عملية القوس المعدني اليدوية
تم اختراع اللحام بالقوس المعدني المحمي (SMAW)، أو اللحام بالقوس المعدني اليدوي، لأول مرة في روسيا عام 1888.
كانت هذه الطريقة تتضمن استخدام قضيب معدني عارٍ بدون طلاء من مادة الصهر لتوفير درع غازي واقٍ. ولم يتم تطوير الأقطاب الكهربائية المطلية حتى أوائل القرن العشرين عندما تم اختراع عملية كيلبيرج في السويد وتم تقديم طريقة شبه القوس في المملكة المتحدة.
من الجدير بالذكر أن اعتماد الأقطاب الكهربائية المطلية كان بطيئًا بسبب تكلفتها العالية. ومع ذلك، كان من المحتم أنه مع نمو الطلب على اللحامات السليمة، أصبح القوس المعدني اليدوي مرادفًا للأقطاب الكهربائية المطلية.
عندما يتم ضرب قوس كهربائي بين قضيب المعدن (القطب الكهربائي) وقطعة العمل، يذوب كل من سطح القضيب وقطعة العمل لتشكيل بركة لحام. يؤدي ذوبان الطلاء المتدفق على القضيب في نفس الوقت إلى تكوين غاز وخبث يحمي بركة اللحام من الغلاف الجوي المحيط.
سوف تتصلب الخبث وتبرد ويجب إزالتها من خرز اللحام بمجرد اكتمال عملية اللحام (أو قبل ترسب عملية اللحام التالية).
تسمح هذه العملية بإنتاج أطوال قصيرة فقط من اللحام قبل الحاجة إلى إدخال قطب كهربائي جديد في الحامل. تكون نسبة اختراق اللحام منخفضة وتعتمد جودة رواسب اللحام بشكل كبير على مهارة اللحام.
أنواع التدفقات/الأقطاب الكهربائية
تتأثر استقرار القوس وعمق الاختراق ومعدل ترسب المعدن والقدرة على تحديد الموضع بشكل كبير بالتركيب الكيميائي لطلاء التدفق على القطب الكهربائي. يمكن تقسيم الأقطاب الكهربائية إلى ثلاث مجموعات رئيسية.
- السليلوزية
- الروتيل
- أساسي
تحتوي أقطاب السليلوز على نسبة عالية من السليلوز في الطلاء وتتميز بقوس اختراق عميق ومعدل احتراق سريع مما يعطي سرعات لحام عالية. يمكن أن تكون رواسب اللحام خشنة ومع وجود خبث سائل، يمكن أن يكون إزالة الخبث أمرًا صعبًا. هذه الأقطاب سهلة الاستخدام في أي وضع وهي معروفة لاستخدامها في تقنية اللحام “بأنبوب الموقد”.
سمات..
- اختراق عميق في جميع المواقف
- ملائمة اللحام العمودي للأسفل
- خصائص ميكانيكية جيدة إلى حد معقول
- ارتفاع مستوى الهيدروجين الناتج – خطر التشقق في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)
تحتوي أقطاب الروتيل على نسبة عالية من أكسيد التيتانيوم (الروتيل) في الطلاء. يعزز أكسيد التيتانيوم من سهولة اشتعال القوس الكهربائي، وتشغيل القوس الكهربائي بسلاسة، وانخفاض نسبة التناثر. هذه الأقطاب الكهربائية هي أقطاب كهربائية عامة ذات خصائص لحام جيدة. يمكن استخدامها مع مصدر طاقة التيار المتردد والتيار المستمر وفي جميع المواضع. الأقطاب الكهربائية مناسبة بشكل خاص للحام وصلات الحشو في الوضع الأفقي/الرأسي (H/V).
سمات..
- الخواص الميكانيكية للمعادن الملحومة المعتدلة
- تم إنتاج ملف تعريف خرز جيد من خلال الخبث اللزج
- اللحام الموضعي ممكن باستخدام خبث سائل (يحتوي على الفلورايد)
- خبث قابل للإزالة بسهولة
تحتوي الأقطاب الكهربائية الأساسية على نسبة عالية من كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) وفلوريد الكالسيوم (الفلورسبار) في الطلاء. وهذا يجعل طلاء الخبث أكثر سيولة من طلاءات الروتيل – كما أنها سريعة التجميد مما يساعد على اللحام في الوضع الرأسي والعلوي. تُستخدم هذه الأقطاب الكهربائية في لحام المقاطع المتوسطة والثقيلة حيث تكون هناك حاجة إلى جودة لحام أعلى وخصائص ميكانيكية جيدة ومقاومة للتشقق (بسبب التقييد العالي).
سمات..
- لحام المعادن منخفض الهيدروجين
- يتطلب تيارات/سرعات لحام عالية
- شكل حبة رديء (شكل سطح محدب وخشن)
- إزالة الخبث صعبة
تحتوي أقطاب مسحوق المعدن على إضافة مسحوق المعدن إلى طلاء اللحام لزيادة الحد الأقصى المسموح به لمستوى تيار اللحام. وبالتالي، بالنسبة لحجم قطب معين، يتم زيادة معدل ترسب المعدن والكفاءة (نسبة المعدن المترسب) مقارنة بالقطب الذي لا يحتوي على مسحوق الحديد في الطلاء. عادة ما يتم إزالة الخبث بسهولة. تُستخدم أقطاب مسحوق الحديد بشكل أساسي في المواضع المسطحة وH/V للاستفادة من معدلات الترسيب الأعلى. يمكن تحقيق كفاءات تصل إلى 130 إلى 140% لأقطاب الروتيل والقاعدية دون تدهور ملحوظ في خصائص القوس الكهربائي ولكن القوس الكهربائي يميل إلى أن يكون أقل قوة مما يقلل من اختراق الخرز.
مراجع الطاقة
يمكن تشغيل الأقطاب الكهربائية باستخدام مصادر طاقة التيار المتردد والتيار المستمر. لا يمكن تشغيل جميع أقطاب التيار المستمر باستخدام مراجع طاقة التيار المتردد، ولكن عادةً ما تُستخدم أقطاب التيار المتردد على التيار المستمر.
تيار اللحام
يتم تحديد مستوى تيار اللحام بحجم القطب الكهربائي – يوصي المصنعون بنطاق التشغيل العادي والتيار. يتم توضيح نطاقات التشغيل النموذجية لمجموعة مختارة من أحجام القطب الكهربائي في الجدول. كقاعدة عامة عند اختيار مستوى التيار المناسب، سيتطلب القطب الكهربائي حوالي 40 أمبير لكل مليمتر (قطر). لذلك، سيكون مستوى التيار المفضل لقطب كهربائي بقطر 4 مم هو 160 أمبير، ولكن نطاق التشغيل المقبول يتراوح بين 140 إلى 180 أمبير.
حامل القطب الكهربائي النموذجي
ما الجديد..
إن تكنولوجيا الترانزستور (العاكس) تمكن الآن من إنتاج مصادر طاقة صغيرة جدًا ومنخفضة الوزن نسبيًا. وتجد مصادر الطاقة هذه استخدامًا متزايدًا في اللحام في الموقع حيث يمكن نقلها بسهولة من مهمة إلى أخرى. ولأنها يتم التحكم فيها إلكترونيًا، فإن وحدات إضافية متاحة للحام TIG وMIG مما يزيد من المرونة. وتتوفر الأقطاب الكهربائية الآن في حاويات محكمة الغلق. وتغني هذه العبوات المفرغة من الهواء عن الحاجة إلى خبز الأقطاب الكهربائية قبل الاستخدام مباشرة. ومع ذلك، إذا تم فتح الحاوية أو إتلافها، فمن الضروري إعادة تجفيف الأقطاب الكهربائية وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.