اللحام بالمقاومة الكهربائية

اللحام بالمقاومة الكهربائية ( ERW ) هو عملية لحام يتم فيها ربط الأجزاء المعدنية المتلامسة بشكل دائم عن طريق تسخينها بتيار كهربائي، مما يؤدي إلى انصهار المعدن عند نقطة الالتقاء. ^{[ 1 ]} يُستخدم اللحام بالمقاومة الكهربائية على نطاق واسع، على سبيل المثال، في صناعة أنابيب الصلب وتجميع هياكل السيارات. ^{[ 2 ]} يمكن تزويد الأقطاب الكهربائية بالتيار الكهربائي الذي يطبق أيضًا ضغط التثبيت، أو يمكن توليده بواسطة مجال مغناطيسي خارجي. يمكن تصنيف عملية اللحام بالمقاومة الكهربائية بشكل إضافي حسب هندسة اللحام وطريقة تطبيق الضغط على الوصلة: اللحام النقطي، واللحام التماسي، واللحام الوميضي، واللحام الناتئ، على سبيل المثال. من العوامل المؤثرة على الحرارة أو درجات حرارة اللحام: نسب قطع العمل، وجود طلاء معدني أو عدم وجوده، ومواد الأقطاب الكهربائية، وهندسة الأقطاب الكهربائية، وقوة ضغط الأقطاب الكهربائية، والتيار الكهربائي، ومدة اللحام. تتشكل برك صغيرة من المعدن المنصهر عند نقطة المقاومة الكهربائية القصوى (أسطح التوصيل أو "التلامس") عند مرور تيار كهربائي (100 - 100000 أمبير ) عبر المعدن. بشكل عام، تعتبر طرق اللحام بالمقاومة فعالة وتسبب القليل من التلوث، ولكن تطبيقاتها تقتصر على المواد الرقيقة نسبياً.

اللحام النقطي هو أسلوب لحام مقاومة يُستخدم لربط صفيحتين معدنيتين أو أكثر متداخلتين، أو مسامير، أو نتوءات، أو علاقات أسلاك كهربائية، أو بعض زعانف المبادلات الحرارية، أو بعض الأنابيب. عادةً ما يتم اختيار مصادر الطاقة ومعدات اللحام وفقًا لسمك المادة المراد لحامها. ويُحدد سمك المادة بقدرة مصدر طاقة اللحام، وبالتالي نطاق المعدات نظرًا للتيار المطلوب لكل تطبيق. ويُحرص على إزالة أي شوائب بين أسطح التلامس. عادةً ما يُستخدم قطبان نحاسيان في آنٍ واحد لتثبيت الصفائح المعدنية معًا ولتمرير التيار الكهربائي عبرها. عند مرور التيار عبر الأقطاب إلى الصفائح، تتولد حرارة نتيجةً لارتفاع المقاومة الكهربائية عند نقاط التلامس. وبما أن المقاومة الكهربائية للمادة تُسبب تراكمًا للحرارة في قطع العمل بين القطبين النحاسيين، فإن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى ارتفاع المقاومة، مما ينتج عنه تجمع المعدن المنصهر في معظم الأحيان بين القطبين. مع تبدد الحرارة في جميع أنحاء قطعة العمل في أقل من ثانية (يُبرمج زمن لحام المقاومة عادةً بعدد دورات التيار المتردد أو بالمللي ثانية)، ينمو المعدن المنصهر أو اللدن ليصل إلى أطراف اللحام. عند إيقاف التيار، تبرد أطراف النحاس موضع اللحام، مما يؤدي إلى تصلب المعدن تحت الضغط. تعمل أقطاب النحاس المبردة بالماء على إزالة حرارة السطح بسرعة، مما يُسرّع عملية تصلب المعدن، نظرًا لأن النحاس موصل ممتاز للكهرباء. يستخدم لحام المقاومة النقطي عادةً الطاقة الكهربائية على شكل تيار مستمر ، أو تيار متردد ، أو تيار مستمر نصف موجة متوسط ​​التردد ، أو تيار مستمر نصف موجة عالي التردد.

إذا تم تطبيق حرارة زائدة أو بسرعة كبيرة، أو إذا كانت قوة التلامس بين المواد الأساسية منخفضة جدًا، أو إذا كانت طبقة الطلاء سميكة جدًا أو موصلة للحرارة بشكل مفرط، فقد يمتد المعدن المنصهر إلى السطح الخارجي لقطع العمل، متجاوزًا قوة احتواء الأقطاب الكهربائية (التي تصل غالبًا إلى 30,000 رطل لكل بوصة مربعة). تُسمى هذه الدفعة من المعدن المنصهر بالطرد، وعند حدوثها، يصبح المعدن أرق وأقل قوة من اللحام الذي لا يحدث فيه طرد. الطريقة الشائعة للتحقق من جودة اللحام هي اختبار التقشير. أما الاختبار البديل فهو اختبار الشد المقيد، وهو أكثر صعوبة في التنفيذ ويتطلب معدات معايرة. ولأن كلا الاختبارين مُتلفان بطبيعتهما (مما يؤدي إلى فقدان جزء من المادة القابلة للبيع)، فإن الطرق غير المُتلفة، مثل التقييم بالموجات فوق الصوتية، لا تزال في مراحلها الأولى من التبني من قبل العديد من مصنعي المعدات الأصلية.

تشمل مزايا هذه الطريقة كفاءة استخدام الطاقة ، والحد من تشوه قطعة العمل ، وارتفاع معدلات الإنتاج، وسهولة التشغيل الآلي ، وعدم الحاجة إلى مواد حشو. عند الحاجة إلى مقاومة عالية للقص ، يُفضل استخدام اللحام النقطي على التثبيت الميكانيكي الأكثر تكلفة، مثل التثبيت بالمسامير . على الرغم من ارتفاع مقاومة القص لكل لحام، إلا أن عدم تشكيل نقاط اللحام لخط لحام متصل يعني أن المقاومة الإجمالية غالبًا ما تكون أقل بكثير من طرق اللحام الأخرى، مما يحد من جدوى هذه العملية. يُستخدم اللحام النقطي على نطاق واسع في صناعة السيارات  ، حيث قد تحتوي السيارات على آلاف نقاط اللحام. ويمكن استخدام عملية متخصصة، تُسمى اللحام بالطلقات ، للحام الفولاذ المقاوم للصدأ .

توجد ثلاثة أنواع أساسية من وصلات اللحام المقاوم: وصلة الحالة الصلبة، ووصلة الانصهار، ووصلة إعادة التدفق. في وصلة الحالة الصلبة ، والتي تُسمى أيضًا وصلة الضغط الحراري، يتم ربط مواد مختلفة ذات بنية حبيبية مختلفة، مثل الموليبدينوم والتنغستن، باستخدام وقت تسخين قصير جدًا، وطاقة لحام عالية، وقوة عالية. يكون الانصهار ضئيلاً ونمو الحبيبات محدودًا، ولكن تتشكل رابطة واضحة وسطح بين الحبيبات. وبالتالي، تترابط المواد فعليًا وهي لا تزال في الحالة الصلبة. تتميز المواد المُرتبطة عادةً بمقاومة قص وشد ممتازة، ولكن بمقاومة تقشير ضعيفة. في وصلة الانصهار ، يتم تسخين مواد متشابهة أو مختلفة ذات بنية حبيبية متشابهة إلى درجة انصهار كليهما (الحالة السائلة). يؤدي التبريد اللاحق ودمج المواد إلى تكوين سبيكة متجانسة من المادتين مع نمو حبيبي أكبر. عادةً ما تُستخدم طاقات لحام عالية لفترات لحام قصيرة أو طويلة، اعتمادًا على الخصائص الفيزيائية، لإنتاج وصلات الانصهار. تتميز المواد المُرتبطة عادةً بمقاومة شد وتقشير وقص ممتازة. في عملية اللحام بالتدفق العكسي ، يُستخدم تسخين مقاوم لمادة لحام منخفضة الحرارة، كالذهب أو اللحام العادي، لربط مواد مختلفة أو تركيبات متنوعة من المواد السميكة والرقيقة. يجب أن تتشبع مادة اللحام بكل جزء وأن تكون درجة انصهارها أقل من درجة انصهار القطعتين. ينتج عن ذلك رابطة ذات أسطح تلامس واضحة مع نمو حبيبي ضئيل. تتطلب هذه العملية عادةً وقت تسخين أطول (من 2 إلى 100 مللي ثانية) عند طاقة لحام منخفضة. تتميز الرابطة الناتجة بقوة شد ممتازة، ولكنها ضعيفة في مقاومة التقشير والقص.

لحام التماس المقاوم هو عملية تُنتج لحامًا عند أسطح التلامس بين معدنين متشابهين. قد يكون اللحام تراكبيًا أو متداخلًا، وعادةً ما تكون هذه العملية آلية. يختلف لحام التماس المقاوم عن اللحام الوميضي في أن اللحام الوميضي يلحم الوصلة بأكملها دفعة واحدة، بينما يُشكّل اللحام المقاوم اللحام تدريجيًا بدءًا من أحد طرفيه. وكما هو الحال في اللحام النقطي، يعتمد اللحام المقاوم على قطبين كهربائيين، مصنوعين عادةً من النحاس، لتطبيق الضغط والتيار. غالبًا ما يكون شكل القطبين قرصيًا ويدوران مع مرور المعدن بينهما. يسمح هذا للقطبين بالبقاء على اتصال دائم بالمعدن لتكوين لحامات طويلة ومتواصلة. قد يتحرك القطبان أيضًا أو يُساعدان في حركة المعدن.

يُزوّد ​​المحوّل الكهربائي وصلة اللحام بالطاقة على شكل تيار متردد منخفض الجهد وعالي التيار. تتميز وصلة قطعة العمل بمقاومة كهربائية عالية مقارنةً ببقية الدائرة، ويتم تسخينها إلى درجة انصهارها بفعل التيار. تُضغط الأسطح شبه المنصهرة معًا بفعل ضغط اللحام، مما يُنشئ رابطة انصهار، وينتج عنه بنية ملحومة متجانسة. تستخدم معظم ماكينات لحام التماس التبريد المائي عبر مجموعة الأقطاب الكهربائية والمحوّل ووحدة التحكم نظرًا للحرارة المتولدة.

تُنتج عملية اللحام التماسّي لحامًا متينًا للغاية، لأنّ الوصلة تتشكّل بفعل الحرارة والضغط المُطبّقين. ويمكن أن تكون الوصلة الملحومة بشكل صحيح باستخدام لحام المقاومة أقوى من المادة التي صُنعت منها.

يُستخدم لحام التماس بشكل شائع في تصنيع الأنابيب الفولاذية الدائرية أو المستطيلة. وقد استُخدم لحام التماس في صناعة علب المشروبات الفولاذية، ولكنه لم يعد يُستخدم لهذا الغرض، إذ تُصنع علب المشروبات الحديثة في الغالب من الألومنيوم غير الملحوم، مع وصلة شعاعية ملصقة ومُجعّدة.

يوجد نمطان للحام التماسي: متقطع ومستمر. في اللحام التماسي المتقطع، تتقدم العجلات إلى الموضع المطلوب وتتوقف لإتمام كل لحام. تستمر هذه العملية حتى الوصول إلى الطول المطلوب للحام. أما في اللحام التماسي المستمر، فتستمر العجلات بالدوران مع إتمام كل لحام.

تُعدّ لحام المقاومة الكهربائية منخفضة التردد (LF-ERW) طريقةً قديمةً للحام وصلات خطوط أنابيب النفط والغاز . وقد تمّ التخلي عنها تدريجياً في سبعينيات القرن الماضي، ولكن حتى عام 2015، كانت بعض خطوط الأنابيب التي بُنيت بهذه الطريقة لا تزال قيد التشغيل. ^{[ 3 ]}

تُصنع الأنابيب الملحومة بالمقاومة الكهربائية (ERW) عن طريق تشكيل صفيحة فولاذية على البارد إلى شكل أسطواني. ثم يُمرر تيار كهربائي بين حافتي الفولاذ لتسخينه إلى درجة حرارة تُجبر عندها الحافتان على الالتصاق معًا لتشكيل رابطة دون استخدام مادة حشو للحام. في البداية، استخدمت هذه العملية تيارًا مترددًا منخفض التردد لتسخين الحواف، واستمر استخدامها من عشرينيات القرن الماضي حتى عام 1970. وفي عام 1970، استُبدلت هذه العملية بعملية لحام بالمقاومة الكهربائية عالية التردد، والتي أنتجت لحامًا بجودة أعلى.

بمرور الوقت، تبيّن أن لحامات أنابيب ERW منخفضة التردد عرضة للتآكل الانتقائي للدرزات، والتشققات الخطافية، وعدم كفاية تماسك الدرزات، لذا لم يعد يُستخدم لحام ERW منخفض التردد في تصنيع الأنابيب. ولا تزال عملية اللحام عالي التردد تُستخدم في تصنيع الأنابيب المستخدمة في إنشاء خطوط الأنابيب الجديدة. ^{[ 4 ]}

تشمل طرق اللحام المقاوم الأخرى اللحام الوميضي ، ولحام إسقاط المقاومة ، ولحام التشكيل بالضغط . ^{[ 5 ]}

اللحام الوميضي هو نوع من أنواع لحام المقاومة لا يستخدم أي معادن حشو . تُفصل قطع المعدن المراد لحامها بمسافة محددة مسبقًا بناءً على سمك المادة وتركيبها والخصائص المطلوبة للحام النهائي. يُمرر تيار كهربائي على المعدن، وتُولد الفجوة بين القطعتين مقاومةً تُنتج القوس الكهربائي اللازم لصهر المعدن. بمجرد وصول قطعتي المعدن إلى درجة الحرارة المناسبة، تُضغطان معًا، ما يُؤدي فعليًا إلى لحامهما معًا. ^{[ 6 ]}

لحام البروز هو نوع معدل من لحام البقعة، حيث يتم تركيز اللحام باستخدام أجزاء بارزة، أو نتوءات، على إحدى أو كلتا قطعتي العمل المراد وصلهما. تتركز الحرارة عند هذه النتوءات، مما يسمح بلحام أجزاء أكثر سمكًا أو بتقريب المسافة بين اللحامات. كما يمكن استخدام هذه النتوءات كوسيلة لتحديد موضع قطع العمل. يُستخدم لحام البروز غالبًا في لحام المسامير والصواميل وغيرها من أجزاء الآلات الملولبة بالصفائح المعدنية. كما يُستخدم بكثرة في وصل الأسلاك والقضبان المتقاطعة. تُعد هذه العملية من عمليات الإنتاج عالية الكفاءة، ويمكن ترتيب لحامات بروز متعددة من خلال التصميم والتثبيت المناسبين. ^{[ 7 ]}

• قائمة عمليات اللحام
• اللحام بالرصاص

• أوبراين، آر إل (محرر) (1991). دليل اللحام، المجلد 2 (الطبعة الثامنة). ميامي: الجمعية الأمريكية للحام. رقم ISBN 0-87171-354-3

• تحالف تصنيع اللحام المقاوم
• "جعل لحام المقاومة النقطية أكثر أمانًا"، من مجلة اللحام
• "اللحام بالمقاومة الكهربائية عالية التردد: نظرة عامة"، من مجلة The Fabricator
• فيديو على يوتيوب من جمعية اللحام الأمريكية