جوشکاری سرد چیست؟ تفاوت آن با جوشکاری معمولی چیست؟
فرایندهای جوشکاری به انواع مختلفی مانند جوشکاری قوسی، مقاومتی، القایی، جوشکاری با شعله گاز، جوشکاری آهنگری و… تقسیم‌بندی می‌شوند. بسیاری از این روش‌های به خوبی برای اهل فن شناخته شده هستند. با این حال روش‌های دیگری وجود دارند که به اندازه روش‌های ذکر شده مرسوم نیستند و کمتر به آنها پرداخته می‌شود. جوشکاری سرد یا تماسی یکی از این روش‌هاست.
ویژگی منحصر به فرد جوش سرد این است که برخلاف تصورهای رایج در مورد جوشکاری، خبری از گرما و ذوب شدن مواد در آن نیست. این ویژگی باعث می‌شود جوش سرد نسبت به سایر روش‌های جوشکاری برای برخی از مصارف خاص مناسب‌تر باشد. در این مقاله قصد داریم ویژگی‌ها و نقاط قوت و ضعف این روش را بررسی کنیم.
جوشکاری سرد چیست؟
به طور کلی جوشکاری از لحاظ ساختار و روش انجام می‌تواند به دو دسته جوشکاری ذوبی و جوشکاری غیر ذوبی تقسیم‌بندی شود. در جوشکاری ذوبی، قطعات در اثر حرارت در محل اتصال ذوب شده می‌شوند. سپس پس از سرد شدن به یکدیگر جوش می‌خورند. اما در فرایند جوشکاری غیر ذوبی یا جوشکاری حالت جامد قطعات ذوب نمی‌شوند. معمولا در این روش جوش بین دو قطعه بر اساس اصطکاک یا فشار انجام می‌شود. جوش سرد در واقع جزو روش‌های جوشکاری غیر ذوبی محسوب می‌شود.
تاریخچه جوش سرد به هزاران سال پیش برمی‌گردد. در گذشته‌های دور از این روش برای ساخت وسایل مختلف استفاده می‌شد. اما شکل نوین این روش جوشکاری، در دهه ۱۹۴۰ میلادی کشف شد. دانشمندان در تحقیقات خود دریافتند که هنگامی که دو جسم فلزی بدون آلودگی سطحی در خلأ، در تماس با هم تحت فشار قرار می‌گیرند، بین آنها اتصال برقرار می‌شود. این روش به مرور در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفت.
اهمیت جوش سرد خصوصا در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ بیشتر مورد توجه قرار گرفت. در این دهه‌ها ناسا برای پیشبرد مأموریت‌های فضایی خود و ساخت فضاپیماها از این روش جوشکاری استفاده کرد تا اتصالی بدون درز و بی‌نقص بین قطعات مختلف ایجاد شود.
از لحاظ علمی دلیل جوش خوردن دو قطعه فلز بدون فرایند ذوب شدن به ماهیت اتم‌های آنها برمی‌گردد. به گفته فیزیک‌دان معروف، ریچارد فاینمن (Richard Feynman) دلیل رخ دادن جوش سرد این است که وقتی دو قطعه فلز در تماس با یکدیگر هستند و هیچ‌گونه آلودگی و لایه‌های اکسید شده بین آنها وجود نداشته باشد، اتم‌های دو قطعه «متوجه» نمی‌شوند که به دو قطعه فلز متفاوت تعلق دارند؛ بنابراین بین آنها پیوند برقرار می‌شود.
در نتیجه هرچه سطح دو فلز از آلودگی به دور باشد، پیوند بین اتم‌های آنها مستحکم‌تر خواهد بود. در واقع جوش سرد از انرژی مکانیکی استفاده کرده و فلزات را تحت فشار به یکدیگر می‌فشارند. جوش سرد تا حدودی شبیه به جوش الکتریکی مقاومتی است. با این تفاوت که از حرارت برای حذف لایه‌های اکسید روی سطح قطعه‌های فلز استفاده نمی‌شود. در این روش از مومسانی (پلاستیسیته) برای اتصال فلزات به یکدیگر استفاده می‌شود.
تجهیزات و وسایل لازم برای جوش سرد قیمت چندان زیادی ندارند و ساختار آنها ساده است. اخیرا نیز اینورترهایی در بازار عرضه شده‌اند که به گفته سازندگان دارای قابلیت جوش سرد هستند. فرایند جوش این دستگاه‌ها با مفهوم اصلی جوش سرد متفاوت است و تنها از نام جوش سرد استفاده می‌کنند. در این دستگاه‌ها در واقع منظور از جوش سرد، نوع خاصی از جوش TIG است که به استفاده از مواد پرکننده (مانند الکترود) نیازی ندارد. دستگاه‌های جوش سرد موجود در بازار نیز اغلب از این نوع هستند.
کاربرد جوشکاری سرد چیست؟
همانطور که اشاره شد جوش سرد از چند دهه قبل در صنعت هوافضا کاربرد داشته و همچنان نیز در این صنعت کارایی زیادی دارد. در صنعت ساخت قطعات الکترونیکی نیز برای اتصال قطعات کوچک و ظریف به یکدیگر از این روش استفاده می‌شود. این روش جوشکاری خصوصا در ساخت میکروچیپ‌ها و سنسورهای الکترونیکی کاربرد دارد.
در صنعت ساخت زیورآلات نیز می‌توان با استفاده از جوش سرد قطعات بسیار ظریف فلزی را به هم متصل کرد. این روش جوشکاری باعث می‌شود آسیب و خدشه ظاهری به سطح این فلزات وارد نشود. در بسیاری از صنایع دیگر مانند ساخت تجهیزات پزشکی پیشرفته نیز جوش سرد کاربردهای زیادی دارد.
برای چه فلزاتی از جوشکاری سرد استفاده می‌شود؟
جوش سرد برای فلزات چکش‌خوار غیرمتخلخل به کار می‌رود. فرایند جوشکاری سرد برای فلزاتی مانند آلومینیوم و مس بسیار مناسب است. خصوصا هنگامی که قصد جوش دان آلومینیوم به مس را داشته باشید جوش سرد بهترین روش محسوب می‌شود.
اتصالی که جوش سرد بین آلومینیوم و مس ایجاد می‌کند از استحکام و ماندگاری بسیار مناسبی برخوردار است. برای سایر فلزات مانند نقره و آلیاژهای آن، نیکل، طلا، برنج و… نیز می‌توان از این روش استفاده کرد.
محدودیت‌های استفاده از جوشکاری سرد
با توجه به نکات مثبتی که به آنها اشاره شد شاید این سؤال برای شما پیش بیاید که چرا جوش سرد به اندازه سایر روش‌های جوشکاری رایج نیست. در پاسخ به این سؤال باید بگوییم که انجام یک جوش سرد بی‌نقص کار راحتی نیست. برای این که جوش سرد به خوبی انجام شود باید سطح قطعات تا حد امکان صاف و مسطح باشد.
هر چه صافی سطح قطعات کمتر باشد، کیفیت جوش کمتر می‌شود. از سوی دیگر اگر مقدار زیادی کثیفی و لایه‌های اکسید بر روی سطح فلزات قرار گرفته باشد، از کیفیت جوش کاسته می‌شود.
لازم به ذکر است که جوش سرد تنها برای فلزات چکش‌خوار غیرمتخلخل مانند قلع، مس، آلومینیوم و… مناسب است. روی این فلزها نباید هیچ‌گونه فرایند سخت‌کاری انجام شده باشد.
به همین دلیل طیف فلزاتی که می‌توان روی آنها جوش سرد انجام داد به فلزات غیرمتخلخل و فلزات بدون کربن محدود می‌شود. این در حالی است که سایر روش‌های جوشکاری قابلیت جوش دادن فلزات بسیار بیشتری را دارند.
مزایای جوشکاری سرد
اگر جوش سرد در شرایط ایده‌آل انجام شده باشد، از اتصال مستحکم و قدرتمندی برخوردار است. نقطه قوت دیگر این روش، شکل ظاهری آن است. جوش سرد در مقایسه با برخی دیگر از روش‌های پرکاربرد جوشکاری کمترین میزان تغییر ظاهری و خدشه را بر روی سطح قطعه ایجاد می‌کند.
این روش برای اتصال فلزاتی مانند آلومینیوم و مس نیز بسیار مناسب است. جوش سرد خصوصا برای اتصال دو فلز مختلف مانند آلومینیوم و مس به یکدیگر یکی از بهترین روش‌هاست. یکی دیگر از مزایای این روش این است که به تجهیزات گران‌قیمت و پیچیده نیازی ندارد.
معایب جوش سرد
از آنجایی که جوش سرد در دمای اتاق انجام می‌شود ممکن است پیوند مولکول‌ها در سطح تماس قطعه‌ها کیفیت و استحکام سایر روش‌های جوشکاری را نداشته باشد. از سوی دیگر این روش هنگامی بیشترین میزان تأثیر خود را دارد که سطح فلزات کاملا به دور از هر نوع کثیفی باشد؛ بنابراین، برای انجام اصولی جوش سرد باید سطح دو فلز کاملا آماده‌سازی و پاک شود. همانطور که اشاره کردیم، تعداد فلزاتی که می‌توان با این فرایند جوش داد نیز محدود است. به همین دلیل تنها برخی از صنایع از جوش سرد استفاده می‌کنند.
تفاوت جوشکاری سرد با جوشکاری معمولی چیست؟
یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های جوشکاری سرد با روش‌های رایج جوشکاری عدم استفاده از گرما است. در این روش فلزات ذوب نمی‌شوند، بلکه تحت فشار و در مواقعی در شرایط خلأ بین آنها اتصال ایجاد می‌شود. جوشکاری سرد در مقایسه با سایر روش‌های جوشکاری قابلیت جوش تعداد کمتری از فلزات را دارد و از این جهت محدودتر است.
از سوی دیگر برای برقراری یک اتصال مستحکم با جوش سرد باید سطح فلزات کاملا به دور از هر گونه آلودگی و لایه‌های اکسید شده باشد. به همین دلیل ایجاد یک جوش بی‌نقص در آن دشوارتر است. تفاوت دیگر جوش سرد با برخی از روش‌های متداول جوشکاری این است که نیازی به مواد پرکننده مانند الکترود ندارد.
