مفهوم وتصنيف لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW)
لحام القوس المعدني بالغاز (GMAW) هو عملية لحام بالقوس تستخدم قطبًا كهربائيًا سلكيًا مستهلكًا، مع غاز واقٍ يتم توفيره خارجيًا يعمل كوسيط للقوس. يحمي الغاز قطرات المعدن المنصهر، وبركة اللحام، والمعدن عالي الحرارة في منطقة اللحام. وفقًا لمواد الأسلاك المختلفة والغازات الواقية، يتم تصنيفه إلى العمليات التالية:
1. التصنيف حسب نوع سلك اللحام
- تنقسم إلى لحام بالسلك الصلب ولحام بالسلك المبطن بالتدفق.
- يُعرّف السلك الصلب مع غاز خامل (Ar أو He) كدرع بأنه لحام MIG (لحام القوس المعدني بالغاز الخامل).
- يُشار إلى السلك الصلب مع غاز مختلط غني بالأرجون كدرع بأنه لحام MAG (لحام القوس المعدني بالغاز النشط).
- يُطلق على السلك الصلب مع درع CO₂ النقي ببساطة لحام CO₂.
- بالنسبة للسلك المبطن بالتدفق: لحام القوس باستخدام CO₂ أو خليط CO₂+Ar كغاز درع هو لحام السلك المبطن بالتدفق المحمي بالغاز؛ ويُطلق على اللحام بدون غاز درع خارجي اسم لحام القوس ذاتي الحماية.
2. الاختلافات بين لحام MIG/MAG القياسي ولحام CO₂
- يتميز لحام CO₂ بتكلفته المنخفضة وإنتاجيته العالية، ولكنه يعاني من عيوب واضحة مثل الرذاذ الثقيل ومظهر اللحام الضعيف. لهذا السبب، تعتمد العديد من التطبيقات الصناعية لحام MIG/MAG القياسي بدلاً من ذلك.
- يعتمد اللحام القياسي MIG/MAG على غاز خامل أو غاز مختلط غني بالأرجون للحماية، بينما يُظهر لحام ثاني أكسيد الكربون النقي خصائص مؤكسدة قوية. هذا الاختلاف الأساسي يحدد خصائصه وحدود تطبيقه.
3. المزايا الرئيسية للحام MIG/MAG مقارنة بلحام CO₂
- تقليل الرذاذ بأكثر من 50%: تحت حماية غاز الأرجون أو الغني بالأرجون، يظل قوس اللحام مستقرًا للغاية. يتم الحفاظ على أداء القوس المستقر أثناء انتقال القطرات وانتقال الرذاذ. حتى في الانتقال بالدائرة القصيرة مع لحام MAG منخفض التيار، يتم تقليل تنافر القوس على القطرات المنصهرة بشكل كبير، مما يقلل الرذاذ بأكثر من النصف.
- خرزة لحام موحدة وجمالية: يضمن لحام MIG/MAG انتقالًا منتظمًا ودقيقًا وثابتًا للقطرات، مما ينتج عنه تكوين لحام سلس وموحد وجذاب بصريًا.
- المعادن والسبائك التفاعلية القابلة للحام: يتميز جو اللحام بضعف الأكسدة أو انعدامها تقريبًا. لا يمكن لـ MIG/MAG لحام الفولاذ الكربوني والفولاذ عالي السبائك فحسب، بل يمكنه أيضًا لحام المعادن التفاعلية بما في ذلك الألمنيوم وسبائكه، والفولاذ المقاوم للصدأ، والمغنيسيوم وسبائكه. إنه يحسن بشكل كبير أداء عملية اللحام وجودة اللحام وكفاءة الإنتاج.
4. الاختلافات بين لحام MIG/MAG النبضي ولحام MIG/MAG القياسي
- يعتمد لحام MIG/MAG القياسي بشكل أساسي على انتقال الرذاذ عند التيار العالي وانتقال الدائرة القصيرة عند التيار المنخفض. لا يزال التشغيل بالتيار المنخفض يعاني من تناثر شديد وتشكيل ضعيف. خاصة المعادن التفاعلية مثل سبائك الألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ لا يمكن لحامها بسلاسة عند التيار المنخفض.
- تم تطوير لحام MIG/MAG النبضي لحل هذه المشكلة. ميزته الأساسية هي نقل قطرة واحدة لكل نبضة تيار، وتنتمي أساسًا إلى وضع نقل القطرات الرذاذية.
- وضع العمل الأمثل هو نبضة واحدة، قطرة واحدة. يضبط تردد النبضات تردد نقل القطرات وسرعة ذوبان السلك. قطر القطرة قريب من قطر السلك، مما يؤدي إلى حرارة قوس أقل ودرجة حرارة قطرة أقل مقارنة بالنقل الرذاذي التقليدي والنقل بالقطرات الكبيرة.
الفوائد الرئيسية:
- كفاءة ذوبان أعلى للسلك؛
- أبخرة لحام أقل، احتراق أقل للعناصر السبائكية، وبيئة عمل أفضل؛
- حد أدنى أو شبه معدوم للشرر مع اتجاه ممتاز للقوس؛
- مناسب للحام في جميع الأوضاع مع تشكيل جيد للحام، وعرض لحام أوسع، واختراق ضحل للأصابع، وتعزيز صغير؛
- لحام مثالي بالتيار المنخفض للمعادن التفاعلية مثل سبائك الألومنيوم؛
- يوسع نطاق التيار القابل للاستخدام لنقل الرذاذ؛ يمكن تحقيق نقل قطرات مستقر من تيار الرذاذ الحرج تقريبًا إلى عشرات الأمبيرات.
5. عيوب اللحام بالغاز الواقي (MIG/MAG) بالنبضات
- لا توجد عملية خالية من القيود. مقارنة باللحام القياسي بالغاز الواقي (MIG/MAG):
- إنتاجية لحام أقل قليلاً في التشغيل الروتيني؛
- متطلبات أعلى لمهارات اللحام والخبرة التشغيلية؛
- تكلفة أعلى نسبيًا لمعدات اللحام.
6. سيناريوهات التطبيق حيث يكون اللحام بالغاز الواقي (MIG/MAG) بالنبضات إلزاميًا
- يعتمد اختيار لحام MIG/MAG بالنبض على متطلبات عملية اللحام. وهو ضروري للمواد والصناعات التالية:
- الفولاذ الكربوني: التطبيقات التي تتطلب جودة لحام ومظهرًا عاليين، مثل أوعية الضغط، والمراجل، والمبادلات الحرارية الكيميائية، والمبادلات الحرارية المركزية لتكييف الهواء، وحالات التوربينات المائية الحلزونية.
- الفولاذ المقاوم للصدأ: لحام منخفض التيار (أقل من 200 أمبير) بمعايير جودة ومظهر صارمة، بما في ذلك أجزاء القاطرات وأوعية الضغط الكيميائية.
- الألومنيوم وسبائكه: لحام منخفض التيار (أقل من 200 أمبير) لمظهر وأداء عالي المعايير، يستخدم على نطاق واسع في القطارات عالية السرعة، ومفاتيح الجهد العالي، ومعدات فصل الهواء.
- النحاس وسبائكه: تعتمد جميع عمليات لحام سبائك النحاس تقريبًا ضمن نطاق GMAW على عملية MIG/MAG النبضية.