لحیمکاری سخت

لحیم کاری سخت با شعله

لحیمکاری سخت فرایندی است که از لحاظ اقتصادی بسیار جذاب است و بدون تغییر خواص فلز پایهT اتصالی بسیار مستحکم بین دو فلز ایجاد میکند. فرایندهای مختلف لحیم کاری سخت برای بسیاری از کاربردها و نیازهای صنعتی مناسب هستند.

فرایند لحیم کاری سخت

فرایند لحیم کاری سخت سه معیار بسیار مهم و اساسی دارد. اجزای ترکیب بایستی بدون ذوب فلزات پایه متصل شوند. دمای ذوب لحیم باید بیشتر از 450 درجه باشد. لحیم مورد استفاده حتما باید سطوح دو فلز پایه را تر کند و به وسیله فرایند مویینگی در محل اتصال پخش شود. به منظور اینکه کیفیت لحیم ایجاد شده بالا باشد، سطوح اتصال باید تا حد ممکن تمیز باشند. محافظت از سطوح اتصال به وسیله فلاکس یا اتمسفر گاز محافظ انجام می شود. محافظت از سطح، موجب جلوگیری از اکسیداسیون بیش از حد یا تغییرات سطحی دیگر حین فرایند گرمایش برای اتصال می شود. گرمای ایجاد شده باید حرارت مناسب را ایجاد کند و توزیع حرارت همگن نیز داشته باشد.

اعمال فلاکس روی قطعه

جوشکاری لحیم یا جوش برنز یا برنج جوش که با اسامی دیگر نیز شناخته می شود، نوع دیگری از فرایند لحیم کاری سخت است. در این فرایند، فلز لحیم به شکل میله یا الکترود وارد شیار یا گوشه اتصال می شود. در این فرایند، اثر مویینگی تاثیر ندارد و ممکن است بخشی از فلز پایه نیز ذوب بشود.

 کاربرد لحیم کاری سخت

بیشترین کاربرد لحیم کاری سخت در اتصال فلزات پایه ناهمجنس است، در اتصال این فلزات هدف این است که اتصالی تشکیل شود که از خواص هر دو فلز بهره ببرد. در ضمن لحیمکاری سخت گزینه ای اقتصادی برای جایگزینی فرایندهای جوشکاری پرهزینه است. لحیمکاری سخت قابلیت اتصال همزمان تعداد بسیار زیادی قطعه را دارد.

لحیم کاری سخت القایی

این فرایند قابلیت اتصال فلزات پوشش دار، بدون تخریب پوشش، اتصال آلیاژهای بسیار ناهمجنس، اتصال فلز به نافلز و ایجاد جوشهایی با دقت ابعادی بسیار بالا را دارد. اتصالات ایجاد شده با لحیمکاری سخت نیاز به پرداخت زیادی بعد از اتصال ندارند.

معایب لحیم کاری سخت

در فرایند لحیم کاری سخت به دلیل وجود مذاب در اتصال و اندرکنش های مذاب و جامد در دمای بالا، احتمال تخریب سطح جامد وجود دارد. فرسایش سطح جامد، به خصوص در ترکیباتی که دارای فلز پایه بسیار نازک هستند، مشکل مهمی به شمار می رود. همچنین ممکن است قطعات لحیم سخت شده ، حین اتصال یا حین سرویس ترکیبات ترد بین فلزی تشکیل دهند که اتصال را تخریب می کند.

لحیم کاری سخت القایی

در مواردی که نقطه ذوب لحیم و فلز پایه نزدیک است، کنترل گرما در فرایندهایی که گرما از طریق ابزار دستی مانند مشعل منتقل می شود، از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین در اغلب موارد، آلیاژ لحیم ، ضعیف ترین بخش ترکیب از نظر استحکام است و استحکام مواد توسط آلیاژ لحیم محدود می شود. ممکن است اتصالات لحیم کاری شده تحت خوردگی گالوانیک نیز قرار گیرند.

مکانیسم لحیم کاری سخت

جریان مویینگی مهمترین خاصیت فیزیکی است که روی منطقه اتصال تاثیر میگذارد. جریان مویینگی در شیار اتصال نتیجه کشش سطحی بین فلز پایه و لحیم است که به وسیله زاویه تماس دو ماده تعیین می شود. زاویه تماس مناسب بین سطوح تمیز و لحیم بیشتر می شود و با تر شدن سطح فلز پایه توسط لحیم، فرایند لحیمکاری سخت و جریان مویینگی آغاز می شود. ادامه جریان لحیم به دینامیک سیالیت، ویسکوزیته، فشار بخار، نیروی جاذبه و به اندرکنش های متالورژیکی بین لحیم و فلز پایه بستگی دارد.

قطعه بعد از پایان لحیم کاری غوطه وری

در فرایندهای معمول لحیمکاری سخت ، ابتدا دو سطح اتصال از چربی و دیگر آلاینده های سطح به علاوه اکسیدها پاک می شود. روی سطح تمیز شده، فلاکس اعمال می شود تا اکسیدهای موجود را حل کند و از ادامه اکسیداسیون جلوگیری کند. ادامه گرمایش موجب خروج فلاکس از منطقه اتصال و ورود لحیم به درز اتصال می شود. بعد از اتمام سرمایش ترکیب، فلاکس جامد روی سطح فلز دیده می شود. بخشی از فلاکس نیز ممکن است در درز اتصال گیر بیفتد. درز اتصال ایجاد شده بین 0.025 تا 0.25 میلیمتر پهنا دارد، بنابراین سیالیت لحیم از اهمیت بالایی برخوردار است. فلاکسی با ویسکوزیته بالا حتی با وجود اثر مویینگی نیز در درز اتصال جریان نخواهد یافت.

انواع لحیم کاری سخت

همانطور که پیشتر نیز گفته شد، لحیم کاری سخت بر اساس سیستم انتقال گرما به ناحیه اتصال، به چند مکانیسم مختلف دسته بندی می شود. لحیم کاری سخت با مشعل، لحیم کاری سخت در کوره، سیستم های القایی و مقاومتی و غوطه وری از پرکاربردترین سیستم های لحیم کاری سخت هستند. سیستم های دیگری نیز مانند لحیم کاری سخت مادون قرمز، اگزوترمیک و قوس کربنی استفاده می شوند که کاربرد بسیار محدودی دارند.

لحیم کاری سخت با شعله

ساده ترین فرایند لحیم کاری سخت ، لحیمکاری با شعله است که درآ ن، اعمال گرما به صورت دستی و به وسیله شعله ای با گاز شهری یا گاز طبیعی انجام میشود. لحیمکاری سخت با شعله سرعت تولید بسیار پایینی دارد، اما فرایندی بسیار اقتصادی است. لحیم کاری سخت با شعله فرایندی است که نیاز به مهارت بالایی نیز دارد تا گرما به همه بخش های درز اتصال به صورت همگن منتقل شود.

لحیم کاری سخت در کوره

فرایند لحیم کاری سخت در کوره قابلیت ایجاد اتصال، در اتمسفر کنترل شده، بدون نیاز به فلاکس را دارد. فولادهای کربنی، فولادهای زنگ نزن و سوپر آلیاژها اغلب در اتمسفر گازهای هیدروژن خشک، آمونیا، آرگون یا خلا اتصال داده می شوند. کوره های خلا برای اتصال زیرکونیوم، تیتانیوم، فلزات دیرگداز و آلومینیوم نیز مناسب هستند. ماده لحیم به شکل های مختلف مثل سیم، فویل، پودر، چسب یا نوار روی منطقه اتصال اعمال شده و ترکیب به درون کوره می رود.

لحیم کاری در کوره

زمان نگه داری قطعه در کوره از اهمیت بالایی برخوردار است و به اندرکنش لحیم و فلز پایه بستگی دارد. در بعضی موارد افزایش زمان لحیم کاری سخت ، موجب واکنش های مضر بین دو ماده می شود و در مواردی دیگر ممکن است منجر به تقویت استحکام اتصال بشود. کوره های فرایند لحیم کاری سخت در صنایع بزرگ به صورت های بچ یا مداوم ساخته می شوند و کوره های مداوم دارای نوار نقاله هستند که موادر را از درون کوره عبور میدهد.

لحیم کاری سخت القایی

گرما در لحیم کاری القایی از طریق القای جریان الکتریکی در قطعات تحت فرایند لحیم کاری ایجاد می شود. از لحیم کاری القایی زمانی استفاده می شود که نیاز به گرمایشی با سرعت بسیار زیاد وجود دارد. زمان فرایند در لحیم کاری القایی  از چند ثانیه تا چند دقیقه است. می توان این فرایند را در محفظه ای تحت اتمسفر محافظت شده نیز انجام داد.

لحیم کاری سخت مقاومتی

مکانیسم لحیمکاری مقاومتی تا حد زیادی شبیه لحیمکاری القایی است از این رو که در هر دو فرایند ایجاد گرما از طریق جریان و مقاومت ماده در برابر هدایت جریان ایجاد می شود. در این فرایند همانند جوشکاری نقطه ای ، دو الکترود خنک شونده با آب جریان را به قطعه منتقل می کنند. قطعه در این حالت بین دو الکترود نگه داشته می شود. فلاکسی که در این حالت استفاده می شود بایستی هادی جریان باشد در غیر این صورت فرایند با اختلال مواجه می شود.

لحیم کاری غوطه وری

لحیم کاری سخت به روش غوطه وری

در فرایند لحیمکاری غوطه وری گرمای لازم برای فرایند از یک حمام ماده شیمیایی یا فلز مذاب تامین می شود. در حالت اول، حمام مذاب نقش فلاکس و در حالت دوم حمام مذاب نقش لحیم را ایفا می کند. این روش لحیم کاری بیشتر در فرایند لحیمکاری نرم در وان قلع استفاده می شود و به دلیل دمای بالای لحیمکاری سخت جزو فرایندهای پرکاربرد در این زمینه نیست.

انواع فلز لحیم سخت

ماده مورد استفاده به عنوان لحیم در فرایند لحیم کاری سخت باید چند خاصیت بسیار مهم داشته باشد. دمای ذوب و سیالیت مناسب طبق اصولی که پیشتر گفته شد. پایداری متالورژیکی به طوری که در دمای ذوب دچار جدایش نشود. قابلیت ترکنندگی مناسب سطح فلز پایه و عدم تشکیل ترکیبات بین فلزی مضر با فلز پایه. برای مثال ترکیب یوتکتیک  72 درصد نقره و 28 درصد مس ترکیبی است که به دلیل ساختار یوتکتیک، سیالیت مناسبی دارد و ماده مناسبی برای لحیم سخت به شمار می رود.

لحیم کاری با شعله

به طور کلی گرید های لحیم آلومینیوم-سیلیسیم برای لحیم کاری سخت آلیاژهای آلومینیوم و لحیم منیزیم برای اتصال آلیاژهای منیزیم به کار می رود. لحیم های مس و مس-روی برای اتصال برخی فلزات آهنی و غیرآهنی مناسب هستند هر چند مقاومت به خوردگی پایینی دارند. لحیم های مس- فسفر برای اتصال مس و آلیاژهای مس مناسب هستند و گاهی هم برای اتصال نقره، تنگستن و مولیبدن استفاده می شوند. این ترکیب لحیم برای آلیاژهای دارای درصد بالای آهن یا نیکل مناسب نیست. لحیم های برپایه نقره برای اتصال اغلب ترکیبات آهنی و غیرآهنی مناسب هستند اما در اتصال آلومینیوم یا منیزیم به کار نمیروند.

لحیم هایی از جنس طلا در کاربردهایی به کار می روند که نجیب بودن فلز از اهمیت بالایی برخوردار است. برای مثال اتصال فلزهای پایه آهن – نیکل یا کبالتی که در دماهای بالا استفاده می شوند. لحیم های بر پایه نیکل نیز مقاومت خوبی به خوردگی و حرارت از خود نشان می دهند و مناسب چنین کاربردهایی نیز هستند. برای اتصال فلزات دیرگداز مثل تنگستن و مولیبدن می توان از لحیم های بر پایه نیکل و همچنین از پالادیوم، پلاتینیوم و تیتانیوم استفاده کرد.

هزینه لحیم کاری سخت

لحیم کاری سخت  به این دلیل که قابلیت اتصال تعداد زیادی قطعه را به صورت batch دارد جزو فرایند های اتصال بسیار اقتصادی به شمار می رود. با در نظر گفتن این مسئله که لحیم کاری با هزینه کمی قابلیت اتوماسیون را نیز دارد می توان هزینه لحیم کاری سخت را در طولانی مدت بسیار پایین تر آورد. بین فرایندهای مختلف لحیم کاری نیز فرایندهای بسیار کم هزینه ای مانند لحیم کاری سخت با مشعل وجود دارد، اما انجام فرایند با تکنیک های پیشرفته مثل مادون قرمز موجب افزایش هزینه لحیم کاری سخت می شود. انتخاب فلز لحیم اغلب بستگی به فلز پایه دارد و واضح است که در برخی موارد ، متالورژی فرایند طوری است که نیاز به استفاده از لحیم های گرانبها وجود دارد که هزینه لحیم کاری سخت را افزایش می دهند.