مدخلات الحرارة ومعدل التبريد والتحكم المعدني

اللحام بالليزر عملية تتطلب مدخلات حرارية منخفضة ومعدلات تبريد عالية، وهذا أحد أسباب فعاليتها الكبيرة في الفولاذ المقاوم للصدأ. لكن "الحرارة المنخفضة" لا تعني بالضرورة "جيدة" - فالمدخلات الحرارية أو أنماط التبريد الخاطئة قد تؤدي إلى انصهار غير مكتمل، أو زيادة في الفريت، أو عيوب في البنية المجهرية تُضعف كلاً من القوة ومقاومة التآكل. من خلال إدارة طاقة الليزر، وسرعة الحركة، وتركيز الشعاع، واختيار الحشو، يمكن للحاميين التحكم ليس فقط في شكل الخرزة، بل في علم المعادن نفسه.

حافظ على مدخلات الحرارة منخفضة - ولكن ليس منخفضة للغاية

· لماذا تُعدّ الحرارة المنخفضة جيدة:

1. تُقلّل التشوه والإجهاد المتبقي، وهو أمرٌ بالغ الأهمية في الصفائح الأوستنيتية الرقيقة ذات التمدد الحراري العالي.

2. تُقلّل من تصبّغات الحرارة وتكوين الأكسيد، مما يُقلّل الحاجة إلى التنظيف بعد اللحام.

· لماذا تُعدّ الحرارة المنخفضة جدًا سيئة:

1. عدم كفاية الاختراق وغياب عيوب الاندماج.

2. التصلب السريع جدًا قد يُحبس الغازات ويزيد من المسامية.

3. في بعض الدرجات، قد يدفع التبريد فائق السرعة البنية المجهرية نحو مراحل هشة أو غير متوازنة.

· أذرع التحكم:

1. القدرة (واط): تُعمّق الطاقة العالية الاختراق، ولكنها تُخاطر بارتفاع درجة الحرارة في المقاطع الرقيقة.

2. سرعة الحركة (مم/ثانية): تُقلّل السرعة العالية من إجمالي مدخلات الحرارة، ولكنها قد تُسبب مشاكل في الاندماج.

3. حجم البقعة (مم): تُركّز البقع الأصغر الطاقة؛ وتُوسّع البقع الأكبر حجمًا خرزة المعدن، ولكنها تُقلّل من عمق الاختراق.

· قاعدة عامة: مراقبة الطاقة لكل وحدة طول 

(J/mm) - الهدف هو الحصول على الحد الأدنى من القيمة التي تحقق الاندماج الكامل دون عيوب، وعادة ما تكون 30-60 J/mm للصفائح الرقيقة، وأعلى بالنسبة لأقسام الدوبلكس الأكثر سمكًا.

الفريت في اللحامات الأوستنيتية

· الخلفية المعدنية:

1. التصلب الأوستنيتي الكامل عرضة للتشققات الناتجة عن التصلب لعدم قدرته على امتصاص الشوائب منخفضة درجة الانصهار عند حدود الحبيبات.

2. يُخفف إضافة 3-8% من فيريت دلتا في اللحام من هذه المشكلة بتوفير "مصرف" للشوائب.

· مخاطر خاصة بالليزر:

1. قد تتجمد معدلات التبريد العالية في بنية التصلب قبل أن يتاح للفيريت الوقت الكافي للتكوين، مما يزيد من خطر التشقق في بعض السبائك.

· طرق التحكم:

1. استخدم حشوًا مُضافًا إليه كمية زائدة قليلاً من السبائك (ER308L، ER316L) لتعزيز تكوين الفريت.

2. تجنب سرعات السير العالية جدًا في الدرجات الحساسة.

3. تحقق من محتوى الفريت باستخدام منظار فيريت في التطبيقات الحرجة (خاصةً في التطبيقات الغذائية وخدمات التبريد).

التداخل والتسخين المسبق

· درجة حرارة التداخل:

1. لمعظم الدرجات الأوستنيتية: حافظ على درجة حرارة أقل من 150 درجة مئوية لتجنب ترسب كربيد الكروم (التحسس)، مما يقلل من مقاومة التآكل.

2. للدرجات المزدوجة: حافظ على درجة حرارة أقل من 150 درجة مئوية لمنع ترسب الطور الثانوي وللتحكم في توازن الفريت والأوستينيت.

· التسخين المسبق:

1. نادرًا ما يكون مطلوبًا للدرجات الأوستنيتية أو المزدوجة.

2. ضروري للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والمتصلب بالترسيب (100-300 درجة مئوية) لتجنب تشققات الإخماد وارتفاع الصلابة في المنطقة الحساسة للحساسية.

3. يجب تطبيقه بالتساوي لتجنب التمدد التفاضلي.

· ملاحظة خاصة بالليزر: نادرًا ما تتجاوز لحامات الليزر أحادية المرور حدود درجة حرارة التداخل، ولكن في لحامات الليزر-القوس الهجينة متعددة المرور، قد يُصبح تراكم الحرارة مشكلة.

موازنة الطور المزدوج

· الهدف: حوالي ٥٠٪ فيريت / حوالي ٥٠٪ أوستينيت في منطقة اللحام.

· مخاطر اللحام بالليزر:

١. تميل معدلات التبريد العالية إلى حبس الفائض من الفريت (أكثر من ٦٥٪)، مما يؤدي إلى انخفاض متانة التأثير ومقاومة التآكل النقطي.

٢. قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة أيضًا إلى عدم اكتمال إعادة تشكيل الأوستينيت.

· استراتيجيات التحكم:

١. استخدام حشوات غنية بالنيكل (مثل ER2209 للدوبلكس 2205) لتحفيز تكوين الأوستينيت.

٢. زيادة مدخلات الحرارة بشكل طفيف مقارنةً باللحام الأوستينيتي - فهذا يُبطئ التبريد بدرجة كافية لتحويل الطور دون المخاطرة بنمو الحبيبات.

٣. الحفاظ على درجة حرارة منخفضة بين الوصلات لمنع تكوين طور سيجما.

· التحقق: في الصناعات عالية المواصفات (البحرية، تحلية المياه)، يتم فحص محتوى الفريت بشكل روتيني بعد اللحام باستخدام أجهزة قياس الفريت المحمولة.

في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بالليزر، يُعدّ إدخال الحرارة أداةً معدنيةً - فالكثير منها يُسبب تشوّهًا وتحسسًا، بينما يُسبب القليل منها نقصًا في الانصهار، أو زيادةً في الفريت، أو تشققًا. تتطلب اللحامات الأوستنيتية كمياتٍ صغيرةً من الفريت لتجنب التشقق الساخن، وقد تحتاج اللحامات المارتنسيتية وذات درجة الحموضة (PH) إلى تسخينٍ مسبق، بينما يتطلب الفولاذ المزدوج تحكمًا دقيقًا في إدخال الحرارة للحفاظ على توازن الطور. أسرع طريقةٍ لإضعاف مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل هي تجاهل العلاقة بين معاملات الليزر ومعدل التبريد والبنية المجهرية - وأفضل طريقةٍ للحفاظ عليها هي التحكم فيها بعناية.