- دقیقه 8
- 133
- 0
به قلم فرحناز احمدزاده
4 دی 1403
جوشکاری سرد چیست؟ برای اتصال فلزات به‌یکدیگر روش‌های مختلفی وجود دارد که انتخاب میان آن‌ها به عواملی مانند خواص و ویژگی‌های فلز و صنعت مورد استفاده بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال، برخی از فلزات را نمی‌توان با قوس الکتریکی به یکدیگر متصل کرد؛ در حالی‌که برخی دیگر از فلزات امکان اتصال با فشار و بدون اعمال حرارت را ندارند. در چنین شرایطی، بهترین راه‌کار کسب اطلاعات کافی در مورد فلزات قابل اتصال با روش‌های جوشکاری سرد و گرم است.
با توجه به اینکه در جوش سرد نیازی به حرارت نیست، بنابراین خطرات تغییرات شیمیایی و مکانیکی نیز کاهش می‌یابد. این روش حتی در صنعت هوافضا نیز کاربرد دارد، به‌همین‌دلیل در این مقاله به بررسی فرایند جوش سرد، فلزات قابل اتصال و مزایا جوشکاری سرد و معایب آن می‌پردازیم.
رونیکس را بخوانید.
جوشکاری سرد چیست؟
در جوش سرد (Cold Weld) یا جوش تماسی، فرایند جوشکاری حالت جامد برای 2 یا چند فلز است. نکته اصلی اینجا است که در این روش جوشکاری، نیازی به حرارت برای اتصال فلزات نخواهد بود. در جوشکاری سرد برای جوش‌دادن فلزات از فشار استفاده شده و به‌عبارتی 2 قطعه به‌یکدیگر فشرده خواهند شد. بنابراین این فلزات جوش نمی‌خورند، بلکه با اعمال فشار متصل می‌شوند. اکنون به‌خوبی می‌دانید جوشکاری سرد چیست.برای جوش گرم به دستگاه‌های جوش و برش رونیکس نیاز دارید.
فرایند جوش سرد ساده بوده و تنها با چند ابزار قابل انجام است. تنها ابزاری که برای این روش جوشکاری به آن نیاز دارید، چکش و جسمی سنگین و صلب خواهد بود. بنابراین دیگر نیازی به دستگاه اینورتر جوشکاری نیست. دستگاه‌های اینورتر مربوط به فرآیند جوشکاری قوسی هستند که در آن‌ها جوشکاری با حرارت و به کمک الکترود انجام می‌شوند.
لازم است بدانید که در طول فرایند جوش سرد، برخلاف فرایندهای جوشکاری ذوبی، هیچ فاز مایع یا مذابی در محل اتصال وجود ندارد.
با تاریخچه جوش سرد آشنا شوید
جالب است بدانید که در برخی دیگر از مطالعات باستان‌شناسی اشاره شده که از جوش سرد برای اولین‌بار حدود 700 سال پیش استفاده شده است. باستان‌شناس‌ها می‌گویند بعضی از ابزارهای جنگی و همین‌طور ابزارهای کشاورزی نیز با جوشکاری سرد ساخته شده‌اند.
برخی از شواهد نشان می‌دهد که استفاده از این روش در سال 1724 شروع شده و کشیشی با موفقیت 2 فلز را با این تکنیک به‌یکدیگر جوش داده است. اما جوش سرد به‌طور رسمی و علمی، اولین‌بار در دهه 1940 به رسمیت شناخته شد.
همان‌طور که جنگ جهانی اول منجر به اختراعاتی نوین در حوزه‌های مختلف شد، جنگ جهانی دوم نیز اختراعاتی در حوزه‌های مختلف داشت؛ به‌طوری‌که در آن زمان از جوش سرد برای ساخت هواپیماهایی از آلیاژهای سبک استفاده می‌کردند.
جوشکاری سرد چگونه انجام می‌شود؟
نظریه ساده‌شده این است که وقتی اتم‌های 2 قطعه با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند، اگر ناخالصی روی سطح آن‌ها وجود داشته باشد، مولکول‌های آن‌ها نمی‌توانند به‌یکدیگر متصل شوند؛ اما وقتی سطح فلزات از هرگونه آلودگی پاک می‌شود، پیوندهای بین مولکول‌های 2 فلز در اثر اصطکاک و فشار شکسته شده و در نهایت به‌یکدیگر پیوند می‌خورند.
بیشتر بخوانید: معرفی روش‌های تخصصی جوشکاری آلومینیوم با الکترود
قبل از اینکه جوش سرد بتواند 2 یا چند فلز را متصل کند، لایه‌های اکسید روی سطوح این فلزات باید حذف شود. اکثر فلزات دارای لایه‌ای از اکسید روی سطح خود هستند که مانند مانعی برای اتصال اتم‌های آن‌ها در فرایند جوشکاری سرد عمل می‌کند. زمانی‌که این لایه اکسید برداشته شود، فلزات می‌توانند تحت فشارهای بالا به‌یکدیگر متصل شوند که این کار در اثر ایجاد پیوندهای متالورژیکی یکنواخت بین آن‌ها ایجاد می‌شود.
لایه‌های اکسید را می‌توان با استفاده از برس سیمی، محصولات چربی‌زدا یا سایر تکنیک‌های مکانیکی و شیمیایی حذف کرد. پس از تمیزکردن سطح فلزات، می‌توان فرایند جوشکاری سرد را آغاز کرد. میزان فشار وارده به نوع فلز بستگی دارد چون برخی از فلزات به فشار بالاتری برای جوش خوردن نیاز خواهند داشت.
لازم است بدانید که فلزات مورد استفاده در این روش جوشکاری باید انعطاف‌پذیر باشند تا تحت فشار، جوش بخورند. بنابراین بیشتر از فلزات نرم در جوش سرد استفاده خواهد شد.
جوش سرد را می‌توان در مقیاس نانو نیز انجام داد. شواهد نشان داده که نانوسیم‌های طلای فوق نازک تک‌کریستالی (با قطر کمتر از 10 نانومتر) می‌توانند در عرض چند ثانیه از طریق تماس مکانیکی به‌یکدیگر متصل شوند.
چه فلزاتی را می‌توان جوش سرد داد؟
برای کاندیدکردن فلزاتی که قابلیت جوش‌خوردن با روش جوش سرد دارند، باید 2 پارامتر مهم ارزیابی شود که به شرح زیر هستند.
- میزان داکتیل‌بودن فلز یا آلیاژ: فلزات ترد کاندید مناسبی برای فرایند جوش سرد نیستند؛ چون در اثر اعمال فشار امکان ایجاد ترک و شکستگی کامل وجود دارد.
- بالا نبودن نقطه ذوب فلز: با بالا رفتن نقطه ذوب فلز، پیوندهای آن نیز مستحکم‌تر شده و برای جوش‌دادن آن با جوشکاری سرد به فشار بیشتری نیاز خواهد بود. بنابراین این نوع فلزات کاندید مناسبی برای جوش سرد نیستند.
همان‌طور که اشاره شد، جوشکاری سرد برای فلزات انعطاف‌پذیر انجام می‌شود. از طرفی، فلزاتی که حاوی کربن هستند را نمی‌توان به‌صورت سرد جوش داد. بنابراین فلزاتی که می‌توان سرد جوش داد به موارد زیر محدود می‌شوند.
- مس
- روی
- آلیاژهای نقره
- آلیاژهای برنج
- نیکل
- آلومینیوم (حتی سری‌های جوش‌ناپذیری مانند آلومینیوم سری 7000)
- پلاتین
- طلا
جالب است بدانید که می‌توان از جوش سرد برای اتصال فلزاتی مانند فولاد ضدزنگ تحت فشار زیاد نیز استفاده کرد. جوشکاری سرد برای فلزاتی که آرایش مکعبی متمرکز از اتم‌ها دارند، بهتر عمل خواهد کرد.
فلزاتی که به‌سرعت سخت می‌شوند، قبل از اینکه فشار وارده در فرایند جوش سرد بتواند پیوندهای لازم برای اتصال را ایجاد کند، ترک خواهند خورد. به‌همین‌دلیل نیز در این روش جوشکاری معمولا از فلزات انعطاف‌پذیری استفاده می‌شود که در فوق به آن‌ها اشاره شد.
کاربرد جوشکاری سرد چیست؟
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای جوش سرد، اتصال فلزات غیرهم‌جنس یا غیرمشابه با یکدیگر است. در پاسخ به این سوال که از جوش سرد کجا استفاده می‌شود؟ باید گفت این روش در صنایع مختلفی مانند موارد زیر کاربرد دارد.
- صنایع هوافضا
- صنعت خودروسازی
- صنایع الکترونیک
- مُهروموم ظروف حساس به گرما (ظروف حاوی مواد منفجره)
- جوش‌دادن سیم‌های فلزات غیرمشابه و غیرهم‌جنس
به‌صورت‌کلی می‌توان گفت از جوش سرد زمانی استفاده می‌شود که گرما باعث آسیب بیش‌ازحد یا ایجاد خطر شود.
بیشتر بخوانید: معرفی 7 نکته اجرایی مهم جوشکاری چدن؛ بهترین روش انجام چیست؟
تفاوت جوشکاری سرد با گرم چیست؟
جوش گرم و سرد تفاوت‌های بسیاری زیادی با یکدیگر دارند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها تجهیزات و دستگاه‌های مورد استفاده و فلزات قابل اتصال هستند. در جدول زیر می‌توانید مقایسه بین جوش سرد و گرم را ببینید.
| جوش گرم | جوش سرد | ویژگی |
| دارد | ندارد | نیاز به گرما |
| دارد | ندارد | نیاز به قوس الکتریکی |
| دارد (غیر از چند استثنا) | تمامی فلزات غیرآهنی و بدون کربن | امکان جوش تمام فلزات |
| بسیار گسترده | محدود | دامنه کاربرد |
مزایا جوشکاری سرد چیست؟
- جوش سرد فرایندی عالی برای جوشکاری آلومینیوم به‌ویژه اتصال آلومینیوم با مس و دیگر فلزاتی است که فرایند جوشکاری آن‌ها با روش‌های دیگر چالش‌برانگیز است.
- جوش سرد اکثر مشکلات ناحیه متاثر از حرارت (Heat Affected Zone) را نخواهد داشت. چون در این روش، گرمای متمرکز برای ایجاد جوش وجود نداشته و دیگر نیازی نیست از انواع دستگاه‌های جوشکاری استفاده کنید.
- جوش سرد، بدون ریزشکستگی‌ها، ریز ترک، تخلخل، نقاط ضعف منفصل و ترکیبات بین فلزی شکننده و سایر نقاط ضعف اتصال، جوش کاملی را ایجاد خواهد کرد.
- از جوش سرد می‌توان برای اتصال مجموعه گسترده‌ای از فلزات غیرمشابه و غیرهم‌جنس استفاده کرد.
- روش جوش سرد نیازمند مهارت بالایی نخواهد بود.
- یکی از بزرگ‌ترین مزایای جوش سرد، عدم وجود منطقه تحت تاثیر حرارت است. این امر باعث کاهش خطر تغییرات شیمیایی و مکانیکی در مواد پایه در طول فرایند جوشکاری خواهد شد.
- اجرای این روش جوش آسان و سریع‌تر از سایر روش‌های جوشکاری است چون بیشترین کار در واقع مربوط به مرحله آماده‌سازی فلزات است.
معایب جوشکاری سرد چیست؟
- سطح فلزات باید کاملا تمیز باشد؛ حتی ممکن است به چندین مرحله تمیزکاری برای آماده‌سازی کامل سطوح نیاز باشد.
- بی‌نظمی‌های مولکولی، آلودگی سطوح و ساختارهای مولکولی در مقیاس نانو می‌تواند فرایند جوش سرد را مختل کند.
- انجام جوش سرد در محیط‌های صنعتی به‌دلیل وجود گردوغبار فلزات و ذرات معلق در هوا دشوار است.
- فولاد کربن و فلزات سخت‌شده را نمی‌توان با روش سرد جوش داد. این روش تنها برای فلزات غیرآهنی شکل‌پذیر یا انعطاف‌پذیری مانند مس، آلومینیوم، سرب، برنج، نقره و طلا کاربرد دارد.
- جوش سرد اشکال نامنظم دشوار بوده و بهترین نتایج در فلزات با سطوح صاف حاصل خواهد شد. اما در فرایند جوش با ابزار جوشکاری دیگر چنین چالشی وجود ندارد.
- اجرای جوش سرد در یک پروژه با حجم بالا ممکن است گران و سخت باشد.
- از آنجایی که حداقل یکی از فلزات باید انعطاف‌پذیر باشند، جوش سرد محدود به آلیاژهایی خواهد بود که در بخش‌های قبلی به آن‌ها اشاره شد.
اتصالات جوش سرد چقدر قوی است؟
همان‌طور که اشاره شد، برای شروع فرایند جوشکاری سرد باید ابتدا سطوح فلزات آماده شوند که شامل تمیزکاری، حذف اکسیدها و چربی‌زدایی است. اگر این مراحل به‌درستی انجام شوند، اتصال جوش سرد به‌اندازه فلز اصلی محکم خواهد بود.
البته با سایر فرایندهای جوشکاری، ممکن است استحکام اتصال و سایر خواص مکانیکی از فلز اصلی نیز بهتر باشد؛ چون پُرکننده استفاده شده می‌تواند از آلیاژ دیگری باشد یا عملیات حرارتی می‌تواند بر ماده در ناحیه جوش تاثیر گذاشته و حتی ویژگی‌های آن را تغییر دهد. لازم است بدانید که اتصالات در جوشکاری سرد نمی‌تواند به ویژگی‌های اتصال بهتر از خود فلزات دست پیدا کند.
علم جوشکاری سرد؛ اتصال فلزات بدون گرما
فرایند جوشکاری سرد برای اتصال فلزات نیازی به حرارت ورودی ندارد. بنابراین فلز در حالت جامد باقی مانده و ذوب نخواهد شد. در این روش، انرژی لازم برای اتصال فلزات به‌صورت فشار اعمال می‌شود. در نتیجه نیازی به دستگاه خاصی نخواهد بود.
تنها چالش در این روش، تمیزکردن سطح فلزات و از بین بردن اکسید فلز و چربی‌زدایی آن است. اگر این مرحله به‌خوبی انجام شود، جوش سرد می‌تواند اتصالی ایجاد کند که استحکامی مشابه فلز مورد استفاده داشته باشد. اگر تجربه‌ای در اتصال فلزات به روش جوش سرد دارید، تجربیات خود را در کامنت‌ها در اختیار دیگر کاربران قرار دهید.
به نقل از سایت اصفهان آهن در مورد جوشکاری سرد می‌توان گفت:
“تقریباً همه‌ی فلزات در شرایط متعارف، نوعی لایه‌ی اُکسیدی روی سطح خود دارند ( اگرچه ممکن است با چشم قابل مشاهده نباشد). این اکسیدهای فلزی، مانع از پرس‌شدن اتم‌های فلزیِ روی اجسام و اتصال دو فلز به یکدیگر می‌شوند. بنا بر این، زمانی که لایه‌ی اُکسیدی جدا شود، اتم‌های فلزی می‌توانند با اعمال فشار کافی به یکدیگر متصل شوند.
بعد از تمیزکردن سطح مورد نظر، هر دو ماده به صورت مکانیکی و با نیروی مناسب به یکدیگر فشار داده می‌شوند. مقدار فشار وارد‌شده، به مادهی مورد نظر بستگی دارد؛ زیرا بعضی از مواد ممکن است فقط در فشارهای بالا جوش داده شوند. به صورت معمول، فلزات نرم، بهترین نوع فلزات برای جوشکاری سرد هستند.”
سوالات متداول
آیا جوش سرد دائمی است؟
جوش سرد می‌تواند در شرایط مناسب جوش‌های دائمی ایجاد کند. اگر جوشکاری به‌درستی انجام شود، تنها با آسیب به قطعات، کار قابل برگشت خواهد بود.
جوشکاری سرد برای کدام فلزات کاربرد دارد؟
مس، روی، نقره، برنج، آلومینیوم، نیکل، طلا و هر فلزی که انعطاف‌پذیری مناسبی داشته باشد را می‌توان با روش سرد جوش داد.
اتصالات جوش سرد چقدر قوی هستند؟
اگر سطوح فلزات به‌درستی آماده شده و آن‌ها را به‌خوبی تمیز کنید، اتصال جوش سرد می‌تواند به‌اندازه فلز اصلی مستحکم باشد.
