمات البيضاء هي في الأساس مركبات تحتوي على عناصر Si. ويرجع مركب السيليكون بشكل أساسي إلى الصلابة العالية لزوج الاحتكاك المضاد في عملية التآكل الاحتكاكي الجاف.

جسيمات التآكل الملتصقة بسطح العينة، في هذا الوقت، يكون التآكل في الأساس تآكلًا كاشطًا وتآكلًا لاصقًا.

يُستدل على أن البلورات المعدنية التي تشكل مركبات السيليكون أثناء ترسيب السلك الواحد لها خصائص ضعيفة مضادة للالتصاق، مما يزيد من تآكل المادة اللاصقة أثناء الاحتكاك ويزيد من التآكل.

أثناء ترسيب الأسلاك المزدوجة، يتم تحسين تركيبة وتبلور مركبات السيليكون، مما يقلل من التآكل.

الخاتمة

في عملية اللحام، يتم اعتماد طريقة لحام الترسيب المزدوج الأسلاك. من خلال ضبط معلمات اللحام والتحكم في حجم تشكيل طبقة الترسيب، والاستفادة من مجال درجة الحرارة وخصائص الدورة الحرارية للحام المزدوج الأسلاك، يتم تحسين تكوين وتبلور اللحام وتقليل معدل التخفيف.

وهذا يحسن من الأداء التنظيمي ومقاومة التآكل لطبقة الترسيب إلى حد ما، كما يتم تحسين كفاءة لحام الترسيب بشكل كبير.

نتائج هذه الدراسة لها قيمة مرجعية لتطبيق اللحام بالترسيب في المعدات الهندسية تحت الأرض، وكذلك تطبيق اللحام بالأسلاك المزدوجة في مجال اللحام بالترسيب والتصنيع المضاف القوسي.