الصهر بالقوس المفرغ، وتحديدًا إعادة الصهر بالقوس المفرغ (VAR)، هي عملية صهر ثانوية تستخدم في المقام الأول لإنتاج سبائك معدنية عالية الجودة، خاصةً للتطبيقات الحرجة في صناعات مثل الفضاء الجوي والطاقة والقطاعات النووية. تنطوي العملية على صهر قطب كهربائي معدني قابل للاستهلاك تحت ظروف التفريغ باستخدام قوس كهربائي يعمل بالتيار المباشر (DC)، يليه التصلب المتحكم فيه للمعدن المنصهر في بوتقة نحاسية مبردة بالماء.
وصف العملية:
-
الإعداد والصهر الأولي: تبدأ عملية تقنية VAR بقطب كهربائي أسطواني قابل للاستهلاك، مصنوع عادةً من سبيكة معدنية تم صبها مسبقًا. يتم وضع هذا القطب في غرفة تفريغ، موضوعة فوق بوتقة نحاسية مبردة بالماء. تم تصميم البوتقة بحيث يكون قطرها أكبر من القطب للتحكم في القوس. يتم وضع كمية صغيرة من نفس السبيكة المراد إعادة صهرها في قاع البوتقة.
-
تشكيل القوس الكهربائي والصهر: يتم إنشاء قوس كهربائي تيار مستمر بين القطب الكهربائي والمعدن في البوتقة. هذا القوس، الذي يمكن أن تصل درجة حرارته إلى 5000 كلفن تقريبًا، يذيب بسرعة الجزء السفلي من القطب الكهربائي. وتسقط قطرات المعدن المنصهر عبر القوس الكهربائي إلى داخل البوتقة، مكوّنةً بركة منصهرة.
-
التصلب المضبوط: بينما يستمر المعدن في الذوبان والتنقيط في البوتقة، يخضع للتبريد السريع بسبب جدران البوتقة المبردة بالماء، مما يؤدي إلى التصلب. يتم التحكم في عملية التصلب عن كثب لضمان تكوين سبيكة متجانسة ومكررة. ويعد معدل التبريد، والفجوة بين القطب والبوتقة، والتيار المستخدم من المعلمات الحاسمة التي تؤثر على جودة المنتج النهائي.
-
التنقية والصقل: تعزز بيئة التفريغ ودرجات الحرارة المرتفعة التي تنطوي عليها عملية VAR إزالة الشوائب وصقل البنية البلورية للمعدن. وهذا الأمر مهم بشكل خاص للمعادن التفاعلية مثل التيتانيوم والزركونيوم، والتي يمكن تنقيتها دون ملامسة المواد الحرارية، وكذلك للفولاذ والسبائك الفائقة، حيث يعزز نظافة الشوائب.
الغرض والتطبيقات:
الغرض الأساسي من تقنية VAR هو إنتاج سبائك معدنية بدرجة عالية من النقاء والتجانس وتحسين الخواص الميكانيكية. وهذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي يكون فيها أداء المواد أمرًا بالغ الأهمية، مثل مكونات الطيران ومعدات توليد الطاقة والأجهزة الطبية. وتخضع هذه العملية أيضًا للنمذجة الرياضية والمحاكاة العددية لتحسين التطبيقات الصناعية، مما يضمن أن السبائك المعاد صهرها، والتي يمكن أن تزن عدة أطنان، تلبي معايير الجودة الصارمة.
وباختصار، فإن إعادة الصهر بالقوس التفريغي هي تقنية معدنية متطورة تستفيد من الحرارة الشديدة للقوس الكهربائي في بيئة مفرغة من الهواء لتنقية السبائك المعدنية وتصليبها، مما ينتج مواد ذات خصائص فائقة مناسبة للتطبيقات عالية المخاطر.
