تطبيق اللحام بالليزر على الفولاذ المقاوم للصدأ 5

المد الحراري، ومعدل التبريد، والتحكم المعدني

يُعد اللحام بالليزر بطبيعته عملية تتميز بانخفاض مدخلات الحرارة وارتفاع معدل التبريد، وهو أحد الأسباب التي تجعله فعالاً للغاية في حالة الفولاذ المقاوم للصدأ. لكن “انخفاض الحرارة” لا يعني تلقائيًا أنه “أمر جيد” — فقد يؤدي المدخل الحراري الخاطئ أو نمط التبريد غير المناسب إلى اندماج غير كامل، أو زيادة مفرطة في الفريت، أو عيوب في البنية المجهرية التي تضعف كل من القوة ومقاومة التآكل. ومن خلال التحكم في طاقة الليزر وسرعة الحركة وتركيز الشعاع واختيار مادة الحشو، يمكن لفنيي اللحام التحكم ليس فقط في شكل حبيبة اللحام، بل في الخصائص المعدنية نفسها.

حافظ على انخفاض مدخلات الحرارة — لكن لا تجعلها منخفضة جدًّا

· لماذا يُعد استخدام الحرارة المنخفضة أمرًا جيدًا:

1. يقلل من التشوه والإجهاد المتبقي، وهو أمر مهم بشكل خاص في الألواح الأوستنيتية الرقيقة ذات التمدد الحراري العالي.

2. يقلل من تلون الحرارة وتكوّن الأكسيد، مما يقلل من الحاجة إلى التنظيف بعد اللحام.

· لماذا يُعد الانخفاض الشديد أمرًا سيئًا:

1. عدم كفاية الاختراق وغياب عيوب الاندماج.

2. قد يؤدي التصلب المفرط السرعة إلى احتجاز الغازات وزيادة المسامية.

3. في بعض الدرجات، يمكن أن يؤدي التبريد فائق السرعة إلى دفع البنية المجهرية نحو مراحل هشة أو غير متوازنة.

· أذرع التحكم:

1. الطاقة (واط): تزيد الطاقة العالية من عمق الاختراق، لكنها تنطوي على خطر ارتفاع درجة الحرارة في الأجزاء الرقيقة.

2. سرعة الحركة (مم/ثانية): تقلل السرعة العالية من إجمالي المدخلات الحرارية، لكنها قد تتسبب في مشاكل في عملية الانصهار.

3. حجم البقعة (مم): البقع الأصغر حجماً تركز الطاقة؛ أما البقع الأكبر حجماً فتوسع نطاق الحبيبة لكنها تقلل من عمق الاختراق.

· القاعدة العامة: مراقبة الطاقة لكل وحدة طول (جول/مم) — يجب السعي إلى القيمة الدنيا التي تحقق الاندماج الكامل دون عيوب، والتي تتراوح عادةً بين 30 و60 جول/مم للألواح الرقيقة، وتكون أعلى بالنسبة للمقاطع المزدوجة الأكثر سمكًا.

الفريت في اللحامات الأوستنيتية

· الخلفية في علم المعادن:

1. يتعرض التصلب الأوستنيتي الكامل لخطر حدوث تشققات التصلب لأنه لا يستطيع امتصاص الشوائب ذات درجة الانصهار المنخفضة عند حدود الحبيبات.

2. إن إدخال مادة الفريت دلتا 3–8% في منطقة اللحام يخفف من هذه المشكلة من خلال توفير “مستودع” للشوائب.

· المخاطر المرتبطة بالليزر:

1. قد تؤدي معدلات التبريد العالية إلى حدوث تجميد في بنية التصلب قبل أن يتسنى للفريت أن يتشكل، مما يزيد من خطر حدوث تشققات في بعض السبائك.

· طرق التحكم:

1. استخدم مادة ملء ذات نسبة سبيكة أعلى قليلاً (ER308L، ER316L) لتعزيز تكوين الفريت.

2. تجنب السير بسرعات عالية جدًّا على المنحدرات الحساسة.

3. التحقق من محتوى الفريت باستخدام جهاز «فيريتسكوب» في التطبيقات الحرجة (خاصةً في المجالات المتعلقة بالأغذية والاستخدامات المبردة).

"إنترباس" و"بريهيت"

· درجة حرارة «إنترباس»:

1. بالنسبة لمعظم أنواع الفولاذ الأوستنيتي: يجب الحفاظ على درجة حرارة أقل من 150 ℃ لتجنب ترسيب كربيد الكروم (التحسس)، الذي يقلل من مقاومة التآكل.

2. بالنسبة للدرجات ثنائية الطور: يجب الحفاظ على درجة الحرارة أقل من 150 ℃ لمنع ترسيب الطور الثانوي وللتحكم في التوازن بين الفريت والأوستينيت.

· التسخين المسبق:

1. نادرًا ما تكون مطلوبة بالنسبة للأنواع الأوستنيتية أو الدوبلكس.

2. ضروري للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والفولاذ المقاوم للصدأ الذي يتصلب بالترسيب (100–300 درجة مئوية) لتجنب تشققات التبريد وارتفاعات مفاجئة في الصلابة في منطقة التأثر الحراري (HAZ).

3. يجب تطبيقه بشكل متجانس لتجنب التمدد التفاضلي.

· ملاحظة خاصة بالليزر: نادرًا ما تتجاوز عمليات اللحام بالليزر ذات المرور الواحد الحدود القصوى لدرجة الحرارة بين الممرات، ولكن في عمليات اللحام الهجينة متعددة الممرات التي تجمع بين الليزر والقوس الكهربائي، قد يصبح تراكم الحرارة مشكلة.

توازن الطور المزدوج

· الهدف: ~50% من الفريت / ~50% من الأوستينيت في منطقة اللحام.

· مخاطر اللحام بالليزر:

1. تميل معدلات التبريد العالية إلى تثبيت الفريت الزائد (>65%)، مما يؤدي إلى انخفاض الصلابة عند الصدم ومقاومة التآكل النقطي.

2. كما يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى عدم اكتمال إعادة تكوين الأوستينيت.

· استراتيجيات التحكم:

1. استخدام مواد حشو غنية بالنيكل (مثل ER2209 للفولاذ المزدوج 2205) لتعزيز تكوين الأوستينيت.

2. زيادة مدخلات الحرارة بشكل طفيف مقارنةً باللحام الأوستنيتي — فهذا يؤدي إلى إبطاء عملية التبريد بدرجة كافية لإتمام التحول الطوري دون المخاطرة بنمو الحبيبات.

3. الحفاظ على درجة الحرارة بين المراحل منخفضة لمنع تكوّن طور سيغما.

· التحقق: في الصناعات ذات المواصفات العالية (المنشآت البحرية، تحلية المياه)، يتم فحص محتوى الفريت بشكل روتيني بعد اللحام باستخدام أجهزة قياس الفريت المحمولة.

في عملية اللحام بالليزر للفولاذ المقاوم للصدأ، يُعد مدخل الحرارة أداة معدنية — فزيادة مدخل الحرارة تؤدي إلى التشوه والتحسس، بينما نقصه يؤدي إلى عدم الانصهار أو زيادة الفريت أو حدوث تشققات. تتطلب اللحامات الأوستنيتية كميات صغيرة من الفريت لتجنب التشقق الساخن، وقد تحتاج الدرجات المارتنسيتية ودرجات PH إلى التسخين المسبق، بينما تتطلب الفولاذات المزدوجة تحكمًا دقيقًا في مدخلات الحرارة للحفاظ على توازن الطور. أسرع طريقة لتدمير مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل هي تجاهل العلاقة بين معلمات الليزر ومعدل التبريد والبنية المجهرية — وأفضل طريقة للحفاظ عليها هي التحكم فيها بشكل مدروس.