هل تساءلت يومًا عن سبب فشل بعض الهياكل الملحومة بشكل غير متوقع؟ تستكشف هذه المقالة القوى الخفية في اللعب - إجهاد اللحام والتشوه. تعرف على كيفية تأثير هذه الضغوط على القوة والثبات والدقة، واكتشف الطرق العملية لتقليل آثارها. استعد لفهم التحديات غير المرئية التي يواجهها اللحامون وكيفية التغلب عليها!
يشير إجهاد اللحام إلى القوى الداخلية المتولدة داخل المكونات الملحومة أثناء عملية اللحام وبعدها. وتنجم هذه الضغوط في المقام الأول عن دورات التسخين والتبريد الموضعية الملازمة للحام، والتي تؤدي إلى تمدد وانكماش حراري غير منتظم، فضلاً عن التغيرات في البنية المجهرية في المادة.
يكمن السبب الأساسي لإجهاد اللحام والتشوه المرتبط به في التوزيع غير المتجانس لدرجات الحرارة أثناء اللحام. ويؤدي هذا التدرج الحراري إلى:
يمكن تصنيف إجهادات اللحام إلى نوعين رئيسيين:
في حالة عدم وجود أحمال خارجية، تكون إجهادات اللحام ذاتية المعايرة داخل اللحام. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر هذه الضغوط الداخلية بشكل كبير على أداء وجودة الهيكل الملحوم بعدة طرق:
① التأثير على القوة:
يمكن أن تؤثر العيوب الخطيرة في المناطق ذات إجهاد الشد المتبقي المرتفع سلبًا على قوة الحمل الساكن للحام إذا كانت تعمل تحت درجة حرارة الانتقال الهش. سيقلل وجود إجهاد الشد المتبقي في نقاط تركيز الإجهاد تحت الضغط الدوري من قوة الإجهاد من اللحام
إن قوة إجهاد اللحامات لا تعتمد فقط على حجم الإجهاد المتبقيولكن أيضًا على عوامل مثل عامل تركيز الإجهاد، والمعامل المميز لدورة الإجهاد، والقيمة القصوى للإجهاد الدوري. يتناقص تأثير الإجهاد المتبقي مع تناقص عامل تركيز الإجهاد ويزداد حدة مع تناقص معامل خاصية دورة الإجهاد، ولكنه يتناقص مع زيادة الإجهاد الدوري.
عندما يقترب الإجهاد الدوري من قوة الخضوعيتضاءل تأثير الإجهاد المتبقي تدريجيًا.
② التأثير على الصلابة:
مزيج من إجهاد اللحام المتبقي والإجهاد الناتج عن الأحمال الخارجية يمكن أن يؤدي إلى الاستسلام المبكر والتشوه اللدن في مناطق محددة من اللحام. سيؤدي ذلك إلى انخفاض صلابة اللحام.
③ التأثير على ثبات لحام الضغط:
عندما يتعرض القضيب الملحوم للضغط، يتحد الإجهاد المتبقي في اللحام مع الإجهاد الناتج عن الأحمال الخارجية، مما قد يتسبب في حدوث رضوخ أو عدم استقرار موضعي، ويقلل من الثبات الكلي للقضيب.
ويعتمد تأثير الإجهاد المتبقي على الثبات على هندسة وتوزيع الإجهاد الداخلي داخل العضو. يكون تأثير الإجهاد المتبقي على المقاطع غير المغلقة، مثل المقاطع I، أكبر من تأثيره على المقاطع المغلقة، مثل المقاطع الصندوقية.
④ التأثير على دقة التصنيع الآلي:
يمكن أن يؤثر وجود الإجهاد المتبقي في اللحام على دقة التشغيل الآلي للحام بدرجات متفاوتة. وكلما انخفضت صلابة اللحام كلما زادت كمية التصنيع الآلي وزاد تأثيره على الدقة.
⑤ التأثير على ثبات الأبعاد:
يتغير كل من إجهاد اللحام المتبقي وحجم اللحام بمرور الوقت، ويمكن أن يؤثر ذلك على ثبات أبعاد اللحام. يؤثر ثبات الإجهاد المتبقي أيضًا على ثبات أبعاد اللحام.
⑥ التأثير على مقاومة التآكل:
يمكن أن يؤدي الجمع بين إجهاد اللحام المتبقي وإجهاد الحمل إلى التشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي.
تأثير إجهاد اللحام المتبقي على الهيكل والعضو:
إجهاد اللحام المتبقي هو الإجهاد الأولي على العضو قبل أن يتحمل أي أحمال. أثناء استخدام العضو، يتداخل الإجهاد المتبقي مع إجهاد العمل الناجم عن الأحمال الأخرى، مما يؤدي إلى تشوه ثانوي وإعادة توزيع الإجهاد المتبقي.
وهذا لا يقلل من صلابة الهيكل وثباته فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل كبير على قوة إجهاده ومقاومته للكسر الهش والتشقق الإجهادي والتآكل الإجهادي والتشقق الزاحف في درجات الحرارة العالية تحت التأثيرات المشتركة لدرجات الحرارة والبيئة.
يمكن تقليل إجهاد اللحام إلى الحد الأدنى من خلال النظر الشامل لكل من التصميم والعملية. عند تصميم هيكل اللحام، يجب اعتماد وصلات لحام ذات صلابة أقل، وتقليل كمية اللحامات وحجم المقطع العرضي للحامات، وتجنب التركيز المفرط للحامات. يمكن اتخاذ التدابير التالية فيما يتعلق بالعملية:
يجب أن يسمح تحديد تسلسل اللحام بتقلص اللحام بحرية قدر الإمكان لتقليل الإجهاد. إن إجهاد اللحام الناتج عن التسلسل الموضح في الشكل 4-10أ صغير، بينما في الشكل 4-10ب، يزيد لحام اللحام 1 أولاً من القيد على لحام اللحام 2، وبالتالي يزيد من الإجهاد المتبقي.
أ) الحد الأدنى من إجهاد اللحام، ب) إجهاد اللحام الكبير.
أثناء عملية تبريد اللحام، استخدم مطرقة مستديرة الرأس لضرب اللحام بشكل متساوٍ وسريع، مما يتسبب في تشوه الاستطالة البلاستيكية الموضعية لمعدن اللحام، مما يعوض بعضًا من تشوه انكماش اللحام، وبالتالي تقليل إجهاد اللحام المتبقي.
قبل اللحام، قم بتسخين جزء مناسب من قطعة العمل (المعروفة باسم منطقة تقليل الإجهاد) لتطويلها (الشكل 4-11). بعد اللحام، أثناء التبريد، تتقلص منطقة تقليل الإجهاد ومنطقة اللحام في نفس الاتجاه، مما يقلل من إجهاد اللحام والتشوه.
إن الغرض من التسخين المسبق قبل اللحام هو تقليل الفرق في درجة الحرارة بين منطقة اللحام والمعدن المحيط، وخفض معدل تبريد منطقة اللحام، وتقليل التمدد والانكماش غير المتساوي أثناء تسخين اللحام وتبريده، وبالتالي تقليل إجهاد اللحام. يمكن أن يكون للتبريد البطيء بعد اللحام نفس التأثير.
ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تعقد العملية وهي مناسبة فقط للمواد ذات اللدونة الضعيفة والمعرضة للتشقق، مثل الفولاذ الكربوني العالي والمتوسط، والحديد الزهر، وسبائك الصلب.
من أجل التخلص من إجهاد اللحام المتبقي في هيكل اللحام، يشيع استخدام التلدين لتخفيف الإجهاد في الإنتاج. بالنسبة للصلب الكربوني وهياكل سبائك الصلب منخفضة إلى متوسطة السبائك، يمكن تسخين المكون بالكامل أو جزء من وصلة اللحام إلى 600-800 درجة مئوية بعد اللحام، وتبريده ببطء بعد الاحتفاظ به في درجة الحرارة هذه لفترة زمنية معينة. بشكل عام، يمكن التخلص من أكثر من 80% من إجهاد اللحام المتبقي.
للتحكم في تشوه اللحام، يجب اختيار حجم وشكل طبقات اللحام بشكل معقول أثناء تصميم هيكل اللحام، ويجب تقليل عدد طبقات اللحام إلى أدنى حد ممكن، ويجب أن يكون ترتيب طبقات اللحام متماثلًا. في إنتاج الهياكل الملحومة، يمكن عادةً تطبيق التقنيات التالية:
استنادًا إلى الحسابات النظرية والقيم التجريبية، يتم أخذ بدل الانكماش في الاعتبار مسبقًا أثناء إعداد ومعالجة أجزاء اللحام، بحيث يمكن لقطعة العمل تحقيق الشكل والحجم المطلوبين بعد اللحام.
استناداً إلى الخبرة أو القياس، يتم تقدير حجم واتجاه تشوه اللحام الهيكلي مسبقاً. أثناء تجميع هيكل اللحام، يتم إنشاء تشوه مقصود في الاتجاه المعاكس ولكن مساوٍ في الحجم لتعويض التشوه الناتج بعد اللحام (انظر الشكل 4-12).
أ) إنشاء التشوه الزاوي
(ب) تحييد التشوه الزاوي
يتم تثبيت أجزاء اللحام أثناء اللحام ويتم إزالة التثبيت الصلب بعد أن تبرد أجزاء اللحام إلى درجة حرارة الغرفة. وهذا يمكن أن يمنع بشكل فعال التشوه الزاوي والتشوه الشبيه بالموجة، ولكنه يزيد من إجهاد اللحام.
هذه الطريقة مناسبة فقط للهياكل الفولاذية منخفضة الكربون ذات اللدونة الجيدة ويجب عدم استخدامها مع الحديد الزهر والمواد الفولاذية ذات الميل العالي للتصلب لتجنب الكسور بعد اللحام. يوضح الشكل 4-13 استخدام طريقة التثبيت الصلب لمنع التشوه الزاوي لوجه الحافة.
يعد اختيار تسلسل اللحام المعقول أمرًا ضروريًا للتحكم في تشوه اللحام. بالنسبة للحام العوارض المقطعية المتماثلة، يمكن لتسلسل اللحام الموضح في الشكل 4-14 أن يقلل من تشوه اللحام بشكل فعال.
بالنسبة لقطع العمل ذات التوزيع غير المتكافئ للحامات، مثل العارضة الرئيسية للرافعة الجسرية الموضحة في الشكل 4-15، فإن تسلسل اللحام المعقول هو أن يقوم عاملان بلحام اللحامات 1-1′ في وقت واحد وبشكل متماثل أولًا، يليها اللحامات 2-2′، وأخيرًا اللحامات 3-3′. وبهذه الطريقة، يمكن تعويض التشوه التصاعدي الناجم عن اللحام 1-1′′ بشكل أساسي بالانحراف الهابط الناجم عن اللحامات 2-2 و3-3′.
أثناء عملية اللحام، حتى عند اتخاذ التدابير المذكورة أعلاه، يمكن أن يحدث أحيانًا تشوه يتجاوز القيمة المسموح بها. تشمل الطرق المعتمدة عادة لتصحيح تشوه اللحام ما يلي:
يتضمن التصحيح الميكانيكي استخدام قوة خارجية لإحداث تشوه بلاستيكي في المكون في الاتجاه المعاكس لتشوه اللحام، وبالتالي إلغاء تشوه كل منهما الآخر (الشكل 4-16). هذه الطريقة عادة ما تكون مناسبة فقط للصلب منخفض الكربون والصلب العادي منخفض السبائك الذي يتمتع بصلابة منخفضة نسبيًا ومرونة جيدة.
يستخدم التصحيح باللهب انكماش التبريد بعد التسخين الموضعي للمعدن لتصحيح تشوه اللحام الموجود. يوضح الشكل 4-17 تشوهًا تصاعديًا لشعاع على شكل حرف T بعد اللحام، والذي يمكن تصحيحه عن طريق تسخين موضع الشبكة بلهب. منطقة التسخين مثلثة الشكل، ودرجة حرارة التسخين 600-800 درجة مئوية.
بعد التبريد، يتقلص الشبكة، مما يسبب تشوهًا عكسيًا واستقامة المكون الملحوم. هذه الطريقة مناسبة بشكل أساسي للمواد ذات اللدونة الجيدة وعدم وجود ميل للتصلب.
تخفيف الإجهاد الاهتزازي (VSR) هي تقنية متقدمة لتقليل الإجهادات المتبقية في الهياكل الملحومة والمواد الهندسية. تنطوي هذه العملية على تطبيق اهتزازات منخفضة التردد على قطعة العمل يتم التحكم فيها بترددات منخفضة، وعادةً ما تكون في نطاق 20-100 هرتز. عندما يتجاوز التأثير المشترك للإجهاد المتبقي والإجهاد الاهتزازي المستحث قوة خضوع المادة محليًا، يحدث تشوه لدن موضعي يؤدي إلى إعادة توزيع الإجهاد وتخفيضه بشكل عام.
تعتمد فعالية المانع الصوتي الافتراضي على عدة عوامل:
يوفر VSR العديد من المزايا مقارنة بطرق تخفيف الضغط الحراري:
ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن تقنية VSR قد لا تكون مناسبة لجميع المواد والأشكال الهندسية، ويمكن أن تختلف فعاليتها اعتمادًا على التطبيق المحدد.
إن تخفيف الإجهاد الحراري، والمعروف أيضًا باسم المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT)، هي طريقة راسخة لتقليل الإجهادات المتبقية في المكونات الملحومة. تتضمن العملية دورات تسخين ونقع وتبريد يتم التحكم فيها بعناية:
الاعتبارات الرئيسية للتخفيف الفعال للإجهاد الحراري:
في حين أن تخفيف الضغط الحراري فعال للغاية، إلا أن التنفيذ غير السليم يمكن أن يؤدي إلى آثار ضارة:
لضمان الحصول على أفضل النتائج، من الضروري القيام بما يلي:
من خلال التحكم بعناية في هذه المعلمات واتباع أفضل الممارسات المعمول بها، يمكن لتخفيف الإجهاد الحراري أن يقلل بشكل فعال من الإجهادات المتبقية، مما يحسن من ثبات الأبعاد ومقاومة التعب في الهياكل الملحومة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO