جوش سرد فلزات چیست و چگونه کار می کند؟

جوش سرد فلزات چیست و چگونه کار می کند؟ قبل از اینکه جوش سرد بتواند دو یا چند فلز را به هم متصل نماید، لایه‌های اکسید روی سطوح مواد باید حذف گردند. اکثر فلزات (در شرایط عادی) دارای یک لایه اکسید روی سطح هستند که مانعی را تشکیل می­ دهد و از اتصال اتم­ های فلز جلوگیری نماید.

هنگامی که لایه اکسید برداشته شود، فلزات را می­ توان تحت فشارهای بالا به هم فشرده کرد تا پیوندهای متالورژیکی ایجاد گردد. لایه اکسید را می ­توان با استفاده از برس سیمی، چربی ­زدایی یا سایر تکنیک های شیمیایی و مکانیکی حذف نمود. پس از تمیز کردن، فلزات را می توان به هم فشار داد، اما مواد باید انعطاف پذیر باشند و نباید تحت سخت شدن شدید قرار گیرند. در نتیجه، فلزات نرم تر اغلب برای جوشکاری سرد  ترجیح داده می شوند.

جوش سرد را می ­توان در مقیاس نانو نیز انجام داد، با شواهدی که نشان می ­دهد نانوسیم ­های طلای فوق نازک تک کریستالی (با قطر کمتر از ۱۰ نانومتر) را می­  توان در عرض چند ثانیه از طریق تماس مکانیکی به هم متصل نمود. جوشکاری سرد در مقیاس نانو برای اتصال طلا به نقره و نقره به نقره مورد استفاده قرار می ­گیرد.

چه فلزاتی را می توان به صورت سرد جوش داد؟

فلز برای جوش سرد باید انعطاف پذیر باشد، اما این تکنیک معمولا برای اتصال آلومینیوم (شامل گریدهای غیرقابل جوش مانند سری ۷XXX)، آلیاژهای برنج ۷۰/۳۰، مس، روی، نقره و آلیاژهای نقره، نیکل و طلا استفاده می شود، به ویژه سیم ها. همچنین می توان از جوش سرد برای اتصال فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ تحت فشار نیز استفاده نمود. لازم به ذکر است فلزات حاوی کربن را نمی­ توان به صورت سرد به یکدیگر جوش داد.

مزایا جوشکاری سرد فلزات

جوش سرد مزایای زیادی نسبت به سایر روش های جوشکاری دارد، از جمله:

• بدون HAZ

جوش سرد یک منطقه متاثر از گرما (HAZ) ایجاد نمی­ نماید، که تا حد زیادی خطر تغییرات شیمیایی یا مکانیکی منفی در مواد پایه متصل شده را کاهش می دهد.

• جوش­ های قوی و تمیز

جوش سرد می­ تواند جوش­ های تمیزی را ارائه دهد که حداقل به اندازه ضعیف ­ترین مواد اولیه قوی هستند. این فرآیند جوشکاری ترکیبات بین فلزی شکننده را در محل اتصال تشکیل نمی دهد.

• پیوستن به مواد غیر مشابه

فلزات غیر مشابهی که با استفاده از تکنیک ­های دیگر مانند آلومینیوم و مس به سختی به یکدیگر متصل می­ گردند، می­ توانند با استفاده از جوش سرد به یکدیگر متصل شوند.

• جوشکاری سرد آلومینیوم

فقط در هنگام اتصال مس به آلومینیوم نیست که جوش سرد مزایای خود را نشان می دهد، زیرا این تکنیک می تواند برای جوشکاری آلومینیوم سری ۲XXX  و ۷XXX که با استفاده از هیچ روش جوشکاری فلز دیگری امکان پذیر نیست، صورت پذیرد.

معایب جوش سرد در فلزات

در حالی که جوش سرد مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد، محدودیت هایی نیز در این روش وجود دارد. این ایرادات باعث می شود که در بیشتر موارد، جوش سرد به عنوان یک روش اتصال اولیه در نظر گرفته شود. با این حال، همانطور که در بالا نشان داده شد، جوش سرد هنوز هم در برخی شرایط می تواند مفید باشد. مشکلات و چالش های جوش سرد عبارتند از:

• پاکیزگی

مشکل اصلی جوش سرد فلزات ، این است که مواد باید تمیز و بدون اکسید باشند تا یک جوش رضایت بخش ایجاد گردد. دستیابی به این امر می تواند دشوار باشد و همچنین مدیریت آن در یک محیط تولید با حجم بالا پرهزینه و دشوار می­ باشد.

• انواع مواد

برای انواع موادی که می توان آنها را به صورت سرد به یکدیگر جوش داد، محدودیت­ هایی وجود دارد، زیرا فلزات باید انعطاف پذیر باشند و نمی­ توانند تحت فرآیندهای سخت شدن شدید قرار گیرند. علاوه بر این، فلزاتی که حاوی هر شکلی از کربن هستند را نمی ­توان با استفاده از این تکنیک به یکدیگر متصل نمود.

• شکل مواد

بی نظمی روی سطوح فلزی می­ تواند اتصال به آنها را دشوار کند، حتی اگر تمام مراحل دیگر انجام شده باشد. جوش سرد مستلزم آن است که مواد دارای شکل منظم و بدون بی نظمی سطحی باشند. قوی­ ترین جوش­ های سرد با سطوح صاف و منظم به دست می­ آیند.

برنامه های کاربردی در جوشکاری سرد انواع فلزات

برای تمام چالش‌هایی که این تکنیک ایجاد می‌­نماید، جوشکاری فشار سرد طیف وسیعی از کاربردهای مختلف در صنعت دارد. رایج ترین کاربرد این روش برای سیم های جوشکاری است که انرژی حرارتی می ­تواند مشکل ساز باشد. جوش سرد می ­تواند اتصالات سریع و قوی در سیم­ ها را تضمین نماید و معمولاً با آلومینیوم، برنج ۷۰/۳۰، مس، طلا، نیکل، نقره، آلیاژهای نقره و روی استفاده می ­گردد.

نتیجه

جوش سرد یک تکنیک اتصال منحصر به فرد است که می­ تواند بدون استفاده از گرما پیوندهای بسیار قوی ایجاد نماید. این تکنیک از عصر برنز استفاده شده است، اما در قرن شانزدهم واقعاً به طور علمی درک گردید. در حالی که جوش سرد چالش­ هایی وجود دارد، اما زمانی که به درستی انجام گردد می­ تواند مواد غیر مشابه و حتی برخی از گریدهای “غیر قابل جوش” آلومینیوم را به هم بچسباند. جوش سرد معمولاً برای اتصال سیم ها استفاده می ­گردد، در صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی نیز کاربرد دارد.