اتصال دائمی فلزات (Joining) فرآیندی است که نیازمند درک عمیق خواص فیزیکی و شیمیایی هر ماده است. فلزات مختلف به دلیل تفاوت در نقطه ذوب، رسانایی حرارتی و تمایل به اکسیداسیون، به روش‌ها، تجهیزات و تکنیک‌های گرمایشی متفاوتی نیاز دارند. در این مقاله، روش‌های بهینه اتصال برای رایج‌ترین فلزات صنعتی و نرم مورد بررسی قرار می‌گیرد.

۱. آهن و فولاد (Iron and Steel): ستون فقرات صنعت

آهن و آلیاژهای آن (فولاد کربنی، آلیاژی و ضدزنگ) پرمصرف‌ترین فلزات هستند و معمولاً از طریق فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی متصل می‌شوند.

۲. آلومینیوم (Aluminum): فلز سبک‌وزن

آلومینیوم به دلیل نقطه ذوب پایین (حدود ) و رسانایی حرارتی بالا، و مشکل اکسیداسیون، نیازمند تکنیک‌های خاص است.

• چالش فنی: آلومینیوم در معرض هوا یک لایه اکسیدی سخت () تشکیل می‌دهد که نقطه ذوب آن (حدود ) بسیار بالاتر از فلز پایه است.

• روش بهینه :

  • جریان متناوب : ضروری است. در چرخه ، یک نیم‌موج برای نفوذ (Penetration) و نیم‌موج دیگر برای شکستن و تمیز کردن (Cleaning Action) لایه اکسیدی استفاده می‌شود.

  • گاز محافظ: آرگون خالص.

• روش بهینه : برای جوشکاری‌های با سرعت بالا و ضخامت‌های بالاتر استفاده می‌شود. نیاز به دستگاه‌های تغذیه سیم مخصوص (با سرعت بالا و اصطکاک پایین) دارد تا سیم نرم آلومینیوم مچاله نشود.

۳. مس و برنج (Copper and Brass): آلیاژهای رسانای حرارت

مس و آلیاژهای آن (مانند برنج که مس و روی است) به دلیل رسانایی حرارتی فوق‌العاده بالا، گرمای جوش را به سرعت از ناحیه اتصال دور می‌کنند.

الف) مس خالص (Copper)

• چالش فنی: رسانایی حرارتی بسیار بالا. برای حفظ دمای مذاب، نیاز به ورودی حرارتی بسیار بالا و اغلب پیش‌گرمایش قطعه کار دارد.

• روش بهینه: () با جریان مستقیم (DC) و الکترود تنگستن خالص. از لحیم‌کاری سخت (Brazing) برای اتصالات لوله‌کشی (با آلیاژهای مس-نقره) نیز استفاده می‌شود.

ب) برنج (Brass)

• چالش فنی: دارای فلز روی () است. روی دارای نقطه جوش پایین است و هنگام جوشکاری تبخیر شده و دود سفید سمی (اکسید روی) تولید می‌کند.

• روش بهینه: لحیم‌کاری سخت (Brazing) با استفاده از مشعل (Torch) روش ترجیحی است، زیرا حرارت کمتر از جوشکاری، تبخیر روی را کاهش می‌دهد. در صورت جوشکاری ، باید از سیستم تهویه قوی استفاده شود.

۴. قلع و سرب (Tin and Lead): فلزات نرم و لحیم‌کاری

قلع و سرب و آلیاژهای آن‌ها (مانند آلیاژهای لحیم قلع-سرب یا قلع-نقره) به دلیل نقطه ذوب بسیار پایین، هرگز جوشکاری (Welding) نمی‌شوند، بلکه فرآیند اتصال آن‌ها لحیم‌کاری نرم (Soft Soldering) نام دارد.

• نقطه ذوب: لحیم‌ها معمولاً در دمای زیر (اغلب زیر ) ذوب می‌شوند.

• تکنیک لحیم‌کاری:

  1. تمیزکاری: سطوح فلزات باید کاملاً تمیز و عاری از اکسید باشند.

  2. فلاکس (Flux) / تمیز کننده: یک ترکیب شیمیایی است که قبل یا حین گرمایش اعمال می‌شود تا اکسیدهای سطح را حل کند و از اکسیداسیون مجدد در حین اتصال جلوگیری نماید.

  3. گرمایش: با استفاده از هویه (Soldering Iron) یا مشعل کوچک، حرارت فقط به فلز پایه داده می‌شود تا به دمای ذوب لحیم برسد.

  4. تغذیه لحیم: سیم لحیم ذوب شده و توسط خاصیت مویینگی در شکاف اتصال جریان می‌یابد.

• کاربردها: لحیم‌کاری در الکترونیک، اتصال لوله‌های مسی، و آب‌بندی ورقه‌های قلعی یا سربی.

۵. تجهیزات و آموزش مشترک

نتیجه‌گیری: انتخاب موفق روش اتصال فلزات به توازن دقیقی بین خواص حرارتی فلز و ورودی حرارتی دستگاه وابسته است. در حالی که فولادها از قدرت بالای قوس الکتریکی بهره می‌برند، فلزاتی مانند آلومینیوم و مس به مدیریت جریان (مانند برای آلومینیوم) و حرارت (پیش‌گرمایش برای مس) نیاز دارند. برای فلزات نرم، پایین نگه داشتن دما و تمرکز بر تمیزکاری شیمیایی (فلاکس) با لحیم‌کاری، کلید یک اتصال قوی است.