الوقت المقدر للقراءة: 6 دقائق
النقاط الرئيسية
- يمكن إصلاح الفولاذ H13 بشكل موثوق من خلال اللحام، على الرغم من أن الأمر يمثل تحديًا بسبب خصائصه الفريدة.
- لتتمكن من لحام H13 بنجاح، تأكد من اتباع ثلاث خطوات أساسية: التسخين المسبق، واختيار المواد بعناية، والمعالجة الحرارية بعد اللحام.
- يعد التشقق هو الخطر الأكبر عند لحام H13، والذي يحدث في المقام الأول بسبب تكوين المارتنسيت وهشاشة الهيدروجين أثناء العملية.
- تعتبر عملية اللحام بتقنية TIG هي الطريقة المفضلة لفولاذ الأدوات H13 بسبب دقتها وتقليل تأثير الحرارة على المادة الأساسية.
- يعد التحضير المناسب والتسخين المسبق الإلزامي والتبريد المتحكم فيه أمرًا بالغ الأهمية لنجاح عملية لحام الفولاذ H13.
جدول المحتويات
فولاذ الأدوات H13 لطالما كان الفولاذ H13 المادة الأكثر شيوعًا في بيئات العمل عالية الحرارة. ومع ذلك، خلال الإنتاج الصناعي المطول، تتعرض القوالب حتمًا للتآكل أو التلف. في هذه المرحلة، يواجه العديد من المصنّعين سؤالًا حقيقيًا وصعبًا: "هل يُمكن إصلاح هذا الفولاذ الخاص، H13، بشكل موثوق عن طريق اللحام؟" إجابتنا هي نعم بلا شك. سواءً لتجميع قوالب جديدة أو لإصلاح قوالب قديمة تالفة، يُمكن لحام فولاذ الأدوات H13 بنجاح.
في حين أن قابلية اللحام لا تعني سهولة اللحام، إلا أن H13 يتميز بصلابة استثنائية وبنية مجهرية فريدة. وغالبًا ما يؤدي التعامل معه بنفس الطرق غير التقليدية المستخدمة في الفولاذ العادي إلى عواقب وخيمة. والنتيجة الأكثر شيوعًا هي تشقق اللحام أو المعدن الأساسي، مما يجعل القالب غير صالح للاستخدام.
لضمان اللحام الخالي من العيوب، يجب اتباع ثلاث خطوات أساسية بدقة: التسخين المسبق، واختيار المواد الاستهلاكية المناسبة للحام، والمعالجة الحرارية المتحكم بها بعد اللحام (PWHT).
فهم طبيعة الفولاذ المستخدم في الأدوات H13
لإتقان لحام فولاذ H13، يجب أولاً فهم خصائصه. من المبادئ المعدنية الشائعة أنه كلما زادت نسبة السبائك والكربون في الفولاذ، زادت صعوبة لحامه. يتميز فولاذ H13 بصلابة عميقة، مما يُمكّن من تصلب قطع العمل كبيرة الحجم وذات المقطع السميك بالكامل، عادةً عن طريق التبريد الهوائي وحده. في حالته الملدنة بالكامل، يتكون هيكله الداخلي بشكل أساسي من الفريت وكربيدات السبائك؛ ومع ذلك، عند الإخماد والمعالجة الحرارية المناسبين، يتحول إلى بنية مارتنسيتية صلبة.
التحديات المعدنية: خطر التشقق
التحدي الأكبر في لحام H13 هو التشقق. يُشار إلى هذا النوع من التشقق عادةً بالتشقق البارد، أو التشقق تحت اللحام، أو التشقق المتأخر. ولا يحدث هذا التشقق عرضيًا، بل ينتج عن تأثير مُشترك لعاملين أساسيين.
1. تكوين المارتنسيت في المنطقة الحساسة للتربة
لا تؤدي درجات الحرارة العالية أثناء اللحام إلى إذابة سلك الحشو فحسب، بل تُسخّن أيضًا المعدن الأساسي المجاور للحام تسخينًا شديدًا، وهي منطقة تُعرف بالمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ). ونظرًا للصلابة الشديدة لـ H13 والتبريد السريع عادةً أثناء اللحام، تخضع المنطقة المتأثرة بالحرارة لعملية إخماد فورية. يتحول الهيكل المعدني في هذه المنطقة إلى مارتنسيت صلب وهش غير مُخمّد. يفتقر هذا الهيكل بشدة إلى اللدونة والمتانة. وعندما يُولّد انكماش التبريد إجهادات شد كبيرة، لا تستطيع هذه المنطقة الهشة تحمّل القوى، مما يؤدي مباشرةً إلى التشقق.
2. هشاشة الهيدروجين
إذا كانت الهياكل الهشة ألغامًا أرضية، فإن ذرات الهيدروجين هي "الصمامات" التي تُفجرها. يمكن للرطوبة في الهواء، أو بقايا الزيت على أسطح الفولاذ، أو الماء داخل طلاءات قضبان اللحام أن تتحلل جميعها إلى ذرات هيدروجين تحت حرارة اللحام الشديدة. عندما يكون المعدن في حالة سائلة منصهرة، يذوب الهيدروجين بداخله بسهولة ملحوظة. ومع ذلك، بمجرد أن يبرد اللحام ويتصلب، تنخفض ذوبانية الهيدروجين بشكل حاد. تُحبس كميات هائلة من الهيدروجين داخل الشبكة البلورية للمعدن، مما يُؤدي إلى حالة تشبع فائق. وهذا هو الجانب الأكثر خطورة. تنتشر ذرات الهيدروجين المحبوسة ببطء وتتراكم في المنطقة الحساسة للحساسية - وهي المنطقة التي تتعرض لأقصى قدر من الإجهاد وأكبر قدر من الضعف. قد تظهر الشقوق بعد دقائق من اللحام أو تبقى كامنة لأيام قبل أن تتكسر فجأة. يُعرف هذا باسم التشقق المتأخر.
عمليات اللحام والمواد الاستهلاكية الموصى بها
1. عمليات اللحام المفضلة
1. عمليات اللحام المفضلة
لحام TIG: لإصلاح القوالب، يُعدّ لحام قوس التنغستن الغازي (GTAW، المعروف أيضًا باسم لحام TIG) الخيار الأمثل والأكثر ملاءمةً في هذا المجال لفولاذ H13. يستخدم لحام TIG قطب تنغستن وغطاءً من الغاز الخامل (عادةً الأرجون) لتوفير تحكم ودقة استثنائيين مع تقليل الضرر الحراري للمادة الأساسية. على الرغم من إمكانية استخدام لحام قوس المعدن المحمي (SMAW) ولحام قوس المعدن الغازي (GMAW) أيضًا لفولاذ السبائك عند ضمان تشغيل منخفض الهيدروجين، إلا أن TIG يبقى الطريقة المفضلة لإصلاحات القوالب الدقيقة.
2. اختيار معدن الحشو
عند اختيار سلك اللحام، يتمثل هدفنا الأساسي في جعل تركيب وخصائص اللحام أقرب ما يمكن إلى المعدن الأساسي. الحل الأمثل هو استخدام سلك لحام مخصص لـ H13 مباشرةً. يُعد هذا النهج الأكثر موثوقية، إذ يضمن أداءً ثابتًا. في حال عدم توفر سلك H13 مؤقتًا، يُمكن استخدام سلك لحام فولاذ الأدوات متوسط الصلابة كبديل. يُستخدم هذا النوع من معادن الحشو عادةً في لحام أدوات العمل الساخن والبارد.
بغض النظر عن العملية أو معدن الحشو الذي تختاره، فإنّ انخفاض نسبة الهيدروجين هو الحل الأمثل. يُعدّ استخدام المواد الاستهلاكية منخفضة الهيدروجين الوسيلة الأساسية لتقليل حساسية الشقوق ومنع تشققات ما بعد اللحام.
الركائز الثلاث لنجاح اللحام H13
1. التحضير وتنظيف السطح
قبل إشعال شعلة اللحام، تأكد من تنظيف سطح القالب جيدًا. أي زيت أو شحم أو رطوبة أو سائل تبريد متبقٍ سيتحلل إلى هيدروجين عند درجات الحرارة العالية، مما يسبب هشاشة الهيدروجين. يجب أن تكون منطقة اللحام جافة وخالية من الزيوت. بالإضافة إلى ذلك، تأكد من أن حافة القالب أخدود أملس على شكل حرف U، وليس حرف V. فالزوايا الحادة في أسفل شكل حرف V تُركز الضغط بسهولة، مما يجعله عرضة للتشقق مرة أخرى.
2. التسخين المسبق الإلزامي
الغرض من التسخين المسبق هو تقليل الإجهاد الحراري، وتقليل خطر الصدمة الحرارية، ومنع هشاشة اللحام الناتجة عن معدلات التبريد المفرطة. القوالب الصغيرة (حوالي ١٠٠ مم): يجب أن تصل درجة حرارة التسخين المسبق إلى ١٥٠ درجة مئوية على الأقل. القوالب الكبيرة أو الهشة: يجب زيادة درجة الحرارة بشكل ملحوظ، مع نطاق موصى به يتراوح بين ٣٠٠ و٤٠٠ درجة مئوية.
السيناريو الأكثر شيوعًا في عمليات الإصلاح هو القوالب التي تصلبت بالفعل بالتبريد. في هذه الحالات، يجب ألا تكون درجات حرارة التسخين المسبق مرتفعة جدًا، لأن ذلك قد يُليّن مادة قاعدة القالب ويؤدي إلى فقدانها لخصائصها الأصلية. صلابة. يجب أن تكون درجة حرارة التسخين المسبق أقل بمقدار 14 درجة مئوية إلى 28 درجة مئوية من درجة حرارة التلطيف الأصلية للقالب.
طوال عملية اللحام بأكملها، يجب الحفاظ على هذه درجة الحرارة دون السماح لدرجة حرارة قطعة العمل بالانخفاض بشكل كبير في أي نقطة.
3. المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) والتبريد المتحكم فيه
لا يعني اكتمال اللحام انتهاء العملية؛ فالمعالجة اللاحقة ضرورية لتخفيف الضغط ومنع التشقق المتأخر. بعد اللحام، يجب عدم ترك قطعة العمل تبرد مباشرةً إلى درجة حرارة الغرفة. يجب تركها تبرد ببطء، ويجب ألا تقل درجة الحرارة عادةً عن ١٢٠ درجة مئوية قبل دخولها. المعالجة الحرارية الفرن. بالنسبة لمعظم القوالب المُصلَّحة، يكون الإجراء القياسي كما يلي: اترك قطعة العمل تبرد ببطء حتى تصل إلى درجة حرارة دافئة عند اللمس (حوالي 71 درجة مئوية / 160 درجة فهرنهايت)، ثم انقلها إلى فرن التلطيف لتخفيف الضغط. يجب أن تكون درجة حرارة التلطيف أقل من درجة حرارة التلطيف الأصلية بما يتراوح بين 14 درجة مئوية و28 درجة فهرنهايت للحفاظ على صلابة المادة الأساسية. تؤدي عملية التثبيت أو المعالجة الحرارية بعد اللحام هذه أيضًا وظيفة أساسية: إطلاق ذرات الهيدروجين المحاصرة داخل الفولاذ، مما يقضي على خطر التشقق المتأخر.
