التكسية السطحية باللحام

2- التكسية السطحية باللحام





يقصد بالتكسية السطحية إضافة طبقة أو عدة طبقات من المعدن أو مواد إضافية على سطح المشغولة بقصد إكساب الأسطح خواص معينة لا تتوفر في سطح المشغولة الاصلى أو تغير إبعاد القطعة أو تعويض ما يكون قد فقد بالتآكل أتناء التشغيل الفعلي للمشغولة .



1- أهمية عملية التكسية السطحية



تقع أهمية التكسية السطحية بالأخص فى الدول التي تعانى من صعوبة تعويض قطع الغيار للمعادن المختلفة أو تكلفة استبدال قطع الغيار والتي تكون قد بلية بالتآكل ويصعب تعويضة وبدلك يمكن أعادة تأهيل المعدن والأجزاء البالية عن طريق تاكسيات الأسطح المتأثر بالتآكل ومن تم أعادة الاستفادة من هده المعدات ومن الممكن تكرار العملية لمرات عديدة أم من ناحية إكساب الأسطح بخواص معينة غير متوفرة فى سطح المشغولة ،فهدا يمثل تحسين مقاومة التآكل والبلايا ن أو التحكم فى الأبعاد وللحصول على خواص متالورجى معينة .



2-أنوع التكسية السطحية (Type of surfacing welding)



1-الكلأد (Cladding):- ويقصد به تكسية بطبقة أو من المعدن أو سبيكة تختلف عن المعدن السبيكة المشغولة مثلا:



الصلادة ألازمة لمقاومة التآكل الميكانيكي أو البلايا ن ومقاومة الزحف تحت الأحمال المعرض لها السطح عند درجات الحرارية العالية وكذلك مقاومة الصدمات المتكررة.



3- زيادة الأبعاد :- يعنى تغير سمك أو شكل جزاء من المشغولة باللحام وتكون الإضافة المستخدمة مساوية في الغالب تركباها بتركيب المعدن الاصلى.

4 - التكسية السطحية بسبيكة خاصة لأغرض متالورجية :-يجرى هدا النوع من التكسيةلغرض التحكم بالتكوين المتالورجية والأطوار المتالورجية فى سطح المشغولة .

1التآكل((Corrosion



هو ضاهرة كيميائية يمكن أن نعرفه كون تحول الفلز إلى أكسيد ومعظم المعادن يحدث فيها التآكل الكثير من الأضرار يمكن إيجازها فيما يلي:-



1-تغيرالابعاد:فقدان الخواص الميكانيكية حيت يؤدى التآكل إلى فقدان الوزن بسبب انحلال المعدن وبتالي إلى تغير الأبعاد.



2-المظهر:يتاتر مظهر المعدن بدرجة كبيرة عند تعرضة للتآكل بكونه يظهر دائمنا بمظهر سيئ.

3-الأضرار الاقتصادية :أن الأضرار الاقتصادية و التي تحدت نتيجة التآكل عديدة حيت يسبب هدا الفشل فى كثير من الأحيان توقف المعدان عن العمل بشكل غير مبرمج ومما يرافق دلك من كافة اقتصادية غير متوقعه.



4-تلوث المنتجات:حيت أن نواتج التآكل يؤدى إلى تغير الطبقة المكونة للوسط وتلوته وهدا أمر غير مرغوب فيه حيت أن المتطلبات التجارية فى الحصول على منتج نقى ذات موصفات معلومة وخالية من التلوث.



5 فقدان السلامة :يؤدى التآكل فى كثير من الأحيان إلى حصول فوارق فى حالة عدم اتخاذ الوقاية الكفيلة بإيقاف أو الحد من التآكل.

2-أنوع التآكل ( Type of corrosion ):-



1- التآكل المنتضم أو الصمم :هدا النوع يعتبر اكتر انتشارناً حيت يتم التفاعل الكيميائي أو الكتروكيميائي بانتضام إلى أن يحدث الفشل .



2- التآكل الجلفانى أو التآكل بين معدنين:هدا النوع من التآكل يحدث بين المعدن الأقل مقاومة والتي تمثل القطب الموجب (الانود)والمعدن الاكتر مقاومة وهو ألدى يمثل القطب السالب (الكاتود) مثل تأكل أنبوب الالومنيوم المتصل مع البرص وتأكل خزانات الماء السخن المصنوعة من الفولاذ والمتصلة بأنبوب من النحاس.



3-التآكل الشقى اى التآكل الموضعى :والدي يحدث فى الشقوق والمساحاتألمستقره والدي يتسبب عن وجود كميات قليلةمن المحلولالراسب الشقوقوحول وصلات اللحام وترسبات الأسطح وتحت البراغى ومسامير البرشام مثل براغى تجميعأنابيب الرفعلآبار المياه.

4-التآكل الاجهادى :والدي يحدث فى الأجزاء المعرضة إلى اجهادات بالإضافة إلى وسط التآكل ومن الملا حض فان وجود هده الاجهادات تسرع من تآكل هده المقاطع مثل تآكل عمود المرفق وفى الصمامات.







ملاحضة:التآكل فى الصمامات يحدث تأكل اجهادى و شقي فى معظم الأحيان





3- المتغيرات الأساسية لعملية التكسية

أن هناك بعض المتغيرات الأساسية والتي يجب اخدها فى نظر الاعتبار فى عمليات التكسية السطحية وهده التغيرات هي :-



1- تغطى الطبقة التكسية عادتنا مساحة كبيرة تسبين عن المشغولة.

2- تغطى طبقة التكسية عادتنا مساحة كبيرة تسبين من المشغولة.

3- الحاجة إلى اقل كمية من طبقة التكسية اى سمك الطبقة لدلك تعطى فيه انحدار حادة يلاحض فى تغير نسبة الكربون وعناصر ألتسابك والخواص الميكانيكية عبر خط الاتصال بين المعدن الاصلى ومعدن طبقة التكسية.



4- النسبة المئوية للتخفيف ((Dilution





بما أن التركب الكيميائي للحشوة المستخدمة فى عملية التكسية السطحية يتم اختياره بتراكيب مختلف عن المعدن الاصلى ويتم انصهار طبقة من المعدن الاصلى وامتجازها مع منصهر معدن الحشوة فان تركيبة يتغير أو تخفف في تر كيز العناصر الفعالة فتفقد الخواص المر جوا منه مثل (الصلادة – مقاومة البلايا ن- مقاومة التآكل)،ولذلك يتم الاهتمام بما يطلق عليه النسبة المئوية للتخفيف وتعرف بأنها النسبة بين كمية المعدن المنصهر من المعدن الاصلى (B) ومجموع كميتة المعدن المضاف ((A والمعدن الاصلى المنصهر.

اى أن النسبة المئوية للتخفيف تساوى = (100)×A/ A+ B Dilution=

وتمثل هده النسبة أهمية متالورجية خاصتاً في تحديد وتركيب طبقة التكسية ولذلك فان اختيار الالكترودات التكسية يتم في الغالب على ضوء هده النسبة مثلا: تكسية الصلب السبائكى المنخفض للصلب المقاوم للصداء باستخدام طريقة اللحام بالقوس المعدني المحجب فان هده الطريقة تعطى نسبة تخفيف تتراوح بين 15 % إلى 50% بعد ترسيب شريطين أو ثلاثة من طبقة التكسية فان استخدم الالكترود سبيكة مقاومة للصداءS 308 E والدي يحتوى على 9 %

نيكل(NI) و 19 % كروم(CR ) نجدان الطبقة الاوله المترسبة تحتوى على 6 % نيكل

و 18% كروم فقط وهده ألنسبه لأتحقق الغرض المرجو منها من خواص المقاومة تآكل الاجهادات بينما آدا استخدمنا الالكترود تحتوى في نسبة الكروم والنيكل مثل E309S والمحتوية على 25 % كروم و12% نيكل نجد ما تبقى من طبقة التكسية بحدود16% كروم و8 % نيكل

فتحسن خواص مقاومة الإجهاد وأدى تم التوصل إلى نسبة تخفيف بالقرب من 15 % نحصل على تحسن اكتر في الخواص.



.

Dilution: The change in chemical composition in a welding filler metal caused by admixture of the base metal or previous weld metal in the weld bead. It is measured by the percentage of base metal or

B

Weld bead A















2- متغيرات اللحام فى عملية التخفيف أتناء عملية

التكسية السطحية





نظرناً لكون معظم عمليات التكسية السطحية تجرأ بلالكترواد مستهلكة باللحام القوس الكهربي ولأهمية نسبة التخفيف و اختيار نوع الالكترود ومعرفة مبداء صلاحيته للحصول على طبقت تكسية بخواص جيدة فلابد من التعرف على نسبة التخفيف ومن تم كيفية التحكم فيها وهده المتغيرات هي :



2 -القطبية:تؤدى القطبية العكسية إلى تغلغل اقل فى معدن الاصلى بينما القطبية المباشرة تؤدى إلى التغلغل اكتر منه فى المعدن الاصلى وتتالى فان نسبة التخفيف فى القطبية المعكوسة تكون اقل من القطبية المباشرة.

3- تباعد خطوط اللحام : كلما اقتربة خطوط اللحام بعضها فى البعض انخفض نسبة التخفيف بسبب إعادة صهر جزا من الخطوط السابق ترسيبها

4 - سرعة التقدم :يؤدى البطئ فى سرعة التقدم إلى نقص المنصهر من المعدن الاصلى وزيادة المنصهر فى سلك التكسية وبتالي إلى نقص نسبة التخفيف

5-حماية القوس :يلعب وسيط حماية القوس سوء بالغاز أو بمساعد الصهر دورنا مؤاتتر فى نسبة التخفيف أدنها تؤاتر فى خواص السيولة والشد السطحي لبركة اللحام والتي تحدد مداء بركة اللحام وامتداده على جانبين خط اللحام ومن الممكن ترسيب الأوساط الحاجبة للقوس حسب مقدار تاتيرها فى التخفيف أو تخفيض نسبة التخفيف كما يالى :-

A. -الهليوم (Helium )

B- تأنى أكسيد الكربون(Carbon dioxide C- الارجون (Argon)

D- مساعد صهر بدون إضافة سبائك

E- مساعد الصهر مع إضافة سبائك

.

6-تدبدب الالكترود:كلما زادت سعة تدبدب حركة الالكترود كلما انخفاض فيه التخفيف

7-مادة الحشو :يستخدم احيانن معدن إضافة كمادة حشو على هيئة مسحوق أو سلك والدي يؤدى إلى إقلال نسبة التخفيف من خلال زيادة كمية المعدن الاصلى حيث يستهلك قدر كبير من طاقة القوس فى صهر المعدن المضاف .

8-حجم الالكترود:كلما قل حجم الالكترود ومن تم قلة شدة التيار قلة نسبة التخفيف فى حالة ثبوت التيار فان زيادة قطر الالكترود يعنى نقص كتافتة التيار وبتالي نقص نسبة التخفيف 9-وضع اللحام وزاوية ميل المشغولة :يؤثر وضع اللحام على نسبة التخفيف بشكل كبير بسبب تأثير الجاذبية الأرضية على بركة اللحام وعندما تكون مسبوقة عن القوس او البقاء تحته أو التخلف عنه فكلما ضلة البركة تحت القوس أو سابقه له كلما قل التغلغل فى المعدن الاصلى وقلة نسبة التخفيف ومن الممكن ترتيب أوضاع اللحام حسب تاتيرها على خفض نسبة التخفيف كما يالى:-

A. الوضع الراسي صعود

B. الوضع الافقى على مستوى الرأس

C. الوضع صعود مرتفع

D. الوضع افقى مسطح

E. الوضع هبوط منخفض

10. تاتير عناصر ألتسابك:تؤثر بعض عناصر ألتسابك على خواص تكوين السطح المكسو ه حتى لوكأن وجوده بنسبة ضئيلة ويكون هدا التأثير أما تقليل مقاومة التآكل أو مقاومة الاجهادة أو المطلية أو المتانة ففي الطبقة السطحية مثلا زيادة نسبة الكربون فى الصلب المقاوم للصداء تقلل من مقاومة التآكل بسب اتحاد الكربون مع الكروم اى انه من الضروري التحكم فى نسبة وجود بعض العناصر فى الطبقة السطحية

11. المعالجات الحرارية: تحتاج بعض الأجزاء المطلوب تكسيته إلى معالجة حرارية خاصة بعد أتمام عملية التكسية السطحية ألا أن هده المعالجة برغم من أنها فى كثير من الأحيان قد تكون ضاره للطبقة المكسو ه أو المعدن الاصلى ودلك من خلال:-

-Aقد تكون ضاره بطبقة المكسوة تقليل مقاومة التآكل أو الإضرار بالخواص الميكانيكية

-Bقد توادي المعالجة إلى الإضرار بالمعدن الاصلى بواسطة الشقوق التي تحدت تحت طبقة التكسية وبي الأخص عندا أكساء الصلب قليل ألتسابك بطبقة من الصلب المقاوم للصداء

C- قد يحدث انتشار الكربون من منطقة إلى أخره بين طبقة التكسية والمعدن الاصلى بسبب طول فترة المعالجة الحرارية وارتفاع درجة الحرارة قد يوتر على الخواص الموجودة والمكتسبة بعد عملية التكسية.

12. مظهر السطح الخارجي :لابد من اختيار سلك الاكساء للحصول على جودة السطح المطلوبة بجانب الخواص الآخرة بحيث تكون طبقة التكسية مستوية ونعمه ولتحتاج إلى تشغيل لحق اى أن السطح الناتج بعد عملية التكسية استخدمه مباشرة:

6- أنوع مواد التكسية :-

تكون مواد التكسية السطحية فتشمل على نطاق واسع يبدأ بمواد مشابه للمشغولة وتمتد إلى مدا واسع التراكيب والخواص ويتم الاختيار على الأساس المطلوبة فى السطح مثل الصلدة والتراكيب الكيمائي وضر وف التشغيل ومقاومة التآكل الميكانيكي والكيمائي وتعويض الأبعاد وغيره من الخواص الآخرة ومن الممكن تصنيف الالكترودات ومواد التكسية إلى :-







ý . مواد من الصلب الكربوني بنسبة تترواح بين(0.1 إلى 1.5 ).

ý . مواد من الصلب قليل ألتسابك .

ý .مواد من الصلب قليل ألتسابك مع مواد تشجع على تكوين المارتنزاية مثل المالبديوم ،النيكل بحدود 3%والكروم حتى نسبة 15%.

ý . صلب يحتوى على المنجنيز و السيلكون (للاختزال).

ý . صلب السرعات العالية المارتنزاية و ألدى يحتوى على التنجستن ،المالبديوم ،البانديوم .

ý . سبائك أساسه الكوبالت وتحتوى على نسبة 30%كروم والى حد 14%تنجستن 0.7%كربون وتتميز بمقاومة الاكسده والتآكل ومقاومة الحرارة حتىْ 980C

ý . سبائك أساسه النيكل وتتميز بصلدة ومقاومة للتآكل الميكانيكي .

ý . سبائك أساسه التنجستن لمقاومة التآكل والسوفيت.



7 أشكل مواد التكسية

تكون مادة التكسية على شكل اسلك أو الالكترودات أو أنابيب محشوة أو أشرطة اومجروش أو مسحوق ،أم مساعدة الصهر فقد تكسا به الالكترودات اوتحش به الأنابيب المستخدمة كلالكترودات وعادتنا تكون بشكل مجروش تكون خليط مع مسحوق مادة اللحام

8 - طرق التكسية السطحية

من الممكن أجراء عملية التكسية السطحية بعدة طرق منه أساليب اللحام بالصهر أو بأسلوب الرش الحراري ومعظم الطرق تعتمد على مبدااللحام بالصهر حيت ينصهر سلك المحشوة وسطح الجزاء المطلوب أكساه وتمتجز المنصهرات ويتجمداً معناً وينتج الربط بين طبقة التكسية والمعدن ربطناً متالورجيناً ومن الممكن استخدام المصدر الحراري لتكسي من احتراق وقود مع الأكسجين أو من قوس كهربي والدي يعتبر اكتر انتشارناً ويتم المفاضلة بين الطريقتين على:-



1. التكسية السطحية بالقوس الكهربي(Arc welding)

التكسية فى هده الطريقة تعطى معدلا عادينا لترسيب كميات مواد التكسية للسطح الكبير وبطريقة اقتصادية وبي اقل تشوه ممكن للمشغولة ومن الممكن إن تتم العملية بالقوس اليدوي أو النصف الالى اوالالى مع استخدام كلا من التيار المتردد أو المستمر (DC-AC) بين قطبيتان المعكوسة والمباشرة الالكترودات المغطاة وتتميز العملية فى جميع أوضع اللحام المعروفة آم حماية القوس وبركة اللحام فيتم عن طريق الخبث الطفاء فوق بركة اللحام ويتروح معدل الترسيب فى هده الطريقة بين ( 1/2kg إلى kg2 ) فى الساعة وبنسبة تخفيف تتروح بين( 50%/30)



وفى هده الطريقة يستخدم غاز الأرجوان أو الهليوم للوقاية فى عملية التكسية ويبقا الالكترود التنجستن فى هده الحالة دون استهلاك ويتم التكسية بسلك أو أنبوب حشوه اضافى يغمس فى القوس ولا يستخدم مساعد لحام اعتمادنا على الوقاية بالغاز وتتميز هده الطريقة بجودة التكسية الناتجة وتشمل طبقة التكسية معادن عديدة منه الصلب السبائكى العالي النيكل والكروم والنحاس والكوبالت

تشبة هده الطريقة اللحام بالقوس المغمور فى غاز خامل وقد تكون الالكترودات على شكل اسلك مصمتة أو جوفه اواشرطة مصمتة ويغمر القوس بمسحوق مساعد الصهر واهم مميزات الأسلوب زيادة كثافة التيار ومعدل الترسيب واماكنية استخدام تيار متردد أو مستمر والحصول على سطح طبقة تكسية جيد ونسبة التخفيف مرتفعة ولى اجل خفضها نحتاج إلى التكسية بعدة طبقة حتى يمكن التوصل إلى خواص الطبقة المطلوبة وخلو طبقة التكسية من المسامية والجيوب الخبتية واختفاء الأشعة الفوق البنفسجية ويلزم استخدم التسخين المسبق و الحق للمشغولة للإقلال من ظاهرة الانحدار الحراري الشديد النشء أتناء التكسية واستخدام هده الطريقة فى تكسية( الصلب الكربوني و السبائكى المنخفض والمقاوم للصداء والحديد الزهر والنيكل وسبائكه ومع استخدام الالكترودات الشريطية والتي تعطى معدل ترسيب يترواح بين (27 إلىkg 45 )بالساعة يمكن الحصول على طبقة تكسية رقيقة بنسبة 15%.



2-التكسية السطحية بقوس البلازمة (Plasma Arc Welding)



تتميز قوس البلازمة بارتفاع الشديد فى درجة الحرارة حيت تصل درجة حرارة القوس المعتادة إلى(2200 إلى ْ( 5500C لدلك فان القوس البلازما يعتبر وسيلة جيدة لتكسية خاصة المواد صعبة الانصهار مثل مركبات التنجستن والمواد الحرارية التى من الممكن صهره تبخرها ويتميز ايضنا بان التكسية غير محددة الشكل والحجم فى المشغولة وإمكانية التكسية بمواد مختلفة التركيب ومن تم الحصول على خواص متعددة الطبقات ونظرنا لإمكانية التحكم فى البعد بين فوهة القوس البلازما وسطح المشغولة فبدلك يمكن التحكم فى درجة الحرارة بسطح المشغولة اى التحكم فى نسبة التخفيف والاحتفاظ بخوص طبقة التكسية ،وفى هدا الأسلوب يمكن استخدام مادة التكسية وصلة اوسيقان اوالالكترود اوقضبان اومسحوق وعادتنا يستخدم خليط من مساحيق مواد مختلفة ليسهل سابكة أو التى يصعب صبة اوسحبه إلى اسلك بلاضافة غلى نقل المسحوق بواسطة غاز خامل اضافى ودفعة فى منفذ القوس البلازمة الساخن فينصهر فورناً ويندفع على هيئة رداد إلى سطح المشغولة .



3- التكسية السطحية باستخدام الاكسى استلين((Oxyacetylene Welding

من الممكن استخدام لهب الاكسى استلين أم يدوين أو نصف الالى فى عملية التكسية السطحية باستخدام اسلك اوقضبان اومسحوق مادة التكسية وتتميز الطريقة بانخفاض نسبة التخفيف لان المشغولة والتي تتكون عادتنا من الصلب قليل أو متوسط الكربون لينصهر منه إلا طبقة منتهية الصغر فبي ضبط وضع أللهب بانسبةالاسطح وبالتحكم فى نسب الأكسجين مع الاستلين بحيث يصبح للهب مختزل أو مكربن نجد إن طبقة رقيقة من سطح المشغولة تتكربن فتانخفظ درجة الانصهارالسطحى عند هده الطبقة فقط فنخفض نسبة التخفيف وفى هدا الأسلوب يمكن التكسية بمواد صلدة مثل كربيد التنجستن ورغم صلدة هده المواد وقصا فته إلا إن انخفاض معدل التسخين والتبريد باللهب الاكسى استلين مقارنة بالوسائل الآخرة يقلل من احتمال تعرض السطح لتشقق بجميع الأحوال يجب إن يكون السطح نظفنا تمامنا قبل أجرا عملية التكسية والتي تعتمد على صهر طبقة رقيقة من السطح تم اكسائه بنصها ر سلك التكسية فيتم الاكساء ألدى يعتمد على نضافة السطح والتبريد السطحي بين المنصهر وسطح المشغولة ونادرنا ما يستخدم مساعد الصهر فى التكسية لان اللهب يتولا عملية الاختزال .