كلا النوعين من التيتانيوم يُلحمان جيدًا بتقنية اللحام بالقوس الكهربائي المحمي بالغاز الخامل (TIG)، لكن لحام التيتانيوم من النوع الثاني يختلف عن لحام التيتانيوم من النوع الخامس من حيث الجهد المبذول. يُلحم التيتانيوم النقي تجاريًا من النوع الثاني بسهولة، مع نطاق واسع لعملية اللحام وتحمل عالٍ للتلوث. أما التيتانيوم من النوع الخامس (Ti-6Al-4V) فلا يُلحم إلا بتحكم دقيق في كمية الحرارة المُدخلة، واستخدام دروع واقية خاملة صارمة، وعادةً ما يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام.
تعلّم مشرف صيانة مصنع كيماويات هذا الفرق بطريقة قاسية. فقد اختار خط أنابيب مياه البحر من الدرجة الخامسة بناءً على مواصفات المادة التي نصّت على "سبيكة أقوى"، ثم شاهد فريق اللحام يُعاني من صعوبة ضبط اللون، وإعادة العمل، وعينة متشققة فشلت في اختبار الانحناء. وعندما أعادت الهندسة تحديد مواصفات الخط من الدرجة الثانية باستخدام حشو ERTi-2، ظهرت اللحامات فضية اللون من أول مرة، وظل خط الأنابيب يعمل لمدة ثلاث سنوات دون أي عطل.
في هذا الدليل، نشرح بالتفصيل الفرق بين لحام التيتانيوم من الدرجة الثانية والدرجة الخامسة : أي درجة أسهل في اللحام ولماذا، وما هو معدن الحشو المناسب، وكيفية حماية كل درجة ولحامها، وكيفية لحامها معًا، وكيفية فحص اللحام النهائي. ستعرف في النهاية كل ما يجب أن تتضمنه عملية اللحام الخاصة بك.
الوجبات السريعة الرئيسية
- يتم لحام الدرجة 2 بسهولة أكبر بكثير من الدرجة 5. إنه تيتانيوم ألفا أحادي الطور مع نافذة لحام أوسع، واستطالة حوالي 20٪، وموصلية حرارية تبلغ حوالي 2-3 أضعاف، لذا فهو يتحمل المزيد من التباين في الحرارة والحماية.
- يُعدّ الفولاذ من الدرجة الخامسة (Ti-6Al-4V) قابلاً للحام ولكنه يتطلب عناية فائقة. فهو يحتاج إلى حماية دقيقة بالغاز، وتحكم دقيق في كمية الحرارة المُدخلة، ودرجات حرارة بين اللحامات تقارب 150-200 درجة مئوية، وعادةً ما يتطلب معالجة حرارية لاحقة للحام لاستعادة مرونته.
- قم بمطابقة مادة الحشو مع المعدن الأساسي: ERTi-2 للدرجة 2 و ERTi-5 للدرجة 5. للحام الدرجة 2 بالدرجة 5، اتبع الجانب الأضعف واستخدم ERTi-2.
- يتفاعل التيتانيوم مع الهواء فوق درجة حرارة 426 درجة مئوية تقريبًا (800 درجة فهرنهايت)، لذلك يحتاج كل لحام إلى حماية الشعلة، ودرع خلفي، وتنظيف خلفي باستخدام الأرجون عالي النقاء (99.995٪ أو أفضل).
- يُعد لون اللحام مؤشراً على الجودة. فاللون الفضي اللامع إلى لون القش الفاتح يدل على الحماية المناسبة؛ أما اللون الأزرق أو البنفسجي أو الرمادي أو الأبيض فيدل على التلوث والحاجة إلى إعادة العمل.
هل يمكنك لحام التيتانيوم من الدرجة الثانية والدرجة الخامسة؟
نعم. يمكن لحام كل من التيتانيوم من الدرجة الثانية والدرجة الخامسة، ويمكن لحامهما معاً رغم اختلاف درجاتهما. يكمن الاختلاف في صعوبة اللحام وطريقة التحكم فيه، وليس في إمكانية وصل المادة نفسها.
- يتم لحام الدرجة الثانية بسهولة. يُعد التيتانيوم النقي تجارياً (CP) أكثر أنواع التيتانيوم تسامحاً في هذه العائلة، ولهذا السبب يهيمن على عمليات تصنيع المواد الكيميائية الملحومة، والصناعات البحرية، والمبادلات الحرارية.
- لحامات من الدرجة الخامسة تخضع لرقابة أكثر صرامة. ينتج سبيكة Ti-6Al-4V لحامات قوية، ولكن فقط عندما تكون العملية محكمة.
- تم إثبات وجود مفاصل غير متشابهة من الدرجة الثانية إلى الدرجة الخامسة. يقوم مصنعو الطائرات بربط الألواح من الدرجة 2 بالدعامات من الدرجة 5 كقطع ملحومة حسب الطلب باستخدام شعاع الإلكترون والليزر واللحام النقطي المقاوم، كما أن التركيبة قابلة للحام بواسطة TIG باستخدام حشو ERTi-2.
يشاع اعتقاد خاطئ بأن "التيتانيوم لا يمكن لحامه". والحقيقة عكس ذلك تمامًا. يُلحم التيتانيوم بكفاءة عالية عند حمايته من الهواء. وتنتج حالات الفشل عن التلوث، وليس عن القوس الكهربائي. وبمجرد التحكم في الحماية، يصبح أداء كلا النوعين من التيتانيوم متوقعًا.
لماذا تتطلب عملية لحام التيتانيوم استخدام الحماية؟
التيتانيوم معدن شديد النشاط عند درجات حرارة أعلى من 426 درجة مئوية (800 درجة فهرنهايت). يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي، وتؤدي هذه التفاعلات إلى تلف اللحام.
أكثر المنتجات ضرراً هو غلاف ألفا. يُعدّ الأكسجين مُثبِّتاً قوياً لأغلفة ألفا، وعندما يمتصه التيتانيوم الساخن، تتشكل طبقة سطحية صلبة وهشة تُسمى غلاف ألفا. يتميز غلاف ألفا بضعف الليونة ومقاومة الكسر، وقد يُؤدي إلى ظهور شقوق إجهاد في لحام يبدو سليماً ظاهرياً. يمكن امتصاص الأكسجين عند درجة حرارة أعلى من 250 درجة مئوية تقريباً، والهيدروجين عند درجة حرارة أعلى من 400 درجة مئوية تقريباً، والنيتروجين عند درجة حرارة أعلى من 600 درجة مئوية تقريباً، لذا يبدأ التلوث عند درجة حرارة أقل بكثير من درجة حرارة اللحام.
تُشوّه هذه الذرات البينية الممتصة الشبكة البلورية للتيتانيوم، فتزيد من صلابته وقوته، بينما تُضعف مرونته ومتانته. كما يُمكن للهيدروجين أن يُشكّل صفائح هشة من هيدريد التيتانيوم. لهذه الأسباب، تُجرى لحامات التيتانيوم في جو خامل تمامًا، ويجب أن تبقى اللحامات محمية حتى تبرد إلى أقل من 425 درجة مئوية تقريبًا.
يحتاج التيتانيوم إلى حرارة أقل من الفولاذ. يتم لحامه "بأقل درجة حرارة ممكنة"، مما يجعل عملية الحماية أكثر أهمية نظرًا لضيق هامش الخطأ. للاطلاع على نظرة أشمل حول سلوك التيتانيوم عبر مختلف درجاته، يُرجى مراجعة مخطط درجات التيتانيوم وأدلة خصائصه.
مقارنة بين التيتانيوم من الدرجة الثانية والتيتانيوم من الدرجة الخامسة: قابلية اللحام
يلخص الجدول أدناه أوجه المقارنة بين الدرجتين في مجال اللحام. أما الاختلافات الفيزيائية فهي التي تحدد كل ما ورد في هذه المقالة.
| عامل اللحام | الدرجة الثانية (CP Ti، R50400) | الدرجة 5 (Ti-6Al-4V، R56400) |
|---|---|---|
| نوع الصف | نقي تجارياً (ألفا) | سبيكة ألفا-بيتا (6% ألومنيوم، 4% فاناديوم) |
| قابلية اللحام النسبية | نافذة واسعة ممتازة | رقابة جيدة وصارمة على العمليات |
| حشو نموذجي (AWS A5.16) | ERTi-2 (UNS R50120) | ERTi-5 (UNS R56400) |
| استطالة | ~ 20٪ | ~10-14% |
| الموصلية الحرارية | 15 - 22 واط / م · ك | 6.5 - 7.2 واط / م · ك |
| تركيز الحرارة في منطقة اللحام | منخفض (ينتشر بسرعة) | تركيزات عالية |
| تحمل التلوث | أكثر | أقل |
| آخر اللحام والمعالجة الحرارية | عادة لا يكون مطلوبا | عادةً ما يكون ذلك مطلوبًا للحامات الحرجة أو المعرضة للإجهاد |
| تطبيقات اللحام النموذجية | المعالجة الكيميائية، مياه البحر، المبادلات الحرارية | مكونات الفضاء الجوي، وتحمل الأحمال، والمكونات الدورية |
لماذا يعتبر اللحام من الدرجة الثانية أسهل؟
الدرجة الثانية هي تيتانيوم نقي تجارياً، وهي في الأساس طور ألفا أحادي يحتوي على ما يقارب 99% من التيتانيوم. وتعتمد قوتها على الأكسجين البيني، وليس على عناصر السبائك، لذلك لا تتشكل نواتج تحول طور بيتا في اللحام أثناء التبريد.
تمنح هذه البساطة الفولاذ من الدرجة الثانية ميزتين عمليتين. أولاً، تتميز هذه الدرجة بمرونة عالية، تصل إلى حوالي 20% استطالة، مما يسمح لها بامتصاص إجهادات الانكماش الناتجة عن تبريد اللحام دون حدوث تشققات. ثانياً، تعمل موصليتها الحرارية العالية، التي تتراوح بين 15 و22 واط/متر·كلفن، على توزيع الحرارة بعيداً عن الوصلة، مما يجعل حوض الانصهار والمنطقة المتأثرة بالحرارة أصغر حجماً وأقل تركيزاً.
والنتيجة هي نطاق لحام واسع. يتم التغاضي عن الاختلافات الطفيفة في شدة التيار أو سرعة اللحام أو الحماية. لهذا السبب، يتم لحام أنابيب ومواسير الدرجة الثانية في مواقع الصناعات الكيميائية ومحطات تحلية المياه، غالبًا باستخدام معدات لحام TIG محمولة. يغطي دليلنا الخاص بالتيتانيوم من الدرجة الثانية جميع خصائص المادة وتطبيقاتها.
لماذا تتطلب الدرجة 5 (Ti-6Al-4V) رقابة أكثر صرامة
الدرجة الخامسة عبارة عن سبيكة ألفا-بيتا مُقوّاة بنحو 6% من الألومنيوم و4% من الفاناديوم. تُعطي هذه التركيبة الكيميائية قوةً تُقارب ثلاثة أضعاف قوة الدرجة الثانية، لكنها تجعل اللحام يتصرف بشكل مختلف.
عند التبريد، قد تتشكل في منطقة اللحام لسبائك ألفا-بيتا بنى مجهرية أكثر صلابة وأقل مرونة. كما أن الموصلية الحرارية للدرجة 5 منخفضة للغاية، حيث تتراوح بين 6.5 و7.2 واط/متر·كلفن، أي ثلث قيمة الموصلية الحرارية للدرجة 2، مما يؤدي إلى تركز الحرارة في الوصلة. هذا التركيز يزيد من خطر ارتفاع درجة الحرارة، ونمو الحبيبات، والتلوث في المنطقة التي يصعب حمايتها.
لهذه الأسباب، يتطلب لحام التيتانيوم من الدرجة الخامسة تحكمًا دقيقًا في العملية: أسطح نظيفة، وحماية عالية النقاء، وضبط دقيق لدرجات الحرارة المُدخلة، ودرجات حرارة بين اللحامات تتراوح بين 150 و200 درجة مئوية، وغالبًا ما يتطلب معالجة حرارية لاحقة للحام. يتميز معدن اللحام نفسه بمطيلية أقل من المعدن الأصلي، ولهذا السبب يُوصى عادةً بالمعالجة الحرارية اللاحقة للحام. إذا كان تصميمك محدودًا من حيث القوة أو مقاومة الإجهاد، فإن دليل التيتانيوم من الدرجة الخامسة ومقارنتنا بين قوة الدرجة الخامسة والدرجة الثانية توضح متى يكون الجهد الإضافي مُبررًا.
اختيار معدن الحشو: ERTi-2 vs ERTi-5
يخضع اختيار مادة الحشو لقاعدة أساسية: مطابقة مادة الحشو مع المعدن الأساسي لضمان اتساق التركيب الكيميائي للحام. التركيبات القياسية وفقًا لمعيار AWS A5.16 بسيطة.
| المعادن الأساسية | حشو مطابق (AWS A5.16) | الخدمة النموذجية |
|---|---|---|
| الدرجة الثانية (تيتانيوم نقي) | ERTi-2 (UNS R50120) | خدمات مكافحة التآكل، والتصنيع الكيميائي والبحري |
| الدرجة 5 (Ti-6Al-4V) | ERTi-5 (UNS R56400) | لحامات هيكلية وفضائية عالية القوة |
| من الصف الثاني إلى الصف الخامس (مختلفة) | ERTi-2 (قاعدة الجانب الأضعف) | وصلات ملحومة حسب الطلب ووصلات انتقالية |
يُعدّ ERTi-2 مادة حشو عالية النقاء من نوع CP ذات حدود بينية ضيقة. يتميز بقابلية لحام جيدة، ومقاومة للتآكل، وتكلفة مناسبة، مما يجعله مادة الحشو الأساسية لمعدات اللحام المقاومة للتآكل.
يحمل سبيكة ERTi-5 التركيب الكيميائي للسبيكة الأساسية، حيث تتراوح نسبة الألومنيوم فيها بين 5.5% و6.75%، ونسبة الفاناديوم بين 3.5% و4.5%. وهي المعيار المستخدم في اللحامات الهيكلية عالية القوة، وتتميز بحساسية أكبر قليلاً أثناء اللحام، لذا فهي تتطلب نفس الدقة في عملية اللحام كما هو الحال مع المعدن الأساسي.
قاعدة الجانب الأضعف في اللحامات غير المتشابهة
عند لحام الفولاذ من الدرجة الثانية بالفولاذ من الدرجة الخامسة، تكون قوة الوصلة متناسبة مع قوة المادة الأضعف، وهي من الدرجة الثانية. لذا، يُنصح عمليًا باستخدام مادة اللحام ERTi-2 بدلًا من ERTi-5، لأن استخدام مادة اللحام الأقوى لا يُحسّن قوة الوصلة المحدودة بالدرجة الثانية، بل يزيد من تكلفتها وحساسيتها.
هذا ليس مجرد كلام نظري. يقوم مصنّعو الطائرات بربط ألواح الدرجة الثانية مع دعامات الدرجة الخامسة لتشكيل قطع ملحومة حسب الطلب، جامعًا بين سهولة تشكيل الدرجة الثانية وقوة الدرجة الخامسة. وقد تم اعتماد كل من لحام شعاع الإلكترون ولحام الليزر الليفي لهذه الوصلات. إذا كنت ستربط بين الدرجتين، فتحقق من الإجراء مع مُصنِّع المواد واعتمده وفقًا لمعيار AWS D17.1 أو ISO 15614-5 قبل بدء الإنتاج.
لحام التيتانيوم بتقنية TIG: المعايير وإعدادات الحماية
تُعدّ لحام القوس الكهربائي بالتنغستن الغازي، أو TIG، العملية القياسية للتيتانيوم. يستخدم معظم لحام التيتانيوم قطبية سالبة للتيار المستمر (DCEN) مع بدء عالي التردد، وعدسة غازية لتدفق غاز سلس، وكأس أكبر من المستخدم في لحام الفولاذ.
الحماية: الشعلة، والاندفاع، والتطهير الخلفي
يحتاج التيتانيوم إلى استراتيجية حماية ثلاثية الطبقات، لأن المعدن يظل نشطًا حتى يبرد إلى أقل من حوالي 425 درجة مئوية.
- حماية من الكشافات. يُستخدم غاز الأرجون عالي النقاء بنسبة 99.995% (أرجون 4.6) كحد أدنى، بينما يُعدّ 99.999% (أرجون 5.0) مثاليًا للأعمال الحساسة. يبلغ معدل تدفق الغاز في الشعلة عادةً 15-20 قدمًا مكعبًا في الساعة.
- درع خلفي. تبقى خرزة اللحام خلف الشعلة ساخنة وعرضة للتلف. يعمل غطاء واقٍ على توسيع نطاق تغطية غاز الأرجون عدة بوصات خلف الشعلة لحماية المعدن أثناء التبريد.
- حذف البيانات المفقودة. يتأكسد جذر اللحام من الأسفل إذا لم تتم حمايته. بالنسبة للأنابيب، يُنصح بتنظيف الجزء الداخلي بغاز الأرجون، وفي التطبيقات الحساسة، يجب الحفاظ على نسبة الأكسجين أقل من 20 جزءًا في المليون حتى يبرد الوصل.
بعد توقف القوس الكهربائي، استمر في تدفق الغاز لمدة 10 ثوانٍ على الأقل لضمان عدم تعرض المعدن الساخن للهواء. التلوث سهل الحدوث ويصعب ملاحظته. الزيت، وبصمات الأصابع، وسلك اللحام المتسخ، وخراطيم الغاز المطاطية الممتصة للرطوبة، والأدوات التي لامست الفولاذ الكربوني، كلها عوامل قد تُسبب عيوبًا. استخدم أدوات وأسلاكًا مخصصة للتيتانيوم فقط، خالية من الشحوم.
شدة التيار ودرجة الحرارة بين الطبقات
يتم لحام التيتانيوم وهو بارد. كدليل مبدئي للحام TIG اليدوي على الصفائح الرقيقة:
| سمك الماده | التيار التقريبي |
|---|---|
| سماكة 1.5 ملم | 40-70 A |
| سماكة 3.0 ملم | 90-130 A |
| سماكة 6.0 ملم | 160-220 A |
حافظ على درجة حرارة ما بين مراحل اللحام عند أو أقل من 150-200 درجة مئوية للتحكم في نمو الحبيبات في المنطقة المتأثرة بالحرارة. إذا كنت تصنع معدات من التيتانيوم الملحوم للاستخدام في بيئات مقاومة للتآكل وترغب في مقارنتها بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ التي نعالجها، فإن فريق المعالجة المخصص لدينا على استعداد لمساعدتك في تقييم البدائل.
فحص لون اللحام: ما الذي يخبرك به اللحام؟
يُعد لون اللحام أسرع طريقة للتحقق من جودة التيتانيوم. يتشكل اللون في المناطق التي تعرض فيها المعدن لدرجات حرارة أعلى من 450 درجة مئوية تقريبًا، مما يدل على ما إذا كانت طبقة الحماية قد حمت اللحام خلال دورة التبريد الكاملة.
| لون اللحام | معنى | اكشن |
|---|---|---|
| الفضة مشرق | الحماية المناسبة | استمر |
| قش فاتح / ذهبي فاتح | تلوث طفيف | مقبول عادة |
| ازرق فاتح | بعض التلوث | التقييم؛ مقبول غالبًا في الخدمات غير الحرجة |
| أزرق داكن / بنفسجي | تلوث بالأكسجين أو النيتروجين | إعادة صياغة أو إزالة |
| مسحوق رمادي / أبيض | تلوث شديد، حالة ألفا | قم بإزالة اللحام وإعادة لحامه |
إذا ظهر لون اللحام أزرق داكن أو بنفسجي أو رمادي أو أبيض، فهذا يعني فشل نظام الحماية وهشاشة المعدن. قم بصقل أو تشكيل المنطقة المتضررة ثم أعد اللحام مع ضمان تغطية الغاز المناسبة. يُعدّ ظهور اللون الفضي أو القشّي في اللحام التجريبي دليلاً على صحة إعداد نظام الحماية قبل البدء بعمليات اللحام الإنتاجية.
المعالجة الحرارية بعد اللحام: متى تحتاج الدرجة 5 إليها
تُعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) هي النقطة التي يختلف فيها النوعان 2 و 5 بشكل كبير من الناحية العملية.
لا تتطلب الدرجة الثانية عمومًا معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) في ظروف التآكل. يبرد اللحام ليتحول إلى بنية ألفا مطيلة، وطبيعة المادة المرنة تعني أن معظم عمليات التصنيع تنتقل مباشرة من اللحام إلى الخدمة أو الاختبار الهيدروليكي.
تختلف الدرجة 5. إذ تبرد منطقة اللحام في سبيكة التيتانيوم Ti-6Al-4V لتصبح أكثر صلابة وأقل مرونة من المعدن الأصلي، وقد تجعل الإجهادات المتبقية من اللحام الوصلات الحرجة أو المعرضة للإجهاد عرضةً للتشقق. تعمل عملية تخفيف الإجهاد أو التلدين بعد اللحام على استعادة المرونة، وتخفيف الإجهاد المتبقي، وتحسين مقاومة الإجهاد. لهذا السبب، تتضمن إجراءات اللحام من الدرجة 5 للمكونات الحاملة للأحمال في أغلب الأحيان المعالجة الحرارية بعد اللحام.
تعلمت ورشة تصنيع نعرفها هذا الدرس عندما تشققت دفعة من دعامات Ti-6Al-4V عند اللحام أثناء اختبار التحمل. بدت اللحامات نظيفة وفضية اللون، لكن الورشة لم تقم بالمعالجة الحرارية بعد اللحام لتوفير يوم من الجدول الزمني. أدت دورة إعادة التلدين إلى تخفيف الإجهاد المتبقي واستعادة الليونة، واجتازت الدعامات التي أعيد اختبارها الاختبار بنجاح. ترسخ الدرس: مع الدرجة الخامسة، الخطوات الإضافية ليست اختيارية.
تطبيقات اللحام: نقاط قوة كل نوع
يجب أن تتطابق الدرجة التي تختارها للتجميع الملحوم مع نمط الفشل الذي تصمم ضده.
- اختر الدرجة الثانية لخدمة مقاومة التآكل الملحوم. تُصنع عمليات المعالجة الكيميائية، وتحلية المياه، وأنابيب السفن، والمبادلات الحرارية من الفولاذ من الدرجة الثانية لأنه سهل اللحام، ومقاوم للتآكل، ويمكن إصلاحه في الموقع. كما أن سهولة لحامه تُبقي تكلفة التصنيع منخفضة.
- اختر الدرجة 5 لقوة اللحام ومقاومة الإجهاد. إن هياكل الفضاء الجوي، والأقواس ذات الأحمال العالية، والمكونات الدورية تبرر استخدام اللحام الأكثر صرامة من الدرجة 5 لأن السبيكة تحمل قوة أكبر بثلاث مرات تقريبًا عند كثافة مماثلة.
قبل أن تلتزم بتجميع ملحوم، انظر كيف تقارن الدرجتين من حيث التكلفة ، لأن سعر المواد وسهولة التصنيع غالباً ما يحددان الدرجة معاً.
إذا كان تطبيقك يعتمد على التآكل، وكنت تقارن بين التيتانيوم ومواد اللحام الأقل تكلفة، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو البديل الشائع. توفر شركة دابو منتجات من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 وأنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ تغطي معظم خدمات معالجة السوائل الملحومة بتكلفة أقل بكثير من التيتانيوم.
لست متأكدًا مما إذا كانت مجموعة اللحام الخاصة بك تحتاج إلى التيتانيوم على الإطلاق؟ يساعد فريق الاستشارات الفنية لدينا المهندسين على مقارنة الدرجات والمواد بظروف الخدمة الفعلية، وليس فقط بالكتالوج.
الأسئلة الشائعة
هل يمكنك لحام التيتانيوم من الدرجة الثانية إلى الدرجة الخامسة؟
نعم. يمكن لحام التيتانيوم من الدرجة الثانية والدرجة الخامسة معًا كدرجات مختلفة. في لحام TIG، استخدم حشو ERTi-2 واتبع الجانب الأضعف، لأن الوصلة الناتجة ليست أقوى من وصلة الدرجة الثانية. كما يقوم مصنّعو قطع غيار الطائرات بربط الدرجتين باستخدام لحام شعاع الإلكترون والليزر لإنتاج قطع ملحومة حسب الطلب.
أي نوع من التيتانيوم هو الأسهل في اللحام؟
الدرجة الثانية هي الأسهل. وهي عبارة عن تيتانيوم نقي تجاريًا أحادي الطور، يتميز بنطاق لحام أوسع، وليونة أعلى، وموصلية حرارية أعلى بنحو 2-3 مرات من الدرجة الخامسة. كما أنه يتحمل تباينًا أكبر في مدخلات الحرارة والحماية مقارنةً بالسبيكة.
هل من الصعب لحام التيتانيوم؟
لا يُعدّ لحام التيتانيوم صعباً كما هو الحال مع الفولاذ. يتفاعل التيتانيوم مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين عند درجة حرارة أعلى من 426 درجة مئوية تقريباً، لذا يتطلب لحامه حماية كاملة باستخدام واقي الشعلة، وواقي خلفي، ونظام تنقية الغازات. وعندما تكون الحماية مناسبة، يُلحم التيتانيوم بشكل نظيف.
ما نوع المعدن المستخدم في لحام التيتانيوم؟
استخدم مادة الحشو التي تتطابق مع المعدن الأساسي: ERTi-2 (AWS A5.16) للدرجة 2 و ERTi-5 للدرجة 5. بالنسبة لوصلة غير متشابهة من الدرجة 2 إلى الدرجة 5، استخدم ERTi-2 واتبع الجانب الأضعف، لأن قوة اللحام تعتمد فقط على قوة المعدن الأساسي من الدرجة 2.
هل يؤدي اللحام إلى إضعاف التيتانيوم من الدرجة الخامسة؟
يؤدي اللحام إلى تقليل الليونة في منطقة اللحام من الدرجة الخامسة، ويكون الهيكل الملحوم أكثر صلابة وأقل متانة من المعدن الأصلي. تعمل المعالجة الحرارية بعد اللحام على استعادة الليونة، وتخفيف الإجهاد المتبقي، وتحسين مقاومة الإجهاد، ولذلك يُوصى بها للحامات الحرجة من الدرجة الخامسة.
هل يحتاج التيتانيوم من الدرجة الخامسة إلى معالجة حرارية بعد اللحام؟
عادةً ما تتطلب اللحامات من الدرجة الخامسة معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) للحامات التي تتحمل الأحمال أو تتعرض للإجهاد الدوري، لأن منطقة اللحام تبرد لتصبح أكثر صلابة وأقل مرونة مع إجهاد متبقٍ. أما اللحامات من الدرجة الثانية فلا تتطلب عمومًا معالجة حرارية بعد اللحام في حالة تعرضها للتآكل.
ما هو غاز الحماية الذي تحتاجه للحام التيتانيوم بتقنية TIG؟
استخدم غاز الأرجون عالي النقاء، بنسبة 99.995% على الأقل، ويفضل أن تكون 99.999%. يحتاج التيتانيوم إلى حماية من اللهب، ودرع خلفي خلف اللحام، وتنظيف جذر اللحام من الخلف، مع استمرار تدفق الغاز حتى يبرد المعدن إلى أقل من 425 درجة مئوية تقريبًا.
لماذا يتحول لون لحام التيتانيوم إلى اللون الأزرق؟
يشير لون اللحام الأزرق أو البنفسجي أو الرمادي إلى فشل الحماية وامتصاص المعدن الساخن للأكسجين أو النيتروجين. أما اللون الفضي اللامع أو الأصفر الفاتح فيدل على سلامة الحماية. يجب إزالة التلوث باللون الأزرق الداكن أو البنفسجي أو الرمادي أو الأبيض وإعادة اللحام.
هل تختلف طريقة لحام الفولاذ من الدرجة الثانية عن طريقة لحام الفولاذ من الدرجة الخامسة؟
نظام الحماية متشابه، لكن التحكم فيه مختلف. يسمح المستوى الثاني بنطاق أوسع مع هامش تحمل أكبر لتغيرات الحرارة والحماية. أما المستوى الخامس فيتطلب تحكمًا أقل في درجة الحرارة بين الطبقات، وحماية أكثر صرامة، ومعالجة حرارية لاحقة للحام في أغلب الأحيان.
هل يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ أن يحل محل التيتانيوم الملحوم في البيئات المسببة للتآكل؟
في كثير من الأحيان، نعم. في التطبيقات التي تحتوي على الكلوريدات والمواد الكيميائية، حيث يصعب تبرير سعر التيتانيوم المرتفع، يُعدّ الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أسهل بكثير في اللحام وأقل تكلفة. أما عندما يُختار التيتانيوم لوزنه الخفيف، أو مقاومته للإجهاد، أو لتحمله مواد معينة، فلا يوجد نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ يُغني عنه تمامًا.
خاتمة
يعتمد اختيار لحام التيتانيوم من الدرجة الثانية مقابل الدرجة الخامسة على التحكم، وليس على القدرة. كلا الدرجتين قابلتان للحام، لكن الدرجة الثانية أسهل في الاستخدام وأكثر ملاءمةً للعمل الميداني، بينما توفر الدرجة الخامسة قوة عالية فقط مع استخدام حماية صارمة، وضبط دقيق للحرارة، ومعالجة حرارية لاحقة للحام في العادة.
الخلاصة العملية واضحة. استخدم الفولاذ من الدرجة الثانية مع حشو ERTi-2 عندما تكون مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، وسهولة التصنيع هي أهم متطلبات التصميم. استخدم الفولاذ من الدرجة الخامسة مع حشو ERTi-5 وإجراء معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) مؤهل عندما تبرر القوة وعمر الإجهاد بذل جهد إضافي. عند لحام القطعتين معًا، اتبع الجانب الأضعف واستخدم حشو ERTi-2.
للحصول على المساعدة في اختيار المواد المناسبة وإجراءات اللحام لمشروعك، اتصل بشركة LIANYUNGANG DAPU METAL للحصول على إرشادات حول اختيار المواد أو اطلب عرض أسعار.
