جوش سرد چیست و چه تفاوتی با جوشکاری معمولی دارد؟

زمانی که صحبت از جوشکاری می‌شود، اولین تصویری که به ذهن متبادر می‌شود، حوضچه مذاب، حرارت بالا و جرقه‌های سرخ رنگ است. اما با پیشرفت تکنولوژی، دانشمندان سراسر دنیا آرام آرام روش‌های جدیدی برای جوشکاری اختراع کردند که دیگر بر پایه ایجاد حرارت نبوده و عوامل دیگری نظیر اعمال فشار را برای ایجاد اتصال به کار گرفتند. یکی از روش‌های جوشکاری غیر ذوبی، جوش سرد است که در این مقاله به بررسی آن می‌پردازیم.

جوشکاری سرد چیست؟

در مقاله جوشکاری چیست به بررسی این مساله پرداختیم که در یک تقسیم‌بندی کلاسیک می‌توان انواع جوشکاری را در دو گروه ذوبی و غیر ذوبی قرار داد. جوش سرد یکی از فرایندهای جوشکاری حالت جامد و غیر ذوبی است که بدون نیاز به گرما و یا با حرارت بسیار کم اتصال میان فلزات مورد نظر را ایجاد می‌کند. انرژی مورد نیاز برای جوشکاری در این روش از طریق ایجاد فشار حاصل می‌شود. از این رو؛ هیچ کدام از فلزات طرفین جوشکاری ذوب نمی‌شوند و حتی در بسیاری از موارد، حرارت قابل توجهی نیز از این اتصال ایجاد نمی‌شود. به همین دلیل، این روش با نام جوش سرد شناخته می‌شود.

تاریخچه جوش سرد

جالب است بدانید که جوشکاری سرد تاریخچه‌ی بسیار طولانی دارد. مطالعات باستان شناسان نشان می‌دهد که نخستین استفاده از این جوشکاری به ۷۰۰ سال قبل از میلاد مسیح  برمی‌گردد. زمانی که برخی از ادوات جنگی و ابزار آلات کشاورزی به کمک این روش ساخته شده‌اند.
اما به صورت علمی، این Reverend J. I. Desaguliers بود که برای نخستین بار و در سال ۱۷۲۴ متوجه شد که با قرار دادن دو ساچمه سربی و اعمال فشار و پیچش، اتصال قابل قبولی بین آن دو حاصل می‌شود.
پس از آن، این آلمان‌ها بودند که در جریان جنگ جهانی دوم از جوش سرد در هواپیماهای ساخته شده با آلیاژهای سبک استفاده کردند. پس از آن و با گسترش تکنولوژی، جوشکاری سرد هر روزه بیشتر مورد بررسی قرار گرفت و کاربری‌های متعددی را به خود اختصاص داد.

نحوه عملکرد جوشکاری سرد

تقریبا تمام فلزات و آلیاژهای مهندسی موجود در دنیا مانند فولاد و آلومینیوم بر روی سطح خود لایه‌ای از اکسید فلزی دارند که ناشی از قرار گرفتن در معرض هوای بیرون است. این لایه اکسیدی می‌تواند مانند زنگ آهن با چشم دیده شود و یا در خیلی از موارد مانند آلیاژهای بر پایه آلومینیوم برای مشاهده آن نیاز به تجهیزات میکروسکوپی باشد.

این لایه اکسیدی در واقع همانند یک لایه محافظ عمل می‌کند که از اتصال دو فلز با هم جلوگیری می‌کند. برای از بین بردن این لایه تا کنون روش‌های متعدد شیمیایی و مکانیکی به کار گرفته شده است که از این میان، روش‌های wire brushing و degreasing، معروف‌ترین آن‌ها هستند. با از بین رفتن اکسید و ناخالصی‌های سطح اتصال فلزات، شرایط برای اتصال فراهم می‌شود و در واقع اجازه اتصال صادر می‌شود. پس از آن، به کمک روش‌های صنعتی، با ایجاد فشار مناسب میان دو فلزی که به هم جوش می‌خورند، پیوند‌های میان اتم‌های آن‌ها برقرار می‌شوند.

جوش سرد برای کدام فلزات کاربرد دارد؟

برای پاسخ به این سوال، باید دو پارامتر بسیار مهم را مورد ارزیابی قرار داد. اولین فاکتور حائز اهمیت، میزان داکتیل بودن فلز یا آلیاژ مورد نظر است. فلزات ترد کاندیدای مناسبی برای جوش سرد نیستند و نمی‌توان از آن‌ها استفاده کرد؛ زیرا امکان ایجاد ترک و یا حتی شکستگی کامل در قطعه وجود دارد. عامل مهم دیگر، بالا نبودن نقطه ذوب فلز مورد نظر هست.

به هر میزان که نقطه ذوب یک فلز بالا باشد، پیوندهای آن نیز مستحکم‌تر هستند و فشار بیشتری برای ایجاد اتصال مورد نیاز است که تامین آن میزان از فشار توسط تجهیزات امروزی ناممکن است. با توجه با موارد ذکر شده، گزینه‌های زیر مناسب‌ترین فلزات برای جوشکاری سرد هستند:

• آلومینیوم ( حتی سری‌های جوش ناپذیر مانند سری7000)
• مس
• برنج

کاربرد جوش سرد

مهم‌ترین کاربرد جوش سرد در برقراری اتصال میان دو فلز متفاوت از هم است. روش‌های ذوبی برای جوشکاری دو فلز متفاوت عموما نتیجه مطلوبی ندارد و به طور کلی یا اتصالی برقرار نمی‌شود و یا اتصال ایجاد شده بسیار ناپایدار بود و به سادگی دچار شکست می‌شود. علت این اتفاق این است که هنگامی که فلزات ذوب می‌شوند دچار انبساط می‌شوند و پس از انجماد، اندکی منقبض می‌شوند. درصد انقباض فلزات مختلف با هم فرق دارد و این عدم تطابق باعث ایجاد میکرو ترک در ساختار ناحیه جوش می‌شود. اما در جوشکاری سرد، چون اتصال توسط پیوند میان اتم‌ها انجام می‌شود از بروز چنین مشکلی جلوگیری می‌شود.

به دلیل کیفیت مناسب این نوع جوشکاری از آن در صنایع حساسی مانند هوافضا، خودروسازی، روش‌های تولید پیشرفته و اتصال سیم‌ها به یکدیگر استفاده می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت جوشکاری سرد معمولا زمانی کاربرد دارد که حرارت ناشی از جوشکاری معمولی می‌تواند باعث اشتعال و انفجار شود.

مزایا و معایب جوشکاری سرد چیست؟

یکی از بزرگترین چالش‌ها در هر نوع از جوشکاری، منطقه متاثر از حرارت (HAZ) است. این منطقه دارای خواص مکانیکی و شیمیایی بسیار ضعیفی است که باعث شکست فلز از آن ناحیه می‌شود. جوش سرد به دلیل نداشتن حرارت، منطقه HAZ را حذف کرده و متعاقبا خواص مکانیکی را حفظ می‌کند. از مزایای دیگر جوشکاری سرد می‌توان به توانایی اتصال فلزات و آلیاژهای مختلف به هم اشاره کرد. این قابلیت، مزیت بسیار بزرگی است که بسیاری از روش‌های جوشکاری از آن بی بهره هستند.

از معایب این روش می‌توان به نیاز آن به تمیزی سطحی بسیار بالا اشاره کرد. کمترین لایه اکسیدی منجر به کاهش کیفیت جوش سرد می‌شود. با توجه به اینکه تشکیل لایه اکسیدی در برخی فلزات در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد، تجهیزات مورد نیاز این فرایند را ویژه و طبیعتا گران قیمت می‌کند. از معایب دیگر این روش می‌توان به محدودیت فلزاتی که می‌توان جوشکاری کرد اشاره کرد. پیش‌شرط ترد نبودن فلز مورد نظر، محدودیت بزرگی برای استفاده از طیف وسیعی از مواد در این نوع جوشکاری است.  همچنین؛ شکل‌های هندسی پیچیده قابلیت جوش سرد نداشته و تنها اتصالات لب به لب به کمک جوش سرد انجام می‌شوند.

مزایا و معایب جوشکاری سرد چیست؟

گفته می‌شود اگر شرایط پیش از جوشکاری سرد به دقت و به طور مناسب انجام شده باشد، خط جوش می‌تواند استحکامی به اندازه سایر نقاط فلز زمینه داشته باشد. بر خلاف روش‌های متعارف جوشکاری، این روش کارایی قطعه را محدود و متاثر از خود نمی‌کند. اگر تمیز کردن سطح و لایه برداری به خوبی انجام نشود یا خط جوش مسیر پیچیده‌ای داشته باشد، استحکام مناسب حاصل نمی‌شود اما در مورد خطوط جوش ساده، استحکام بالا به سادگی بدست می‌آید.

دستگاه جوش سرد برای اتصال سیم

دستگاه جوش سرد برای سیم‌های با قطر کم می‌تواند به صورت دستی اتصال را ایجاد کند اما برای سیم‌های با قطر بزرگتر نظیر مفتول و یا میلگردهای سایز پایین نیاز به تجهیزات پنوماتیک و یا الکتروپنوماتیک است. عموما این دستگاه‌ها پرتابل و قابل حمل بوده و می‌توانند به آسانی مورد استفاده قرار بگیرند. برای ایجاد جوش، یک قالب متناسب با ابعاد سیم‌ها طراحی شده و در مرکز دستگاه قرار می‌گیرد. سیم‌ها از طرفین وارد قالب می‌شوند و با اعمال فشار، قالب بسته می‌شود. این عمل ۴ الی ۵ مرتبه تکرار می‌شود و نتیجتا اتصال برقرار می‌گردد.

مقایسه جوش سرد و گرم

در جدول زیر به صورت خلاصه به مقایسه شرایط و ویژگی‌های حاکم بر جوشکاری سرد و گرم پرداخته‌ایم:

چسب جوش سرد چیست؟

جوش سرد در واقع نوعی فرایند نفو‌ذی است که در اثر اعمال آن، دو طرف فلزات در ابعاد میکروسکوپیک تا حدودی در یکدیگر مختلط می‌شوند. اما علاوه بر این روش، نوعی چسب نیز در بازار موجود است که توانایی اتصال و به کارگیری در انواع مواد از جمله فلزات و سرامیک‌ها و حتی چوب را دارد. این اپوکسی که متشکل از یک ماده زمینه و یک فعال‌کننده است، برای تعمیر لوازم در خانه می‌تواند در برخی موارد مورد استفاده قرار بگیرد اما باید به این نکته توجه داشت که در این روش، در واقع هیچ‌گونه نفوذی برقرار نشده است و مواد صرفا در کنار یکدیگر چسبانده شده‌اند و هیچ پیوندی میان دو طرف فلز برقرار نیست. به همین دلیل؛ اتصال با چسب از نوع قوی نبوده و نباید در موارد حساس مورد استفاده قرار گیرد.

جمع‌بندی

در این مقاله تلاش شد مطالبی در خصوص مفهوم جوش سرد و تفاوت‌های آن با سایر روش‌های جوشکاری، آورده شود. کاربرد جوشکاری سرد و محدودیت‌های این روش نیز به تفکیک مورد ارزیابی قرار گرفت و مزایا و معایب آن به دقت بررسی شد. شما می‌توانید برای مطالعه سایر مقالات مرتبط اینجا کلیک کنید. همچنین؛ برای مشاهده به روزترین قیمت انواع محصولات فولادی و مقاطع آهنی و غیر آهنی می‌توانید بر روی لینک زیر کلیک کرده و وارد وبسایت رسمی فولادینو شوید.