كيفية لحام الصلب المصبوب?

باعتبارها العملية الأساسية لتوصيل وإصلاح الأجزاء الفولاذية المصبوبة, يتميز لحام الفولاذ المصبوب بالتعقيد الفني بسبب الخصائص التنظيمية الفريدة وعيوب الصب للمواد الفولاذية المصبوبة. غالبًا ما تواجه الأجزاء الفولاذية المصبوبة تحديات فنية مثل التشقق الناتج عن الهيدروجين, تقصف المنطقة المتأثرة بالحرارة وتركيز الإجهاد المتبقي أثناء اللحام بسبب ارتفاع مكافئ الكربون, فصل عناصر السبائك وهيكل الحبوب الخشنة. بناءً على الخصائص التقنية لعمليات اللحام الخمس الرئيسية, تناقش هذه الورقة بشكل منهجي قابلية التكيف للعملية ومسار تحسين الجودة للحام الفولاذ المصبوب مع التحكم في الدورة الحرارية, تنظيم السلوك المعدني وتحليل ديناميكيات البركة المنصهرة. توفر الدراسة أساسًا نظريًا وتوجيهًا عمليًا لاختيار عمليات لحام الفولاذ المصبوب من خلال تحسين اقتران المعلمات, تحليل آلية التشغيل والتحقق من الحالة الهندسية.

1. مقارنة الخصائص التقنية وتحليل القدرة على التكيف لعمليات اللحام
يتطلب اختيار عمليات لحام الفولاذ المصبوب دراسة شاملة لتركيب المواد, الخصائص الهندسية الهيكلية وأحمال الخدمة. مع مرونة العملية وبساطة المعدات, اللحام بالقوس المعدني (SMAW) لديه ميزة في إصلاح الصب والعمليات في الموقع. جوهر التكنولوجيا هو تنظيم التفاعل المعدني من خلال طلاء القطب. بعد الخبز, أقطاب منخفضة الهيدروجين (مثل E5015) يمكن أن يقلل بشكل فعال من محتوى الهيدروجين المنتشر في اللحام, وتم تحسين مقاومة الكراك بأكثر من 40% مقارنة مع الأقطاب الحمضية. لكن, من السهل أن يتسبب تقلب مدخلات الحرارة الناتج عن التشغيل اليدوي في حدوث عيوب مثل عدم الانصهار وإدراج الخبث, ومواصفات عملية القوس القصير (طول القوس ≥ قطر القطب) ويجب اتباع عملية تنظيف الطبقات البينية بدقة.

لحام محمي بالغاز (GMAW/ميغ) يحقق مدخلات حرارية دقيقة من خلال التحكم في تيار النبض. كفاءة الترسيب (10-15كجم/ساعة) أعلى بكثير من اللحام بالقوس الكهربائي, وهي مناسبة للحام المسطح واللحام الدفعي للألواح المتوسطة والسميكة. حماية الغاز الخامل (مثل Ar النقي) يمكن عزل أكسدة الهواء. مع تعديل تردد النبض (50-200هرتز) ودورة العمل (40-60%), تم تحسين نقاء وكثافة اللحام بشكل ملحوظ. لكن, مقاومتها للرياح ضعيفة (هناك حاجة إلى تدابير مساعدة عندما تكون سرعة الرياح >2آنسة), مما يحد من تطبيقه في العمليات الخارجية.

لحام غاز خامل التنغستن (جي تي إيه دبليو/تي آي جي) يستخدم أقطاب التنغستن غير القابلة للذوبان وحماية الأرجون لتحقيق لحام منخفض الحرارة. يمكن التحكم في عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة في حدود 1 مم, وهي مناسبة بشكل خاص للفولاذ المصبوب عالي السبائك ولحام الألواح الرقيقة. إن ثبات القوس وجودة تشكيل اللحام أفضل من العمليات الأخرى, لكن معدل الترسيب منخفض (1-3كجم/ساعة) وفقدان قطب التنغستن يزيد من التكاليف على المدى الطويل. إنه أكثر ملاءمة لسيناريوهات اللحام الدقيقة مثل المفاصل التناكبية للألواح الرقيقة من الفولاذ المصبوب أو اللحام الجذري.

اللحام بالقوس المغمور (رأى) أصبحت العملية المفضلة لعمليات اللحام الطويلة المستقيمة للمسبوكات السميكة نظرًا لكفاءتها العالية في الترسيب (20-50كجم/ساعة). تكوين التدفق له تأثير كبير على التفاعلات المعدنية. مزيج من التدفق الملبد (مثل SJ101) وسلك اللحام H08MnA مناسب للفولاذ المصبوب منخفض الكربون, أثناء صهر التدفق (مثل HJ431) يحسن مقاومة الشقوق من خلال تعزيز تأثير إزالة الكبريت. لكن, معداتها ضخمة وتقتصر على مواضع اللحام المسطحة, ودقة معالجة الأخدود ودرجة حرارة الطبقات البينية (≥300 درجة مئوية) يجب أن تخضع لرقابة صارمة.

اللحام المحمي بالغاز ذو التدفق المتدفق (فكاو) يجمع بين انتقال التدفق ودرع الغاز ويحتوي على وضعي التدريع الذاتي والدرع الغازي. سلك لحام ذاتي التدريع (مثل E71T-1) مناسب للحام في جميع المواضع وله مقاومة قوية للرياح (يتحمل سرعة الرياح 5 م/ث), وهو مثالي للبناء الخارجي وإصلاح الهياكل المعقدة. صلابة اللحام أفضل من SMAW, لكن الترشيش أكثر اتساعًا, وتشكيل اللحام خشن. يجب تحسين استقرار العملية من خلال تحسين المعلمة (مثل طول التمديد 15-25 ملم).

2.تحليل متعدد الأبعاد لاستراتيجية تحسين العملية
يتطلب تحسين جودة لحام الفولاذ المصبوب إنجازات منسقة في ثلاثة جوانب: التحكم في الدورة الحرارية, تنظيم سلوك البركة المنصهرة وقمع التشوه. جوهر التحكم في الدورة الحرارية هو تقليل خطر محتوى الهيدروجين المنتشر والتقصف HAZ. من خلال التسخين المسبق (150-300درجه مئوية) جنبا إلى جنب مع ما بعد التدفئة (200-350درجه مئوية × 2-4 س), يمكن تقليل معدل التشقق بأكثر من 60%. التحكم في درجة الحرارة بين الطبقات (≥400 درجة مئوية) جنبا إلى جنب مع قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء في الوقت الحقيقي يمكن أن تتجنب بشكل فعال خشونة الحبوب. تظهر التجارب أنه لكل 50 درجة مئوية زيادة في درجة حرارة التسخين المسبق, تزداد مقاومة اللحام للتشقق بمقدار 15%-20%.

يعمل التحكم في سلوك البركة المنصهرة على تحسين سيولة البركة المنصهرة عن طريق تحسين معلمات النبض (تكرار 50 200, دورة العمل 40-60%). إنه يتحكم في هندسة البركة المنصهرة باستخدام تقنية تأرجح مسدس اللحام (مثل أ “متعرج” شكل). أظهرت نتائج المحاكاة أن زيادة تردد النبض بمقدار 100 هرتز يمكن أن يقلل من عرض البركة المنصهرة بنسبة 15%, زيادة عمق الاختراق بنسبة 8%, وتحسين كثافة اللحام بشكل ملحوظ. للحام متعدد الطبقات, يوصى بأن يكون سمك الطبقة الواحدة أقل من أو يساوي 4 مم. يتم استخدام طريقة المطرقة للتخلص من الإجهاد المتبقي, والتي يمكن أن تقلل من حساسية الكراك بحوالي 30%.

يجب دمج التحكم في التشوه مع تحسين تسلسل اللحام وقيود التثبيت. يمكن أن يؤدي تسلسل اللحام المتماثل واللحام التخطي المجزأ إلى تقليل التشوه عن طريق 40%, والإعداد المسبق للتشوه العكسي (أخذ 50-80% من التشوه) يمكن زيادة تحسين الدقة. تُظهر محاكاة العناصر المحدودة أن التركيبات الصلبة يمكن أن تقلل التشوه الزاوي بأكثر من 50%. للهياكل المعقدة, يوصى بمراقبة التشوه في الوقت الحقيقي واستراتيجيات تعديل المعلمة الديناميكية.

3.التطبيق الهندسي واتجاه التطوير المستقبلي
القيام بإصلاح الشقوق لمعدات كبيرة من الفولاذ المصبوب (المادة ZG34CrNiMo) كمثال, لحام MIG النبضي (سلك لحام E71T-GS, φ1.2 ملم, الحالي 160A, الجهد 20 فولت) تم استخدامه, جنبا إلى جنب مع التسخين المسبق 200 درجة مئوية وطريقة اللحام بالقفز المجزأ, وصلت قوة الشد اللحام إلى 720MPa, قوة الخضوع 580MPa, -40℃ تأثير الطاقة 85J, تلبية متطلبات الخدمة بشكل كامل. تتحقق هذه الحالة من التأثير التآزري لمعلمات العملية ومواصفات التشغيل.

في المستقبل, سوف تتطور تكنولوجيا لحام الفولاذ المصبوب في اتجاه الذكاء والدقة. تكنولوجيا اللحام الرقمي (مثل اللحام بالروبوت) جنبًا إلى جنب مع التعرف البصري وخوارزميات البيانات الضخمة، يمكن تحقيق التحسين عبر الإنترنت لمعلمات اللحام وتحذيرات العيوب. في نفس الوقت, تطوير مواد لحام جديدة (مثل أسلاك اللحام المعدنية الأساسية) وغاز التدريع المركب (مثل Ar+He الغاز المختلط) سوف تزيد من تحسين أداء اللحام وكفاءة العملية. من خلال التعاون في الصناعة, الأوساط الأكاديمية والبحثية لتعزيز الابتكار التكنولوجي, من المتوقع أن يحقق لحام الفولاذ المصبوب نطاقًا أوسع من اختراقات التطبيقات في مجال تصنيع المعدات المتطورة.