در جوشکاری غیرذوبی، قطعات بدون ذوب شدن، در حالت انجماد به هم متصل می‌شوند، که این روش یکی از روش‌های جوشکاری است. این روش از جوشکاری ذوبی با تفاوت بزرگی که دارد، این است که در جوشکاری ذوبی، قطعات پس از ذوب شدن و تلاقی لبه‌ها به هم متصل می‌شوند. اخیراً، جوشکاری غیرذوبی به یکی از موضوعاتی تبدیل شده است که صنعتگران در حال حاضر به آن توجه زیادی می‌کنند. قبل از ورود به جزئیات این نوع جوشکاری، بهتر است ابتدا تعریفی از خود فرآیند جوشکاری ارائه شود.
جوشکاری در واقع یک فرآیند است که در آن دو یا چند قطعه فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند. اما اگر بخواهیم تعریف جوشکاری را به شیوه‌ای علمی‌تر بیان کنیم، اینگونه است: جوشکاری یک فرآیند است که در جریان آن، بین قطعات فلزی یک جاذبه مولکولی ایجاد می‌شود که سبب می‌شود این قطعات به هم متصل شوند.
در واقع، جوشکاری به فرآیندی اشاره دارد که در آن دو یا چند قطعه فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند. حال اگر بخواهیم تعریف جوشکاری را به شیوه‌ای علمی‌تر بیان کنیم، اینگونه می‌شود: جوشکاری فرآیندی است که در طی آن بین قطعات فلزی، یک جاذبه مولکولی ایجاد می‌شود که باعث متصل شدن این قطعات به هم می‌شود.
مطالعه بیشتر: راهنمای جامع معرفی انواع جوشکاری
تفاوت جوشکاری ذوبی و غیرذوبی
تفاوت ابتدایی بین این دو روش در این است که در جوشکاری غیرذوبی، بدون لزوم تبدیل مواد به حالت مایع، قطعات در وضعیت اولیه و جامد خود جوشکاری می‌شوند و به یکدیگر متصل می‌شوند. اما در جوشکاری ذوبی، قطعات در طول فرآیند جوشکاری به حالت مایع درآمده و از طریق قسمت‌های ذوب شده به یکدیگر متصل می‌شوند.
در جوشکاری‌های غیرذوبی، به دلیل عدم اعمال حرارت و عدم استفاده از هیچ گونه ماده پرکننده‌ای، قطعات می‌توانند خواص اولیه خود را حفظ کنند و باعث آسیب به ساختار اصلی فلز نمی‌شوند. از طرفی، یکی از معایب بزرگ جوشکاری ذوبی، حضور عنصر هیدروژن در آن است. اکثر مهندسان سازه اعتقاد دارند که در فرآیند جوشکاری ذوبی، حضور عنصر هیدروژن می‌تواند منجر به شکستگی شود؛ اما در جوشکاری غیرذوبی، هیدروژن حضور ندارد؛ بنابراین، با توجه به این تفاوت، احتمال وقوع شکستگی در این روش کمتر است.
انواع جوشکاری غیرذوبی (Solid State Welding)
در این نوع جوشکاری، که از نامش پیداست، فرآیند اتصال دو قطعه بدون تشکیل حوضچه مذاب صورت می‌گیرد. این فرآیند می‌تواند با یا بدون استفاده از حرارت صورت گیرد.
در جوشکاری ذوبی، لبه دو قطعه پس از ذوب شدن و تشکیل مذاب به یکدیگر متصل می‌شوند، در حالی که در روش جوشکاری غیرذوبی، هیچگونه مذابی تولید نمی‌شود و فرآیند جوشکاری بدون نیاز به ذوب کردن فلز پایه انجام می‌شود.
به همین دلیل، در پایان فرآیند، مشاهده خواهیم کرد که هیچ ناخالصی اضافی به قطعات مورد نظر اضافه نمی‌شود و فلزی که قصد جوشکاری را بر روی آن داریم، خواص اولیه خود را حفظ می‌کند. از سوی دیگر، نباید فراموش کرد که در روش جوشکاری ذوبی، حرارت بالا باعث کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی در نقاط جوش می‌شود. این در مقابل جوشکاری غیرذوبی که در آن میزان حرارت به طور قابل توجهی کمتر است، مشکلات گفته شده کمتر دیده می‌شود.
اکنون که تا حدی مفهوم جوشکاری حالت جامد روشن شد، زمان آن رسیده تا با انواع جوشکاری غیرذوبی آشنا شویم. به طور کلی، دو نوع اصلی از جوشکاری حالت جامد وجود دارد؛ در یکی از آنها از فشار استفاده می‌شود و در دیگری فشار مورد نیاز نیست، و در هر دو روش، مشاهده حوضچه مذاب یا بخش‌های مشابه دیگر امکان پذیر نخواهد بود.
پیشرفت تکنولوژی منجر به تکامل چشمگیر روش‌های استفاده شده در جوشکاری حالت جامد شده است، به گونه‌ای که با گذر زمان، این روش‌ها بهبود یافته و پیشرفت‌های بسیاری را تجربه کرده‌اند.
روش‌های مورد استفاده برای جوشکاری حالت جامد شامل:
با استفاده از امواج صوتی
- آهنگری
- فشاری
- اصطکاکی
- مقاومتی
- انفجاری
در ادامه، هر یک از این موارد را به طور جداگانه بررسی و شرح می‌دهیم تا با آن ها بیشتر آشنا شوید.
1-جوشکاری غیرذوبی با امواج فراصوتی (Ultrasonic welding)
این نوع از جوشکاری با استفاده از امواج مافوق صوت یا همان التراسونیک انجام می‌شود. زمانی که انرژی صوتی با فرکانس بالا در حدود ۲۰ تا ۴۰ کیلوهرتز به فلز مورد نظر ما انتقال می‌یابد، منطقه جوش نرم یا ذوب می‌شود.
به هر حال، باید به یاد داشته باشید که شما باید دو قطعه را تحت فشار بر روی هم نگه دارید. اگر انتخاب فرکانس صوتی، با توجه به طراحی منطقه جوش، شکل و ابعاد مختلف قطعات و سایر عوامل صورت گیرد، این عمل با بهترین کیفیت انجام می‌شود.
2-جوشکاری غیرذوبی آهنگری (Forge Welding)
می‌توان گفت که این روش به عنوان قدیمی‌ترین فرایند جوشکاری بین فلزات شناخته می‌شود. روند این نوع جوشکاری به شکل بسیار ساده است؛ دو قطعه را تا حدی که سرخ شوند گرم می‌کنند، و در مرحله بعدی با استفاده از پتک یا ابزارهای دیگر، آنها را به هم می‌کوبند تا دو قطعه با یکدیگر ترکیب یا متصل شوند.
این روش جوشکاری، از نظر تاریخی، دارای ارزش بسیار بالاست و امروزه نیز از لحاظ عملی بسیار پرکاربرد است. برای انجام صحیح این نوع جوشکاری، لازم است تا تجهیزات مناسبی را برای گرم کردن قطعات فلزی تا زمانی که سرخ شوند، در اختیار داشته باشیم. استفاده از کوره‌های قدیمی یا سایر انواع کوره‌های مدرن می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای انجام این کار باشد.
بعد از گرم شدن فلزات، آنها را باید بر روی یکدیگر قرار داده و حتماً زیر آنها باید یک سطح بسیار سخت و مقاوم قرار گیرد. در این مرحله، استفاده از سندان آهنگری به عنوان بهترین گزینه ممکن خواهد بود.
3-جوشکاری غیرذوبی فشاری یا نفوذی (Diffusion Welding)
این نوع جوشکاری، که به نام جوشکاری فشاری سرد هم شناخته می‌شود، دارای یک سابقه طولانی است و یکی از روش‌های اصلی برای انجام جوشکاری حالت جامد است. یکی از انواع معروف این نوع جوشکاری، با نام جوشکاری غلتکی سرد شناخته می‌شود که سرعت بالای آن یکی از مزایای اصلی این روش است. در این روش، اتم به اتم بین دو قطعه جوش داده می‌شود و پارامترهای مختلفی که نتیجه نهایی را تعیین می‌کنند شامل موارد زیر می‌شوند:
- فشار عمودی که بر روی نقطه مورد نظر برای انجام جوشکاری اعمال می‌شود.
- میزان انبساط سطحی فلزاتی که ما قصد داریم آنها را جوشکاری کنیم.
البته نباید فراموش کرد که استفاده از این روش ممکن است باعث ایجاد تنش‌های زیادی در محل جوشکاری شود که منجر به کاهش کیفیت فیزیکی قطعات می‌شود. از همین رو بعد از اتمام جوشکاری فشاری، باید به عملیات حرارتی مناسبی پرداخته شود. همچنین، باید در نظر داشت که دو پارامتر فشار عمودی و درصد انبساط سطحی بر روی استحکام نهایی جوش تأثیر قابل توجهی دارند.
4- جوشکاری غیرذوبی مقاومتی (Resistance Welding)
در جوشکاری حالت جامد مقاومتی، برای اتصال دو ورق به یکدیگر، از فشار و حرارتی که توسط جریان الکتریکی تولید می‌شود، استفاده می‌شود. این نوع جوشکاری انواع متنوعی از جمله جوشکاری مقاومتی درزجوش، مقاومتی زائده ای، سرباره ای و نقطه ای را شامل می‌شود.
5- جوشکاری غیرذوبی انفجاری (Explosive Welding)
به طور کلی، در جوشکاری انفجاری، اتصال بین دو ورق فلزی با ایجاد یک انفجار ایجاد می‌شود. این نوع جوشکاری به دلیل نیاز به ایجاد انفجار، در صنایع بسیار کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
6- جوشکاری غیرذوبی اصطکاکی (Friction Welding)
این روش جوشکاری بر اساس تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی بنا شده است. برای انجام این نوع جوشکاری، دو قطعه مورد نظر را باید در معرض حرکت دورانی سریع قرار داد تا ایجاد اصطکاک بین آنها منجر به تولید گرما شود.
بعد از تولید مقدار کافی گرما، لبه‌های مورد نظر که برای اتصال مورد نیاز است، به وضعیتی پلاستیسیته می‌رسند. در مرحله نهایی، فشار نهایی بر روی دو قطعه اعمال می‌شود تا آنها به طور کامل در یکدیگر فرو بروند و اتصال بین آنها برقرار شود.
کاربرد جوشکاری غیرذوبی
مزیت‌های فراوان موجود در روش جوشکاری غیرذوبی باعث شده است که این روش بسیار مورد توجه قرار گیرد و کاربردهای متعددی داشته باشد. در اینجا، به بررسی برخی از این کاربردها می‌پردازیم.
- استفاده از جوشکاری به روش اصطکاک لحظه‌ای در تولید سوپاپ‌های موتور، تولید شافت‌های محرک، محور فرمان و میل‌های کمکی فنر از جمله کاربردهای این روش می‌باشد.
- جوشکاری غیرذوبی به روش اصطکاکی مداوم، یکی از کاربردهای این روش است که تغییرات پارامترهای عملیاتی آن بسیار گسترده است؛ به همین دلیل، در اتصال قطعات بسیار کوچک یا قطعات بسیار بزرگ کاربرد دارد.جوشکاری حالت جامد، همچنین به دلیل سرعت بالای تولید در جوشکاری مداوم و پشت سرهم ورقه‌های فلزی، از روش فشاری استفاده می‌کند.
- جوشکاری حالت جامد به روش نفوذی در جوش قطعات تیتانیوم و در صنایع هوا فضا استفاده می‌شود.
- جوشکاری حالت جامد به روش انفجاری در متصل کردن مواد غیر هم‌جنس استفاده می‌شود
- جوشکاری حالت جامد به روش آهنگری در ساخت و تولید لوله‌ها و فلزات رو‌کشی کاربرد دارد.
مزایای جوشکاری غیرذوبی
جوشکاری حالت جامد در شرایط مختلف می‌تواند مزایای زیادی را در اختیار ما بگذارد، که در ادامه مهمترین آنها را با هم مورد بررسی قرار خواهیم داد. از جمله این مزایا، می‌توان به عدم وجود عنصر هیدروژن در محل اتصال جوشکاری حالت جامد اشاره کرد که باعث می‌شود تا شاهد کاهش عواملی که باعث شکستگی می‌شوند، باشیم.
میزان تغییرات فیزیکی در نقطه اتصال برای انجام جوشکاری حالت جامد بسیار پایین‌تر است، در حالی که روش‌های نوین جوشکاری حالت جامد معمولاً توسط دستگاه‌ها و به صورت اتوماتیک انجام می شود در نتیجه این روش‌ها، کاهش نیاز به نیروی انسانی اتفاق می‌افتد.
هزینه انجام این جوشکاری‌ها نسبت به روش‌های سنتی کمتر است و این امکان وجود دارد که برای تولید قطعات به تعداد بالا از آن استفاده شود. این روش جوشکاری بدون وجود ماده مذابی انجام می‌شود، بنابراین معایب جوشکاری ذوبی در آن مشاهده نمی‌شود. علاوه بر این، این روش امکان اتصال فلزات غیرمشابه را نیز فراهم می‌کند.
میزان ترک‌های موجود در سطح بعد از اتمام روند جوشکاری گسترش نمی‌یابد. استفاده از نیروی انسانی در این روش جوشکاری به حداقل می‌رسد، که منجر به کاهش احتمال بروز خطاهای گوناگون می‌شود.
معایب جوشکاری غیرذوبی
پس از آشنایی با انواع جوشکاری حالت جامد و مزایای آن، حالا نوبت به بررسی معایب این روش می‌رسد که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد.
انجام روند جوشکاری ممکن است نیاز به استفاده از تجهیزات گران‌قیمت داشته باشد که این موضوع می‌تواند یکی از نقاط ضعف این فرآیند باشد. همچنین، قبل از جوشکاری، سطح مورد نظر نیاز به پاکسازی دارد که شامل برس‌کشی، اکسیدزدایی و چربی‌زدایی می‌شود.
با وجود این معایب اندک، جوشکاری حالت جامد به عنوان یک روش مناسب شناخته می‌شود که هنوز هم برای ما به صرفه و مفید است. در این مقاله، توضیحات کاملی درباره جوشکاری حالت جامد ارائه دادیم و انواع مختلف آن را نیز بررسی کردیم.
