اللِّحام؛ عندما تتدفق المعادن!

تشير التقديرات إلى أنَّ أكثر من 50٪ من المنتجات المحلية والهندسية العالمية تحتوي على مفاصل ملحومة، ففي أوروبا، دَعمت صناعةَ اللحام على نحو تقليدي مجموعةٌ متنوعةٌ من الشركات في قطاعات بناء السفن، وخطوط الأنابيب، والسيارات، والفضاء، والدفاع، والبناء. وبلغت الإيرادات من معدات اللحام والأسواق الاستهلاكية 3.5 مليار يورو في أوروبا عام 2017.[1]

 وتعتمد عمليات اللِّحام على إذابة المعادن، وتمثل طريقة تدفق المعدن المُذاب في خلال تلك العمليات عنصرًا فاصلًا في جودة المنتج النهائي، وهو الوضع نفسه بالنسبة لعمليات التصنيع المضاف كالطباعة الثلاثية الأبعاد أيضًا، لكن تكمن المشكلة في أنَّنا لا نعرف كثيرًا عن تدفق المعادن في الحالة الذائبة.[2]

وهو ما دفع باحثين من كلٍّ من جامعة ليستر، وجامعة دلفت للتكنولوجيا، ومصدر الضوء الماسي Diamond Light Source، وكلية دبلن، وTATA Steel Research UK إلى استكشاف سلوك التدفق الداخلي في التصنيع المضاف للمعادن واللحام بالقوس (وهي أكثر عمليات اللحام استخدامًا في التصنيع الحديث).[1]

ركَّز العمل على فحص بِرك الذوبان التي تُنشأ في أثناء عملية اللحام. ولفعل ذلك؛ أدخلَ الفريق جزيئات صغيرة من التنغستن والتنتالوم في بركة الذوبان، ونظرًا لامتلاكهما درجات انصهار عالية؛ بقيت الجسيمات صلبة في بركة الذوبان مدةً طويلة بما يكفي لتتبعها باستخدام أشعة مكثفة من الأشعة السينية.[1]

ووُلِّدت الأشعة السينية باستخدام مُسرّع الجسيمات السنكروتروني في مصدر الضوء الماسي Diamond Light Source، وهو المرفق الوطني البريطاني للضوء السنكروتروني. واختير معمل Beamline I12 لإجراء هذا البحث نظرًا لقدراته العالية في التصوير العالي السرعة في آلافٍ من الإطارات في الثانية.[1]

وبذلك تمكن الباحثون من إنشاء أفلام عالية السرعة توضح كيف يؤثر التوتر السطحي على شكل ذوبان اللحام وسرعته وأنماط التدفق. وأظهرت النتائج -أوَّل مرة- أنَّ سلوك تدفق الذوبان يشبه السلوك الذي لم يسبق رؤيته إلا بالمحاكاة الحاسوبية.[1]

وأظهرت النتائج أيضًا أنه يمكن تحسين اللحام بالقوس من خلال التحكم في تدفق بركة الذوبان وتغيير العناصر النشطة المرتبطة على السطح.[1]

وقال البروفيسور دونج؛ قائد الفريق البحثي: "إنَّ فهم ما يحدث للسائل في أحواض الذوبان في أثناء اللحام والتصنيع المضاف إلى المعادن لا يزال يمثل تحديًّا، وستساعدنا هذه النتائج على تصميم عمليات اللحام والتصنيع المضاف وتحسينهما، لتصنيع مكونات ذات خصائص مُحسَّنة ومنخفضة التكلفة. خصوصًا أنَّ اللحام هو أكثر الطرق فاعلية لتوصيل المعادن توصيلًا دائمًا، وهو عنصر حيوي في اقتصاد التصنيع لدينا."[1]

المصادر:

1- هنا

2- هنا