در صنعت جوشکاری، اتصال قطعات فلزی یک نیاز اساسی محسوب می شود. دو روش اصلی برای انجام این کار، جوشکاری و لحیم کاری سخت و نرم هستند. اگر چه هدف هر دو روش، ایجاد یک اتصال محکم و پایدار است، اما تفاوت جوشکاری با لحیم کاری سخت و نرم از نظر دما، استحکام، روش اجرا، کاربرد ها و مواد مورد استفاده میان آن ها وجود دارد. انتخاب روش مناسب برای اتصال فلزات به عوامل مختلفی مانند نوع قطعه، شرایط محیطی و میزان تحمل بار بستگی دارد.
از جوشکاری معمولاً برای اتصالاتی استفاده می شود که به استحکام بالا نیاز دارند، در حالی که لحیم کاری سخت و نرم بیشتر برای کاربرد های ظریف تر، مانند الکترونیک، لوله کشی و صنایع حساس مورد استفاده قرار می گیرند. لحیم کاری سخت گزینه ای مناسب برای اتصال فلزات غیر همجنس با استحکام متوسط و مقاومت در برابر حرارت بالا است، در حالی که لحیم کاری نرم به دلیل دمای پایین و اجرای آسان، در اتصالات الکترونیکی و قطعات کوچک کاربرد دارد.
جوشکاری چیست؟
جوشکاری فرآیندی است که در آن دو قطعه فلز با ذوب شدن به یکدیگر متصل می‌شوند. گاهی اوقات از یک ماده پر کننده و گازهای مرتبط نیز برای افزایش استحکام اتصال استفاده می شود. این فرآیند در دما های بسیار بالا انجام می شود و منجر به ایجاد یک اتصال دائمی و بسیار قوی می شود. انواع مختلفی از جوشکاری وجود دارد که هر کدام برای کاربرد های خاصی مناسب هستند
لحیم کاری چگونه کار می‌کند؟
لحیم کاری فرآیندی است که در آن با ذوب شدن ماده پرکننده یا سیم لحیم با دمای ذوب کمتر، اتصال بین دو فلز پایه تشکیل می‌شود. در لحیم کاری فلز پایه ذوب نمی‌شود و ماده پرکننده به دلیل خاصیت مویینگی و چسبندگی باعث استحکام این اتصال می‌شود. اتصالات در لحیم کاری نیمه دائم است، یعنی با حرارت دادن برگشت پذیر است به طوری که آسیبی به قطعه کار نمی‌زند.
عمل لحیم بر حسب نوع ساده یا صنعتی بودن آن، با استفاده از ابزار ساده‌ای به نام هویه، ایستگاه لحیم و یا مشعل انجام می‌شود.به طور کلی لحیم کاری به دسته لحیم نرم و سخت تقسیم می‌شود.
لحیم کاری نرم (Soldering):
در این روش، از سیم لحیم با نقطه ذوب پایین (نهایتا تا 450 درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود و ذوب آن به وسیله انواع هویه ساده یا کارگاهی انجام می‌شود. لحیم کاری نرم یکی از محبوب ترین روش های پرکاربرد برای اتصالات قطعات دیجیتال، برد‌های الکترونیکی و اتصال قطعات کوچک محسوب می‌شود.
لحیم کاری سخت (Brazing):
در این روش، از سیم لحیم با نقطه ذوب بالاتر (معمولاً بین 450 تا 900 درجه سانتیگراد) و برای ذوب آن از مشعل استفاده می‌شود. لحیم کاری سخت اتصالات محکم‌تری نسبت به لحیم کاری نرم ایجاد می‌کند و برای اتصال قطعات بزرگتر و غیر همجنس بسیار مناسب است.
نحوه عملکرد لحیم‌کاری سخت
در لحیم‌کاری، دو یا چند ماده با ذوب کردن یک فلز پرکننده در درزهای مواد پایه برای ایجاد پیوندهای قوی به یکدیگر متصل می‌شوند. لحیم کاری مواد پایه را ذوب نمی‌کند تا به هم جوش بخورند؛ بنابراین، دمای لحیم‌کاری باید پایین‌تر از نقطه ذوب فلزات پایه مورداستفاده باشد. تکنیک لحیم‌کاری با ایجاد یک پیوند متالورژیکی بین سطح فلزات متصل شده و فلز پرکننده کار می‌کند. این فرایند نیاز به فاصله درزی کوچک دارد تا فلز پرکننده مذاب را از طریق عمل مویینگی به داخل درز بکشد زمانی که فلزات به دمایی بالاتر از 840 درجه فارنهایت (450 درجه سانتیگراد) برسند.
در طول لحیم‌کاری، حرارت به فلزات پایه‌ای که به هم متصل خواهند شد اعمال می‌شود. سپس فلز پرکننده با فلزات پایه گرم شده تماس پیدا می‌کند تا بلافاصله آن را ذوب کند. فلز پرکننده مذاب به طور کامل توسط عمل مویینگی به داخل فاصله درز کوچک کشیده می‌شود تا یک درز لحیم‌کاری تشکیل دهد. انواع مختلف لحیم‌کاری شامل مشعل، کوره، القایی و مقاومتی است.
مزایای لحیم‌کاری سخت
لحیم‌کاری سخت، یک روش اتصال فلزات است که به دلیل مزایای متعدد خود، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای یافته است. از جمله مزایای مهم این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• مصرف انرژی پایین: به دلیل دمای پردازش پایین‌تر نسبت به جوشکاری، لحیم‌کاری سخت انرژی کمتری مصرف می‌کند و در نتیجه هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهد.
• اتصال فلزات مختلف: این روش قادر است فلزات مختلف را با استفاده از شار یا آلیاژهای روکش‌دار شار به هم متصل کند که این قابلیت در بسیاری از کاربردها مفید است.
• اتصالات قوی: در مقایسه با لحیم‌کاری نرم، لحیم‌کاری سخت اتصالات قوی‌تری تولید می‌کند و می‌تواند در شرایط سخت‌گیرانه نیز مورداستفاده قرار گیرد.
• ظاهر زیبا: لحیم‌کاری سخت اتصالاتی صاف و بدون ناهمواری تولید می‌کند که این ویژگی در مواردی که ظاهر محصول اهمیت دارد، بسیار ارزشمند است.
• تنش و اعوجاج حرارتی کم: به دلیل دمای پردازش پایین، لحیم‌کاری سخت اتصالاتی با تنش باقیمانده و اعوجاج حرارتی حداقل تولید می‌کند که این امر در برخی کاربردها، مانند قطعات حساس به تنش، بسیار مهم است.
• عدم نیاز به عملیات حرارتی پس از پردازش: لحیم‌کاری سخت نیازی به عملیات حرارتی پس از پردازش ندارد که این امر باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.
• حفظ خواص فیزیکی فلز پایه: در این روش، فلزات پایه ذوب نمی‌شوند و بیشتر خواص فیزیکی خود را حفظ می‌کنند.
• یادگیری آسان: لحیم‌کاری سخت به نسبت جوشکاری، یادگیری آسان‌تری دارد.
معایب لحیم‌کاری سخت
معایب لحیم‌کاری سخت عبارت‌اند از:
• استحکام اتصالات لحیم‌کاری نسبت به اتصالات جوشکاری کمتر است.
• اتصالات لحیم‌کاری برای کاربردهای با دمای بالا مناسب نیستند، درحالی‌که اتصالات جوشکاری برای این منظور مناسب هستند.
• شارهای مورداستفاده در لحیم‌کاری ممکن است حاوی اجزای سمی باشند.
کاربردهای لحیم‌کاری سخت
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد لحیم‌کاری نوعی روش اتصال متداول محسوب می‌شود و در صنایعی همچون خودرو، الکترونیک، ساخت‌وساز، انرژی خورشیدی، جواهرات و… کاربرد دارد.
همچنین این روش به دلیل مزایایی همچون مقاومت بالا، قابلیت انعطاف‌پذیری و زیبایی‌شناسی، به طور گسترده مورداستفاده قرار می‌گیرد.
نحوه عملکرد لحیم‌کاری نرم
لحیم‌کاری نرم فرایندی است که در آن فلزات با ذوب کردن یک فلز پرکننده در محل اتصال مواد پایه، به یکدیگر متصل می‌شوند. این عمل در دمایی کمتر از 840 درجه فارنهایت صورت می گیرد که به مراتب پایین تر از دمای جوشکاری و لحیم کاری سخت است. روش لحیم کاری ممکن است یا ممکن است برای تشکیل اتصال به عمل مویینگی نیاز نداشته باشد و می تواند برای اتصال فلزات مختلف از جمله طلا، برنج و مس استفاده شود.
لحیم‌کاری به دو نوع سخت و نرم تقسیم می‌شود. مانند لحیم‌کاری سخت، لحیم‌کاری نرم نیز از شار برای بهبود و تقویت خواص مکانیکی فلز استفاده می‌کند. اگرچه لحیم‌کاری ممکن است شبیه جوشکاری به نظر برسد، اما در کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شود. لحیم‌کاری نرم معمولاً در لوله‌ها و قرقره‌ها موجود است و اغلب در دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌رود تا به قطعات اجازه دهد از نظر الکترونیکی متصل شوند. در مقایسه با جوشکاری و لحیم‌کاری سخت، اتصال لحیم‌کاری نرم ضعیف‌تر است؛ اما به قطعات متصل شده اجازه می‌دهد جریان الکتریکی را هدایت کنند.
مزایای لحیم‌کاری نرم
• این روش قادر به اتصال فلزات مختلف با ضخامت‌های متفاوت است.
• ازآنجایی‌که لحیم‌کاری نرم شامل حرارت بالا نمی‌شود، احتمال آسیب رساندن به مواد پایه کمتر است.
• تراز مجدد در لحیم‌کاری نرم آسان است.
معایب لحیم‌کاری نرم
• مقاومت کم در برابر بار: اتصالات لحیم‌کاری در مقایسه با جوشکاری و لحیم‌کاری سخت، مقاومت کمتری دارند و بنابراین برای کاربردهای تحمل بار مناسب نیستند.
• نامناسب برای دمای بالا: اتصالات لحیم‌کاری برای کاربردهای با دمای بالا مناسب نیستند، زیرا لحیم‌کاری در دمای نسبتاً پایین انجام می‌شود.
• محدودیت در اندازه قطعات: این روش برای اتصال قطعات بزرگ مناسب نیست.
کاربردهای لحیم‌کاری نرم
روش لحیم‌کاری نرم برای اتصال قطعات فلزی در صنایع مختلف، از جمله گرمایش، الکترونیک، تهویه‌مطبوع، سیستم‌های اعلام حریق، رادیاتورها، شیشه‌های رنگی، جواهرات، خودروها و لوله‌کشی، به کار گرفته می‌شود
تفاوت جوشکاری و لحیم کاری در چیست؟
بعد از تعریف هر فرآیند در قسمت بالا، متوجه چند شباهت این دو عمل شدیم. باید گفت که پارامترهایی از جمله ضخامت و جنس قطعات، عملکرد هر فرآیند، دمای حرارت ایجاد شده و... باعث تفاوت‌هایی بین جوشکاری و لحیم کاری می‌شود.
میزان دما و حرارت
یکی از مهمترین موارد در تفاوت جوشکاری و لحیم کاری، دمای تولیدی و مورد نیاز در هر کدام است. حرارت مورد نیاز برای ایجاد اتصال جوش بسیار بالا و بیشتر از 900 درجه سانتی گراد است؛ اما برای لحیم کاری نرم این عدد حداکثر به 450 درجه سانتی گراد می‌رسد و در لحیم کاری سخت هم دمای مورد نیاز بیشتر از 450 درجه تا حداکثر 900 درجه سانتی گراد است.
از طرفی، منبع گرما و حرارت در هر فرآیند متفاوت است که باعث تفاوت در حرارت تولیدی می‌شود. دمای تولیدی در جوشکاری بالای 3000 درجه سانتیگراد است که با توجه به روش جوش و دستگاه و تجهیزات مورد استفاده، توسط قوس الکتریکی، مشعل گاز یا تورچ، پلاسما، پرتو لیزر یا الکترون و... تولید می‌شود. در مقابل، دمای تولیدی در لحیم کاری سخت حدود 1400 تا کمتر از 3000 درجه سانتی گراد است که توسط مشعل گاز تولید می‌شود؛ در لحیم کاری نرم نیز دمای تولیدی به کمتر از 1400 درجه سانتی گراد می‌رسد که توسط هویه تولید می‌شود
استحکام اتصال و کاربرد
استحکام اتصال در جوشکاری بالاتر از لحیم کاری است و توانایی تحمل بارهای سنگین را دارد. این استحکام بالا به دلیل عمق نفوذ بالای جوش و جوش خوردن لبه‌های قطعات به‌هم است. از طرفی، در لحیم کاری عمق نفوذ بسیار کمتر است و صرفا یک اتصال به دلیل خاصیت مویینگی و چسبندگی ماده پرکننده شکل می‌گیرد و به همین دلیل تحمل بار در لحیم کاری بسیار کمتر است.
نحوه تشکیل اتصال
در جوشکاری، با ذوب کردن لبه دو فلز پایه و یا همچنین اضافه کردن ماده پرکننده اتصال تشکیل می‌شود. این فرآیند منجر به تغییر در خواص مکانیکی قطعه در ناحیه جوش و یا تغییر شکل یا اعوجاج قطعه می‌شود. در مقابل و در لحیم کاری، فلز پایه ذوب نمی‌شود و فقط با ذوب شدن ماده پر کننده و سرد شدن بین شیار دو قطعه، اتصال تشکیل می‌شود. برای همین، به دلیل اینکه فشار و حرارت به قطعه کار وارد نمی‌شود، در معرض تغییر خواص مکانیکی و شکل قرار نمی‌گیرد
جوشکاری یا لحیم کاری؟
انتخاب بین جوشکاری و لحیم کاری به نوع پروژه، ضخامت و جنس مواد، استحکام مورد نیاز و مهارت کاربر بستگی دارد. جوشکاری برای ایجاد اتصالات بسیار محکم در قطعات ضخیم و همجنس مناسب است، در حالی که لحیم کاری فرایندی ساده‌تر با حرارت پایین‌تر است که برای اتصال قطعات نازک‌تر و کاربردهای الکترونیکی یا لوله‌های با قطر کم و تحت فشار کم ایده‌آل است.
در پایان
جوشکاری فرآیندی است که در آن دو قطعه فلز با ذوب شدن به یکدیگر متصل می‌شوند. گاهی اوقات از یک ماده پر کننده و گازهای مرتبط نیز برای افزایش استحکام اتصال استفاده می شود. این فرآیند در دما های بسیار بالا انجام می شود و منجر به ایجاد یک اتصال دائمی و بسیار قوی می شود. انواع مختلفی از جوشکاری وجود دارد که هر کدام برای کاربرد های خاصی مناسب هستند
لحیم کاری فرآیندی است که در آن با ذوب شدن ماده پرکننده یا سیم لحیم با دمای ذوب کمتر، اتصال بین دو فلز پایه تشکیل می‌شود. در لحیم کاری فلز پایه ذوب نمی‌شود و ماده پرکننده به دلیل خاصیت مویینگی و چسبندگی باعث استحکام این اتصال می‌شود. اتصالات در لحیم کاری نیمه دائم است، یعنی با حرارت دادن برگشت پذیر است به طوری که آسیبی به قطعه کار نمی‌زند.