جوشکاری، لحیم‌کاری، و لحیم‌کاری نرم تکنیک‌های اتصال مواد، به‌ویژه فلزات، با استفاده از گرما هستند. این روش‌ها برای پر کردن فاصله بین قطعات فلزی نیز بکار می‌روند. تفاوت اصلی این تکنیک‌ها در دمای مورداستفاده و تأثیر آن بر حالت ماده پایه است. هر فرایند برای کاربردهای خاصی مناسب است. انتخاب بهترین تکنیک به نوع ماده، استحکام موردنیاز و کاربرد بستگی دارد. در ادامه، هر یک از این فرایندها را با مزایا، معایب و کاربردهای آن‌ها بررسی می‌کنیم.
نحوه عملکرد جوشکاری
در جوشکاری، دو یا چند فلز با ذوب و جوشکاری به هم متصل می‌شوند، معمولاً با افزودن فلزات پرکننده جوش و گازهای محافظ. اتصال حاصل به‌اندازه یا حتی قوی‌تر از فلزات است. گرمای متمرکزی مستقیماً به ناحیه‌ای که باید به هم متصل شود اعمال می‌شود. گرمای اعمال شده باید در دمایی به‌اندازه کافی بالا باشد تا فلزات پایه (فلزاتی که به هم متصل می‌شوند) و فلزات پرکننده را ذوب کند؛ بنابراین، باید دمای جوشکاری را از نقطه ذوب فلزات پایه شروع کنید.
جوشکاری برای اتصال مجموعه‌های بزرگ مناسب است، اما برای کاربردهایی که به اتصالات زیبایی نیاز دارند مناسب نیست، زیرا این روش باعث ایجاد مهره‌های نامنظم می‌شود.
انواع مختلف جوشکاری عبارت‌اند از:
- جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW)
- جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW)
- جوشکاری قوس هسته فلکسی (FCAW)
- جوشکاری قوس تنگستن گازی (GTAW)
مزایای جوشکاری
جوشکاری یک فرایند اتصال مواد است که با استفاده از گرما و فشار یا هر دو، مواد را به هم متصل می‌کند. این روش در ساخت‌وساز، تعمیر و تولید انواع محصولات کاربرد گسترده‌ای دارد.
مزایای جوشکاری عبارت‌اند از:
- اتصالات قوی‌تر: جوشکاری اتصالات قوی‌تری نسبت به لحیم‌کاری و لحیم‌کاری سخت تولید می‌کند. این به این دلیل است که جوشکاری مواد را در سطح اتمی به هم متصل می‌کند، درحالی‌که لحیم‌کاری نرم و لحیم‌کاری سخت از فلز پرکننده برای اتصال مواد استفاده می‌کنند.
- مناسب برای کاربردهای با دمای بالا: اتصالات جوشکاری می‌توانند در معرض دماهای بالا بدون ازبین‌رفتن مقاومت خود مقاومت کنند. این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهایی مانند ساخت موتورها، توربین‌ها و سایر تجهیزات صنعتی که در معرض دماهای بالا قرار دارند، مناسب می‌کند.
- قابلیت اتصال مقاطع نازک و ضخیم: جوشکاری می‌تواند هم مقاطع نازک و هم ضخیم مواد را به هم متصل کند. این ویژگی آن را برای ساخت انواع محصولات، از قطعات الکترونیکی کوچک تا سازه‌های بزرگ، مفید می‌کند.
- سرعت و کارایی: جوشکاری یک فرایند سریع و کارآمد است که می‌تواند در مدت‌زمان کوتاهی اتصالات قوی ایجاد کند. این ویژگی آن را برای تولید انبوه و سایر کاربردهایی که نیاز به سرعت و کارایی دارند، مناسب می‌کند.
- تنوع مواد قابل جوشکاری: جوشکاری می‌تواند برای اتصال طیف گسترده‌ای از مواد، از جمله فلزات، آلیاژها و حتی برخی از پلاستیک‌ها استفاده شود. این ویژگی آن را برای کاربردهای متنوع در صنایع مختلف مفید می‌کند.
معایب جوشکاری
- دمای بالای فرایند: دمای بالای جوشکاری باعث ایجاد اعوجاج حرارتی و تنش باقیمانده بیشتری در اتصالات نسبت به لحیم‌کاری سخت و لحیم‌کاری نرم می‌شود.
- نیاز به عملیات پس از فرایند: برای رفع تنش باقیمانده در اتصال، نیاز به عملیات پس از فرایند است.
- نامناسب‌بودن برای اتصال فلزات ناهمگن: روش جوشکاری برای اتصال فلزات ناهمگن مناسب نیست.
- ظاهر نامناسب اتصال جوشکاری: اتصال جوشکاری دارای دانه‌های نامنظم است، بنابراین برای مواردی که ظاهر زیبایی مهم است، مناسب نیست.
کاربردهای جوشکاری
جوشکاری در صنایع مختلفی همچون ساخت و تولید، ساخت‌وساز، حمل‌ونقل و تعمیرگاه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. از جمله کاربردهای جوشکاری می‌توان به مونتاژهای رباتیک، ساخت سازه‌ها، پل‌ها، ساخت مخازن تحت‌فشار، هواپیما، خطوط لوله، ریل‌های راه‌آهن و واگن‌ها اشاره کرد.
نحوه عملکرد لحیم‌کاری (لحیم‌کاری سخت)
در لحیم‌کاری، دو یا چند ماده با ذوب کردن یک فلز پرکننده در درزهای مواد پایه برای ایجاد پیوندهای قوی به یکدیگر متصل می‌شوند. لحیم کاری مواد پایه را ذوب نمی‌کند تا به هم جوش بخورند؛ بنابراین، دمای لحیم‌کاری باید پایین‌تر از نقطه ذوب فلزات پایه مورداستفاده باشد. تکنیک لحیم‌کاری با ایجاد یک پیوند متالورژیکی بین سطح فلزات متصل شده و فلز پرکننده کار می‌کند. این فرایند نیاز به فاصله درزی کوچک دارد تا فلز پرکننده مذاب را از طریق عمل مویینگی به داخل درز بکشد زمانی که فلزات به دمایی بالاتر از 840 درجه فارنهایت (450 درجه سانتیگراد) برسند.
در طول لحیم‌کاری، حرارت به فلزات پایه‌ای که به هم متصل خواهند شد اعمال می‌شود. سپس فلز پرکننده با فلزات پایه گرم شده تماس پیدا می‌کند تا بلافاصله آن را ذوب کند. فلز پرکننده مذاب به طور کامل توسط عمل مویینگی به داخل فاصله درز کوچک کشیده می‌شود تا یک درز لحیم‌کاری تشکیل دهد. انواع مختلف لحیم‌کاری شامل مشعل، کوره، القایی و مقاومتی است.
مزایای لحیم‌کاری سخت
لحیم‌کاری سخت، یک روش اتصال فلزات است که به دلیل مزایای متعدد خود، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای یافته است. از جمله مزایای مهم این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مصرف انرژی پایین: به دلیل دمای پردازش پایین‌تر نسبت به جوشکاری، لحیم‌کاری سخت انرژی کمتری مصرف می‌کند و در نتیجه هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهد.
- اتصال فلزات مختلف: این روش قادر است فلزات مختلف را با استفاده از شار یا آلیاژهای روکش‌دار شار به هم متصل کند که این قابلیت در بسیاری از کاربردها مفید است.
- اتصالات قوی: در مقایسه با لحیم‌کاری نرم، لحیم‌کاری سخت اتصالات قوی‌تری تولید می‌کند و می‌تواند در شرایط سخت‌گیرانه نیز مورداستفاده قرار گیرد.
- ظاهر زیبا: لحیم‌کاری سخت اتصالاتی صاف و بدون ناهمواری تولید می‌کند که این ویژگی در مواردی که ظاهر محصول اهمیت دارد، بسیار ارزشمند است.
- تنش و اعوجاج حرارتی کم: به دلیل دمای پردازش پایین، لحیم‌کاری سخت اتصالاتی با تنش باقیمانده و اعوجاج حرارتی حداقل تولید می‌کند که این امر در برخی کاربردها، مانند قطعات حساس به تنش، بسیار مهم است.
- عدم نیاز به عملیات حرارتی پس از پردازش: لحیم‌کاری سخت نیازی به عملیات حرارتی پس از پردازش ندارد که این امر باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.
- حفظ خواص فیزیکی فلز پایه: در این روش، فلزات پایه ذوب نمی‌شوند و بیشتر خواص فیزیکی خود را حفظ می‌کنند.
- یادگیری آسان: لحیم‌کاری سخت به نسبت جوشکاری، یادگیری آسان‌تری دارد.
به‌طورکلی، لحیم‌کاری سخت یک روش اتصال فلزات قابل‌اعتماد، کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است که در بسیاری از صنایع مورداستفاده قرار می‌گیرد.
معایب لحیم‌کاری
معایب لحیم‌کاری سخت عبارت‌اند از:
- استحکام اتصالات لحیم‌کاری نسبت به اتصالات جوشکاری کمتر است.
- اتصالات لحیم‌کاری برای کاربردهای با دمای بالا مناسب نیستند، درحالی‌که اتصالات جوشکاری برای این منظور مناسب هستند.
- شارهای مورداستفاده در لحیم‌کاری ممکن است حاوی اجزای سمی باشند.
کاربردهای لحیم‌کاری سخت
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد لحیم‌کاری نوعی روش اتصال متداول محسوب می‌شود و در صنایعی همچون خودرو، الکترونیک، ساخت‌وساز، انرژی خورشیدی، جواهرات و… کاربرد دارد.
همچنین این روش به دلیل مزایایی همچون مقاومت بالا، قابلیت انعطاف‌پذیری و زیبایی‌شناسی، به طور گسترده مورداستفاده قرار می‌گیرد.
نحوه عملکرد لحیم‌کاری نرم
لحیم‌کاری نرم فرایندی است که در آن فلزات با ذوب کردن یک فلز پرکننده در محل اتصال مواد پایه، به یکدیگر متصل می‌شوند. این عمل در دمایی کمتر از 840 درجه فارنهایت صورت می گیرد که به مراتب پایین تر از دمای جوشکاری و لحیم کاری سخت است. روش لحیم کاری ممکن است یا ممکن است برای تشکیل اتصال به عمل مویینگی نیاز نداشته باشد و می تواند برای اتصال فلزات مختلف از جمله طلا، برنج و مس استفاده شود.
لحیم‌کاری به دو نوع سخت و نرم تقسیم می‌شود. مانند لحیم‌کاری سخت، لحیم‌کاری نرم نیز از شار برای بهبود و تقویت خواص مکانیکی فلز استفاده می‌کند. اگرچه لحیم‌کاری ممکن است شبیه جوشکاری به نظر برسد، اما در کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شود. لحیم‌کاری نرم معمولاً در لوله‌ها و قرقره‌ها موجود است و اغلب در دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌رود تا به قطعات اجازه دهد از نظر الکترونیکی متصل شوند. در مقایسه با جوشکاری و لحیم‌کاری سخت، اتصال لحیم‌کاری نرم ضعیف‌تر است؛ اما به قطعات متصل شده اجازه می‌دهد جریان الکتریکی را هدایت کنند.
انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) لحیم‌کاری را به‌عنوان یک فرایند اتصال فاز مایع – جامد طبقه‌بندی می‌کند. در این فرایند، فلز پرکننده ذوب می‌شود؛ اما مواد پایه ذوب نمی‌شوند.
مزایای لحیم‌کاری نرم
- این روش قادر به اتصال فلزات مختلف با ضخامت‌های متفاوت است.
- ازآنجایی‌که لحیم‌کاری نرم شامل حرارت بالا نمی‌شود، احتمال آسیب رساندن به مواد پایه کمتر است.
- تراز مجدد در لحیم‌کاری نرم آسان است.
معایب لحیم‌کاری نرم
- مقاومت کم در برابر بار: اتصالات لحیم‌کاری در مقایسه با جوشکاری و لحیم‌کاری سخت، مقاومت کمتری دارند و بنابراین برای کاربردهای تحمل بار مناسب نیستند.
- نامناسب برای دمای بالا: اتصالات لحیم‌کاری برای کاربردهای با دمای بالا مناسب نیستند، زیرا لحیم‌کاری در دمای نسبتاً پایین انجام می‌شود.
- محدودیت در اندازه قطعات: این روش برای اتصال قطعات بزرگ مناسب نیست.
- خطرات سلامتی: شارها ممکن است حاوی مواد سمی باشند که در صورت استنشاق یا تماس با پوست، باعث مشکلات سلامتی شوند.
کاربردهای لحیم‌کاری نرم
روش لحیم‌کاری نرم برای اتصال قطعات فلزی در صنایع مختلف، از جمله گرمایش، الکترونیک، تهویه‌مطبوع، سیستم‌های اعلام حریق، رادیاتورها، شیشه‌های رنگی، جواهرات، خودروها و لوله‌کشی، به کار گرفته می‌شود.
جمع‌بندی
روش‌های جوشکاری، لحیم‌کاری سخت و لحیم‌کاری نرم به شیوه‌های مختلفی عمل می‌کنند و برای کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شوند. تفاوت بین این روش‌ها به دو عامل اصلی مربوط می‌شود: دمای مورداستفاده و تأثیر دما بر حالت ماده. بسته به کاربرد، می‌توانید هر یک از این روش‌ها را برای اتصال مواد انتخاب کنید. هنگام انتخاب یک تکنیک اتصال، برخی از عواملی که باید در نظر بگیرید شامل اندازه مجموعه، نوع و ضخامت مواد پایه، مقاومت موردنظر و الزامات نقطه یا اتصال می‌باشد. با تمرین، می‌توانید هر یک از این تکنیک‌ها را به‌خوبی یاد بگیرید.
