هل يمكن لحام حديد الدكتايل بالفولاذ الطري؟

يكون لحام حديد الدكتايل إلى الفولاذ الطري ممكنًا تمامًا عند استخدام معادن الحشو القائمة على النيكل - مثل ENiFe-CI (نيكل 55) - واتباع ضوابط معدنية صارمة لمنع التشقق. وتشمل الخطوات الرئيسية التنظيف الشامل للسطح، والتسخين المسبق إلى 350-650 درجة فهرنهايت (175-345 درجة مئوية)، ودرجات الحرارة البينية المتحكم بها، والتبريد البطيء بعد اللحام لتخفيف الضغوطات المتبقية. يمكن أن تحقق جميع العمليات الشائعة - الماسح الميكانيكي الميكانيكي المدمج وGMAW وGTAW - وصلات سليمة إذا اقترنت بالإجراءات المناسبة والمعالجة الحرارية بعد اللحام، على الرغم من أن اللحامات الناتجة قد تظهر صلابة أقل من المعادن الأساسية. يضمن فهم هذه العوامل الحصول على لحامات موثوقة وخالية من التشققات عند ربط مكونات حديد الدكتايل بهياكل الفولاذ الطري.

1. مقدمة

يحتوي حديد الدكتايل والمعروف أيضًا باسم حديد الجرافيت العقدي أو حديد الجرافيت الكروي، على الجرافيت في شكل عقيدات مما يمنحه صلابة فائقة مقارنةً بحديد الزهر الرمادي.
الفولاذ الطري (على سبيل المثال، ASTM A36) هو فولاذ منخفض الكربون ذو قابلية لحام ممتازة ولكن يختلف في التمدد الحراري والسلوك البنائي الدقيق عن حديد الدكتايل.
عند ربط هذه المعادن غير المتشابهة، يجب على المرء أن يستوعب هجرة الكربون والانكماش وتركيز الإجهاد عند واجهة اللحام.

2. الاعتبارات المعدنية

2.1 المحتوى الكربوني والتخفيف

ويعزز محتوى حديد الدكتايل من الكربون (3.0-3.7 %) والسيليكون (1.2-2.8 %) تكوين الكربيد، بينما ينتج عن انخفاض الكربون في الفولاذ الطري (أقل من 0.3 %) مصفوفة من الفريت-بيرلايت.
يخفف معدن حشو النيكل العالي من الكربون المهاجر من الحديد، مما يمنع هشاشة المارتنسيت في اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).

2.2 الإجهاد الحراري والتمدد الحراري

يمكن أن يؤدي التمدد الحراري التفاضلي (حديد الدكتايل ≈ 11-12 µ με/°مئوية مقابل الفولاذ ≈ 12 µ ε/°مئوية) إلى حدوث إجهادات شد أثناء التبريد، مما قد يؤدي إلى خطر التشقق البارد.
يقلل التبريد البطيء والمعالجة الحرارية بعد اللحام من الإجهادات المتبقية وقمم الصلابة في منطقة HAZ.

3. عمليات اللحام ومعادن الحشو

ملاحظة: صُممت أقطاب ENiFe-CI خصيصًا لوصلات الحديد الزهر إلى الفولاذ، حيث توفر قوة شد تصل إلى حوالي 84 كيلو باسكال واستطالة تصل إلى ~ 9 %.

4. التسخين المسبق، والمعالجة الحرارية البينية والمعالجة الحرارية بعد اللحام

• سخن مسبقًا:

  • 350 درجة فهرنهايت (175 درجة مئوية) كحد أدنى لفتح المسام وتقليل معدل التبريد.

  • ما يصل إلى 650 درجة فهرنهايت (345 درجة مئوية) في الظروف القاسية لمنع التشقق البارد.

• درجة الحرارة البينية:

  • الحفاظ على ≥ 300 درجة فهرنهايت (150 درجة مئوية)؛ من الأفضل أن تكون 600 درجة فهرنهايت (320 درجة مئوية) للحد من التدرجات الحرارية.

• المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT):

  • إعادة التسخين إلى درجة حرارة ما قبل التسخين والتبريد ببطء (12-24 ساعة)، وغالبًا ما يكون ذلك تحت بطانية لتخفيف الضغط.

5. إجراءات اللحام

1. تحضير السطح:
   قم بإزالة الطلاء والصدأ والملوثات باستخدام الطحن أو الفرشاة السلكية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لضمان الاندماج السليم.

2. لحام التراك والتقشير:
   استخدم اللحامات الصغيرة لمحاذاة الأجزاء؛ وحبيبات اللحام المقشرة لإعادة توزيع الضغوط وتشجيع البنى المجهرية المطيلة.

3. اللحام المتحكم به:

   • استخدم أطوال قوس قصيرة (GMAW) أو قوس قصير (GMAW) أو قوس ضيق (SMAW) لإدخال حرارة منخفضة.

   • تبديل الجوانب أو الأطراف لموازنة الحرارة وتقليل التشويه.

4. التبريد البطيء:

   • يُغلف في بطانية لحام أو فرن خاضع للتحكم.

   • اسمح بالتبريد عند درجة حرارة أقل من 100 درجة فهرنهايت/ساعة إلى المحيط لتجنب الصدمة الحرارية.

6. التطبيقات والقيود

• الاستخدامات المثالية: تصليح أغلفة المضخات، وأجسام الصمامات، والفلنجات، والمكونات التي لا يكون الربط الميكانيكي فيها قابلاً للتطبيق.

• القيود: قد لا تتطابق صلابة معدن اللحام (حوالي 84 كيلو باسكال) مع درجات حديد الدكتايل عالي القوة (> 100 كيلو باسكال)؛ فكر في التثبيت الميكانيكي لمسارات الأحمال الحرجة.

7. الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكن لحام حديد الدكتايل بالفولاذ الطري؟
نعم - باستخدام معادن حشو أساسها النيكل (على سبيل المثال، ENiFe-CI) وإجراءات مناسبة قبل/بعد اللحام لتجنب التشققات.

س2: ما درجة حرارة التسخين المسبق المطلوبة؟
عادةً ما تكون 350-650 درجة فهرنهايت (175-345 درجة مئوية) اعتمادًا على كتلة الصب والظروف المحيطة.

س3: ما هي عملية اللحام الأفضل؟
يوفر SMAW مع ENiFe-CI تنوعًا ميدانيًا؛ بينما يوفر GMAW وGTAW تحكمًا أعلى للعمل الدقيق.

س4: هل المعالجة الحرارية بعد اللحام إلزامية؟
يوصى بشدة - يوصى بالتسخين إلى درجة حرارة ما قبل التسخين والتبريد ببطء على مدار 12-24 ساعة لتقليل الضغوط المتبقية.

س5: هل توجد بدائل للحام؟
تتجنب الطرق الميكانيكية (التثبيت بالبراغي، والتركيب بالضغط، والمواد اللاصقة) مخاطر التشقق الحراري وقد تكون مفضلة للوصلات الحرجة.

المراجع:

• جمعية اللحام الأمريكية (AWS) - الهيئة المعنية بمعايير وإجراءات اللحام
• أكواد ومعايير ASME - الضوابط المعدنية وإجراءات اللحام
• ASTM A234 - المواصفات القياسية لتجهيزات الأنابيب من الفولاذ الكربوني المطاوع وسبائك الفولاذ للخدمة في درجات الحرارة المتوسطة والعالية
• جامعة كامبريدج - لحام المعادن غير المتشابهة والاعتبارات المعدنية
• حديد الدكتايل - ويكيبيديا (نظرة عامة على طرق اللحام والربط)