جوشکاری سرد چه نوع جوشکاری می باشد؟ | چه فلزاتی را می توان جوش سرد داد؟ | مزایا و معایب و کاربردها

جوشکاری سرد به معنی پیوستن فلزات به یکدیگر بدون حرارت است. همه فلزات برای جوشکاری با هم نیاز به گرما ندارند. وقتی به یک روش جوشکاری فکر می کنیم، اولین چیزی که به ذهن ما خطور می کند استفاده از گرما است. گرم کردن فلزات تا نقطه ذوب و ترکیب شدن آنها با هم نحوه کار اکثر تکنیک های جوشکاری است. تکنیک هایی مانند جوشکاری قوس ، جوشکاری اصطکاکی ، جوشکاری التراسونیک و جوشکاری لیزر ، همه به نوعی یا گرما را شامل می شوند. در حقیقت ، گرما مترادف با جوشکاری بوده و برای پیوستن دو ماده یکپارچه به کار میرود.  جوشکاری سرد فرآیند جوشکاری اتصال دو فلز بدون استفاده از گرما است. ممکن است غیر ممکن به نظر برسد ، اما یکی از محبوب ترین انواع جوشکاری است.

تعریف جوشکاری سرد

جوشکاری سرد ( یا فشار سرد یا جوشکاری تماسی ) از فشار برای اتصال دو ماده استفاده می کند. از نظر علمی، این فرآیند انتشار حالت جامد نام دارد و از آن برای ایجاد جوش از فشار استفاده می شود. به طور کلی وقتی دو ماده به هم فشار داده شده، جوش نمی خورند. این عمدتا به این دلیل است که یک لایه اکسید یا یک مانع نازک روی سطح مواد وجود دارد. اگر مورد فلز را در نظر بگیریم، یک لایه اکسید روی سطح مانند سدی است که اجازه نمی دهد با فلز دیگری پخش شود.

تاریخچه جوشکاری سرد

جوشکاری سرد دارای قرن ها سابقه است. حفاران ظروف جوش سرد پیدا کرده اند که قدمت آنها به عصر برنز باز می گردد. برای اولین بار به طور علمی آزمایش جوش سرد توسط  جناب JI Desaguliers در 1724 انجام شد. او طی آزمایشاتی مشاهده کرد , زمانیکه هر دو گلوله سربی با قطر یکسان را فشار داده و می چرخاند، به یکدیگر چسبانده میشوند. آزمایش های بیشتر نشان داد که بعضی اوقات، مقاومت پیوند تقریباً مشابه فلز اصلی است.

نظریه های بسیاری وجود داشته است که سعی در توضیح این پدیده از جمله تبلور مجدد و فرضیه انرژی دارند اما همه آنها پذیرفته نشده اند. در حال حاضر، توضیحات پذیرفته شده ایجاد پیوند فلزی است که در نتیجه فعل و انفعال بین یون های آزاد و الکترون ها هنگام فشار دو فلز به هم می آید. هنگامی که این جوشکاری با روش صحیح و با مواد به درستی انجام می شود، نتایج اغلب به اندازه فلز اصلی است.

چگونه می توانیم بدون گرما به فلزات پیوند دهیم؟

از عنصر گرما در فرآیند جوشکاری برای ساخت قطعات به اندازه کافی پلاستیکی استفاده می شود تا انتشار اتم ها یا بین دو قطعه کار یا با یک محیط متفاوت در وسط آن دو انجام شود. با این حال، استفاده از گرما برای اتصال مواد اجباری نیست. جوشکاری حالت سرد نشان می دهد که در زمان واقعی است.

روش انجام جوشکاری از نوع سرد

جوشکاری سرد با تهیه فلزات قبل از جوشکاری بر این مسئله فائق می آید. فرآیند آماده سازی شامل تمیز کردن یا مسواک زدن فلزات به حدی است که اکسید بالایی یا لایه مانع از بین برود. این امر با چربی زدایی فلز و سپس مسواک زدن با سیم حاصل می شود. پس از تمیزی سطح مطلوب، هر دو ماده به صورت مکانیکی و با نیروی مناسب به یکدیگر فشار داده می شوند. مقدار نیرو به خود ماده بستگی دارد، زیرا بعضی از مواد ممکن است فقط در فشارهای بالا جوش شوند.  یکی از شرایط مورد نیاز این است که حداقل یکی از مواد باید منعطف باشد و تحت سختی سخت قرار نگیرد. بدیهی است که این لیست موادی را که می توانند کاندید جوشکاری از نوع سرد باشند، محدود می کند. فلزات نرم بهترین انتخاب برای این جوشکاری است.

متداول ترین اتصالی که با این جوشکاری امکان پذیر است:

• مفصل لب به لب
• مفصل لپ

محدودیت های جوشکاری سرد

دستیابی به جوشکاری کاملاً سرد بسیار سخت است. این به دلایل مختلفی مانند لایه های اکسید است که در شرایط جوی در بالای فلز تشکیل می شود، بی نظمی سطح ، آلودگی سطح و موارد دیگر . تنها زمانی جوشکاری بهینه اتفاق می افتد که دو سطح تحت فشار قرار گرفته و تمیز و عاری از هر نوع آلودگی باشند. همچنین، سطح مسطح و منظم تر باعث جوشکاری آسان تر و یکنواختی است.

همچنین، محدودیت هایی در انواع فلزاتی که در این فرایند جوشکاری می تواند به آنها بپیوندد وجود دارد. فلزات نرم غیر آهنی تنها کاندیداهای مناسب برای جوشکاری سرد هستند.

جوشکاری سرد چگونه عمل میکند ؟

• تمیز کردن سطوح: اولین قدم برای جوشکاری سرد، تمیز کردن کامل سطوح فلزی است. هرگونه آلودگی، اکسید یا روغن مانع از ایجاد پیوند قوی می‌شود.
• اعمال فشار: دو قطعه فلزی پس از تمیزی سطوح، با دقت بالا روی هم قرار گرفته و با فشار بسیار زیاد به یکدیگر فشرده می‌شوند. این فشار باعث می‌شود که اتم‌های سطحی دو فلز به قدری به هم نزدیک شوند که پیوندهای اتمی جدیدی بین آن‌ها تشکیل شود.
• ایجاد پیوند: در اثر این فشار، لایه‌های اکسید روی سطح فلز شکسته شده و اتم‌های فلزی به هم نفوذ می‌کنند. در نتیجه، یک پیوند فلزی بسیار قوی و یکپارچه ایجاد می‌شود.

مزایای استفاده از این جوشکاری

• قابل توجه ترین مزیت جوشکاری سرد این است که جوشهای حاصل دارای مقاومت پیوند مشابه ماده اصلی هستند. بازآفرینی این کار در فلزکاری بسیار سخت است. سرما همچنین می تواند سری آلومینیوم 2x و 7x را جوش دهد که اغلب با سایر انواع جوشکاری امکان پذیر نیست.

• ایجاد جوش‌های قوی و تمیز با استحکام بالا
• اتصال فلزات غیرهمجنس مانند آلومینیوم و مس است که در روش‌های جوشکاری سنتی دشوار است.
• حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی فلز در محل جوش
• عدم نیاز به مواد مصرفی مانند الکترود و گاز محافظ
• سرعت و دقت بالا نسبت به روش‌های سنتی

معایب جوشکاری سرد :

• نیاز به تجهیزات خاص مانند پرس‌های هیدرولیکی با فشار بالا
• محدودیت در ضخامت فلزات
• هزینه بالای تجهیزات
• نیاز به دقت بالا
• محدودیت در برخی آلیاژها
• خطر ترک‌ زدگی و ترک‌های مخفی در اتصالات

با انواع دستگاه جوش و کاربرد آن ها بیشتر آشنا شوید.

آیا جوشکاری آلومینیوم به روش سرد مناسب است؟

در صنایع، جوشکاری سرد به دلیل توانایی جوشکاری آلومینیوم و مس در کنار یکدیگر شناخته می شود که جوشکاری آنها با اشکال دیگر از روشهای جوشکاری اغلب دشوار است. پیوند ایجاد شده بین دو ماده در اثر این جوشکاری بسیار محکم است و بدون ایجاد ترکیبات بین فلزی شکننده، جوش های تمیز و محکم را فراهم می کند.

چه فلزاتی را می توان جوش سرد داد؟

جوشکاری سرد به دلیل عدم نیاز به حرارت و ایجاد جوش‌های قوی و تمیز، در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد. اما تمام فلزات سخت مانند فولاد کربن ، معمولاً برای این جوشکاری مناسب نیستند.

فلزاتی که معمولاً برای جوشکاری سرد استفاده می‌شوند عبارتند از:

• فلزات نرم و شکل‌پذیر: این فلزات به دلیل قابلیت تغییر شکل آسان، بهترین نتیجه را در جوشکاری سرد می‌دهند.
• فلزات خالص: مانند مس، آلومینیوم و طلا به دلیل خلوص بالا، بهتر به هم جوش می‌خورند.
• آلیاژهای خاص مانند برنج و آلیاژهای نقره

به طور کلی، فلزاتی که معمولاً با این نوع جوشکاری به هم متصل می‌شوند عبارتند از:

• مس
• آلومینیوم: به ویژه آلومینیوم خالص و برخی آلیاژهای آن
• سرب به دلیل نرمی زیاد
• روی به دلیل خاصیت شکل‌پذیری
• آلیاژ برنج 70/30 به دلیل ترکیب مناسب مس و روی
• نیکل
• نقره

عوامل موثر بر جوشکاری سرد فلزات:

• خالص بودن فلز
• سطح تماس: هرچه سطح تماس دو قطعه بیشتر باشد، جوش قوی‌تر خواهد بود.
• فشار اعمالی
• تمیزی سطح: سطوح باید کاملاً تمیز و عاری از اکسید باشند.

انواع جوشکاری سرد :

این نوع جوشکاری را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:

۱- جوشکاری سرد مکانیکی:

• جوشکاری دستی: در این روش، فشار مورد نیاز برای جوشکاری توسط نیروی دست اعمال می‌شود. این روش برای قطعات کوچک و در مقیاس آزمایشگاهی بیشتر کاربرد دارد.
• جوشکاری با دستگاه: در این روش، از دستگاه‌های مخصوصی برای اعمال فشار بسیار زیاد استفاده می‌شود. این نوع جوشکاری برای قطعات بزرگتر و با دقت بالاتر مناسب است.

۲- جوشکاری سرد شیمیایی:

در این روش، از مواد شیمیایی برای تسهیل فرآیند جوشکاری استفاده می‌شود. این مواد شیمیایی با ایجاد واکنش‌های شیمیایی، به تمیز کردن سطوح فلزی و ایجاد پیوند بین آن‌ها کمک می‌کنند.

انواع اتصال در جوشکاری سرد مکانیکی

در جوشکاری سرد مکانیکی، فشار اصلی‌ترین عامل ایجاد پیوند بین دو سطح فلزی است. اتصالات بر اساس نوع فشار اعمالی و تجهیزات مورد استفاده، به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• جوشکاری سرد رول: در این روش، دو سطح فلزی بین دو رول با سرعت بالا به هم فشرده می‌شوند و برای تولید ورق‌های فلزی با ضخامت کم و اتصال نوارهای فلزی استفاده می‌شود.
• جوشکاری سرد اکستروژن: در این روش، یکی از قطعات فلزی به داخل حفره قطعه دیگر فشرده می‌شود و برای اتصال قطعات با شکل‌های پیچیده و ابعاد مختلف استفاده می‌شود.
• جوشکاری سرد انفجاری: در این روش، از انفجار برای ایجاد فشار بسیار زیاد و لحظه‌ای استفاده می‌شود و برای اتصال فلزات با ضخامت زیاد و ایجاد پیوند بسیار قوی مناسب است.

انواع اتصال در جوشکاری سرد شیمیایی

در نوع شیمیایی، از مواد شیمیایی برای تسهیل فرآیند جوشکاری استفاده می‌شود. این مواد شیمیایی با ایجاد واکنش‌های شیمیایی، به تمیز کردن سطوح فلزی و ایجاد پیوند بین آن‌ها کمک می‌کنند. انواع اتصال در جوشکاری سرد شیمیایی عبارتند از:

• با استفاده از فلزات فعال: فلزاتی مانند سدیم یا پتاسیم با اکسید سطح فلز واکنش داده و لایه اکسیدی را حذف می‌کنند. سپس با اعمال فشار، دو سطح فلزی به هم متصل می‌شوند.
• با استفاده از چسب‌های رسانا: این چسب‌ها حاوی ذرات فلزی هستند که با ایجاد پیوند شیمیایی با سطح فلز، اتصال بین دو سطح را برقرار می‌کنند.

جوشکاری سرد و گرم چه تفاوتی دارند ؟

جوشکاری سرد و جوشکاری معمولی (یا جوشکاری گرم) دو روش کاملاً متفاوت برای اتصال فلزات هستند که هر کدام مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارند.

از چه دستگاهی برای جوشکاری سرد استفاده میشود؟

دستگاه جوش آرگون 200 آمپر پالسی وینر مدل 9510

دستگاه جوش آرگون 200 آمپر پالسی وینر مدل 9510 قابلیت جوشکاری پرقدرت فولاد، استنلس استیل و آلیاژهای نیکل، برنج، مس با ضخامت 5 الی 15 میلیمتر را دارد و با لوازم جانبی (تورچ آرگون، کابل اتصال، انبر جوشکاری) ارائه میشود.

در صورتیکه قصد مشاهده و مشاوره خرید محصولات اینورترهای جوشکاری را دارید کلیک کنید.

کاربردهای جوشکاری سرد

جوشکاری سرد به دلیل فاقد حرارت و سرعت بالا بیشتر در سیم های جوشکاری اعمال می شود و میتواند سیمهای کاملا جوش داده شده که عمدتا از آلومینیوم ، مس ، برنج 70/30 ، روی ، آلیاژهای نقره و نقره ، نیکل و طلا هستند را تضمین کند . حتی ابزار دستی برای جوش دادن سیم های سرد و حمل و نقل آسان نیز در دسترس است . در مواردی که باید فلزات غیر متفاوتی مانند فلز بین مس و آلومینیوم که قبلاً بحث کردیم ، از جوشکاری کاملا سرد استفاده می شود. این نوع جوشکاری به دلیل محدودیت‌های ذکر شده، بیشتر در صنایع الکترونیک، پزشکی و ساخت قطعات کوچک کاربرد دارد و در صنایع سنگین کمتر استفاده میشود.

منابع: interestingengineering