در صنعت ساخت و ساز و بسیاری از صنایع، اتصال قطعات فلزی یکی از مراحل مهم تولید و مونتاژ است. جوشکاری یکی از روش های رایج اتصال فلزات محسوب می شود، اما در تمام پروژه ها تنها گزینه موجود نیست. در برخی کاربردها می توان از روش هایی مانند پیچ و مهره، پرچ، لحیم کاری یا چسب های صنعتی استفاده کرد که امکان ایجاد اتصال بدون استفاده از جوشکاری قوسی را فراهم می کنند.
انتخاب روش مناسب به عواملی مانند نوع فلز، میزان بار، امکان باز کردن اتصال، شرایط محیطی و تجهیزات در دسترس بستگی دارد. در پروژه هایی که جوشکاری با الکترود انجام می شود نیز انتخاب ماده مصرفی متناسب با جنس قطعه اهمیت دارد و برای بررسی انواع محصولات و قیمت الکترود می توان مشخصات فنی گزینه های مختلف را با نیاز پروژه مقایسه کرد.
انواع روش های اتصال فلزات بدون جوشکاری قوسی
روش های مختلفی برای اتصال قطعات فلزی وجود دارند که برخی از آنها بدون ذوب فلز پایه انجام می شوند و برخی دیگر جزو فرآیندهای خاص جوشکاری هستند اما به الکترود مصرفی رایج نیاز ندارند.
روش های بررسی شده در این مقاله عبارتند از:
- مونتاژ با پیچ و مهره
- پرچ کردن
- لحیم کاری سخت
- لحیم کاری نرم
- اتصال با چسب
- جوش نقطه ای
- جوش فورج
- جوش انفجاری
از میان این روش ها، پیچ و مهره، پرچ، لحیم کاری و چسب را می توان در گروه اتصالات بدون جوشکاری ذوبی متداول قرار داد. در مقابل، جوش نقطه ای، فورج و جوش انفجاری همچنان از خانواده فرآیندهای جوشکاری هستند و تنها شیوه ایجاد اتصال در آنها با جوشکاری قوسی تفاوت دارد.
مونتاژ با پیچ و مهره
در اتصال پیچ و مهره ای، دو یا چند قطعه فلزی با استفاده از سوراخ های از پیش ایجاد شده و مجموعه پیچ، مهره و در صورت نیاز واشر به یکدیگر متصل می شوند.
یکی از مزایای این روش، امکان باز کردن اتصال است. برخلاف بسیاری از اتصالات جوشی، در اتصال پیچ و مهره ای می توان قطعات را برای تعمیر، تعویض یا نگهداری از یکدیگر جدا کرد.
این روش در سازه های فلزی، ماشین آلات، تجهیزات صنعتی و قطعاتی که به مونتاژ و دمونتاژ نیاز دارند کاربرد زیادی دارد.
البته ظرفیت اتصال پیچ و مهره ای به نوع پیچ، گرید فولاد، تعداد پیچ ها، قطر سوراخ و نحوه طراحی اتصال بستگی دارد و نمی توان آن را به طور کلی ضعیف تر از اتصال جوشی دانست. در بسیاری از سازه ها، اتصال پیچ و مهره ای با طراحی صحیح می تواند بارهای قابل توجهی را تحمل کند.
پرچ کردن
اتصال پرچی با استفاده از یک بست فلزی به نام پرچ انجام می شود. پرچ معمولا دارای یک بدنه استوانه ای و یک سر از پیش شکل داده شده است.
برای ایجاد اتصال، پرچ از سوراخ های ایجاد شده در قطعات عبور داده می شود و انتهای دیگر آن با اعمال نیرو تغییر شکل می دهد. در نتیجه، قطعات میان دو سر پرچ مهار می شوند.
پرچ کاری در بسیاری از سازه های قدیمی فولادی و همچنین برخی صنایع مانند هوافضا، تجهیزات حمل و نقل و سازه های ورقی مورد استفاده قرار گرفته است.
از مزایای این روش می توان به عدم نیاز به ذوب فلز پایه و امکان اتصال برخی مواد متفاوت اشاره کرد. با این حال، ایجاد سوراخ روی قطعه باعث کاهش سطح مقطع موثر می شود و طراحی اتصال باید با توجه به نیروهای برشی و کششی انجام شود.
لحیم کاری سخت
لحیم کاری سخت یا Brazing روشی برای اتصال فلزات با استفاده از یک فلز پرکننده است. در این فرآیند، فلز پایه ذوب نمی شود و تنها فلز پرکننده حرارت می بیند و در فضای بین دو قطعه جریان پیدا می کند.
دمای ذوب فلز پرکننده در لحیم کاری سخت معمولا بالاتر از 450 درجه سانتی گراد است، اما همچنان از دمای ذوب فلزات پایه پایین تر باقی می ماند.
یکی از مزایای این روش، امکان اتصال فلزات غیرهمجنس و قطعاتی با شکل های پیچیده است. به دلیل عدم ذوب فلز پایه، تغییر شکل حرارتی قطعه نیز در بسیاری از شرایط کمتر از جوشکاری ذوبی است.
استحکام اتصال به جنس فلز پایه، نوع فیلر، فاصله میان قطعات، تمیزی سطح و کنترل دمای فرآیند بستگی دارد.
لحیم کاری نرم
لحیم کاری نرم یا Soldering نیز با استفاده از یک فلز پرکننده انجام می شود، اما دمای کار آن نسبت به لحیم کاری سخت پایین تر است.
در این روش، فلز پرکننده معمولا در دمای کمتر از 450 درجه سانتی گراد ذوب می شود و بدون ذوب شدن قطعات اصلی، میان آنها جریان پیدا می کند.
لحیم کاری نرم بیشتر در صنایع الکترونیک، بردهای مدار، اتصالات الکتریکی و قطعاتی استفاده می شود که به استحکام مکانیکی بالا نیاز ندارند.
این روش برای اتصالات سازه ای تحت بار معمولا مناسب نیست، اما برای ایجاد اتصال الکتریکی یا آب بندی برخی قطعات کاربرد دارد.
اتصال فلزات با چسب
چسب های صنعتی یکی دیگر از روش های اتصال فلزات هستند. در این روش، اتصال بدون سوراخ کاری، ذوب یا تغییر شکل شدید قطعه ایجاد می شود.
چسب های مورد استفاده برای فلزات می توانند بر پایه اپوکسی، پلی اورتان، آکریلیک یا سایر ترکیبات صنعتی باشند. نوع چسب باید با جنس فلز، شرایط محیطی، دمای کاری و میزان بار وارد شده متناسب باشد.
اتصال چسبی در برخی کاربردها امکان توزیع یکنواخت تر تنش را فراهم می کند و می تواند برای اتصال فلزات به مواد غیرفلزی نیز مناسب باشد.
با این حال، عملکرد آن به آماده سازی مناسب سطح وابسته است و عواملی مانند رطوبت، حرارت، مواد شیمیایی و نوع بار می توانند بر دوام اتصال تاثیر بگذارند.
بنابراین اتصال با چسب لزوما موقت نیست و بعضی چسب های مهندسی برای اتصالات دائمی طراحی می شوند، اما باید متناسب با شرایط واقعی پروژه انتخاب شوند.
جوش نقطه ای
جوش نقطه ای یا Resistance Spot Welding برخلاف روش های قبلی، در واقع یکی از فرآیندهای جوشکاری است و نمی توان آن را اتصال کاملا بدون جوشکاری دانست. با این حال، در این روش از الکترود مصرفی مشابه جوشکاری قوسی استفاده نمی شود.
در جوش نقطه ای، دو ورق فلزی میان دو الکترود معمولا از جنس آلیاژ مس قرار می گیرند. سپس فشار و جریان الکتریکی بالا به محل اتصال اعمال می شود.
مقاومت الکتریکی در نقطه تماس باعث ایجاد حرارت و ذوب موضعی فلز می شود. پس از قطع جریان و سرد شدن ناحیه، یک نقطه جوش میان دو ورق شکل می گیرد.
این روش بیشتر برای ورق های نازک مورد استفاده قرار می گیرد و در صنایع خودروسازی، تولید لوازم خانگی و ساخت قطعات ورقی کاربرد دارد.
پارامترهایی مانند ضخامت ورق، جریان، زمان عبور جریان و فشار الکترودها بر کیفیت نقطه جوش تاثیر می گذارند.
جوش فورج
فرآیندی که در متن اولیه با عنوان فورجینگ معرفی شده بود، در صورت استفاده برای اتصال دو قطعه، در واقع جوش فورج یا Forge Welding نام دارد.
در این روش، سطوح دو قطعه تا دمای مناسب گرم می شوند و سپس با وارد کردن فشار به یکدیگر متصل می شوند. برخلاف جوشکاری ذوبی، معمولا نیازی نیست کل سطح اتصال به حالت مذاب برسد.
حرارت، فشار و آماده سازی سطح نقش مهمی در ایجاد اتصال مناسب دارند.
یکی از نمونه های شناخته شده این روش، اتصال برخی میلگردها با فرآیند جوش فشار گازی است که در آن انتهای میلگردها گرم شده و همزمان تحت فشار قرار می گیرند.
جوش انفجاری
جوش انفجاری یا Explosive Welding نیز برخلاف عنوان کلی مقاله، یکی از فرآیندهای واقعی جوشکاری است، اما مکانیسم آن با روش های ذوبی متداول تفاوت دارد.
این روش بیشتر برای اتصال دو فلز غیرهمجنس استفاده می شود که اتصال آنها با فرآیندهای معمول جوشکاری دشوار است.
در این فرآیند، دو صفحه فلزی با فاصله و آرایش مشخص نسبت به یکدیگر قرار می گیرند و ماده منفجره روی یکی از صفحات قرار داده می شود. انفجار باعث حرکت سریع یکی از صفحات و برخورد آن با صفحه دیگر می شود.
فشار و سرعت بالای برخورد باعث شکل گیری اتصال متالورژیکی میان دو سطح می شود. برخلاف تصور رایج، عامل اصلی اتصال در این فرآیند ذوب ناشی از حرارت انفجار نیست، بلکه برخورد پرسرعت و فشار زیاد در فصل مشترک دو فلز نقش اصلی را دارد.
جوش انفجاری بیشتر در تولید صفحات دو فلزی یا Clad Plates، صنایع شیمیایی، مبدل های حرارتی و تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد.
کدام روش اتصال فلزات مناسب تر است؟
انتخاب روش اتصال به شرایط پروژه بستگی دارد و نمی توان یک روش را برای تمام کاربردها مناسب دانست.
اگر امکان باز کردن اتصال در آینده اهمیت داشته باشد، پیچ و مهره گزینه قابل بررسی است. برای قطعات ورقی و برخی ساختارهای خاص می توان از پرچ استفاده کرد. لحیم کاری برای اتصال قطعات ظریف یا فلزات غیرهمجنس کاربرد دارد و چسب های صنعتی نیز در شرایط مشخص می توانند بدون ایجاد حرارت، اتصال مناسبی ایجاد کنند.
در مقابل، فرآیندهایی مانند جوش نقطه ای، جوش فورج و جوش انفجاری همچنان در گروه فرآیندهای جوشکاری قرار می گیرند، اما برای اجرای آنها از جوشکاری قوسی متداول و الکترود مصرفی استفاده نمی شود.
