يمكن تنفيذ كل عملية تجميع تقريبًا بعدة طرق. الخيار الذي يختاره المصنّع أو المكامل للحصول على أفضل النتائج هو عادةً الخيار الذي يجمع بين تقنية مثبتة وتطبيق محدد.
اللحام بالنحاس هو إحدى هذه العمليات. اللحام بالنحاس هو عملية ربط المعادن حيث يتم ربط جزأين معدنيين أو أكثر عن طريق صهر معدن الحشو وتدفقه إلى الوصلة. يتميز معدن الحشو بنقطة انصهار أقل من الأجزاء المعدنية المجاورة.
يمكن توفير الحرارة اللازمة للحام بالنحاس باستخدام المشاعل أو الأفران أو ملفات الحث. أثناء عملية اللحام بالحث، يُولّد ملف الحث مجالًا مغناطيسيًا يُسخّن المادة الأساسية لإذابة معدن الحشو. وقد أثبت اللحام بالحث أنه الخيار الأمثل لعدد متزايد من تطبيقات التجميع.
قال ستيف أندرسون، مدير قسم العلوم الميدانية والاختبارية في شركة فيوجن، وهي شركة تكامل أنظمة عمرها 88 عامًا في ويلوبي، أوهايو، متخصصة في مجموعة متنوعة من طرق التجميع، بما في ذلك اللحام بالحث: "يُعدّ اللحام بالحث أكثر أمانًا من اللحام باللهب، وأسرع من اللحام بالفرن، وأكثر قابلية للتكرار من كليهما. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ اللحام بالحث أسهل. فمقارنةً بالطريقتين الأخريين، كل ما تحتاجه هو الكهرباء العادية."
قبل بضع سنوات، طورت شركة فيوجن آلة أوتوماتيكية بالكامل بست محطات لتجميع 10 رؤوس حفر من الكربيد لأعمال تشكيل المعادن وصناعة الأدوات. تُصنع رؤوس الحفر عن طريق تثبيت قطع أسطوانية ومخروطية من كربيد التنجستن على ساق فولاذية. يبلغ معدل الإنتاج 250 قطعة في الساعة، ويمكن لصينية الأجزاء المنفصلة استيعاب 144 قطعة وحوامل أدوات.
يوضح أندرسون قائلاً: "يأخذ روبوت SCARA رباعي المحاور مقبضًا من الصينية، ويقدمه إلى موزع معجون اللحام، ثم يحمّله في مكانه المخصص. بعد ذلك، يأخذ الروبوت قطعة خام من الصينية ويضعها على طرف الساق المراد لصقها به. تتم عملية اللحام بالحث باستخدام ملف كهربائي يلتف عموديًا حول الجزأين، مما يؤدي إلى تسخين معدن الحشو الفضي إلى درجة حرارة انصهار تبلغ 1305 درجة فهرنهايت. بعد محاذاة القطعة وتبريدها، يتم إخراجها عبر قناة تصريف وجمعها لمزيد من المعالجة."
يتزايد استخدام اللحام بالحث في عمليات التجميع، ويرجع ذلك أساسًا إلى قدرته على إنشاء وصلة قوية بين جزأين معدنيين، وفعاليته العالية في ربط المواد المختلفة. كما أن المخاوف البيئية، والتكنولوجيا المتطورة، والتطبيقات غير التقليدية تدفع مهندسي التصنيع إلى دراسة اللحام بالحث عن كثب.
يعود تاريخ اللحام بالحث إلى خمسينيات القرن العشرين، على الرغم من أن مفهوم التسخين بالحث (باستخدام الكهرومغناطيسية) اكتشفه العالم البريطاني مايكل فاراداي قبل أكثر من قرن. وكانت المشاعل اليدوية أول مصدر للحرارة في اللحام، تلتها الأفران في عشرينيات القرن العشرين. وخلال الحرب العالمية الثانية، شاع استخدام الطرق القائمة على الأفران لتصنيع كميات كبيرة من الأجزاء المعدنية بأقل قدر من العمالة والتكلفة.
أدى طلب المستهلكين على تكييف الهواء في الستينيات والسبعينيات إلى ظهور تطبيقات جديدة للحام بالحث. في الواقع، أدى اللحام الجماعي للألمنيوم في أواخر السبعينيات إلى ظهور العديد من المكونات الموجودة في أنظمة تكييف الهواء في السيارات اليوم.
"على عكس اللحام باللهب، فإن اللحام بالحث لا يتطلب تلامسًا ويقلل من خطر ارتفاع درجة الحرارة"، كما يشير ريك باوش، مدير المبيعات في شركة أمبريل، في اختبار درجة الحرارة.
بحسب جريج هولاند، مدير المبيعات والعمليات في شركة eldec LLC، يتكون نظام اللحام بالحث القياسي من ثلاثة مكونات. وهي مصدر الطاقة، ورأس العمل مع ملف الحث، والمبرد أو نظام التبريد.
يتم توصيل مصدر الطاقة برأس العمل، وتُصمم الملفات خصيصًا لتناسب الوصلة. يمكن تصنيع المحاثات من قضبان صلبة، أو كابلات مرنة، أو سبائك نحاسية مصنعة آليًا، أو طباعتها ثلاثية الأبعاد من سبائك نحاسية مسحوقة. ولكن عادةً ما تُصنع من أنابيب نحاسية مجوفة، يتدفق الماء من خلالها لعدة أسباب. أحدها هو تبريد الملف عن طريق معادلة الحرارة المنعكسة من الأجزاء أثناء عملية اللحام. كما يمنع تدفق الماء تراكم الحرارة في الملفات نتيجةً لوجود التيار المتردد بشكل متكرر وما ينتج عنه من نقل حرارة غير فعال.
يوضح هولاند قائلاً: "أحيانًا يُوضع مُركِّز التدفق على الملف لتقوية المجال المغناطيسي عند نقطة أو أكثر في الوصلة. قد تكون هذه المُركِّزات من النوع الرقائقي، المُكوَّن من صفائح فولاذية كهربائية رقيقة مُكدَّسة بإحكام، أو أنابيب مغناطيسية حديدية تحتوي على مسحوق مادة مغناطيسية حديدية وروابط عازلة مضغوطة تحت ضغط عالٍ. تكمن فائدة المُركِّز في تقليل زمن الدورة عن طريق توجيه المزيد من الطاقة إلى مناطق مُحدَّدة من الوصلة بسرعة أكبر، مع الحفاظ على برودة المناطق الأخرى."
قبل وضع الأجزاء المعدنية للحام بالحث، يحتاج المشغل إلى ضبط تردد ومستويات طاقة النظام بشكل صحيح. يمكن أن يتراوح التردد من 5 إلى 500 كيلو هرتز، وكلما زاد التردد، زادت سرعة تسخين السطح.
غالباً ما تكون مصادر الطاقة قادرة على إنتاج مئات الكيلوواط من الكهرباء. ومع ذلك، فإن لحام قطعة بحجم كف اليد في غضون 10 إلى 15 ثانية لا يتطلب سوى 1 إلى 5 كيلوواط. بالمقارنة، قد تتطلب القطع الكبيرة من 50 إلى 100 كيلوواط من الطاقة وتستغرق ما يصل إلى 5 دقائق للحامها.
قال باوش: "كقاعدة عامة، تستخدم المكونات الأصغر طاقة أقل، ولكنها تتطلب ترددات أعلى، مثل 100 إلى 300 كيلوهرتز". "في المقابل، تتطلب المكونات الأكبر طاقة أكبر وترددات أقل، عادةً ما تكون أقل من 100 كيلوهرتز".
بغض النظر عن حجمها، يجب وضع الأجزاء المعدنية في موضعها الصحيح قبل تثبيتها. ينبغي الحرص على الحفاظ على فجوة ضيقة بين المعدنين الأساسيين للسماح بتدفق معدن الحشو بشكل صحيح. تُعد وصلات التماس والتداخل والتراكب أفضل طريقة لضمان هذه الفجوة.
التركيبات التقليدية أو ذاتية التثبيت مقبولة. يجب أن تكون التركيبات القياسية مصنوعة من مواد أقل توصيلًا للكهرباء مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك، وأن تلامس المكونات بأقل قدر ممكن.
من خلال تصميم أجزاء ذات درزات متشابكة، أو تشكيل بالدروز، أو تجاويف، أو نتوءات، يمكن تحقيق التثبيت الذاتي دون الحاجة إلى دعم ميكانيكي.
ثم يتم تنظيف الوصلات باستخدام وسادة صنفرة أو مذيب لإزالة الملوثات مثل الزيت والشحوم والصدأ والقشور والأوساخ. هذه الخطوة تعزز بشكل أكبر الخاصية الشعرية لمعدن الحشو المنصهر الذي يسحب نفسه عبر الأسطح المجاورة للوصلة.
بعد تثبيت الأجزاء وتنظيفها بشكل صحيح، يقوم المشغل بوضع مركب وصلات (عادة ما يكون معجونًا) على الوصلة. يتكون المركب من خليط من معدن الحشو، ومادة الصهر (لمنع الأكسدة) ومادة رابطة تربط المعدن ومادة الصهر معًا قبل الانصهار.
تُصنع معادن الحشو والمواد المساعدة على اللحام المستخدمة في اللحام بالنحاس لتحمل درجات حرارة أعلى من تلك المستخدمة في اللحام بالقصدير. تنصهر معادن الحشو المستخدمة في اللحام بالنحاس عند درجات حرارة لا تقل عن 842 درجة فهرنهايت، وتكون أقوى عند تبريدها. وتشمل هذه المعادن سبائك الألومنيوم والسيليكون، والنحاس، والنحاس والفضة، والنحاس الأصفر، والبرونز، والذهب والفضة، والفضة، والنيكل.
يقوم المشغل بعد ذلك بوضع ملف الحث، الذي يأتي بتصاميم متنوعة. الملفات الحلزونية دائرية أو بيضاوية الشكل وتحيط بالجزء بالكامل، بينما توجد ملفات الشوكة (أو الملقط) على كل جانب من الوصلة، وتتصل ملفات القناة بالجزء. تشمل الملفات الأخرى ملفات القطر الداخلي (ID)، وملفات القطر الداخلي/القطر الخارجي (OD)، وملفات القرص، والملفات المفتوحة، والملفات متعددة المواضع.
يُعد التسخين المنتظم ضروريًا للحصول على وصلات لحام عالية الجودة. وللقيام بذلك، يحتاج المشغل إلى التأكد من أن المسافة الرأسية بين كل حلقة من حلقات ملف الحث صغيرة وأن مسافة الاقتران (عرض الفجوة من القطر الخارجي للملف إلى القطر الداخلي) تظل منتظمة.
بعد ذلك، يقوم المشغل بتشغيل الطاقة لبدء عملية تسخين الوصلة. يتضمن ذلك نقل تيار متردد متوسط ​​أو عالي التردد بسرعة من مصدر الطاقة إلى ملف حث لإنشاء مجال مغناطيسي متناوب حوله.
يُحدث المجال المغناطيسي تيارًا على سطح الوصلة، مما يُولد حرارةً تُذيب معدن الحشو، مما يسمح له بالتدفق وترطيب سطح الجزء المعدني، مُنشئًا رابطة قوية. وباستخدام ملفات متعددة المواضع، يُمكن إجراء هذه العملية على أجزاء متعددة في وقت واحد.
يُنصح بالتنظيف النهائي وفحص كل قطعة ملحومة. غسل القطع بالماء الساخن بدرجة حرارة لا تقل عن 120 فهرنهايت يزيل بقايا التدفق وأي قشور متكونة أثناء اللحام. يجب غمر القطعة في الماء بعد تصلب معدن الحشو بينما لا تزال القطعة ساخنة.
بحسب القطعة، يمكن أن يتبع الفحص المبدئي اختبارات غير مدمرة واختبارات مدمرة. تشمل طرق الاختبارات غير المدمرة الفحص البصري والإشعاعي، بالإضافة إلى اختبارات التسرب والإثبات. أما طرق الاختبارات المدمرة الشائعة فهي الاختبارات المعدنية، واختبارات التقشير، واختبارات الشد، واختبارات القص، واختبارات الإجهاد، واختبارات النقل، واختبارات الالتواء.
قال هولاند: "تتطلب عملية اللحام بالحث استثمارًا رأسماليًا أوليًا أكبر من طريقة اللحام باللهب، لكنها تستحق ذلك لأنها توفر كفاءة وتحكمًا إضافيين. ففي اللحام بالحث، عندما تحتاج إلى حرارة، ما عليك سوى الضغط. وعندما لا تحتاج إليها، اضغط مرة أخرى."
تُصنّع شركة Eldec مجموعة واسعة من مصادر الطاقة للحام بالحث، مثل خط ECO LINE MF للتردد المتوسط، المتوفر بتكوينات متنوعة لتناسب كل تطبيق على أفضل وجه. تتوفر هذه المصادر بقدرات تتراوح من 5 إلى 150 كيلوواط وترددات من 8 إلى 40 هرتز. يمكن تجهيز جميع الطرازات بخاصية تعزيز الطاقة التي تُمكّن المشغل من زيادة قدرة التشغيل المستمر بنسبة 50% خلال 3 دقائق. تشمل الميزات الرئيسية الأخرى التحكم في درجة الحرارة بواسطة مقياس الإشعاع الحراري، ومسجل درجة الحرارة، ومفتاح طاقة ترانزستور ثنائي القطب ذي بوابة معزولة. تتطلب هذه المواد الاستهلاكية صيانة قليلة، وتعمل بهدوء، وتشغل مساحة صغيرة، ويمكن دمجها بسهولة مع وحدات التحكم في خلايا العمل.
يتزايد استخدام اللحام بالحث في العديد من الصناعات لتجميع الأجزاء. ويشير باوش إلى مصنعي السيارات والفضاء والمعدات الطبية ومعدات التعدين باعتبارهم أكبر مستخدمي معدات اللحام بالحث من شركة أمبريل.
يشير باوش إلى أن "عدد مكونات الألومنيوم الملحومة بالحث في صناعة السيارات يتزايد باستمرار نتيجة لمبادرات تقليل الوزن". ويضيف: "في قطاع الطيران، غالباً ما يتم لحام النيكل وأنواع أخرى من وسادات التآكل بشفرات الطائرات النفاثة. كما يستخدم كلا القطاعين اللحام بالحث لمختلف وصلات أنابيب الصلب".
تتميز جميع أنظمة EasyHeat الستة من Ambrell بنطاق تردد يتراوح من 150 إلى 400 كيلو هرتز، وهي مثالية للحام الحث للأجزاء الصغيرة ذات الأشكال الهندسية المختلفة. توفر الطرازات المدمجة (0112 و0224) تحكمًا في الطاقة بدقة تصل إلى 25 واط؛ بينما توفر الطرازات في سلسلة LI (3542 و5060 و7590 و8310) تحكمًا بدقة تصل إلى 50 واط.
تتميز كلتا السلسلتين برأس عمل قابل للإزالة يصل مداه إلى 10 أقدام من مصدر الطاقة. ويمكن برمجة عناصر التحكم في اللوحة الأمامية للنظام، مما يسمح للمستخدم النهائي بتحديد ما يصل إلى أربعة ملفات تعريف تسخين مختلفة، كل منها بخمس خطوات زمنية وطاقة كحد أقصى. يتوفر التحكم عن بعد في الطاقة عبر مدخلات تناظرية أو تلامسية، أو منفذ بيانات تسلسلي اختياري.
يوضح ريتش كوكيلج، مدير تطوير الأعمال في شركة فيوجن: "عملاؤنا الرئيسيون في مجال اللحام بالحث هم مصنعو الأجزاء التي تحتوي على بعض الكربون، أو الأجزاء ذات الكتلة الكبيرة التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد". "بعض هذه الشركات تخدم صناعات السيارات والفضاء، بينما يقوم البعض الآخر بتصنيع الأسلحة، ومجموعات أدوات القطع، وحنفيات ومصارف السباكة، أو كتل توزيع الطاقة والصمامات."
تبيع شركة فيوجن أنظمة دوارة مصممة خصيصًا قادرة على لحام ما بين 100 إلى 1000 قطعة في الساعة باستخدام تقنية اللحام بالحث. ووفقًا لكوكيلج، يمكن تحقيق إنتاجية أعلى لنوع واحد من القطع أو لسلسلة محددة من القطع. وتتراوح أحجام هذه القطع من 2 إلى 14 بوصة مربعة.
يوضح كوكيلج قائلاً: "يحتوي كل نظام على جهاز فهرسة من شركة ستيلرون كومبوننتس مع 8 أو 10 أو 12 محطة عمل". "تُستخدم بعض محطات العمل في اللحام، بينما تُستخدم محطات أخرى للفحص، باستخدام كاميرات الرؤية أو معدات قياس الليزر، أو إجراء اختبارات السحب لضمان جودة عالية للوصلات الملحومة".
قال هولاند إن المصنّعين يستخدمون وحدات تزويد الطاقة القياسية من طراز ECO LINE من شركة eldec لمجموعة متنوعة من تطبيقات اللحام بالحث، مثل تركيب الدوارات والأعمدة بالانكماش الحراري، أو ربط أغلفة المحركات. وفي الآونة الأخيرة، تم استخدام نموذج 100 كيلوواط من هذا المولد في تطبيق كبير للأجزاء تضمن لحام حلقات الدوائر النحاسية بوصلات التفرع النحاسية لمولدات السدود الكهرومائية.
تُصنّع شركة Eldec أيضًا وحدات تزويد الطاقة المحمولة MiniMICO التي يمكن نقلها بسهولة داخل المصنع بتردد يتراوح بين 10 و25 كيلوهرتز. قبل عامين، استخدم أحد مصنعي أنابيب مبادلات الحرارة للسيارات وحدة MiniMICO للحام الحثّي لمرفقي الإرجاع لكل أنبوب. قام شخص واحد بعملية اللحام بالكامل، واستغرق تجميع كل أنبوب أقل من 30 ثانية.
جيم محرر أول في مجلة ASSEMBLY ولديه خبرة تحريرية تزيد عن 30 عامًا. قبل انضمامه إلى ASSEMBLY، كان كاميلو مهندس إدارة مشاريع، ومحررًا لمجلة جمعية هندسة المعدات ومجلة الطحن. جيم حاصل على شهادة في اللغة الإنجليزية من جامعة ديبول.
أرسل طلب عرض أسعار إلى المورد الذي تختاره وانقر على زر يوضح احتياجاتك
تصفح دليل المشترين الخاص بنا للعثور على موردي جميع أنواع تكنولوجيا التجميع والآلات والأنظمة ومقدمي الخدمات والمنظمات التجارية.
لقد ساهمت منهجية لين 6 سيجما في دفع جهود التحسين المستمر لعقود، لكن أوجه قصورها أصبحت واضحة. فعملية جمع البيانات تتطلب جهداً بشرياً كبيراً ولا يمكنها إلا جمع عينات صغيرة. أما الآن، فيمكن جمع البيانات على مدى فترات زمنية طويلة وفي مواقع متعددة بتكلفة أقل بكثير من الطرق اليدوية القديمة.
أصبحت الروبوتات أرخص وأسهل استخداماً من أي وقت مضى. هذه التقنية متاحة بسهولة حتى للمصنعين الصغار والمتوسطين. استمعوا إلى هذه الحلقة النقاشية الحصرية التي تضم مسؤولين تنفيذيين من أربع من أبرز موردي الروبوتات في أمريكا: ATI Industrial Automation، وEpson Robots، وFANUC America، وUniversal Robots.