جوشکاری غیر ذوبی یا حالت جامد چیست؟

جوشکاری انواع بسیاری دارد و هر یک از روش های جوشکاری مزایا و ویژگی های خود را دارند که در شرایط خاصی به کار می روند. جوشکاری غیر ذوبی از انواع روش های جوشکاری است که برای انجام اتصالات دائمی بین سطوح و قطعات مختلف فلزی، استفاده می شود. از همین رو در شرایط کاری مختلف، بسته به نیازمان باید سراغ روش خاصی از جوشکاری برویم.

جوشکاری غیر ذوبی یکی از روش های نوین جوشکاری است که در ادامه این مطلب قصد داریم آن را مورد بررسی قرار دهیم. ابتدا به این می پردازیم که جوشکاری غیرذوبی یا جوشکاری حالت جامد چیست و سپس انواع آن به همراه مزایا و معایب هر کدام را برای شما شرح خواهیم داد.

آشنایی با انواع جوشکاری غیر ذوبی (Solid State Welding)

در این نمونه جوشکاری، همانطور که از نام آن می توان حدس زد، روند کار به صورتی است که بدون تشکیل حوضچه مذاب ، عملیات اتصال دو قطعه انجام می شود. این نمونه از جوشکاری را می توان با استفاده از حرارت یا بدون حرارت انجام داد. در جوشکاری ذوبی لبه دو قطعه مورد نظر ما بعد از ذوب شدن و تشکیل مذاب به یکدیگر متصل می شوند اما در روش جوشکاری غیر ذوبی خبری از تولید مذاب نیست، بلکه کار جوشکاری بدون نیاز به فلز پایه برای ذوب کردن انجام می شود. به همین دلیل در پایان کار شاهد آن خواهیم بود که هیچ گونه ناخالصی به قطعات مورد نظر اضافه نمی شود و فلزی که قصد جوشکاری روی آن را داریم، خواص اولیه خود را از دست نمی دهد.

از طرفی نباید فراموش کرد که حرارت دهی بالا در روش جوشکاری ذوبی باعث کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی در محل جوش می شود. این در صورتی است که در جوشکاری غیر ذوبی خواهید دید که میزان حرارت به مراتب پایین تر بوده و مشکلات ذکر شده کمتر رخ می دهند.

حال که تا حدودی مشخص شد جوشکاری حالت جامد چیست، نوبت به آن می رسد که سراغ آشنایی با انواع جوشکاری غیر ذوبی برویم. در حالت کلی دو نوع جوشکاری غیرذوبی وجود دارد، در یکی از آن ها از فشار استفاده می شود و در دیگری فشار کاربردی ندارد و در هر کدام از روش ها شاهد بوجود آمدن بخش های مختلفی مانند حوضچه مذاب نخواهیم بود. پیشرفت تکنولوژی باعث شده تا روش های استفاده شده برای جوشکاری غیر ذوبی ،با گذشت زمان تکامل زیادی داشته باشد.

انواع روش های مورد استفاده برای جوشکاری حالت جامد عبارتند از :

  • جوشکاری غیر ذوبی با امواج صوتی
  • جوشکاری غیر ذوبی آهنگری
  • جوشکاری غیر ذوبی فشاری
  • جوشکاری غیر ذوبی اصطکاکی
  • جوشکاری غیر ذوبی مقاومتی
  • جوشکاری غیر ذوبی انفجاری

در ادامه برای آشنایی بیشتر شما هر کدام از این موارد را به صورت جداگانه مورد بررسی دقیق تر قرار خواهیم داد.

جوشکاری غیر ذوبی با امواج فراصوتی (Ultrasonic welding)

این نمونه از جوشکاری با استفاده از امواج مافوق صوت یا التراسونیک صورت می گیرد . انرژی صوتی با فرکانس بالا در حد ۲۰ تا ۴۰ کیلو هرتز وقتی به فلز مورد نظر ما می رسد، باعث نرم یا ذوب شدن منطقه جوش خواهد شد. البته باید در نظر داشته باشید که دو قطعه را تحت فشار بر روی هم نگه دارید .اگر انتخاب فرکانس، متناسب با طراحی محل جوش، شکل ظاهری و ابعاد قطعات مختلف و… صورت گیرد این کار با بهترین کیفیت انجام می شود.

یکی از مزایای اصلی جوشکاری اولتراسونیک این است که روند انجام آن بسیار سریع بوده و در کمتر از یک ثانیه امکان انجام آن وجود دارد. از همین رو این روش جوشکاری به ما اجازه استفاده از آن را در صنایع مختلف می دهد. این نمونه از جوشکاری را می توان پیشرفته ترین روش جوشکاری غیر ذوبی دانست. در کشورهای پیشرفته و صنعتی می بینیم که علاوه بر فلزات از این روش برای جوشکاری قطعات پلاستیکی نیز استفاده می شود. در ادامه روند انجام این جوشکاری را با دقت بیشتری مورد بررسی قرار خواهیم داد.

مراحل انجام جوشکاری التراسونیک (فراصوتی)

به طور کلی می توان گفت که پنج مرحله اساسی برای انجام این نمونه از روش جوشکاری وجود دارد که در ادامه آنها را یک به یک معرفی خواهیم کرد.

  • آماده سازی سطح مورد نظر برای جوشکاری :در این مرحله ،با استفاده از روش های براده برداری و تمیز کاری گوناگون، هر گونه لبه اضافه یا آلودگی که ممکن است کیفیت نهایی جوشکاری را کاهش دهد،از بین می رود.
  • حرارت دهی : در این مرحله ، امواج فراصوتی که دارای فرکانس های بالا و معمولاً بین ۲۰ تا ۷۰ کیلو هرتز هستند را به قطعات اعمال می کنند.
  • اعمال فشار :زمانی که حرارت دهی به میزان کافی انجام شد، با استفاده از سیستم های پنوماتیک یا سایر سیستم های مشابه، دو قطعه را به یکدیگر فشار میدهند.
  • برقراری اتصال : زمانی که فشار و حرارت کافی به طور قطع وارد شود، امکان انجام اتصال بین مولکولی برای دو قطعه مورد نظر ما وجود خواهد داشت و همین اتصال بین دو قطعه سطح خاص را برای ما برقرار خواهد کرد.
  • سرد سازی یا خنک کردن سطح جوشکاری : معمولا بعد از اتمام مراحل گوناگون جوشکاری التراسونیک ، نوبت به خنک سازی قسمت مورد نظر می رسد. این کار نیز در فاصله بسیار کمی و توسط سیستم اتوماسیون انجام می شود.

کیفیت و مزایا جوشکاری التراسونیک

زمانی که سراغ جوشکاری غیر ذوبی با امواج فراصوتی می رویم، پارامترهای مختلفی تعیین کننده کیفیت نهایی کار برای ما خواهند بود. سازگار بودن جنس قطعات و طراحی مناسب آنها روی کیفیت نهایی کار تاثیر بسزایی دارند. از همین رو برای تضمین نتیجه نهایی کار از فیکسچرها (فیکس کننده) استفاده می شود.

کاربرد جوشکاری التراسونیک (فراصوتی)

انجام جوشکاری ساده بین قطعات مختلف، جوشکاری ترموپلاستیک، دوخت پارچه با فیلم های پلاستیکی و… باعث شده تا این روش جوشکاری درون تجهیزات پزشکی، اتومبیل سازی، صنایع بسته بندی، صنایع الکترونیک و الکتریک؛ مورد استفاده قرار بگیرد. از سوی دیگر با اتوماتیک سازی این روش جوشکاری این امکان برای ما فراهم شده که در مصارف صنعتی سنگین ، تولید قطعات در تعداد بالا از آن استفاده کنیم.

جوشکاری غیر ذوبی آهنگری (Forge Welding)

می توان گفت این روش را به عنوان قدیمی ترین روش جوشکاری بین فلزات می شناسند. به شکل بسیار ساده روند انجام این نوع جوشکاری چنین است که دو قطعه را تا حد سرخ شدن گرم می کنند و در مرحله بعدی با استفاده از پتک یا سایر ابزار موجود برای این کار، آنها را می کوبند تا دو قطعه با یکدیگر ترکیب شوند یا بهتر بگویم به یکدیگر متصل گردند.

این روش جوشکاری از لحاظ تاریخی دارای ارزش بسیار بالایی است و این روزها از نظر عملی نیز کاربرد بسیار بالایی دارد. برای انجام درست این نمونه از جوشکاری باید برای گرم کردن قطعات فلزی تا زمان سرخ شدن تجهیزات لازم را در اختیار داشته باشیم. استفاده از کوره های قدیمی یا سایر انواع کوره های جدید می تواند برای انجام این کار گزینه مناسبی به نظر برسد. بعد از گرم شدن فلزات باید آنها را روی یکدیگر قرار دهیم و زیر آنها حتماً سطح بسیار سخت و مقاوم قرارگیرد . استفاده از سندان آهنگری در این مرحله بهترین انتخاب خواهد بود.

در مرحله بعدی نوبت به آن می رسد که با استفاده از یک جسم سخت مانند پتک ضربات پیاپی به قسمت مورد نظر برای انجام اتصال وارد کنیم. در مرحله نهایی نیز وقتی از انجام اتصال اطمینان حاصل کردید نوبت به سر کردن قطعه می رسد.

بررسی مزایا و معایب جوشکاری غیر ذوبی آهنگری

این که نتیجه نهایی کار در این روش جوشکاری چگونه باشد، تا حد زیادی به مهارت فرد یا کیفیت تجهیزات مورد استفاده شما بستگی خواهد داشت. اما وقتی کار به شکل درستی انجام شود، می بینید که نتیجه نهایی بسیار مناسب و با کیفیت خواهد بود.

البته در زمان حرارت دادن به فلز مورد نظر می بینیم که روند کنترل دما و حفاظت از آن بسیار دشوار می شود. از همین رو امکان بروز هرگونه خطا بسیار بالا خواهد بود. در ضمن قابل سنجش بودن میزان تمیزی سطح قطعه یا وجود نا خالصی‌ ها روی آن اجازه می دهد تا در نهایت بتوانیم از نتیجه اطمینان حاصل کنیم. میتوان جوشکاری غیر ذوبی آهنگری را سر منشا ابداع انواع تجهیزات و متدهای جدید در این حوزه دانست بطوریکه در روش های جدید معایب آهنگری سنتی به طور کامل بر طرف شده است. با این حال این روش هنوز هم برای تولید ابزار آلات گوناگون که نیاز به دقت بالایی ندارند، کارآمد است.

جوشکاری غیر ذوبی فشاری یا نفوذی (Diffusion Welding)

این نمونه از جوشکاری که با نام جوشکاری فشاری سرد نیز شناخته می شود، سابقه طولانی دارد و یکی از روش های اساسی برای انجام جوشکاری حالت جامد است. یکی از انواع شناخته شده جوشکاری به این روش با نام جوشکاری غلتکی سرد شناخته می شود که سرعت بالای آن یکی از مزایای اصلی این روش به شمار می رود. در این روش پیوند اتم به اتم بین دو قطعه صورت می گیرد و پارامترهای مختلفی تعیین کننده نتیجه نهایی آن خواهند بود. این موارد عبارتند از:

  1. فشار عمودی که بر محل مورد نظر برای انجام جوشکاری وارد می شود.
  2. میزان انبساط سطحی فلزاتی که قصد جوشکاری آن را داریم.

البته نباید فراموش کرد که استفاده از این روش باعث می شود در محل جوشکاری تنش های زیادی روی قطعات ایجاد شود که باعث کاهش کیفیت فیزیکی آنها برای ما خواهد شد. از همین رو باید بعد از اتمام جوشکاری فشاری ،سراغ عملیات حرارتی مناسب بروید. همچنین در پایان باید بدانید که دو پارامتر فشار عمودی و درصد انبساط سطحی بر روی استحکام نهایی جوش تاثیر زیادی دارند.

جوشکاری غیر ذوبی مقاومتی (Resistance Welding)

در جوشکاری غیر ذوبی مقاومتی برای اتصال دو ورق به هم از فشار و حرارتی که توسط جریان الکتریکی تولید می شود ، استفاده می شود و انواع متنوعی دارد که شامل جوشکاری مقاومتی درزجوش، مقاومتی زائده ای، سرباره و نقطه ای می باشد.

جوشکاری غیر ذوبی انفجاری (Explosive Welding)

همان طور که از اسم این جوشکاری مشخص است توسط ایجاد یک انفجار بین دو ورق فلزی اتصال برقرار می شود از این جوشکاری در صنایع بسیار کمتر استفاده می شود.

جوشکاری غیر ذوبی انفجاری

جوشکاری غیر ذوبی اصطکاکی (Friction Welding)

اساس کار این روش جوشکاری بر روی تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی بنا شده است. برای انجام جوشکاری به این روش باید دو قطعه مورد نظرمان را در معرض حرکت دورانی سریع روی یکدیگر قرار دهیم تا این اصطکاک باعث ایجاد گرما شود. زمانی که گرما به میزان کافی تولید شود، خواهید دید که لبه های مورد نظر برای انجام اتصال دارای حالت پلاستیسیته شده‌ اند. در مرحله پایانی نیز فشار نهایی زیادی را به دو قطعه اعمال می کنند تا آنها به صورت کامل در یکدیگر فرو روند و اتصال بین آنها برقرار گردد.

البته نباید فراموش کرد که جوشکاری اصطکاکی نیز دارای انواع مختلفی است و دو نوع پر کاربرد دارد که عبارتند از «جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و جوشکاری اصطکاکی چرخشی ». در زمان انجام این گونه جوشکاری هیچگونه ذوبی تولید نمی شود و فلزات در حالت جامد با یکدیگر اتصال برقرار می کنند. استفاده از این روش برای تولید میل کمک فنر، محور فرمان، سوپاپ موتور و شاخه های متحرک کاربرد دارد. یکی از مزایای اصلی این نوع جوشکاری آن است که امکان اتصال فلزات غیر همجنس را نیز خواهیم داشت.

جوشکاری غیر ذوبی اصطکاکی

مزایای جوشکاری غیر ذوبی

جوشکاری غیر ذوبی در شرایط مختلف می تواند مزایای زیادی را در اختیار ما بگذارد که در ادامه مهمترین آنها را با هم مورد بررسی قرار خواهیم داد:

  • عدم وجود عنصر هیدروژن در محل اتصال جوشکاری غیر ذوبی باعث می شود تا شاهد کاهش عواملی که باعث شکستگی می شوند باشیم.
  • میزان تغییرات فیزیکی در نقطه اتصال برای انجام جوشکاری غیر ذوبی بسیار پایین‌ تر است.
  • روش های نوین جوشکاری غیر ذوبی معمولاً توسط دستگاه‌ و به صورت اتوماتیک انجام می شوند که باعث کاهش میزان نیاز به نیروی انسانی خواهد شد.
  • هزینه انجام این جوشکاری ها نسبت به سایر روش های مرسوم پایین‌ تر است و امکان استفاده از آن برای تولید قطعات در تعداد بالا وجود دارد.
  • از آنجایی که در این روش جوشکاری هیچگونه ماده مذابی وجود ندارد، معایب جوشکاری ذوبی در آنها مشاهده نمی‌شود.
  • امکان اتصال فلزات غیر مشابه با استفاده از این روش وجود دارد.
  • میزان ترک های موجود در سطح بعد از اتمام روند جوشکاری گسترش نمی یابند .
  • از آنجایی که میزان استفاده از نیروی انسانی در این روش جوشکاری پایین است، امکان بروز خطاهای گوناگون نیز کاهش می یابد.

معایب جوشکاری غیر ذوبی

حال که با انواع جوشکاری حالت جامد و مزایای آن آشنا شدید، نوبت به بررسی معایب این روش می رسد. این معایب را در ادامه با هم مورد بررسی قرار خواهیم داد:

  • نیاز به استفاده از تجهیزات گران قیمت برای انجام روند جوشکاری
  • نیاز به پاکسازی سطح مورد نظر که شامل انجام برس کشی، اکسید زدایی و چربی زدایی است.

با وجود این معایب اندک ،جوشکاری غیر ذوبی به عنوان روش مناسبی شناخته می شود که استفاده از آن هنوز هم برای ما به صرفه و مفید خواهد بود. در این مقاله توضیحات کاملی درباره اینکه جوشکاری غیر ذوبی چیست دادیم و انواع جوشکاری غیر ذوبی را نیز بررسی کردیم.

مقالات کاربردی :

جهت مشاهده دیگر ابزار آلات صنعتی و برای استعلام موجودی و قیمت کلیک کنید : IMC Market | مرجع تخصصی آهن و ابزارآلات صنعتی