مع استمرار ارتفاع أسعار النحاس والفضة، يتجه مصنّعو أجهزة التبريد والتكييف إلى استبدال النحاس في الهياكل والموزعات ووحدات الترشيح والموصلات بالفولاذ المقاوم للصدأ. ولا تزال أنابيب النحاس المتبقية بحاجة إلى وصلها. يشرح هذا الدليل الفرق بين وصلة النحاس بالنحاس، والوصلات التي يمكن استخدام حشو نحاسي منخفض التكلفة فيها، والوصلات التي تتطلب الفضة، وكيفية عمل كل من التسخين بالحث والتسخين باللهب.
لماذا يتصرف المعدنان بشكل مختلف للغاية؟
يتشابه معامل التمدد الحراري للفولاذ المقاوم للصدأ 304 (حوالي 17.2 ميكرومتر/متر·كلفن) والنحاس (حوالي 16.8 ميكرومتر/متر·كلفن) تقريبًا، لذا فإن عدم تطابق معامل التمدد الحراري ليس هو المشكلة الرئيسية. تكمن المشكلة في تدفق الحرارة والتركيب الكيميائي للسطح.
| الممتلكات | النحاس (C12200) | الفولاذ المقاوم للصدأ 304 / 304L | ماذا يعني ذلك في المفصل |
|---|---|---|---|
| الموصلية الحرارية، وات/م·ك | ~ 385 | ~ 16 | النحاس يمتص الحرارة؛ والفولاذ المقاوم للصدأ يحتفظ بالحرارة موضعياً. |
| المقاومة الكهربائية، µΩ·cm | ~ 1.7 | ~ 72 | يسخن الفولاذ المقاوم للصدأ بسهولة عن طريق الحث؛ بينما يسخن النحاس بشكل ضعيف. |
| فيلم السطح | Cu2O / CuO، سهل التدفق | Cr2O3 طبقة سلبية | يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى تدفق أقوى وترطيب سريع |
| نقطة الانصهار ، درجة مئوية | 1083 | 1400-1450 | كلاهما أفضل بكثير من أي مادة لحام. |
نتيجة عملية: عند التسخين المتساوي، يصل جانب النحاس إلى درجة الحرارة المطلوبة أولاً، فيذوب الحشو هناك، بينما يبقى جانب الفولاذ المقاوم للصدأ باردًا جدًا بحيث لا يمكن ترطيبه. عندها يستقر الحشو على شكل طبقة رقيقة على النحاس ولا يلتصق بالفولاذ. التسخين غير المتساوي هو السبب الأكثر شيوعًا لوصلة تبدو مكتملة ولكنها تنفصل.
اختيار الحشو: متى يكون النحاس مقبولاً ومتى تكون الفضة ضرورية
| حشو | نطاق التدفق النموذجي | يُستخدم على وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس | انتبه |
|---|---|---|---|
| BAg-7 (56% فضة، يحتوي على القصدير، خالٍ من الكادميوم) | ~650–760 درجة مئوية | أنابيب التبريد، جدران رقيقة، وصلات محكمة الإغلاق | أعلى تكلفة للحشو؛ تدفق ممتاز على الفولاذ المقاوم للصدأ |
| BAg-28 (40% Ag) | ~680–790 درجة مئوية | حل وسط جيد بين التكلفة والتدفق | نطاق انصهار أوسع قليلاً |
| BAg-5 (45% Ag, Cu-Zn) | ~745–870 درجة مئوية | خدمة عامة، فجوات أكبر | أبخرة الزنك في الطرف العلوي |
| RBCuZn-A / RBCuZn-D (نحاس / نيكل فضة) | ~900–980 درجة مئوية | جدران أكثر سمكًا، ووصلات هيكلية، وخطوط مياه أو زيت، وصفائح ومجمعات | أكسدة النحاس، وتآكل النحاس الرقيق، وارتفاع درجة الحرارة المدخلة |
| BCuP (نحاس-فوسفور، مع أو بدون فضة) | ~700–810 درجة مئوية | غير مناسب للفولاذ المقاوم للصدأ | طبقة فوسفيد هشة على الفولاذ |
القاعدة التي نطبقها عند تطوير عينة: نستخدم الفضة عندما يكون الجدار رقيقًا أو عندما يتطلب المفصل احتواء مادة تبريد، والنحاس الأصفر عندما يكون سمك الجدار 1.5 مم أو أكثر ويكون المفصل ميكانيكيًا أو منخفض المخاطر. يتدفق النحاس الأصفر عند درجة حرارة أعلى بحوالي 250-300 درجة مئوية من حشو الفضة بنسبة 56%. عند هذه الدرجة، يلين جدار النحاس بسمك 0.8-1.0 مم، وتتكون عليه طبقة سميكة من الأكسيد، ويمكن أن يذوب بفعل الحشو المنصهر. عندما يسمح التصميم باستخدام وصلة نحاسية سميكة أو غلاف نحاسي قصير، يصبح النحاس الأصفر عمليًا في كثير من الأحيان، ويكون توفير الحشو كبيرًا.
التدفق والغلاف الجوي
لا يُزيل البوراكس وحده طبقة أكسيد الكروم المتكونة على الفولاذ المقاوم للصدأ عند درجات حرارة لحام الفضة. استخدم مادة صهر تحتوي على الفلوريد: مادة صهر بيضاء من نوع AWS FB3-A لحشوات الفضة، ومادة صهر من نوع FB1-A أساسها البورون للنحاس الأصفر، والتي تعمل من حوالي 760 درجة مئوية فما فوق. ضعها على كلا الجزأين، وليس فقط على قضيب الحشو.
يفقد التدفق قوته مع مرور الوقت وارتفاع درجة الحرارة. فبمجرد أن يصبح داكنًا وزجاجيًا، يتوقف ذوبان الأكسيد. في لحام النحاس الأصفر، يؤدي التسخين البطيء إلى احتراق التدفق قبل أن تصل مادة اللحام إلى درجة حرارة التدفق، وهو ما يترك الرواسب البنية المحترقة على جانب الفولاذ المقاوم للصدأ كما هو موضح في أنبوب العينة أدناه. هناك حلان: استخدام تدفق ذي قدرة تحمل أعلى، أو تقصير مدة التسخين، وهي إحدى مزايا اللحام بالحث.
في دوائر التبريد، يُنصح بتنظيفها من الداخل بغاز النيتروجين الجاف بتدفق منخفض أثناء عملية اللحام. وإلا، ستتكون طبقة من النحاس داخل الأنبوب، ثم تنتقل لاحقًا إلى الضواغط والأنابيب الشعرية وصمامات التمدد. كما أن بقايا مادة اللحام على الفولاذ المقاوم للصدأ تُسبب التآكل، ويجب غسلها بالماء الساخن بعد أن تبرد الوصلة إلى أقل من 100 درجة مئوية تقريبًا.
قراءة عينات حقيقية
ما الذي تبحث عنه
- أكسيد أحمر بنفسجي على النحاس يُعدّ وجود بعض الحرارة بالقرب من الوصلة أمرًا طبيعيًا في اللحام بالهواء، حيث يُشير إلى انتشار الحرارة على طول النحاس. أما في حالة استخدام غاز التبريد، فستحتاج المنطقة نفسها إلى ضخ النيتروجين من الداخل.
- شريحة لحم صفراء متصلة يُظهر وجود مادة الحشو على جانبي الوصلة أنها لامست كلا المعدنين. أما اللحام الذي يلامس النحاس فقط فيُسمى وصلة فولاذية باردة.
- حروق التدفق البني الداكن يشير الجانب المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى بطء في عملية التسخين أو ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط على الجانب المصنوع من الفولاذ بعد نقطة التدفق.
- تغطية الحشو في عينة مفتوحة: افحص أسطح الكسر. يجب أن يكون هناك حشو على كل من سطح الفولاذ وسطح النحاس مع تمزق النحاس، بدلاً من انفصال نظيف عن الفولاذ.
تصميم مشترك
- التخليص: يتراوح سمك اللحام بين 0.05 و0.15 مم لكل جانب عند درجة حرارة اللحام بالفضة، ويصل إلى 0.20 مم للنحاس الأصفر. يؤدي اللحام الضيق جدًا إلى نقص اللحام، بينما يسمح اللحام الواسع جدًا بتسرب مادة الحشو.
- تداخل: على الأقل ثلاثة أضعاف سمك الجدار الرقيق، وغالبًا ما يكون 6-10 مم لأحجام أنابيب التبريد.
- وضع الحشو: استخدم حلقة أو معجونًا مُشكّلًا مسبقًا على جانب النحاس، مع تركيز الحرارة على الفولاذ المقاوم للصدأ بحيث يتم سحب الحشو نحو المعدن الأكثر سخونة.
- الصف: يحد استخدام الفولاذ 304L أو 316L من احتمالية ترسب كربيد الكروم في نطاق 425-815 درجة مئوية، على الرغم من أن الوصلة التي يتم تثبيتها هناك لثوانٍ فقط نادراً ما تكون معرضة للخطر.
- النظافة: قم بإزالة الشحوم قبل التجميع. الزيت الموجود على الفولاذ المقاوم للصدأ يحترق ويتحول إلى كربون يمنع التبلل.
اللحام بالحث: الإعدادات التي تعمل
يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة كهربائية تفوق مقاومة النحاس بحوالي أربعين ضعفًا، لذا فإن ملف الحث يضخ الطاقة مباشرةً في الفولاذ، بينما يضخها بشكل طفيف في النحاس. وهذا مناسب لهذا النوع من الوصلات: إذ يصل الفولاذ إلى درجة حرارة التدفق بسرعة، ثم يتبعه النحاس بالتوصيل. وتنتهي معظم وصلات الأنابيب الصغيرة في غضون 3 إلى 15 ثانية.
- التكرار تتراوح الترددات بين 20 و50 كيلوهرتز للوصلات الكبيرة والجدران السميكة، وبين 100 و200 كيلوهرتز للجدران الرقيقة والأنابيب التي يقل قطرها عن 12 مم. يبلغ عمق الاختراق في الفولاذ 304 عند تردد 30 كيلوهرتز حوالي 2.5 مم، لذا تسخن الأنابيب ذات الجدران الرقيقة عبر الجدار بشكل فوري تقريبًا.
- موضع الملف: ضع الملف في منتصف الطرف المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ للجزء المتداخل، أو باتجاهه قليلاً. لا تضعه في منتصف النحاس.
- المنحدر: يؤدي التسخين السريع إلى حوالي 20 درجة مئوية تحت نقطة التدفق، ثم فترة نقع قصيرة، إلى الحفاظ على التدفق نشطًا ومنع التجاوز.
- مفاصل متعددة: يمكن لملف متعدد اللفات أو متعدد المواضع أن يلحم خمسة أو أكثر من النتوءات على رأس في دورة واحدة، كما هو موضح في الصورة النموذجية الأولى.
- مراقبة: يُعطي التحكم في الطاقة والوقت أو التغذية الراجعة من مقياس الإشعاع الحراري بالأشعة تحت الحمراء نتائج متسقة. يُرجى ملاحظة أن الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس لهما معامل انبعاث مختلف، لذا يُنصح بمعايرة مقياس الإشعاع الحراري على السطح الفعلي.
اللحام باللهب: حيث لا يزال مناسبًا
تتميز عملية اللحام باللهب بالمرونة وقلة الحاجة إلى الأدوات. وهي مناسبة تمامًا لأعمال الصيانة، والهياكل الكبيرة، وخطوط الإنتاج ذات الأحجام المنخفضة. استخدم شعلة أوكسي-وقود أو أوكسي-بروبان مع لهب منخفض الحرارة، وحافظ على تحريك اللهب باتجاه الفولاذ المقاوم للصدأ. من عيوبها انخفاض دقة التكرار، وانتشار الحرارة بشكل كبير خارج منطقة الوصل، والاعتماد على مهارة المشغل. يستخدم العديد من العملاء اللحام باللهب للنماذج الأولية واللحام بالحث للإنتاج. تعطي الطريقتان خصائص معدنية متقاربة للوصلة عند استخدام نفس مادة الحشو والتدفق.
حيث يكون تغيير المادة منطقياً
يُعدّ الفولاذ المقاوم للصدأ بديلاً مناسباً للنحاس في الأجزاء التي لا تحتاج إلى توصيل الحرارة، مثل: أغلفة مجففات المرشحات، والمراكم، وأجسام الصمامات، والمشعبات، وصناديق التوزيع، وأغلفة الحساسات، والموصلات، ووصلات الأطراف التي تتحمل الضغط. أما أنابيب التبادل الحراري فتبقى مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم. يجب التحقق من كل مفتاح من خلال اختبار التسريب، واختبار الضغط أو الانفجار، واختبار الاهتزاز، وفحص التآكل في البيئة المستهدفة، إذ قد تتعرض الوصلات غير المتشابهة للتآكل الجلفاني إذا بقيت رطبة.
خدمة اختبار العينات
KETCHAN نقوم بتشغيل عمليات اللحام بالحث واللهب على كلا المعدنين. أرسل لنا رسومات أو أجزاء مادية، وسنقوم باختبار العديد من تركيبات التدفق والحشو، وتحديد الوصلات التي يمكن استخدام النحاس الأصفر فيها وتلك التي تحتاج إلى الفضة، وإعادة عينات مقطعية مع معايير التسخين لتقييمها من قبلكم.
الأسئلة المتكررة
هل يمكن لحام أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ بأنبوب نحاسي؟
نعم. استخدم مادة صهر تزيل طبقة أكسيد الكروم، وحشوًا مناسبًا من الفضة أو النحاس الأصفر، وسخن مع التركيز على جانب الفولاذ المقاوم للصدأ.
هل يمكن استبدال حشوة الفضة بحشوة النحاس؟
بالنسبة للجدران السميكة والوصلات غير الحرجة، نعم. يتدفق النحاس الأصفر عند حوالي 900-980 درجة مئوية ويمكن أن يتسبب في تآكل النحاس الرقيق، لذلك تستخدم وصلات التبريد ذات الجدران الرقيقة عادةً حشوًا فضيًا.
لماذا لا يتم استخدام حشو BCuP على الفولاذ المقاوم للصدأ؟
يتفاعل الفوسفور مع الحديد والنيكل لتكوين فوسفيدات هشة عند السطح البيني، ويمكن أن تتشقق الوصلة تحت تأثير الاهتزاز أو التغيرات الحرارية.
هل اللحام بالحث أم اللحام باللهب أفضل لهذا المفصل؟
يوفر اللحام بالحث حرارة سريعة وموضعية وقابلة للتكرار، لذا فهو مناسب للإنتاج. أما اللحام باللهب فهو مناسب للإصلاحات والأجزاء الكبيرة والكميات الصغيرة.
كيف يمكنني التأكد من أن مادة الحشو قد التصقت بالفولاذ المقاوم للصدأ؟
قم بتقسيم العينة أو فتحها بالقوة. يجب أن يكون الحشو مرئيًا على كلا الوجهين، والوصلة التي تنفصل بسلاسة عن الفولاذ لم تكن مبللة.
