جوشکاری سرد چیست؟

شما برای ساخت هر سازه فلزی، باید فلزات را به یکدیگر وصل کنید، اما این اتصال چطور شکل می‌گیرد؟ اگر به دور و اطرافتان نگاه کنید، حتما فلزات متصل شده را مشاهده خواهید کرد چراکه آن‌ها در همه جا هستند. رایج‌ترین روش وصل کردن فلزات به یکدیگر، جوشکاری است. جوشکارها افرادی هستند که به حرفه جوشکاری، تسلط کامل دارند و با وسایل مخصوص، این کار را انجام می‌دهند. جوشکاری، خود به چند نوع مختلف تقسیم می‌شود که با توجه به شرایط، تصمیم می‌گیریم که از کدام نوع استفاده کنیم. یکی از مهم‌ترین انواع این حرفه، جوشکاری سرد (Cold welding) است و ما در این مطلب می‌خواهیم شما را به طور کامل با آن آشنا کنیم. شاید برایتان جالب باشد که بدانید چطور بدون جوشکاری گرم و بدون وجود آن جرقه‌های نارنجی رنگ و سوزاننده، می‌توانیم دو فلز را به یکدیگر وصل کنیم؟ آیا امکان‌پذیر است که اتصال دو فلز با فشار زیاد به ثمر برسد؟ معایب و مزایای جوشکاری سرد چیست و عملکرد آن چگونه است؟ اگر شما هم کنجکاو شدید تا با این فرآیند کاربردی و نوین بیشتر آشنا شوید، به هیچ عنوان مطالبی را که تا دقایقی دیگر عنوان می‌شوند، از دست ندهید.

جوشکاری سرد چه نوع جوشکاری است؟

شاید با خودتان فکر کنید که همه جوشکاری‌ها، همان جرقه‌های نارنجی شکلی هستند که می‌بینیم، اما همانطور که گفتیم، جوشکاری انواع مختلفی دارد و یکی از آن‌ها جوشکاری سرد است که در صد سال اخیر به وفور از آن استفاده شده و در دسته روش‌های نوین قرار می‌گیرد. همانطور که از اسم این فرآیند پیدا است، اتصال فلزات با دمای بسیار پایین و یا حتی سرد در آن انجام می‌شود و هیچ نیازی به حرارت نیست. از مزایای این روش، می‌توان به تغییر شکل ندادن فلزات اشاره کرد. فلزاتی که به هم وصل می‌شوند، دارای سطحی صاف هستند، اما جوشکاری سرد، پیوندی بسیار قوی میان آن‌ها برقرار می‌کند. برای انجام این فرآیند به فشار زیادی نیاز است و باید فلزها را با فشار زیاد به یکدیگر وصل کرد. به همین دلیل شاید آن را با نام‌های جوشکاری تماسی یا جوشکاری فشار سرد نیز بشناسید. یکی از نکات مهمی که باید در رابطه با جوشکاری سرد رعایت کنید، تمیز بودن سطح فلزات است. چون اگر روی آن‌ها لایه‌ای از اکسید وجود داشته باشد، مانع از اتصال خواهد بود و نمی‌توانید قطعات آهن را به هم وصل کنید. پس قبل از جوشکاری سرد، بهتر است سطح فلز، عاری از هرگونه آلودگی و اکسید باشد.

جوشکاری سرد و تاریخچه آن

جوشکاری سرد، پیشینه‌ای بسیار قدیمی دارد اما مردم متوجه حضور آن نمی‌شدند. یعنی در بعضی دوره‌ها با اینکه جوشکاری گرم، قالب اتصالات بوده اما بعضی از ظروف با جوشکاری سرد، ساخته می‌شدند.جالب است بدانید قدمت بعضی از این ظروف آنقدر قدیمی است که به عصر مفرغ می‌رسد، این موضوع نشان می‌دهد که جوش سرد از سال‌های بسیار دوری وجود داشته اما مردم با آن، آشنا نبودند. تحقیقات نشان می‌دهند که اولین آشنایی مردم با جوشکاری سرد در سال ۱۷۲۴ میلادی اتفاق افتاد و فردی به نام Reverent J I Desaguliers برای اولین بار جوشکاری سرد را انجام داد. البته بدیهی است که تکنیک جوش سرد آن زمان به اندازه حال حاضر، پیشرفته و کارساز نبوده است. جالب است بدانید اولین جوشکاری سرد روی دو توپ سربی پیاده شد. توپ‌ها قطر یکسانی داشتند. فردی که با عنوان اولین اجرا کننده جوشکاری سرد از او یاد کردیم، ابتدا توپ‌ها را کنار هم قرار داد و آنها را به طور مماسی چرخاند. همزمان با چرخاندن، فشار زیادی به هر دو توپ وارد می‌کرد، پس از مدتی ادامه دادنِ این کار، متوجه اتصال توپ‌های سربی شد. آزمایش توپ‌های سربی جزو اولین‌ها بود، اما بعد از آن نیز آزمایشات دیگری انجام شد که جوشکاری سرد را به تکامل رساند. جالب است بدانید طی همه این آزمایشات، دانشمندان متوجه شدند که استحکام فلزات بعد از متصل شدن، تغییری نمی‌کند و کم نخواهد شد، این موضوع یکی دیگر از مزایای جوشکاری سرد بود که باعث گسترش بیشتر آن شد. این مزیت، خیال مصرف کننده را از بابت ویژگی فلزات راحت می‌کند به همین دلیل یک روش مطمئن و قابل اعتماد است. فراموش نکنید که جوشکاری سرد باید اصولی انجام شود و اگر به مواردی مثل اجرای صحیح یا تمیز بودن فلزات، توجه کافی را نداشته باشید، به نتیجه مطلوبی نخواهید رسید. مقاله جوش منقطع در فولاد فرتاک را از دست ندهید.

جوشکاری سرد چگونه عمل می‌کند؟

همانطور که گفتیم، قبل از این مدل جوشکاری، باید لایه اکسید روی فلزات به طور کلی حذف شود. چون اکسید مانع متصل شدن فلزات است و آنها را از یکدیگر دور می‌کند. وقتی لایه اکسید را حذف کنیم، اتصال بین دو فلز برقرار می‌شود. اما توجه کنید که همه فلزات در حالت طبیعی، دارای مقداری اکسید هستند و گاهی این مقدار آنقدر کم است که با چشم سر نمی‌توانید آن را ببینید. ولی همان مقدار کم می‌تواند مانع بزرگی برای اتصال باشد، به همین دلیل است که می‌گوییم قبل از جوشکاری سرد، فلزات را تمیز کنید. وقتی اکسید حذف می‌شود، مولکول‌های روی به یکدیگر پیوند می‌خورند. حالا برای حذف اکسید باید چه کرد؟ همانطور که گفتیم روش‌های مختلفی برای این کار وجود دارد و چربی‌زدایی یکی از آنها است. یادتان باشد که همه فلزات را نمی‌توانید با جوش سرد متصل کنید و بعضی از آنها فقط به جوشکاری گرم احتیاج دارند. فلزاتی که با جوش سرد وصل می‌شوند، باید تا حدودی دارای ویژگی شکل پذیری باشند. بعد از حذف لایه اکسید، فلز شما برای جوش سرد آماده می‌شود. سپس دستگاه‌های مخصوص با وارد کردن فشار زیاد بر فلزات، آنها را به یکدیگر متصل می‌کنند و از این فرآیند با عنوان جوشکاری سرد یاد می‌شود. فراموش نکنید که تسلط کافی بر دستگاه و آگاهی از اینکه چه مقدار فشار برای اتصال دو فلز لازم است، از مواردی به شمار می‌آیند که بدون شک در نتیجه کار تاثیر گذار خواهند بود. در قسمت‌های قبلی بیشتر درباره میزان فشار در این فرآیند صحبت خواهیم کرد.

حتما بخوانید: کاربرد ورق گالوانیزه چیست؟

کاربرد جوشکاری سرد

در قسمت قبل گفتیم که همه فلزات را نمی‌توان با جوشکاری سرد به هم وصل کرد، اما یک مزیت مهم که در این نوع جوشکاری وجود دارد، وصل کردن فلزات غیر مشابه به یکدیگر است. فلزاتی که شبیه به هم نیستند را نمی‌توان با هر روشی به هم متصل کرد. برای مثال اگر بخواهید برای اتصال دو فلز غیر مشابه از روش جوشکاری گرم استفاده کنید، ممکن است یکی از فلزات به دلیل حرارت زیاد، تغییر شکل دهد و اتصال خوبی برقرار نشود. جوشکاری گرم باعث می‌شود که گاهی در بعضی فلزات شکاف ایجاد شود. اینجا است که جوشکاری سرد کاربردهای خود را نمایان می‌کند. در جوش سرد، پیوند بین فلزات به صورت طبیعی انجام می‌شود به همین دلیل مشکلات جوشکاری گرم را نخواهد داشت. در جوش سرد، اتصال لب به لب صورت می‌گیرد. یعنی فلزها را از بیخ به یکدیگر وصل می‌کند. همین نحوه اتصال خاص باعث کاربرد گسترده جوشکاری در خودروسازی، صنابع هوا فضا و انجام آزمایش‌های مختلف شده است. برای وصل کردن بعضی از سیم‌ها نیز گاهی از این نوع جوشکاری استفاده می‌کنند چون نمی‌توان اتصال همه سیم‌های فلزی را با جوشکاری گرم انجام داد.

جوشکاری برای چه فلزاتی مناسب است؟

در قسمت‌های قبل گفتیم که مهم‌ترین ویژگی فلزاتی که با جوشکاری سرد به هم وصل می‌شوند، شکل پذیر بودنِ آنها است. به همین دلیل قبل از انجام جوشکاری باید با ویژگی‌های فلز مورد نظر به خوبی آشنا باشید. به طور کلی اصلی‌ترین فلزاتی که قابلیت اتصال با جوش سرد را دارند شامل آلومینیوم، مس و آلیاژهای برنجی می‌شوند. مثلا فلز کربن که قابلیت شکل پذیری ندارد را نمی‌توان با جوشکاری سرد وصل کرد. نه تنها کربن بلکه عناصری که در ساخت آن‌ها از کربن استفاده شده را هم نمی‌توان مورد جوش سرد قرار داد. منظور از شکل‌پذیر بودن، تمایل داشتن مولوکول‌های یک فلز به برقراری پیوند و انعطاف آن‌ها است.

مزایا و معایب جوشکاری

این روش هم درست مثل روش‌های دیگر، مزایا و معایب مخصوص به خود را دارد. اما اگر بخواهیم به بهترین مزیت جوشکاری سرد اشاره کنیم، باید درباره دور بودن فلزات از حرارت صحبت کرد. چون حرارت می‌تواند به فلزات آسیب زده و در شکل ظاهری آنها تغییر ایجاد کند. به طور کلی در مقایسه با روش سرد، جوشکاری گرم خطر بیشتری دارد. در قسمت قبل درباره مزیت دیگر جوش سرد صحبت کردیم. همانطور که می‌دانید این روش، قابلیت وصل کردن فلزهای ناهمسان را نیز دارد. فراموش نکنید، شخصی که این فعالیت را انجام می‌دهد، باید کاملا به کارش مسلط باشد تا در آخر یک پیوند ناگسستنی از فلزهای مورد نظرتان، در اختیار داشته باشید. بعضی از سیم‌ها را نمی‌توان با روش گرم، به هم وصل کرد چون نسبت به حرارت حساسیت نشان می‌دهند. به همین علت، وصل کردن سیم‌ها یکی دیگر از مزایای جوشکاری سرد به شمار می‌آید. حالا اگر این سیم‌ها از فلزاتی مثل الومینیوم، مس، روی برنج و نقره ساخته شده باشند، اتصال بهتر و بی نقصی خواهیم داشت. تا اینجا از مزایای جوشکاری سرد گفتیم، اما نباید فراموش کرد که در کنار این مزایا، معایبی هم وجود دارد که قابل ذکر است. برای مثال اگر سطح فلز را به خوبی از لایه اکسید پاک نکرده باشید، اتصال خوبی به وجود نخواهد آمد و هر لحظه امکان فروپاشی وجود دارد. از نظر آسانی، باید گفت که جوشکاری گرم، راحت‌تر از جوش سرد انجام می‌شود. علاوه بر سخت بودن، هزینه صرف شده در جوشکاری سرد بیشتر است.

حتما بخوانید: جوش منقطع چیست و چه تفاوتی با جوش پیوسته دارد؟

روش جوشکاری سرد چگونه است؟

این فعالیت مراحل مختلفی را طی می‌کند، اما اصلی‌ترین و اولین مرحله آن، تمیزد کردن فلزها و برس کشیدنشان است تا زمانی که نازک‌ترین لایه‌های اکسید هم از بین بروند. معمولا این مرحله به وسیله مسواک‌های مخصوص و محلول‌های چربی‌زدا انجام می‌شود. یعنی پس از وارد کردن فلزات به محلول چربی‌زدا، باید روی آنها را با برس بکشید. پس از تمیز شدن فلزها، باید آنها را با وارد کردن فشار زیاد توسط دستگاه، به یکدیگر متصل کرد. البته باید گفت که مقدار فشار در هر فلز با توجه به خواص آن متفاوت است. همه فلزات به فشار بسیار بالا احتیاج ندارند و بعضی از آنها با فشار کمتر هم وصل می‌شوند. مهم‌ترین شرطی که برای انجام جوش سرد وجود دارد و بدون آن، انجام این نوع از جوشکاری ممکن نیست، منعطف بودنِ حداقل یکی از فلزها است. پس فلزات سخت از لیست جوشکاری‌ های سرد خط می‌خورند و فلزات نرم بهترین گزینه محسوب می‌شوند.

اتصالهای مختلف جوش سرد

در قسمت‌های قبل گفتیم که اتصال قالب بر این نوع جوشکاری، لب به لب است. یعنی از بیخ، فلزها را به یکدیگر وصل می‌کنند. اما این نوع، تنها اتصال جوش سرد نیست و انواع دیگری هم وجود دارند. ولی به طور کلی متدوال‌ترین اتصال جوش سرد شامل سه نوع مفصل لب به لب، مفصل لپ و جوشکاری برنز هستند.

جوشکاری سرد چه محدودیتهایی دارد؟

به طور کلی جوش سرد نسبت به گرم سخت‌تر و زمان‌بر است، اما یکی از محدودیت‌هایی که بر سر راه این روش قرار می‌گیرد، وجود همان لایه‌های اکسید است که در قسمت‌های گذشته به وفور درباره آنها حرف زدیم. امکان دارد که پس از اتصال فلزات به یکدیگر، باز هم مواد اکسیدی به خوبی پاک نشده باشند و اتصالات از بین بروند. علاوه بر این موضوع، شرایط جوی هم ممکن است باعث ایجاد اکسید پس از پیوند شود. ناهمواری سطوح فلزات یا حتی آلودگی هوا می‌تواند روند جوشکاری را کندتر و سخت‌تر کند. یادتان باشد که برای داشتن یک پیوند مطلوب، فلزها باید کاملا صاف و عاری از هرگونه آلودگی باشند. ویژگی‌های برخی فلزات، گاهی ما را برای انجام فرایند جوش سرد محدود می‌کند، به طور کلی فقط فلزات غیر آهنی نرم برای این نوع جوشکاری مناسب هستند.

آیا جوشکاری سرد برای آلومینیوم مناسب است؟

اگر یادتان باشد، در قسمت‌های قبل گفتیم که آلومینیوم یکی از آن فلزاتی است که برای جوش کاری سرد کاملا مناسب است. اتصال فلزاتی شبیه به آلومینیوم، اصلا در حیطه جوش کاری گرم قرار نمی‌گیرد و کار را سخت‌تر می‌کند، چرا که این فلزات دارای انعطافی نسبی هستند و می‌توان با اجرای جوشکاری سرد، یک پیوند بسیار تمیز، محکم و یکدست بین مولکول‌های فلزات ایجاد کرد.

جوش سرد در فضا

شاید برایتان جالب باشد که بدانید این فرآیند در فضا می‌تواند خود به خود انجام شود. همانطور که در جریان هستید، در فضا نوعی خلأ وجود دارد و خبری از لایه‌های اکسید و واکنش‌های اتمسفری نیست. این موضوع باعث شده تا ماهواره‌ها و فضاپیماهایی که از زمین فرستاده می‌شوند، به صورت ناخواسته با جوش سرد به یکدیگر متصل شوند. برای جلوگیری از این اتفاق، اول از همه ماهواره‌ها یا فضاپیماهایی که به فضا می‌فرستند را با لایه‌های اکسید و یا لایه‌هایی که مانع از جوش سرد می‎شوند، پوشش می‌دهند. با این کار دیگر در خلأ مشکلی به وجود نخواهد آمد. اتصالات در فضا بسیار موضوع مهمی است و حتی در مقاله‌های اروپایی نیز به این موضوع اشاره شده. اتصالِ خود به خودِ تجهیزات در فضا، یکی از مشکلاتی است که جوشکاری سرد برای ما ایجاد می‌کند.

جوشکاری سرد با فشار کم

برای اتصال نانوسیم‌ها، باید به سراغ جوشکاری سرد در مقیاس نانو رفت، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع، فشار کمی است که برای اتصال قطعات احتیاج داریم. این روش درست بر خلاف مقیاس ماکرو، بسیار آسان است و همانطور که گفتیم با فشار خیلی کم هم وصل می‌شود. نانوسیم‌ها دارای قطری کمتر از ۱٠ نانومتر هستند و این قطر کم باعث جوشکاری سرد (Cold welding) با فشار کم شده. شاید فکر کنید به دلیل فشار کمی که در این فرآیند وجود دارد، از استحکام بالایی برخوردار نیست. اما جالب است بدانید بر خلاف تصور اکثریت، وقتی این اتصالات را زیر میکروسکوپ‌های الکترونی قرار می‌دهیم، اتصالات بسیار باکیفیتی را به ما نشان می‌دهند. علاوه بر اینکه استحکام فلزات تغییر نمی‌کند، خواص الکتریکی و رسانایی آنها نیز تغییری نخواهد کرد. به جز اتصال نانوسیم‌ها، از این روش برای پیوند فلزاتی مثل نقره و طلا نیز در مقیاس نانو استفاده می‌شود.

نتیجه گیری

تا اینجای مطلب به خوبی با جوشکاری سرد و موارد مصرفی آن آشنا شدید. دانستیم که این نوع جوشکاری، با ظهور خود تحول عظیمی در اتصال فلزات ایجاد کرد. در واقع با این تفاسیر می‌توان گفت که جوشکاری سرد یکی از نوین‌ترین شیوه‌ها محسوب میشود اما در گذشته بدون اینکه آن را بشناسند، مورد استفاده قرار می‌گرفته است. از معایب این روش هم صحبت کردیم و گفتیم همه فلزات قابلیت اجرای جوش سرد را در خود ندارند و تنها می‌توان از فلزاتی استفاده کرد که دارای انعطاف باشند. علاوه بر این موضوع، هزینه و سختی کار با جوش سرد در مقایسه با روش گرم بیشتر است. به همین دلیل نمی‌توان در حجم و مقیاس بزرگ از آن استفاده کرد. فراموش نکنید که قبل از انجام این فرآیند، باید به مهم ترین نکته که تمیز بودنِ فلزات است، توجهِ کافی داشته باشید. امیدواریم با ارائه این مطلب در شناخت بیشتر جوشکاری سرد به شما کمک کرده باشیم. شما همچنین می‌توانید قیمت روز آهن مشهد را در فولاد فرتاک سورین مشاهده بفرمایید.