يبدو هذا الأمر رائعًا لدرجة يصعب تصديقها، فما المشكلة إذًا؟ عادةً ما يتطلب تصنيع أي شيء تقريبًا من أكثر من 150 نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ عملية لحام. يُعدّ لحام الفولاذ المقاوم للصدأ مهمة معقدة، ومن بين التحديات التي تواجهها: وجود أكسيد الكروم، وكيفية التحكم في كمية الحرارة المُدخلة، واختيار عملية اللحام المناسبة، وكيفية التعامل مع الكروم سداسي التكافؤ، وكيفية القيام بذلك على النحو الأمثل.
على الرغم من صعوبة لحام وتشطيب هذا المعدن، يبقى الفولاذ المقاوم للصدأ خيارًا شائعًا، بل وأحيانًا الخيار الوحيد، في العديد من الصناعات. إن معرفة كيفية استخدامه بأمان، ومتى يُطبّق كل أسلوب من أساليب اللحام، أمر بالغ الأهمية لنجاح عملية اللحام، وقد يكون هذا مفتاحًا لمسيرة مهنية ناجحة.
لماذا تُعدّ لحام الفولاذ المقاوم للصدأ مهمةً صعبة؟ تبدأ الإجابة من طريقة تصنيعه. يُخلط الفولاذ الطري، المعروف أيضًا بالفولاذ العادي، مع ما لا يقل عن 10.5% من الكروم لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ. يُشكّل الكروم المُضاف طبقةً من أكسيد الكروم على سطح الفولاذ، مما يمنع معظم أنواع التآكل والصدأ. يُضيف المصنّعون كمياتٍ متفاوتة من الكروم وعناصر أخرى إلى الفولاذ لتغيير جودة المنتج النهائي، ثم يستخدمون نظامًا ثلاثي الأرقام لتمييز الدرجات.
تشمل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الشائعة الاستخدام النوعين 304 و316. يُعدّ النوع 304 الأرخص بينها، إذ يحتوي على 18% من الكروم و8% من النيكل، ويُستخدم في كل شيء بدءًا من كسوة السيارات وصولًا إلى أجهزة المطبخ. أما النوع 316، فيحتوي على نسبة أقل من الكروم (16%) ونسبة أعلى من النيكل (10%)، ولكنه يحتوي أيضًا على 2% من الموليبدينوم. يُكسب هذا المركب الفولاذ المقاوم للصدأ 316 مقاومة إضافية للكلوريدات ومحاليل الكلور، مما يجعله الخيار الأمثل للبيئات البحرية والصناعات الكيميائية والصيدلانية.
تُساهم طبقة أكسيد الكروم في ضمان جودة الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن هذا ما يُثير استياء اللحامين. تعمل هذه الطبقة العازلة على زيادة التوتر السطحي للمعدن، مما يُبطئ تكوّن حوض اللحام السائل. من الأخطاء الشائعة زيادة الحرارة المُدخلة، حيث تُؤدي الحرارة الزائدة إلى زيادة سيولة حوض اللحام. مع ذلك، يُمكن أن يُؤثر ذلك سلبًا على الفولاذ المقاوم للصدأ. فالحرارة الزائدة قد تُسبب المزيد من الأكسدة والتشوه أو احتراق المعدن الأساسي. وعند استخدامها في صفائح معدنية في صناعات كبيرة مثل عوادم السيارات، يُصبح هذا الأمر بالغ الأهمية.
تُدمر الحرارة مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل تمامًا. عند استخدام حرارة زائدة، يصبح اللحام أو المنطقة المحيطة به متأثرة بالحرارة (HAZ) متلألئة. ينتج عن أكسدة الفولاذ المقاوم للصدأ ألوان مذهلة تتراوح من الذهبي الفاتح إلى الأزرق الداكن والبنفسجي. تُضفي هذه الألوان جمالًا على اللحام، ولكنها قد تشير إلى لحامات لا تفي ببعض متطلبات اللحام. لا تسمح أكثر المواصفات صرامةً بتلوين اللحام.
من المتعارف عليه عمومًا أن لحام القوس الكهربائي بالتنغستن المحمي بالغاز (GTAW) هو الأنسب للفولاذ المقاوم للصدأ. تاريخيًا، كان هذا صحيحًا بشكل عام. ولا يزال هذا صحيحًا عند محاولة إدخال تلك الألوان الجريئة في النسيج الفني لتلبية أعلى معايير الجودة في صناعات مثل الطاقة النووية والفضاء. مع ذلك، جعلت تقنية اللحام العاكسة الحديثة لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW) المعيارَ المعتمد لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، وليس فقط للأنظمة الآلية أو الروبوتية.
بما أن لحام GMAW عملية تغذية سلكية شبه آلية، فإنه يوفر معدل ترسيب عالٍ، مما يساعد على تقليل الحرارة المُدخلة. يقول بعض المحترفين إنه أسهل استخدامًا من لحام GTAW لأنه يعتمد بشكل أقل على مهارة اللحام وأكثر على مهارة مصدر طاقة اللحام. هذه نقطة خلافية، لكن معظم مصادر طاقة GMAW الحديثة تستخدم برامج تآزر مُبرمجة مسبقًا. صُممت هذه البرامج لضبط معايير مثل التيار والجهد، بناءً على معدن الحشو الذي يُدخله المستخدم، وسُمك المادة، ونوع الغاز، وقطر السلك.
تستطيع بعض محولات التيار ضبط القوس الكهربائي طوال عملية اللحام لضمان الحصول على قوس دقيق باستمرار، ومعالجة الفجوات بين القطع، والحفاظ على سرعات عالية للقطع بما يتوافق مع معايير الإنتاج والجودة. وينطبق هذا بشكل خاص على اللحام الآلي أو الروبوتي، ولكنه ينطبق أيضًا على اللحام اليدوي. كما توفر بعض مصادر الطاقة المتوفرة في السوق شاشة لمس وأزرار تحكم في الشعلة لتسهيل عملية الإعداد.
لحام الفولاذ المقاوم للصدأ مهمة معقدة. تشمل بعض هذه المشكلات وجود أكسيد الكروم، وكيفية التحكم في مدخلات الحرارة، وعملية اللحام المناسبة، وكيفية التعامل مع الكروم سداسي التكافؤ، وكيفية القيام بذلك بشكل صحيح.
يعتمد اختيار الغاز المناسب للحام القوسي بالغاز الخامل (GTAW) عادةً على الخبرة أو نوع تطبيق اللحام. يستخدم هذا النوع من اللحام، المعروف أيضًا باسم لحام التنجستن بالغاز الخامل (TIG)، في معظم الحالات غازًا خاملًا فقط، عادةً الأرجون أو الهيليوم أو مزيج منهما. قد يؤدي الحقن غير الصحيح لغاز الحماية أو الحرارة إلى تكوّن قبة أو شكل حبل مفرط في اللحام، مما يمنعه من الاختلاط مع المعدن المحيط، وبالتالي ينتج عنه لحام غير مرغوب فيه أو غير مناسب. قد يتطلب تحديد المزيج الأمثل لكل لحام الكثير من التجربة والخطأ. تساعد خطوط إنتاج اللحام القوسي المعدني بالغاز الخامل (GMAW) المشتركة على تقليل الوقت الضائع في التطبيقات الجديدة، ولكن عندما تكون أعلى معايير الجودة مطلوبة، يظل اللحام القوسي بالغاز الخامل (GTAW) هو الخيار الأمثل.
يشكل لحام الفولاذ المقاوم للصدأ خطراً صحياً على من يستخدمون الشعلة. ويكمن الخطر الأكبر في الأبخرة المنبعثة أثناء عملية اللحام. ينتج عن تسخين الكروم مركب يُسمى الكروم سداسي التكافؤ، وهو معروف بتسببه في تلف الجهاز التنفسي والكلى والكبد والجلد والعينين، فضلاً عن كونه مسبباً للسرطان. لذا، يجب على اللحامين ارتداء معدات الوقاية الشخصية دائماً، بما في ذلك جهاز التنفس، والتأكد من تهوية الغرفة جيداً قبل بدء اللحام.
لا تنتهي مشاكل الفولاذ المقاوم للصدأ بعد اكتمال عملية اللحام، بل يتطلب عناية خاصة في عملية التشطيب. فاستخدام فرشاة فولاذية أو وسادة تلميع ملوثة بالفولاذ الكربوني قد يُلحق الضرر بطبقة أكسيد الكروم الواقية. وحتى لو لم يكن الضرر ظاهرًا، فإن هذه الملوثات قد تجعل المنتج النهائي عرضة للصدأ أو التآكل.
تيرينس نوريس هو مهندس تطبيقات أول في شركة فرونيوس يو إس إيه إل إل سي، 6797 فرونيوس درايف، بورتاج، إنديانا 46368، 219-734-5500، www.fronius.us.
روندا زاتيزالو كاتبة مستقلة تعمل لدى شركة Crearies Marketing Design LLC، 248-783-6085، www.crearies.com.
لقد جعلت تقنية اللحام العاكس الحديثة من اللحام بالقوس المعدني المحمي بالغاز (GMAW) المعيار لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، وليس فقط الأنظمة الآلية أو الروبوتية.
مجلة WELDER، التي كانت تُعرف سابقًا باسم Practical Welding Today، تُمثل الأشخاص الحقيقيين الذين يصنعون المنتجات التي نستخدمها ونتعامل معها يوميًا. تُقدم هذه المجلة خدماتها لمجتمع اللحام في أمريكا الشمالية منذ أكثر من 20 عامًا.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة "ذا فابريكيتور"، سهولة الوصول إلى موارد صناعية قيّمة.
أصبح الإصدار الرقمي من مجلة الأنابيب والأنابيب متاحًا بالكامل الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيّمة.
احصل على وصول رقمي كامل إلى مجلة STAMPING Journal، التي تعرض أحدث التقنيات وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الرقمي الكامل إلى The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد صناعية قيّمة.