مفتول مسی به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی فوق‌العاده، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف، به‌ویژه در صنعت برق و الکترونیک، کاربرد گسترده‌ای دارد. با این حال، کیفیت نهایی این مفتول به شدت به یکپارچگی سطح آن وابسته است. وجود هرگونه عیب سطحی می‌تواند خواص مکانیکی و الکتریکی آن را تحت تأثیر قرار داده و منجر به شکست در فرآیندهای تولید بعدی یا کاهش عمر مفید محصول نهایی شود. در این مقاله جامع، به بررسی سه عیب رایج سطحی در مفتول مسی می‌پردازیم: جرم اکسیدی (Oxide Scale)، ترک ریز (Micro-cracks) و دم‌موشی (Surface Laps).
۱. جرم اکسیدی (Oxide Scale): دشمن پنهان رسانایی
جرم اکسیدی، لایه‌ای از اکسید مس است که در اثر واکنش مس با اکسیژن در دماهای بالا، بر روی سطح مفتول شکل می‌گیرد. این عیب یکی از شایع‌ترین مشکلات در فرآیندهای تولید مفتول مسی است، به خصوص در عملیات ریخته‌گری پیوسته و نورد گرم.
دلایل شکل‌گیری جرم اکسیدی
- دماهای بالا: مس در دمای بالا به شدت با اکسیژن واکنش می‌دهد. هرچه دما بالاتر باشد، سرعت اکسیداسیون و ضخامت لایه اکسید افزایش می‌یابد.
- وجود اکسیژن: حضور اکسیژن در محیط اطراف مفتول در حین نورد گرم یا فرآیندهای آنیل (حرارت‌دهی)، عامل اصلی شکل‌گیری این عیب است.
- رطوبت: رطوبت موجود در هوا می‌تواند به تسریع فرآیند اکسیداسیون کمک کند.
- زمان قرارگیری در معرض هوا: مدت زمانی که مفتول داغ در معرض هوا قرار می‌گیرد، به طور مستقیم با ضخامت لایه اکسیدی در ارتباط است.
تأثیر جرم اکسیدی بر کیفیت مفتول
- کاهش رسانایی الکتریکی: اکسید مس یک عایق الکتریکی است. وجود لایه‌ای از اکسید بر روی سطح مفتول، رسانایی آن را کاهش داده و می‌تواند در فرآیندهای بعدی مانند کشش و لحیم‌کاری مشکل ایجاد کند.
- سایش قالب‌های کشش: لایه اکسیدی سخت و شکننده است. هنگام عبور مفتول از قالب‌های کشش (Drawing Dies)، این لایه باعث سایش و آسیب به قالب‌ها می‌شود و عمر مفید آن‌ها را کاهش می‌دهد.
- ضعف در اتصالات: در فرآیندهای لحیم‌کاری و جوشکاری، وجود اکسید مانع از ایجاد اتصال قوی و با کیفیت می‌شود.
- کاهش خواص مکانیکی: لایه اکسید می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های سطحی و افزایش شکنندگی مفتول شود.
راه‌حل‌ها و روش‌های جلوگیری
- کنترل دقیق دما و اتمسفر: استفاده از کوره‌های نورد و آنیل با اتمسفر کنترل شده (مثلاً اتمسفر نیتروژن) که فاقد اکسیژن باشد، بهترین راه برای جلوگیری از اکسیداسیون است.
- اسیدشویی (Pickling): در صورت تشکیل لایه اکسید، می‌توان با غوطه‌ور کردن مفتول در محلول‌های اسیدی (مانند اسید سولفوریک)، این لایه را از بین برد.
- سیستم‌های خنک‌کننده: استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده قدرتمند برای کاهش سریع دمای مفتول پس از نورد، به کاهش زمان قرارگیری در معرض هوای گرم کمک می‌کند.
۲. ترک ریز (Micro-cracks): دروازه‌ای به سوی شکست مفتول
ترک‌های ریز، شکاف‌های میکروسکوپی هستند که بر روی سطح یا زیر سطح مفتول ایجاد می‌شوند. این ترک‌ها معمولاً با چشم غیرمسلح قابل رؤیت نیستند اما در زیر میکروسکوپ به وضوح دیده می‌شوند. این عیب به مرور زمان و در طول فرآیندهای کشش یا خمش، می‌تواند رشد کرده و منجر به شکست کامل مفتول شود.
دلایل شکل‌گیری ترک ریز
- تنش‌های مکانیکی: تنش‌های کششی و فشاری بیش از حد در فرآیندهای نورد و کشش، می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های ریز در نقاط ضعیف‌تر مفتول شود.
- ناخالصی‌های داخلی: وجود ناخالصی‌ها مانند اکسیدهای داخلی، گوگرد یا فسفر در ساختار مفتول، می‌تواند نقاط تمرکز تنش (Stress Concentration) ایجاد کرده و به عنوان محل شروع ترک عمل کند.
- فشار نامتوازن در قالب کشش: اگر قالب‌های کشش به درستی تنظیم نشده باشند، فشار نامتوازن وارد شده بر مفتول می‌تواند منجر به ایجاد ترک‌های سطحی شود.
- عیوب ریخته‌گری: وجود حفره‌های گازی یا انقباضی در شمش ریخته‌گری اولیه، پس از نورد و کشش به صورت ترک‌های ریز در سطح مفتول ظاهر می‌شوند.
تأثیر ترک ریز بر کیفیت مفتول
- کاهش استحکام کششی: ترک‌ها باعث کاهش استحکام مفتول شده و آن را در برابر شکست شکننده می‌کند.
- کاهش عمر خستگی: مفتول‌های دارای ترک، در برابر تنش‌های تکراری (مانند لرزش)، مقاومت کمتری دارند و عمر خستگی آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد.
- شکست در خط تولید: وجود ترک‌های ریز، احتمال شکست مفتول در فرآیندهای بعدی مانند کشش و سیم‌پیچی را افزایش می‌دهد.
راه‌حل‌ها و روش‌های جلوگیری
- کنترل فرآیند ریخته‌گری: اطمینان از خلوص مذاب و حذف ناخالصی‌ها، و همچنین کنترل سرعت انجماد برای جلوگیری از ایجاد حفره‌ها، از مهم‌ترین راه‌حل‌ها است.
- بهینه‌سازی نورد و کشش: تنظیم دقیق پارامترهای نورد و کشش مانند دما، سرعت و میزان کاهش سطح مقطع، برای جلوگیری از تنش‌های اضافی ضروری است.
- استفاده از سیستم‌های بازرسی غیرمخرب: ابزارهایی مانند بازرسی به روش ادی کارنت (Eddy Current) می‌توانند برای شناسایی ترک‌های ریز در خط تولید استفاده شوند.
۳. دم‌موشی (Surface Laps): چین‌خوردگی‌های سطحی
دم‌موشی یا لبه‌های برگشته (Surface Laps)، چین‌خوردگی‌هایی هستند که بر روی سطح مفتول ایجاد می‌شوند. این عیب معمولاً در فرآیند نورد گرم یا کشش، زمانی که بخشی از فلز به داخل خودش تا شده و جوش نمی‌خورد، رخ می‌دهد. در زبان فارسی، به دلیل شباهت به لبه‌های دم موش، به آن دم‌موشی می‌گویند.
دلایل شکل‌گیری دم‌موشی
- سایش و فرسودگی غلطک‌های نورد: اگر سطح غلطک‌های نورد دچار سایش یا فرسودگی باشد، نمی‌توانند فشار یکنواختی به مفتول وارد کنند و باعث تا شدن سطح آن می‌شوند.
- تنظیم نادرست غلطک‌ها: تنظیم نامناسب فاصله یا سرعت غلطک‌ها، باعث می‌شود که مفتول به درستی در شیارها قرار نگیرد و لبه‌های آن به داخل خود برگردند.
- شکل‌دهی نامناسب شیارها: شکل شیارهای غلطک‌های نورد باید با شکل مفتول در هر مرحله از فرآیند تطابق کامل داشته باشد. هرگونه عدم تطابق می‌تواند منجر به دم‌موشی شود.
- دمای نامناسب نورد: دمای بسیار بالا در فرآیند نورد باعث می‌شود که مس بیش از حد نرم شود و به راحتی چین بخورد.
تأثیر دم‌موشی بر کیفیت مفتول
- ایجاد ترک و شکست: دم‌موشی یک ناحیه تمرکز تنش است که می‌تواند به عنوان محل شروع ترک عمل کرده و در فرآیندهای بعدی باعث شکست مفتول شود.
- کاهش خواص مکانیکی: این عیب باعث کاهش استحکام و چقرمگی (Toughness) مفتول می‌شود.
- مشکلات در فرآیندهای کشش: در حین کشش، دم‌موشی می‌تواند باعث گیر کردن مفتول در قالب یا ایجاد نقص‌های جدی‌تر در سطح آن شود.
راه‌حل‌ها و روش‌های جلوگیری
- نگهداری و بازرسی منظم غلطک‌ها: غلطک‌ها باید به صورت منظم بازرسی و در صورت فرسودگی، تعویض یا تعمیر شوند.
- تنظیم دقیق غلطک‌ها: تنظیمات غلطک‌ها باید با دقت و بر اساس مشخصات فنی هر محصول انجام شود.
- کنترل دما و سرعت نورد: نظارت دقیق بر دمای نورد و سرعت غلتک‌ها، به جلوگیری از شکل‌گیری این عیب کمک می‌کند.
- طراحی صحیح شیارهای نورد: شیارها باید به گونه‌ای طراحی شوند که مفتول به صورت کاملاً یکنواخت و بدون لبه‌های آزاد، از هر مرحله نورد عبور کند.
سخن پایانی
شناسایی و کنترل عیوب سطحی در مفتول مسی یک گام حیاتی برای تولید محصول با کیفیت و قابل اطمینان است. جرم اکسیدی، ترک ریز و دم‌موشی هر یک به دلایل خاصی ایجاد شده و پیامدهای متفاوتی برای عملکرد مفتول دارند. با درک دقیق این عیوب و استفاده از فرآیندهای تولید کنترل شده، نگهداری دقیق تجهیزات و سیستم‌های بازرسی پیشرفته، می‌توان کیفیت نهایی مفتول مسی را به شکل چشمگیری بهبود بخشید. این امر نه تنها به افزایش راندمان تولید کمک می‌کند، بلکه عمر مفید محصولات الکتریکی را نیز افزایش می‌دهد و ایمنی آن‌ها را تضمین می‌کند.
