قطعا همه ما در طول زندگی خود چندین و چند مرتبه، فرآیند جوشکاری فلزات را از فاصله دور یا نزدیک دیدهایم. این پروسه همیشه با پرتاب جرقههایی نارنجی رنگ که حاصل از گرم کردن فلزات میباشد، همراه است. اما فرآیند جوشکاری همواره بدین طریق صورت نمیگیرد.
این امر به آن علت است که پروسه تعریف شده مربوط به جوشکاری گرم میباشد. در حالی که یکی از انواع جوشکاری، تحت عنوان جوشکاری سرد و تقریبا بدون ایجاد حرارت و گرما انجام میشود. این فرآیند نسبت به نوع گرم آن، دارای مزایایی میباشد که در ادامه ضمن پاسخ به این پرسش که جوشکاری سرد چیست و چه کاربردی دارد، به بررسی آن خواهیم پرداخت.
تاریخچه استفاده از جوشکاری سرد به چه زمان باز میگردد؟
جوشکاری سرد اگرچه برای اولین بار در دهه 1940 به عنوان یک فرآیند معرفی شد، اما تاریخچه کشف آن به سالهای بسیار قبل بازمیگردد. باستان شناسان با مطالعه آثار مختلف، به ظروفی دست پیدا کردند که قدمتی در حدود عصر مفرغ دارا است.
اولین آزمایش علمی که در ارتباط با این روش صورت گرفت، توسط شخصی به نام John Theophilus Desaguliers بود. این شخص برای انجام این آزمایش از 2 توپ سربی با قطر یکسان استفاده کرد. برای این آزمایش او توپها را در کنار یکدیگر قرار داد و به هنگام چرخاندن به آنها نیرو و فشار وارد کرد.
پس از اعمال فشار، دساگالیرز ناگهان متوجه شد که توپها به همدیگر چسبیدهاند. آزمایشهای بیشدر ارتباط با این مسئه نشان داد که اعمال فشار سبب ایجاد پیوندهایی شد که مقاومت فلز اصلی را دارا بودند. به این ترتیب ایده استفاده از جوشکاری سرد مطرح گردید.
جوشکاری سرد چیست؟
جوشکاری سرد (به انگلیسی Cold welding)، یکی از روشهای جوشکاری است که در حالت جامد انجام میگیرد و برای اتصال میان 2 یا چند فلز به همدیگر یا نیاز به گرما ندارد و یا نیاز به گرمای بسیار پایین است. در واقع در روش جوشکاری سرد برای ایجاد جوش از فشار استفاده مینمایند؛ چراکه هنگامی که به 2 ماده فشار وارد شود، بهطور کلی جوش نمیخورد.
به آن معنا که لایهای از اکسید یا به عبارتی دیگر مانعی نازک بر سطح مواد ایجاد میگردد. نکته قابل توجه آن است که در جوشکاری سرد فلزات تغییر شکل خاصی نخواهند داشت و لازم است میان 2 سطح کاملا صاف و عاری از آلودگی انجام گیرد. در این صورت مطابق با ویژگیهای خلا، با نزدیک شدن فلزات به همدیگر، پیوندی قوی میان آنها ایجاد میگردد.
عملکرد جوشکاری سرد به چه صورت است؟
به لحاظ فیزیکی دلیل آنکه میان دو فلز پیوند سرد ایجاد میشود، حذف لایههای اکسید از سطح فلز است. در شرایط نرمال و عادی که احتیاج به جوشکاری وجود نداشته باشد، از متصل شدن فلزات جلوگیری خواهد نمود. در بیان دیگر در حالت عادی تمام فلزات بر سطح خود دارای نوعی اکسید هستند.
این اکسید همواره با چشم قابل مشاهده نیست و وجود آن منجر به جلوگیری از فشار و اتصال اتمهای فلزی بر روی مواد و پیوند میان آنها خواهد شد. به همین خاطر با حذف لایه اکسیدی، مولکولهای رویی فلزات به واسطه ایجاد فشار به همدیگر پیوند داده شده و نهایتا جوش سرد را حاصل میشوند.
برای آنکه بتوان این لایه اکسیدی را از بین برد، لازم است از روشهایی همچون روش شیمیایی یا مکانیکی برای جوشکاری سرد استفاده شود. همچنین میتوان راههای مانند چربیزدا، سیم برس و غیره را بکار برد.
جوشکاری سرد چگونه انجام میشود؟
برای انجام پروسه جوشکاری سرد لازم است فلزات ابتدا از هرگونه اکسید سطحی پاکسازی شوند. این فرآیند بهطور معمول به کمک مواد چربیزدای فلز و سیم و برس انجام میشود. پس از تمیزکاری، دو قطعه مدنظر به حالت مکانیکی و با ایجاد فشار مورد نیاز به یکدیگر فشرده میشوند.
میزان این نیرو وابسته به خواص موادی میباشد که قرار است به یکدیگر متصل گردند. این امر به آن علت است که در میان بعضی از مواد، پیوند تنها در فشار بسیار بالا به وجود میآید اما در دیگر مواد امکان ایجاد اتصال با فشار ضعیفتر نیز وجود خواهد داشت. لازم به ذکر است که در فرآیند جوشکاری سرد لازم است حداقل یکی از فلزات مدنظر، انعطافپذیر باشد.
انواع اتصالات جوشکاری سرد کدام است؟
باوجود آنکه معمولا از اتصالات جوشکاری سرد برای اتصال لب به لب استفاده مینمایند، انواع متداول آن شامل موارد زیر میشود:
- مفصل لب به لب
- مفصل لب
- جوشکاری برنز 2
کدام یک از فلزات امکان جوشکاری سرد را دارا هستند؟
همانطور که پیش از این اشاره کردیم، جوشکاری سرد تنها برای فلزاتی قابل انجام است که حداقل یکی از آنها دارای انعطاف باشد. مطابق با این تعریف فلزاتی همچون آلومینیوم، مس و آلیاژهای برنجی امکان جوشکاری به شیوه سرد را دارند. فلزات ذکر شده برخلاف فلزات کربنی به خوبی به همدیگر متصل میشوند؛ چراکه در فلزات کربنی مولکولهای سطح به ایجاد پیوند و اتصال میان همدیگر تمایل نشان نمیدهند.
کاربرد جوشکاری سرد چیست؟
برخلاف دیگر روشهای اتصال فلزات، در جوشکاری سرد امکان اتصال فلزات غیرمشابه وجود دارد. به عنوان مثال هنگامی که در جوشکاری به روش گرم از 2 فلز غیر همسان استفاده شود، به علت تفاوت ویژگیهای فیزیکی مواد، در اثر گرما و حرارت دچار تغییر شکل میشوند و اتصال به درستی انجام نمیگیرد.
به عبارت دیگر جوشکاری گرم برای این دسته از فلزات، جوشکاری ضعیف و قابل شکاف ایجاد مینماید. این در حالی است که جوشکاری به شیوه سرد به علت آنکه پیوند طبیعی میان فلزات ایجاد مینماید، این مشکل بوجود نمیآید. جوشکاری سرد معمولا برای اتصالات لب به لب یا بیخ به بیخ کاربرد دارد و از آن در صنایع خودروسازی، هوافضا و غیره استفاده مینمایند.
مزایای جوشکاری سرد چیست؟
اصلیترین مزیت جوشکاری به شیوه سرد آن است که هیچ بخشی از فلز طی پروسه اتصال، در اثر حرارت دچار آسیب و تغییر شکل نمیشود. بنابراین مشکلات شیمیایی یا مکانیکی که ممکن است در جوش گرم وجود داشته باشد، در جوشکاری سرد وجود ندارد. مزیت دیگری که میتوان برای این نوع از جوشکاری نام برد، امکان اتصال دوفلز غیرهمسان میباشد. افزون بر آن، اتصال ایجاد شده میان فلزات دارای دوام و طول عمر بالا است. جوشکاری به شیوه سرد به ویژه برای سیمهایی که از 30 تا 70 درصد فلزاتی همچون آلومینیوم، روی، برنج، نقره، نیکل، مس و طلا تشکیل شده باشد، بهترین کیفیت را خواهد داشت.
معایب جوشکاری سرد چیست؟
تا به این قسمت به معرفی جوشکاری سرد، ویژگیها و مزایای آن پرداختیم. با وجود مزیتهای ذکر شده این فرآیند معایبی نیز دارد. به عنوان مثال چنانچه فلزات هدف بهطرز مناسب تمیزکاری نشوند و یا بدون اکسید نباشند، جوش ایجاد شده کیفیت لازم را نخواهد داشت و دچار فروپاشی میشود. افزون بر آن، جوشکاری به شیوه سرد روشی دشوار و پرهزینه به حساب میآید.
محدودیت های جوشکاری سرد چیست؟
برای آنکه این جوشکاری بدون اعمال هیچگونه حرارت و به صورت کاملا سرد انجام شود، لازم است زمان بسیاری صرف پیوند مولکولی به شکل کامل گردد. چراکه پس از آمادهسازی فلزات، ممکن است همچنان مواد اکسیدی بر سطح وجود داشته باشند.
در بعضی موارد دیگر نیز چنانچه شرایط جوی مساعد نباشد، پس از آماده سازی فلز و پیش از آنکه جوشکاری صورت گیرد، فورا موانع اکسیدی ایجاد میگردند. بینظمی سطح فلز مورد نظر، آلودگی در محیط و غیره نیز، از جمله عللی هستند که سرعت انجام جوش سرد را کاهش میدهند.
به بیان دیگر جوشکاری بهینه فقط در شرایط استاندارد (تمیز و بدون آلودگی) انجام میگیرد. بهطور کلی میتوان بیان کرد که تنها فلزاتی امکان جوشکاری به شیوه سرد را دارا هستند که نرم و غیرآهنی باشند.
کلام آخر
جوشکاری به شیوه سرد روشی است که در آن 2 فلز نه لزوما همسان به همدیگر متصل میشوند، بدون آنکه حرارتی اعمال گردد. این پروسه در حالت جامد انجام میگیرد و مقاومت قابل توجهی ارائه میکند. همچنین به علت آنکه گرما داده نمیشود، خواص فلز تغییر پیدا نکرده و در صنایعی همچون هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار میگیرد.
منبع(Resource): WHAT IS COLD WELDING
سوالات متداول
جوش سرد چیست؟
جوش سرد روشی از جوشکاری است که بدون اعمال حرارت و در حالت جامد انجام میگیرد.
انواع اتصالات جوش سرد کدامند؟
این اتصالات شامل اتصال مفصل لب به لب، مفصل لب و جوشکاری برنز میشود.
مزایای جوشکاری سرد چیست؟
در این روش از جوشکاری به علت عدم اعمال حرارت، فلز تغییر حالت نمیدهد و امکان اتصال 2 فلز غیرهم شکل وجود دارد.
