ما هي أصعب سبيكة للحام؟

اللحام هو عملية معقدة تتضمن ذوبان المواد والانصهار ، وصعوبة اللحام تختلف اختلافًا كبيرًا بين السبائك المختلفة. في حين يمكن لحام العديد من السبائك الشائعة (مثل الصلب المنخفض من السبائك والألمنيوم) بالطرق القياسية ، يصعب اللحام ببعض السبائك بسبب تركيبها الكيميائي أو الخواص الفيزيائية أو حساسية الحرارة. عند تقييم "أصعب سبيكة لللحام" ، تبرز Superalloys المقاوم للحرارة-وخاصةً Superalloys المستندة إلى النيكل مثل Inconel 718 و Hastelloy X و Waspaloy بشكل عام باعتبارها بعضًا من أكثرها تحديا.
تنبع صعوبة اللحام هذه الفائقة من مجموعة من الخواص الجوهرية والحساسية الهيكلية ، والتي تخلق عقبات متعددة أثناء عملية اللحام.
أولاً ، تكوينها الكيميائي معقد للغاية. تحتوي العوامل الفائقة المقاومة للحرارة على مستويات عالية من عناصر صناعة السبائك مثل النيكل (العنصر الأساسي) ، والكروم (لمقاومة الأكسدة) ، والكوبالت (من أجل قوة درجة الحرارة العالية) ، والمعادن الحرارية مثل الموليبدينوم ، التنغستن ، أو النيوبيوم (لتعزيز مقاومة الزحف). تعمل هذه العناصر على تحسين أداء درجات الحرارة العالية ولكنها تجعل السبائك عرضة للفصل أثناء اللحام. يحدث الفصل عندما تركز عناصر صناعة السبائك بشكل غير متساو في تجمع اللحام ، مما يؤدي إلى تكوين مراحل متعددة الهاتقة (على سبيل المثال ، المراحل الغامضة في Inconel 718). هذه المراحل تضعف مفصل اللحام وزيادة خطر التكسير تحت الضغط.
ثانياً ، فهي حساسة للغاية لمدخلات الحرارة. على عكس الفولاذ المنخفض أو الألومنيوم ، والذي يمكن أن يتحمل الاختلافات المعتدلة للحرارة ، تتفاعل فائقة المقاومة للحرارة بشكل سيء مع كل من الحرارة المفرطة وغير الكافية. تؤدي الحرارة المفرطة إلى نمو الحبوب في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) ، مما يقلل من الصلابة وإنشاء "منطقة ناعمة" تفشل تحت أحمال درجات الحرارة العالية. من ناحية أخرى ، تؤدي الحرارة غير الكافية إلى اندماج غير مكتمل ، وترك الفجوات أو الفراغات في اللحام. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب نقطة الانصهار العالية لهذه السبائك (غالبًا ما تكون أعلى من 1200 درجة) مصادر حرارة مكثفة ، مما يزيد من خطر التشويه والتكسير الحراري.
التحدي الحاسم الآخر هو قابليتها للتكسير الساخن. يحدث التكسير الساخن في تجمع اللحام أثناء تصلبه ، مدفوعًا بفصل العناصر ذات النقطة المنخفضة (مثل الكبريت أو الفسفور أو السيليكون) عند حدود الحبوب. إن Superalloys المقاومة للحرارة معرضة بشكل خاص لهذا لأن تكوين السبائك المعقدة يخلق المزيد من الفرص لمثل هذا الفصل. على سبيل المثال ، يحتوي Inconel 718 على niobium ، والذي يمكن أن يشكل intermetallics الهشة التي تركز على حدود الحبوب ، مما يجعل اللحام عرضة للتصدع مع تبرد.
الأكسدة هي أيضا مشكلة كبيرة. تم تصميم هذه السبائك لمقاومة الأكسدة في درجات حرارة عالية ، ولكن أثناء اللحام ، يمكن أن تنهار طبقة أكسيد الواقي (التي تتشكل بواسطة الكروم أو الألومنيوم) ، مما يعرض المعدن الطازج إلى الأكسجين. هذا يؤدي إلى تكوين أكاسيد جديدة في تجمع اللحام ، والتي تعمل كضواحي وتضعف المفصل. حتى الكميات المتثيرة من الأكسجين أو النيتروجين في الغاز التدريبي يمكن أن تلوث اللحام ، مما يتطلب غازات التدريع فائقة النشر (مثل 99.999 ٪ الأرجون) وتعقيد صارم للتحكم في الغلاف الجوي وتكلفة هذه العملية.
بالمقارنة مع السبائك الأخرى التي يصعب الالتزام (مثل التيتانيوم أو الصلب العالي الكربون) ، فإن Superalloys المقاومة للحرارة تقدم مزيجًا فريدًا من التحديات. التيتانيوم ، على الرغم من التفاعل مع الأكسجين ، يمكن لحامها بنجاح مع التدريع المناسب. الفولاذ العالي الكربون عرضة للتكسير البارد ولكن يمكن إدارتها بتسخين الحشوات المنخفضة من الهيدروجين. في المقابل ، تتطلب Superalloys دقة في كل خطوة: من اختيار معادن الحشو (التي يجب أن تتطابق مع كيمياء السبائك لتجنب تكوين الطور) إلى التحكم في مدخلات الحرارة (غالبًا ما تتطلب طرقًا متقدمة مثل اللحام بالليزر أو لحام شعاع الإلكترون) والمعالجة الحرارية بعد اليرليد (لتقليل الإجهاد المتبقي واستعادة الخصائص الميكانيكية).
لللحام المقاومة للحرارة ، هناك حاجة إلى تقنيات متخصصة:
• عمليات اللحام المتقدمة: يتم تفضيل لحام شعاع الليزر أو لحام شعاع الإلكترون ، والذي يوفر حرارة مركزة مع الحد الأدنى من HAZ ، على MIG التقليدية أو TIG للأقسام الرقيقة.
• التدريع الصارم: يجب حماية مناطق اللحام (بما في ذلك الجزء الخلفي من المفصل) بالغاز الخامل حتى تبرد أقل من 300 درجة لمنع الأكسدة.
• الهندسة المعدنية الحشو: يتم استخدام مواد الحشو المخصصة (على سبيل المثال ، Inconel 625 للانضمام إلى Inconel 718) لتقليل الفصل بين المخاطر والتكسير.
• معالجة حرارة ما بعد الدفعة: حل الصلب والشيخوخة أمر بالغ الأهمية لاستعادة قوة درجات الحرارة العالية للسبائك.
في الختام ، وخاصة الدرجات القائمة على النيكل المقاومة للحرارة مثل Inconel 718-من بين أصعب السبائك في اللحام. إن تكوينها المعقد ، وحساسية للحرارة ، والقابلية للتكسير والأكسدة يخلق عاصفة مثالية من التحديات التي تتطلب تقنيات متقدمة ، والتحكم الصارم للعمليات ، والخبرة المتخصصة. في حين أن السبائك الأخرى تشكل صعوبات في اللحام ، إلا أن أيا منها لا يتطابق مع مزيج من العقبات التي تقدمها هذه العوامل الفائقة ، مما يجعلها المعيار "الأكثر صعوبة في اللحام" في التطبيقات الصناعية.