تأثير التحكم في درجة الحرارة على التشوه أثناء لحام سلسلة البكرات

تأثير التحكم في درجة الحرارة على التشوه أثناء لحام سلسلة البكرات

مقدمة
في الصناعة الحديثة،سلسلة بكراتتُعدّ السلاسل الأسطوانية مكونًا ميكانيكيًا واسع الاستخدام في أنظمة النقل والتحريك. وتؤثر جودتها وأداؤها بشكل مباشر على كفاءة تشغيل المعدات الميكانيكية وموثوقيتها. تُعتبر عملية اللحام إحدى الحلقات الرئيسية في تصنيع السلاسل الأسطوانية، ويُعدّ التحكم في درجة الحرارة أثناء اللحام عاملًا حاسمًا في تشوّه هذه السلاسل. ستتناول هذه المقالة بالتفصيل آلية تأثير التحكم في درجة الحرارة على التشوه أثناء لحام السلاسل الأسطوانية، وأنواع التشوه الشائعة، وإجراءات التحكم بها، بهدف توفير مراجع تقنية لمصنّعي السلاسل الأسطوانية، بالإضافة إلى توفير أساس لمراقبة الجودة للمشترين بالجملة الدوليين.

التحكم في درجة الحرارة أثناء لحام سلسلة البكرات
تُعدّ عملية اللحام في جوهرها عملية تسخين وتبريد موضعيين. في لحام السلاسل الدوارة، يُستخدم عادةً لحام القوس الكهربائي، ولحام الليزر، وغيرها من تقنيات اللحام، وتُنتج هذه الطرق مصادر حرارة عالية. أثناء اللحام، ترتفع درجة حرارة منطقة اللحام والمنطقة المحيطة بها بسرعة ثم تنخفض، بينما يكون التغير في درجة حرارة المنطقة البعيدة عن منطقة اللحام طفيفًا. يُؤدي هذا التوزيع غير المتجانس للحرارة إلى تمدد وانكماش حراري غير متساوٍ للمادة، مما يُسبب تشوهها.
تأثير درجة حرارة اللحام على خواص المادة
قد تؤدي درجة حرارة اللحام المرتفعة للغاية إلى ارتفاع درجة حرارة المادة بشكل مفرط، مما يجعل حبيباتها خشنة، وبالتالي يقلل من خواصها الميكانيكية، مثل المتانة والصلابة. في الوقت نفسه، قد تتسبب درجة الحرارة المرتفعة للغاية أيضًا في أكسدة أو تفحم سطح المادة، مما يؤثر على جودة اللحام والمعالجة السطحية اللاحقة. على النقيض من ذلك، قد تؤدي درجة حرارة اللحام المنخفضة للغاية إلى لحام غير كافٍ، وضعف في قوة اللحام، وحتى عيوب مثل عدم الانصهار.

طريقة التحكم في درجة حرارة اللحام
لضمان جودة اللحام، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام. تشمل طرق التحكم الشائعة ما يلي:
التسخين المسبق: يمكن أن يؤدي تسخين الأجزاء المراد لحامها من سلسلة البكرات قبل اللحام إلى تقليل تدرج درجة الحرارة أثناء اللحام وتقليل الإجهاد الحراري.
التحكم في درجة الحرارة بين الطبقات: في عملية اللحام متعدد الطبقات، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة كل طبقة بعد اللحام لتجنب ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها بشكل مفرط.
المعالجة الحرارية اللاحقة: بعد اكتمال عملية اللحام، تخضع أجزاء اللحام لمعالجة حرارية مناسبة، مثل التلدين أو التطبيع، للتخلص من الإجهاد المتبقي المتولد أثناء اللحام.

أنواع وأسباب تشوه اللحام
يُعدّ تشوّه اللحام ظاهرة حتمية في عملية اللحام، لا سيما في المكونات المعقدة نسبيًا مثل سلاسل البكرات. ويمكن تقسيم تشوّه اللحام، وفقًا لاتجاهه وشكله، إلى الأنواع التالية:
تشوه الانكماش الطولي والعرضي
أثناء عملية اللحام، يتمدد اللحام والمناطق المحيطة به عند التسخين وينكمش عند التبريد. نتيجةً للانكماش في اتجاه اللحام والانكماش العرضي، ينتج عن اللحام تشوه انكماشي طولي وعرضي. يُعد هذا التشوه من أكثر أنواع التشوهات شيوعًا بعد اللحام، وعادةً ما يصعب إصلاحه، لذا يتطلب التحكم فيه من خلال التشكيل الدقيق وتخصيص هامش انكماش قبل اللحام.
تشوه الانحناء
ينتج تشوه الانحناء عن الانكماش الطولي والعرضي للحام. إذا كان توزيع اللحام على المكون غير متماثل أو كان تسلسل اللحام غير مناسب، فقد ينحني اللحام بعد التبريد.
التشوه الزاوي
ينتج التشوه الزاوي عن عدم تماثل شكل المقطع العرضي للحام أو عدم تناسق طبقات اللحام. على سبيل المثال، في لحام الوصلات على شكل حرف T، قد يتسبب الانكماش على أحد جانبي اللحام في حدوث تشوه انكماشي عرضي حول اللحام في اتجاه السماكة.
تشوه الموجة
يحدث تشوه الموجة عادةً في لحام الهياكل ذات الصفائح الرقيقة. عندما يكون اللحام غير مستقر تحت تأثير إجهاد الضغط الداخلي الناتج عن اللحام، فقد يظهر بشكل متموج بعد اللحام. هذا التشوه أكثر شيوعًا في لحام مكونات الصفائح الرقيقة لسلاسل البكرات.

آلية تأثير التحكم في درجة الحرارة على تشوه اللحام
ينعكس تأثير التحكم في درجة الحرارة في عملية اللحام على تشوه اللحام بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
التمدد والانكماش الحراري
أثناء اللحام، ترتفع درجة حرارة منطقة اللحام والمناطق المحيطة بها، ويتمدد المعدن. عند اكتمال اللحام، تبرد هذه المناطق وتتقلص، بينما يكون التغير في درجة الحرارة في المناطق البعيدة عن اللحام ضئيلاً، وكذلك الانكماش. هذا التفاوت في التمدد والانكماش الحراري يُسبب تشوهًا في منطقة اللحام. من خلال التحكم في درجة حرارة اللحام، يمكن تقليل هذا التفاوت، وبالتالي تقليل درجة التشوه.
الإجهاد الحراري
يؤدي التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة أثناء اللحام إلى إجهاد حراري، وهو أحد الأسباب الرئيسية لتشوه اللحام. فعندما تكون درجة حرارة اللحام مرتفعة للغاية أو سرعة التبريد سريعة جدًا، يزداد الإجهاد الحراري بشكل ملحوظ، مما ينتج عنه تشوه أكبر.
الإجهاد المتبقي
بعد اكتمال عملية اللحام، تبقى كمية معينة من الإجهاد داخل منطقة اللحام، تُعرف بالإجهاد المتبقي. يُعدّ الإجهاد المتبقي أحد العوامل الأساسية لتشوه اللحام. ومن خلال التحكم الأمثل في درجة الحرارة، يمكن تقليل توليد الإجهاد المتبقي، وبالتالي تقليل تشوه اللحام.

تدابير التحكم في تشوه اللحام
لتقليل تشوه اللحام، بالإضافة إلى التحكم الدقيق في درجة حرارة اللحام، يمكن اتخاذ التدابير التالية أيضًا:
تصميم معقول لتسلسل اللحام
يؤثر تسلسل اللحام بشكل كبير على تشوه اللحام. ويمكن لتسلسل لحام مناسب أن يقلل من تشوه اللحام بشكل فعال. على سبيل المثال، في اللحامات الطويلة، يمكن استخدام طريقة اللحام الخلفي المجزأ أو طريقة اللحام المتقطع لتقليل تراكم الحرارة والتشوه أثناء اللحام.
طريقة التثبيت الصلب
أثناء عملية اللحام، يمكن استخدام طريقة التثبيت الصلب للحد من تشوه قطعة اللحام. على سبيل المثال، يُستخدم مشبك أو دعامة لتثبيت قطعة اللحام في مكانها بحيث لا تتشوه بسهولة أثناء اللحام.
طريقة مقاومة التشوه
تعتمد طريقة مقاومة التشوه على تطبيق تشوه معاكس لتشوه اللحام على قطعة اللحام مسبقًا لتعويض التشوه الناتج أثناء اللحام. تتطلب هذه الطريقة تقديرًا دقيقًا وتعديلًا وفقًا لقانون ودرجة تشوه اللحام.
المعالجة بعد اللحام
بعد اللحام، يمكن معالجة اللحام بشكل مناسب لاحقاً، مثل الطرق أو الاهتزاز أو المعالجة الحرارية، للتخلص من الإجهاد المتبقي والتشوه الناتج أثناء اللحام.

تحليل الحالة: التحكم في درجة حرارة اللحام بالسلاسل الدوارة والتحكم في التشوه
فيما يلي حالة واقعية توضح كيفية تحسين جودة لحام سلاسل البكرات من خلال التحكم في درجة الحرارة وتدابير التحكم في التشوه.
خلفية
تُنتج إحدى شركات تصنيع سلاسل البكرات دفعةً من هذه السلاسل لأنظمة النقل، ما يتطلب جودة لحام عالية وتشوهًا ضئيلاً. في المراحل الأولى من الإنتاج، وبسبب عدم التحكم السليم في درجة حرارة اللحام، انحنت بعض سلاسل البكرات وتشوهت بزاوية، مما أثر سلبًا على جودة المنتج وعمره الافتراضي.

حل
تحسين التحكم في درجة الحرارة:
قبل اللحام، يتم تسخين سلسلة البكرات المراد لحامها مسبقًا، ويتم تحديد درجة حرارة التسخين المسبق لتكون 150 درجة مئوية وفقًا لمعامل التمدد الحراري للمادة ومتطلبات عملية اللحام.
أثناء عملية اللحام، يتم التحكم بدقة في تيار اللحام وسرعة اللحام لضمان أن تكون درجة حرارة اللحام ضمن النطاق المناسب.
بعد اللحام، تُعالج منطقة اللحام حرارياً لاحقاً، وتُعتمد عملية التلدين. تُضبط درجة الحرارة عند 650 درجة مئوية، ويُحدد وقت التلدين بساعة واحدة وفقاً لسمك سلسلة البكرات.
تدابير التحكم في التشوه:
تُستخدم طريقة اللحام الخلفي المجزأ في عملية اللحام، ويتم التحكم في طول كل قسم من أقسام اللحام في حدود 100 مم لتقليل تراكم الحرارة أثناء اللحام.
أثناء عملية اللحام، يتم تثبيت سلسلة البكرات في مكانها بواسطة مشبك لمنع تشوه اللحام.
بعد اللحام، يتم طرق الجزء الملحوم لإزالة الإجهاد المتبقي الناتج أثناء اللحام.

نتيجة
بفضل الإجراءات المذكورة أعلاه، تحسّنت جودة لحام سلسلة البكرات بشكل ملحوظ. وقد تمّ التحكم بفعالية في تشوّه اللحام، وانخفضت نسبة حدوث تشوّه الانحناء والتشوّه الزاوي بأكثر من 80%. وفي الوقت نفسه، تمّ ضمان قوة ومتانة أجزاء اللحام، وتمّ تمديد عمر المنتج بنسبة 30%.
خاتمة
إن تأثير التحكم في درجة الحرارة على التشوه أثناء لحام سلاسل البكرات متعدد الجوانب. فمن خلال التحكم الأمثل في درجة حرارة اللحام، يمكن تقليل التشوه الناتج عن اللحام وتحسين جودته. وفي الوقت نفسه، وبالجمع بين تسلسل اللحام المناسب، وطريقة التثبيت المحكمة، وطريقة مقاومة التشوه، وإجراءات المعالجة اللاحقة للحام، يمكن تحسين فعالية لحام سلاسل البكرات بشكل أكبر.