اللحام  Welding

عملية يتم فيها وصل مادتين (عادة معدنيين) ببعض بشكل يعطى 
صلادة دائمة. ويتم ذلك عن طريق رفع درجة الحرارة والضغط أو بدون ضغط حسب الحالة الميتالورجية المطلوبة للوصلة.
يمكن تعريف اللحام أيضا بأنه العملية التي تتم عادة بواسطة صهر المعدن عن طريق رفع درجة حرارة الوصلة ويمكن الحصول على الحرارة اللازمة لعملية الصهر بواسطة الغاز أو القوس الكهربي أو بواسطة مركبات كيميائية، كما يمكن الوصول لدرجة الحرارة اللازمة بواسطة استخدام الحث الكهربي كما أنه يمكن أن يتم اللحام على البارد. تعتبر عملية اللحام من أهم الطرق المستخدمة في وصل المعادن.
واللحام أيضا :

هو من أهم الطرق الشائعة لوصل المعادن ومن الممكن تقسيم العمليات المستخدمة في اللحام إلى:-

1- تسخين المعدن المراد وصله إلى درجة اقل من درجة الانصهار ومن ثم تسليط ضغط ليتم اللحام مثل لحام الحدادة.

2- صهر المعدن في المنطقة المراد وصلها مثل اللحام الغازي ولحام القوس الكهربائي .

3- صهر المعدن في المنطقة المراد وصلها ومن ثم تسليط ضغط عليها مثل لحام المقاومة الكهربائية واللحام الوميضي.

4- تسليط ضغط على المعدن المراد وصله وفي درجة حرارة الغرفة مثل اللحام البارد.

 تاريخ اللحام 

 تعد عمليات اللحام من العمليات القديمة جدا المستخدمة في وصل المعادن والتي تعود لآلاف السنين، وتعود أقدم الأثار على عمليات اللحام إلى العصر البرونزي والعصر الحديدي في الشرق الأوسط وأوروبا. فأسلوب اللحام بالتطريق يعد أقدم أساليب اللحام. كما أن بوري اللحام ليس وليد العصر الحالي بل إن قدماء المصريين واليونانيين قد استخدموا بوري مشابه مع أن اللهب الحاصل كان نتيجة استخدام سوائل قابلة للاحتراق مثل الكحول. وكانت الحرارة المتولدة عن هذا اللهب كافية للحام بعض المعادن منخفضة درجة الانصهار مثل الرصاص الذهب.
وقد استخدم اللحام في بناء العمود الحديدي في مجمع قطب منار في مدينة دلهي الهندية والمشيد في القرن الرابع عشر الميلادى ويبلغ وزنه 5.4 طن وارتفاعه 7 متر تقريبا.
شهدت العصور الوسطى تقدما في اللحام بأسلوب الطرق وهو عبارة عن تسخين المعدنين ثم طرقهما معا حتى يتم الحصول على لحام متين. فكانت كل عمليات اللحام هذه بدائية ولكن مع ظهور الثورة الصناعية ظهرت الحاجة لتطوير أساليب اللحام فحدث تطور كبير في أساليب وتكنولوجيا اللحام في نهايات القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين.

تطور فن اللحام

• اكتشف الاستيلين سنة 1836 م ولم يستعمل على نطاق واسع حتى سنة 1892 م حتى ابتكرت طريقة لتوليد كربيد الكالسيوم الذي يولد منه غاز الاستيلين. إلا أن خصائص اللهب لم تعرف حتى سنة 1895 م (نسب المزيج الغازي) كما أن هذا الأسلوب لم يصل إلى مستواه المتطور حتى اخترع العالم لوشاتوليه بوري اللحام.
• أوجد العالم بواسون ظاهرة القوس الكربوني ولم يجد لها تطبيقا عمليا، فجاء برناردوس وطبق هذه الظاهرة فوجد أنه يستطيع الحصول على درجة حرارة بحدود 3500 درجة مئوية لكن في ذات الوقت صادفته عملية الكربنة لوصلة اللحام.
• سلافيانوف استخدم إلكترود معدني بدلا من الكربون إلا أنه القوس كان مكشوفا (على تماس مع مكونات الجو).
• كجبرج استطاع حماية القوس (بواسطة الغازات الخاملة) ومن ذلك أصبح أسلوب اللحام بالقوس أسلوبًا أساسيًا.
• اكتشف العالم جول أنه لو مرر تيارًا كهربائيًا في سلكين معدنيين فوق بعض يسخن السلكان ويمكن أن يلتحما.
•  إلياهو تومسون 1877 م طبق ظاهرة جول في لحام المقاومة الكهربائية. 

  مصادر التيار الكهربي

مولد لعمليات اللحام يستطيع إنتاج تيار متردد وتيار مستمر

يمكن الحصول على التيار الكهربي اللازم لعملية اللحام بالطرق التالية:

• مولدات التيار الكهربائية ذات التيار المستمر منها ما له خصائص فولتية ثابتة والبعض الأخر له خصائص فولتية متغيرة.
• عن طريق المركبات والتي تولد تيار مستمر.
• عن طريق محولات كهربية تعطي تيار متردد، ويستخدم اللحام بالتيار المتردد بكثرة عن اللحام بالتيار المستمر وذلك نظرا لرخص المعدات اللازمة لعمليات اللحام بالتيار المتردد علاوة على صغر الطاقة اللازمة في عمليات اللحام

 أنواع اللحام

1- لحام الغاز Gas Welding

لحام الغاز هو أحد أشهر أنواع اللحام، وفيه يتم صهر أطراف الأجزاء الملحوظة وكذلك المادة المرسبة المضافة أو المونة وذلك نتيجة تولد حرارة ناتجة من احتراق خليط غازي (وقود غازي مناسب) مع الهواء أو الأكسجين النقي. وتمم عملية اللحام بعد أن يتجمد المعدن المنصهر في عملية اللحام. ومن أهم الغازات المستخدمة في عملية اللحام هذه هي: الأسيتيلين أو الهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو الكيروسين أو غاز الاستصباح أو غازات البنزين.

تلحم الأجزاء بهذه الطريقة بلهب غازي من فوهة أنبوب والغاز المستعمل عبارة عن مزيج من الأوكسجين والاستيلين الذي يعمل شعلة بدرجة حرارة تقارب (3000م°) ومثل هذه الدرجة قادرة على صهر المعادن والسبائك بفترة قصيرة مما يؤدي إلى صهر طرفي القطعتين المراد لحامها وتسخين المنطقة المجاورة.

كما وان هذا الصهر السريع وانتقال الحرارة ستؤدي إلى الأكسدة للمناطق المجاورة لمنطقة الصهر .

أما طريقة اللحام بواسطة الهيدروجين الذري فهي غير ممكنة وذلك لأنها تعطي درجة حرارة عالية تقارب (4000م°) وفي نفس الوقت فان الهيدروجين يذوب في منطقة الصهر مما يؤدي إلى تولد فقاعات غازية في منطقة اللحام حيث يؤدي إلى ضعف في الخواص الميكانيكية في المنطقة الملحومة , ولهذه الأسباب وغيرها من الأسباب فقد استعمل في الآونة الأخيرة لحام القوس المحمي بطبقة غازية ففي عملية اللحام الغازية أو غيرها من الطرق يستعمل الكترود معدني يضاف إلى منطقة الصهر لربط الأجزاء المراد لحامها ومليء المنطقة (الفجوة بين القطعتين) بالمعدن وعند امتلاء الفجوة بالمنصهر تترابط حافات القطع المراد لحامها بصورة محكمة.

أما الاكترود المضاف فيكون تركيبه نفس تركيب المادة الملحومة وأحيانا يحوي على بعض العناصر التي ترفع من قابلية اللحام للمعدن أثناء عملية اللحام.

وتضاف المواد المساعدة أيضا لصهر الاكاسيد ولتكوين طبقة تعمل على حماية المنطقة المصهورة من الهواء وهذه المواد من الممكن إضافتها بصورة منفردة أو يكسى معدن الإضافة بها والذي يكون على شكل قضيب اسطواني وعندما يبدأ معدن الإضافة بالانصهار التدريجي تنفصل هذه المادة وتؤدي عملها.

2- لحام الحدادة Forge Welding

في بداية هذه العملية يتم تشكيل وتنظيف نهايتي القطعتين المطلوب لحامها ثم يسخنان بصورة منتظمة إلى درجة حرارة معينة في فرن مناسب وتضاف مواد مساعدة مثل رمل السيليكا أو البوراكس وذلك لإزالة الاكاسيد وبعد التسخين تسحب القطعتان من الفرن ثم توضع الأجزاء المراد لحامها بسرعة الواحدة فوق الأخرى وتطرقان يدويا أو آليا حتى يتم لحامها ومعظم السلاسل المستعملة في الأغراض المختلفة يتم وصلها بهذه الطريقة.

3- لحام القوس الكهربائي Electric Arc Welding

لحام القوس الكهربي هو أحد أهم أنواع اللحام على الإطلاق، ويتم عن طريق الحرارة الناتجة عن تقوس كهربي بين القطب والجزء الملحوم. تصل درجة الحرارة في هذا النوع من اللحام إلى 4000 درجة مئوية وهى درجة حرارة كافية لصهر المعدن في نقطة اللحام أو صهر معدن إضافي من سلك ويلتحم عند تبريده مكوناً وصلة متينة.

إن هذه الطريقة تعتمد على استخدام محول كهربائي يعمل على تحويل التيار ذو الفولتية العالية والامبيرية الواطئة إلى تيار منخفض الفولتية وعالي الامبيرية وذلك للتقليل من خطورة تعرض اللحام إلى الصدمات الكهربائية وان درجة حرارة القوس عند اللحام تبلغ (3000م°) وهذه الحرارة العالية تصهر القطعتين في المنطقة الجاري لحامها .

وقد يضاف معدن الإضافة على شكل قضيب اسطواني وفي هذه الحالة يكون القطب الكهربائي مصنوع من مادة الكاربون أو التنكستن ويدعى هذا القطب بالقطب الكهربائي العديم الاستهلاك حيث لايستهلك أثناء اللحام , أما القطب الكهربائي المصنع من معدن الإضافة فيسمى بالقطب الكهربائي القابل للاستهلاك وهو في هذه الحالة يزود منطقة اللحام بالحرارة اللازمة للصهر بالإضافة إلى المعدن اللازم لملء الفجوة المتكونة بين القطعتين المراد لحامها.

وعندما يكون معدن الإضافة مغطى بطبقة من المواد المساعدة تسمى العملية بلحام القوس الكهربائي المغلف.

· فوائد المواد المساعدة التي تغلف معدن الإضافة هي:-

1- تنظيف المنطقة الجاري لحامها من الاكاسيد والشوائب.

2-    توليد كمية كبيرة من الغازات تحيط بالقوس الكهربائي والمنطقة المصهورة وتحجبها تماما عن المحيط الخارجي.

3-   إنتاج الخبث الذي يطفو فوق المنطقة المصهورة وبذلك لايصل الهواء إلى هذه المنطقة ويقلل من احتمال تأكسد المنطقة الجاري لحامها وعند تجمد هذه المنطقة بعد عملية اللحام من الممكن إزالة الخبث بسهولة

طرق اللحام بالقوس الكهربي

اللحام اليدوي بالأقطاب المعدنية

و هي أحد الطرق المستخدمة بكثرة في عمليات اللحام وتجري في أغلب الأحوال بالتيار المتردد. تستعمل أقطاب معدنية من الصلب (سلك اللحام) كمونه (أى مادة ملء) والأسلاك المستخدمة يتراوح قطرها بين 1-12 مم ويصل طولها إلى 500 مم.

اللحام اليدوي بأقطاب من الكربون

يجري هذا النوع من اللحام بواسطة استخدام أقطاب كربونية أو جرافيتية، وهذه الأقطاب تصنع بأقطار 8-30 مم ويبلغ طولها من 200-300 مم. وعادة تتم عملية اللحام في هذا النوع باستخدام التيار المستمر.

لحام القوس الكهربي (التنجستين وستارة الغاز)

و يسمى بالإنجليزية: Gas Tungesten Arc Welding، يعتبر هذا النوع من اللحام من أوائل التطويرات التي حدثت للحام القوس الكهربي حيث يحاط بستارة أسطوانية من غاز خامل وكان يسمى سابقا لحام تيج (Teg Welding) والغازات الخاملة المستخدمة هي غازات الأرجون، الهيليوم أو خليط نوع أو أكثر منها وتستخدم ستارة الغاز هذه في عزل منطقة اللحام عن الهواء.

لحام القوس الكهربي المعدني وستارة الغاز

و يسمى بالإنجليزية: Gas Metal Arc Welding، تعتبر هذه الطريقة مماثلة للطريقة السابقة باستثاء أن القطب electrode (السلك المستخدم) يُستهلك أثناء عملية اللحام حيث يتم تغذيته أوتوماتيكيا إلى موقع اللحام. وتكون ستارة الغاز في هذه الحالة من غاز ثاني أكسيد الكربون أو خليط من ثاني أكسيد الكربون وغاز الأرجون.

4- لحام المقاومة الكهربائية

أساليب اللحام بالمقاومة الكهربية

ويسمى بالإنجليزية: (Resistance Welding)، هي إحدى طرق اللحام التي تستخدم فيها الحرارة والضغط وتتولد الحرارة نتيجة لمرور تيار كهربي له شدة عالية وفولت منخفض لفترة زمنية قصيرة محددة في الموضع المراد لحامه من الجزء. وتتم عملية اللحام في النقطة أو المكان الذي ارتفعت حراراته وذلك بالضغط بواسطة قطبية.
تعتبر هذه الطريقة في اللحام من الطرق السهلة في إتمامها وكذلك لها قدرة إنتاجية عالية لذا فهي تعتبر طريقة اقتصادية بالنسبة لسعر التكلفة لو قورنت بالطرق الأخرى بالرغم من ارتفاع سعر ماكينات اللحام بالمقاومة وتمتاز أيضا أن في هذه الطريقة إمكانية لحام المعادن الغير متشابهة.
تستخدم هذه الطريقة عادة في لحام الألواح الصغيرة السمك للمعادن المختلفة سواء كانت حديدية أو غير حديدية.

أنواع لحام المقاومة الكهربية

اللحام النقطي (لحام البقعة)

و يسمى بالإنجليزية(Spot Welding)، وهو أحد الطرق الشائعة في عمليات اللحام بالتلامس وينقسم لحام البقعة إلى مجموعتين:

• لحام البقعة المفردة من جهة واحدة أو من الجهتين.
• لحام البقعة المتعددة، حيث يتم عمل بقعتان أو أكثر في نفس الوقت أثناء تدفق التيار.

اللحام الدرزي (اللحام الخطي)

و يسمى بالإنجليزية (Resistance Seam Welding)، يستعمل هذا النوع في لحام خزانات الزيت والبنزين والماء والمواسير وعدد من الأجزاء المصنوعة من الصلب والمعادن غير الحديدية ويتراوح سمك المعدن الذي يمكن لحامه بهذه الطريقة بين 25-30 مم.
وينقسم هذا النوع من اللحام إلى مجموعتين:

• لحامات التدريز التركيبية.
• لحامات التدريز التقابلية.

اللحام البروز (الاسقاط)

ويسمى بالإنجليزية (PROJECTION WELDING) ويستعمل في لحام البروز ماكينات أكبر من تلك التي تستعمل في اللحام النقطى

5- لحام التطريق

و يسمى بالإنجليزية: (Forge Welding)، في هذا النوع من اللحام تسخين المعدنين حتى درجة حرارة معينة ثم طرقهما معا حتى يتم الحصول على لحام متين. تعتبر عملية اللحام بالتطريق أقدم عمليات اللحام التي عرفها الإنسان على مدى تاريخه الصناعي وتعتبر عمليات اللحام الحديثة تطويرا لهذه العملية.
ينقسم لحام التطريق إلى ثلاث مجموعات:

• لحام التراكبي (Lap Welding)
• لحام تداخلي (Cleft Welding)
• لحام تناكبي (Butt Welding)

6- لحام الثرميت

هي إحدى الطرق القديمة المستخدمة في عمليات اللحام. حيث يتم خلط الألومينيوم المسحوق سحقا دقيقا بأكاسيد الفلزات وكبريتيداتها وكلوريداتها ثم يشعل الخليط فتتولد حرارة عالية تصل إلى حوالي 2700 درجة مئوية وهى كافية جدا لصهر المعدن لإتمام اللحام علاوة على إتمام هذه العملية في وقت قصير جدا.
تعتبر هذه الطريقة من الطرق الاقتصادية لعملية اللحام إذا ما قورنت بالأنواع الأخرى للحام.

7- اللحام بالقصدير والمونة

يستعمل هذا النوع من اللحام بواسطة سبائك على نطاق واسع في عمل توصيلات المواسير الكهربية ووصل المواسير المصنوعة من الرصاص والأنابيب النحاسية. وتتم عملية اللحام عن طريق إدخال سبيكة متغيرة بينهما. قد تكون من القصدير والرصاص أو سبيكة نحاسية تسمى المونة وفي هذا النوع من اللحام لا يعتبر المعدن الأصلي عند اللحام وذلك نظرا لأن درجة انصهار مادة سبيكة اللحام أقل من درجة انصهار المعدن الملحوم وتتوقف درجة متانة اللحام على مدى نظافة السطوح الملحومة لذا يجب أن تعالج قبل بداية اللحام.

8- لحام بقعة

لحام بقعة أو لحام بنطة هو طريقة لحام بالحرارة التي تنتج من مقاومة قطعتي التشغيل المراد لحمهما معًا لسريان التيار الكهربائي المار خلالهما من ألكترودين يضغطان عليهما، فتنتج بقعة لحام في منطقة المقاومة والضغط

 فيديوهات توضيحية لعملية اللحام