شیشه و پلاستیک جزو موادی هستند که از نقطه ذوب خاصی برخوردار نیستند و تنها دارای محدوده ذوب می‌باشند. این مواد بر خلاف فلزات هستند؛ چرا که فلزات از نقطه ذوب به خصوصی برخوردارند و در همان نقطه کاملا ذوب می‌گردند. در جوشکاری شیشه زمانی که دو سطح کاملا ذوب می‌گردند، سطوح به یکدیگر فشرده می‌شوند و عمل جوش صورت می‌گیرد. برای همین است که به شیشه‌ها مواد جوشی می‌گویند و عنوان انتقال شیشه به جای ذوب شیشه به آن داده‌اند. برای جوشکاری شیشه باید به موارد خاصی توجه کرده تا این فرایند به صورت حرفه‌ای و کاملا تمیز صورت گیرد. در این مطلب به بررسی نحوه جوشکاری شیشه پرداخته و با موارد مهم آن آشنا خواهیم شد.
جوشکاری شیشه چیست؟
جوشکاری شیشه (Glass Welding) در زمان دمیدن شیشه صورت می‌گیرد. دمیدن شیشه یا Glassblowing، تکنیکی است که شامل باد کردن و دستکاری شیشه داغ و مذاب به شکل خاصی است. این تکنیک با استفاده از یک لوله که به آن لوله دمنده نیز گفته می‌شود، صورت می‌گیرد. فرآیند دمیدن شیشه با گرم کردن شیشه و تبدیل آن به یک توده مایع چکش‌خوار و غلیظ، معمولاً با استفاده از یک مشعل یا کوره انجام می‌شود. شیشه به شکل جامد خود، شکننده است و اغلب در هنگام گرم شدن و سرد شدن مستعد ترک خوردن است. شکنندگی شیشه اجازه انبساط حرارتی ناهموار را نمیدهد. این به این معنی است که وقتی شیشه جوش داده می‌شود، باید به آرامی و به طور یکنواخت از طریق یک فرآیند انتقال شیشه ای به نام annealing خنک شود. این فرآیند به کاهش هرگونه تنش داخلی که به دلیل گرادیان دما ایجاد شده است کمک می‌کند. شیشه‌ها انواع مختلفی دارند و جوشکاری شیشه برای انواع مشابه آن فرایندی معمول است. خوب است بدانید اولین توصیف از جوشکاری شیشه، توسط شخصی به نام Tamaki و همکاران او در سال 2005 مستند شد.
جوشکاری شیشه چه کاربردهایی دارد؟
شاید برایتان سول باشد که جوش شیشه برای چه مواردی استفاده می‌شود؟ در پاسخ باید بگوییم که جوشکاری شیشه، کاربردهای زیاد و گسترده‌ای دارد که در اینجا به مهمترین آنها اشاره می‌کنیم.
- ساخت لوازم: تابلوهای نئون، نورپردازی، فلاش تیوب، فلاش لامپ و هر نوع تجهیزات علمی
- تولید: انواع ظروف شیشه ای
- ریخته‌گری: در هنگام ریخته‌گری شیشه برای اتصال نیمی از قالب‌های شیشه‌ای و ساخت اقلامی مانند بطری شیشه
توجه داشته باشید جوشکاری شیشه تنها برای جوش شیشه‌های مختلف به هم نمی‌باشد. از این فرایند میتوان برای جوش شیشه به سرامیک و فلزات دیگر نیز استفاده کرد. در صورتی که بخواهید شیشه را به سطح فلز جوش دهید، یک چسبندگی به سطح ایجاد می‌شود تا دو ماده با یکدیگر به خوبی مخلوط شوند. در این جوشکاری، تنها در بعضی از فلزات امکان جوش دادن برخی از شیشه‌ها وجود دارد. این یعنی ممکن است برخی از فلزات قابلیت ترکیب و جوش با شیشه را نداشته باشند. برای مثال امکان جوش شیشه سرب با فلز مس یا مولیبدین وجود دارد؛ اما نمیتوان آن را به فلز آلومینیوم جوش داد.
شروع فرایند جوشکاری شیشه
شروع جوشکاری شیشه، با عمل گرم کردن شیشه از طریق انتقال شیشه و تبدیل آن به یک مایع ضخیم که قابلیت شکل‌گیری دارد صورت می‌گیرد. گرمایش شیشه با استفاده از کوره حرارتی یا اکسی گاز انجام می‌شود. دلیل آن هم این است که دمای ذوب شیشه بالا است و برای گرم کردن آن نیاز به حرارت زیادی می‌باشد. برخی اوقات از یک لوله متصل به شیشه برای این کار استفاده می‌شود. زمانی که دو قطعه شیشه مایع به هم فشرده می‌شوند، عمل جوش در آنها بسیار راحت صورت می‌گیرد. برای همین است که جوشکاری دسته بر روی پارچ‌های شیشه‌ای، به راحتی امکان‌پذیر است. جوشکاری شیشه نیاز به دقت و حوصله زیادی دارد؛ چرا که شیشه ماده‌ای شکننده است و در شرایط گرم شدن و خنک‌سازی در معرض ترک‌خوردگی زیادی قرار دارد. برای همین عمل خنک کردن آن باید بسیار آرام صورت گیرد تا از ایجاد تنش‌های داخلی و ترک خوردن آن جلوگیری شود.
چه شیشه‌هایی قابل جوشکاری هستند؟
شیشه‌ها همچون هر مواد دیگری، انواع زیادی دارند و بسیار گسترده هستند. برای همین جوشکاری شیشه باید با استفاده از همان نوع آن انجام شود. هر یک از شیشه‌ها دارای سرعت انبساط حرارتی متفاوتی هستند که در صورتی که دچار انقباض متفاوتی شوند، احتمال ترک‌خوردگیشان در زمان خنک‌سازی بسیار زیاد است. برای همین زمانی که قصد جوشکاری شیشه‌های مختلف به یکدیگر را دارید، باید به ضریب انبساط حرارتی آن توجه کرده و از منطبق بودن آنها مطمئن شوید. با این کار از عدم ترک خوردن آنها، مطمئن شده و با آسودگی بیشتری می‌توانید به جوش شیشه بپردازید. علاوه بر این بعضی از شیشه‌ها به راحتی با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند و ممکن است تنها برخی از انواع جوشکاری برایشان ممکن‌پذیر باشد.
تفاوت جوشکاری شیشه با روش‌هایی چون چسباندن شیشه
پیش از آنکه صنعت جوش شیشه به روز شود، عده‌ای برای اتصال شیشه از روش چسباندن استفاده می‌کردند. البته هنوز هم برخی از این روش برای اتصال استفاده می‌کنند؛ چرا که چسباندن با استفاده از چسب، روشی ارزان است. اما این روش معایبی دارد که از جمله آن میتوان به باقی ماندن چسب روی قطعات و حتی خروج گاز از آن اشاره کرد. Frit welding (جوشکاری فریت)، شامل قرار دادن مواد پودری در محل اتصال و سپس ذوب آنها برای ایجاد یک اتصال مستحکم است. تفاوتی ندارد که این ذوب در فر یا با استفاده از لیزر صورت گیرد. در هر یک از اینها، گرمای زیادی به قطعه وارد می‌شود. اما ایجاد پیوند یونی، یکی از روش‌های بسیار ظریف است که سبب ایجاد پیوند قوی و مستحکم می‌شود. زمانی که دو سطح شیشه‌ای بسیار مسطح در تماس با هم فشرده می‌شوند، پیوند مولکولی قوی برقرار کرده و به معنای واقعی کلمه در هم ذوب و ترکیب می‌شوند.
جوشکاری شیشه به روش لیزری
شیشه دارای خواصی چون نقطه ذوب بسیار بالا، شفافیت، شکنندگی و سختی مکانیکی است. برای همین با سایر مواد تفاوت زیادی دارد. این خواص باعث شده تا جوشکاری با لیزر در آن با دشواری همراه باشد. برای همین لیزرهای صنعتی معمولی و روش‌های مورد استفاده برای جوشکاری فلزات و سایر مواد، برای شیشه به خوبی کاربرد ندارد. راز این کار استفاده از لیزر پالس اولترا کوتاه با طول موج مادون قرمز (USP) است. شیشه در مادون قرمز شفاف است؛ بنابراین پرتو لیزر متمرکز به سادگی از آن عبور می‌کند. یعنی تا جایی که پرتو متمرکز باریک می‌شود و آنقدر متمرکز می‌شود تا “جذب غیر خطی” ایجاد شود. این فقط به دلیل قدرت بالای پالس‌های اولترا کوتاه اتفاق میافتد. به همین دلیل است که نمی‌توانید از انواع لیزرهای دیگر برای انجام همان کار استفاده کنید.
بنابراین، شیشه نور لیزر را جذب می‌کند و به سرعت در یک منطقه بسیار کوچک (معمولاً کمتر از ده ها میکرومتر قطر) در اطراف نقطه تمرکز ذوب می‌شود. پرتو متمرکز در طول مسیر جوش مورد نظر اسکن می‌شود تا پیوند ایجاد کند؛ درست مانند سایر اشکال جوش لیزری. روش جوشکاری شیشه لیزری USP سه مزیت کلیدی دارد. ابتدا یک پیوند قوی ایجاد می‌کند. زیرا هر دو قسمت تا حدی ذوب می‌شوند و سپس با هم مخلوط می‌شوند تا اتصال جوش را ایجاد کنند. این تکنیک به همان اندازه با اتصال شیشه به شیشه، شیشه به فلز و شیشه به نیمه هادی‌ها به خوبی کار می‌کند. دومین مزیت این است که این فرایند گرمای بسیار کمی را به قطعه وارد می‌کند و این کار را فقط در ناحیه‌ای انجام می‌دهد که عرض آن کمتر از چند صدم میکرون است. و سومین مزیت این است که اگر جوشکاری شیشه لیزری USP به درستی اجرا شود، در این صورت ترک های ریز در ناحیه اطراف جوش ایجاد نخواهد شد. ترک‌های ریز به طور مکانیکی سبب تضعیف ساختار شیشه می‌شوند.
نحوه اتصال شیشه به فلز مس
مس از جمله فلزاتی است که به خودی خود، به شیشه نمی‌چسبد. برای این کار باید سطح شیشه اکسیدزدایی شود تا اتصال بین شیشه و فلز مس صورت گیرد. برای اکسیدزدایی شیشه، باید به ضخامت آن توجه شود؛ چرا که شیشه باید از ضخامت کافی برخوردار باشد تا این عملیات قابل انجام شود. برای همین است که در دنیای امروز، اتصال شیشه به مس خیلی کاربردی ندارد و با این عمل زیاد روبرو نمی‌شویم. برخی برای جوشکاری شیشه و فلز از روش‌های دیگری استفاده می‌کنند که ممکن است این روش‌ها ظاهر ناخوشایند و نازیبایی ایجاد نمایند. برای همین برای اتصال هر فلزی به شیشه، باید به عوامل زیادی توجه کرده تا بتوان نتیجه رضایت‌بخشی را شاهد بود.
جمع بندی
جوشکاری شیشه (Glass Welding) یکی از انواع جوشکاری بوده که از طریق آن اتصال شیشه‌ها به هم و یا اتصال فلز به شیشه صورت می‌گیرد. در رابطه با اتصال شیشه به فلز باید گفت که این عمل با برخی از روش‌ها امکان‌پذیر است؛ اما ظاهر نهایی آن خوشایند نبوده و زیبایی و جذابیت زیادی ندارد. برای همین است که در حال حاضر از جوشکاری شیشه، بیشتر برای جوش دادن شیشه‌ها به هم استفاده می‌شود. جوشکاری شیشه یکی از روش‌های معمول هنگام دمیدن شیشه است. در این فرایند زمانی که مواد کاملا ذوب شده و سطحشان به یکدیگر فشرده شود، عمل جوش شیشه در آنها صورت می‌گیرد. از جوشکاری شیشه برای ساخت لوازم مختلف و تولید لوازم شیشه‌ای استفاده می‌شود.
