لحیم‌کاری سخت

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
لحیم‌کاری سخت

لحیم‌کاری سخت یا بریزکاری (به انگلیسی: Brazing) نوعی ایجاد اتصال با استفاده از فلز پرکننده است در دمای بالاتر از ۴۵۰ درجهٔ سلسیوس و زیر نقطهٔ ذوب فلز پایه که در آن نفوذ در اتصال بر اثر خاصیت موئینگی است.[۱]

لحیم‌کاری سخت فرایندی است که طی آن دو فلز به وسیلهٔ یک پُرکننده (فیلر) به یکدیگر اتصال پیدا می‌کنند، پرکننده در این فرایند نقطه جوش پایین‌تری نسبت به دو فلز دیگر دارد

بریزکاری از این نظر که طی آن فلزهای متصل شونده به یکدیگر به نقطه ذوب نمی‌رسند با فرایند جوشکاری متفاوت است و همچنین از این نظر که فرایند نسبت به لحیم‌کاری در دمای بالاتری صورت می‌پذیرد با لحیم‌کاری متفاوت بوده به‌علاوه در فرایند لحیم‌کاری سخت قطعات در حالت بسیار نزدیکتری نسبت به لحیم کاری در کنار هم قرار دارند

فلز پرکننده پس از ذوب به وسیلهٔ خاصیت موئینگی در فضای بین دو فلز که قرار است به یکدیگر متصل شوند جریان می‌یابد

مزیت قابل توجه لحیم‌کاری سخت توانایی در اتصال دو فلز یکسان یا غیر یکسان با استحکام بالا می‌باشد.

برای یک لحیم‌کاری خوب باید قطعات با فاصلهٔ بسیار کم نسبت به یکدیگر قرار گرفته باشند و همچنین فلزات پایه تمیز و فاقد اکسید باشند

برای رسیدن به بهترین میزان حرکت موئینگی پرکننده و همچنین بالاترین میزان استحکام لقی میان قطعات معمولاً بین ۰٫۰۳ تا ۰٫۰۸میلیمتر در نظر گرفته می‌شود.

دو روش مکانیکی و شیمیایی به منظور تمیزسازی سطح مورد لحیم‌کاری پیش از آغاز فرایند به کار می‌روند.

در طی فرایند مکانیکی جهت تمیزسازی سطح باید به این نکته توجه داشت که زبری سطح مورد لحیم‌کاری از بین نرود چرا که موئینگی در سطوح زبر بهتر اتفاق می‌افتد.

مورد دیگری که باید در طی فرایند بریز کاری مد نظر قرار گیرد دمایی است که بریز در ان صورت می‌پذیرد، با افزایش دما، ذوب و حرکت پرکننده در میان دو فلز تسهیل می‌گردد. به‌طور کلی دمای بریز کاری باید بالاتر از دمای فلز پرکننده باشد اما فاکتورهای دیگری نیز باید توسط طراح برای انتخاب دمای بریز کاری مد نظر قرار بگیرند. بهترین دمای برای بریز کاری باید:

  1. کمترین تأثیر را بر روی مجموعه اسمبلی بگذارد
  2. کمترین آسیب را به فیکسچرهای یکه برای نگهداری قطعات به کار می‌روند وارد کند
  3. باعث به وجود آمدن ترکیب میان فلزات پایه نگردد.

لحیم­ کاری سخت یک فرایند تجاری کاملا شناخته شده است که توانایی تولید اتصالات با استحکام بالا دارد. این فرایند کاربرد زیادی در صنایع دارد که به دلیل توانایی آن در اتصال­ دهی فلزات و سرامیک­ها است. این فرایند با ارزش می­تواند به صورت دستی یا اتوماتیک انجام شود و این به طراحی و اجراء فرایند ساخت بستگی دارد. با فرایند لحیم­کاری سخت می­توان به تولید انبوه دست یافت و علاوه بر این فلزات غیرمشابه را نیز به یکدیگر متصل کرد. محصولات لحیم­کاری سخت شامل قطعات کوچک، بزرگ، نازک، ضخیم و حتی اتصالات نبشی است. یکی از مزایای لحیم­کاری سخت آن است که صرفه­ جویی قابل­ توجهی در فرایند تولید حاصل می­شود. امروزه فرایندهای تولید انبوه مورد توجه بسیاری از تولیدکنندگان صنعتی است. لحیم­کاری سخت اصولا برای تولید انبوه و حتی مقادیر کم نیز استفاده می­شود.

واژه لحیم­کاری سخت مجموعه­ای از فرایندها را در بر می­گیرد. در این فرایندها از یک ماده پرکننده استفاده می­شود، سپس مجموعه مواد پایه و فلز پرکننده تا دمای بالاتر از دمای لیکوئیدوس فلز پرکننده و کمتر از دمای سالیدوس مواد پایه حرارت داده می­شود. فلز پرکننده لحیم­کاری سخت فضای بین سطوح مجاور اتصال را از طریق نیروی موئینگی پُر می­کند. واژه دمای لحیم­کاری سخت معمولا به دمایی اطلاق می­شود که ماده حرارت داده می­شود تا فلز پرکننده به راحتی پخش شود. این تعریف فرایند لحیم­کاری سخت را از سایر فرایندهای لحیم­کاری نرم و جوشکاری متمایز می­کند. فرایند لحیم­کاری سخت و نرم ویژگی­های مهم و مشترکی دارند، اما اصطلاح لحیم­کاری سخت مربوط به فرایندهای اتصال­دهی است که بالاتر از 450 انجام می­شود، در حالی که فرایند لحیم­کاری نرم پایین­تر از این دما انجام می­شود. لحیم­کاری سخت متمایز از جوشکاری است، زیرا در فرایند لحیم­کاری سخت فلزت پایه ذوب نمی­شوند، در حالی که در جوشکاری مقداری از فلزات پایه ذوب می­شود. فرایند لحیم­کاری سخت به 3 دسته کلی تقسیم می­شود:

الف)لحیم­کاری سخت فلزات

ب)لحیم­کاری سخت سرامیک­ها

ج)لحیم­کاری سخت فلزات به سرامیک­ه

لحیم کاری سخت سرامیک - فلز[۲][ویرایش]

سرامیک ها مواد غیرفلزی معدنی هستند که به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: سرامیک های ساختاری و سرامیک های متداول. یک خصوصیت رایج مواد سرامیکی آن است که آن ها از پودر ساخته می شوند که توسط فرایندهای مختلف به شکل مورد نظر شکل دهی می شوند. در فرایند اتصال آن ها از یک پیوند دهنده استفاده می شود و سپس تا دمای بالا با یا بدون فشار خارجی حرارت داده می شود تا قطعه لحیم کاری شده متراکم حاصل شود.

سرامیک­های متداول شامل محصولات سفالی و دیرگدازها است. این مواد معمولا چگالی پایینی (به دلیل مقدار تخلخل نسبتا بالا) دارند. آن­ها معمولا در کاربردهای دما بالا استفاده می­شوند که لحیم­کاری سخت آن­ها عملی نمی­باشد.

سرامیک­های ساختاری شامل موادی مثل اکسید آلومینیوم، اکسید زیرکونیوم، کاربید سیلسیم، نیترید آلومینیوم، نیترید سیالون و اکسی نیترید آلومینیوم-سیلسیم است، همچنین کامپوزیت­های ساخته شده از سرامیک­ها مثل  شامل ویسکرهای  یا کامپوزیت  شامل دی بوراید تیتانیوم هستند. در حین ساخت سرامیک­های ساختاری باید مراقب بود که ترکیب شیمیایی به خوبی کنترل شود و چگالی بالایی حاصل شود. لحیم­کاری سخت سرامیک­های ساختاری امکان­پذیر است و کاربرد زیادی دارد.

جذابیت فناوری در سرامیک­های ساختاری مستقیما با خواص منحصربه­ فرد آن­ها در مقایسه با فلزات در ارتباط است. بسیاری از سرامیک­ها استحکام بالا، نه تنها در دمای اتاق بلکه در دماهای نسبتا بالا، دارند. به عنوان مثال کاربید سیلسیم می­تواند استحکام 200 خود را در دمای 1530 حفظ می­کند. سایر سرامیک­های ساختاری مثل  و کامپوزیت­های سرامیکی خاص نیز استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می­کنند.

علاوه بر استحکام بالا، سایر خواصی که سرامیک­ها را برای کاربرهای خاص منحصربه­فرد می­سازد شامل مقاومت به سایش بسیار خوب، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی، سختی زیاد، ضریب انبساط حرارتی کم و مقاومت الکتریکی زیاد است.

سرامیک­های ساختاری به عنوان ابزارهای برش، یاتاقان، قطعات ماشین ابزار، قالب، اب­بندهای پمپ، مبردهای دما بالا و قطعات موتور توربین گازی و احتراق داخلی استفاده می­شود. با وجود پیشرفت در ساخت سرامیک­های ساختاری و کاربردهای روزافزون آن­ها در صنایع مهندسی جدید، این مواد فوق­العاده هر روز در حال پیشرفت هستند.

لحیم کاری سخت سرامیک-سرامیک[۳][ویرایش]

سرامیک¬ها به عنوان یک بخش از خانواده بزرگ مواد کاربردهای گسترده¬ای در دنیای امروز دارد. از این مواد ارزشمند در صنایع هوا-فضا، ابزارهای برش و تجهیزات الکترونیکی استفاده می¬شود. سرامیک¬ها پیوند کووالانسی و/یا یونی قوی (قوی¬تر از پیوند فلزی) دارد و این باعث خصوصیات بی مظیر در این مواد شده است: سختی بالا، استحکام فشاری زیاد، هدایت الکتریکی و حرارتی کم و از نظر شیمیایی خنثی هستند.

شکل 1: مروری بر فرایندهای اتصال دهی سرامیک ها

این پیوند قوی موجب خواص نامطلوب مثل انعطاف­پذیری و استحکام کششی کم می­شود. به هر حال، خواص متنوع این مواد مانع از کاربرد گسترده آن­ها نمی­شود. به عنوان مثال، با توجه به این که سرامیک­ها به عنوان عایق الکتریکی و حرارتی استفاده می­شود، ولیکن سرامیک­های اکسیدی (بر مبنای Y-Ba-Cu-O) برای هدایت حرارتی دما بالا کاربرد دارند. الماس، کاربید برلیوم و کاربید سیلسیم هدایت حرارتی بالاتر از آلومینیوم و مس دارند. با کنترل ریزساختار می­توان بر مشکل سفتی ذاتی آن­ها غلبه کرد و محصولاتی مثل فنرهای سرامیکی و کامپوزیت­های سرامیکی تولید کرد که حداقل بتوانند نصف چقرمگی فولاد را داشته باشند. سرامیک­ها را می­توان به گروه­های زیر تقسیم­بندی کرد:

1)اکسیدها: اکسید آلومینیوم (Al2O3) و زیرکونیا (ZrO2) مهمترین و پرکاربردترین سرامیک­های اکسیدی هستند. اکسید آلومینیوم (آلومینا) در تناژ بالا تولید و مصرف می­شود.

2)نیتریدها: نیترید سیلسیم (Si3N4) و نیترید آلومینوم (AlN) جزء سرامیک­های مهندسی پیشرفته در این گروه هستند. انواع و گروه­های مختلفی از این مواد وجود دارد، مخصوصا نیترید سیلسیم که خواص ویژه­ای دارد.

3)کامپوزیت­های سرامیکی: سرامیک­ها معمولا به عنوان تقویت کننده برای ساخت مواد کامپوزیتی استفاده می­شوند، مثل پلاستیک­های تقویت شده با شیشه و کامپوزیت­های زمینه فلزی مانند آلومنیویم تقویت شده با آلومینا. علاوه بر این، مواد سرامیکی پیشرفته به عنوان مواد زمینه در ساخت کامپوزیت استفاده می­شود.

روش­های متنوعی برای اتصال سرامیک­ها به یکدیگر و مواد غیرمشابه وجود دارد. این روش­ها، از اتصالات مکانیکی تا اتصال مستقیم متنوع است. شکل 1 روش­های اتصال­دهی سرامیک­ها را نشان می­دهد.

انتخاب هر یک از این رو-ها به عوامل زیر بستگی دارد:

  1. عملکرد مطلوب قطعه مثل استحکام، عایق الکتریکی یا مقاومت به سایش
  2. نوع موادی که باید به یکدیگر متصل شوند.
  3. دمای اجرایی
  4. کاربرد
  5. میزان همگنی و یکنواختی اتصال
  6. طراحی قطعه
  7. هزینه

در حالی که همه موارد باید در نظر گرفته شود، معمولا دو عامل شباهت موادی که باید به یکدیگر متصل شوند و ظرفیت دمایی مورد نیاز جزء موارد مهم است. شکل 2 ظرفیت دمایی تعدادی از محیط­های اتصال­دهی را نشان می­دهد.

شکل 2: ظرفیت دمایی تعدادی از محیط های اتصال دهی

هنگام اتصال سرامیک­ها به فلزات لازم است تا یک فصل­مشترک بین مواد قرار گیرد. به طور کلی، فصل­مشترک باید موارد زیر را مرتفع کند:

  1. اختلاف در ضریب انبساط حرارتی
  2. نوع پیوند یعنی یونی/کووالانسی برای سرامیک­ها تا پیوند فلزی برای فلزات
  3. عدم انطباق شبکه کریستالوگرافی بین سرامیک و فلز

در مقایسه با فلزات و پلیمرها، سرامیک­ها سخت، غیرمصرفی و خنثی هستند. از این رو، آن­ها در دمای محیط، محیط­های خورنده و کاربردهای تریبولوژیکی استفاده می­شوند. این کاربردها بر اساس ترکیب خواصی که برای صنعت جذاب است شامل موارد زیر می­باشد:

  1. حفظ خواص در دمای بالا
  2. ضریب اصطکاک کم (مخصوصا در نیروی زیاد و میزان روانکاری کم
  3. ضریب انبساط کم
  4. مقاومت به خوردگی خوب
  5. عایق حرارتی
  6. چگالی کم

سرامیک­های مهندسی برای تولید قطعات برای کاربرد در بخش­های مختلف صنعتی ساخته می­شوند که شامل زمینه­های سرامیکی برای قطعات الکترونیکی، روتورهای توربوشارژر و ضربه زن­ها در موتورهای اتومبیل است. علاوه بر این، یاتاقان­های بدون روانکار در صنایع فرآوری مواد غذایی، پره­های توربین هواپیما، میله­های سوخت هسته­ای، جلیقه­های سبک ضد گلوله، ابزارهای برش، پوشش­های سدهای حرارتی و تجهیزات کوره از کاربردهای متداول سرامیک­ها است.

مواد پرکننده[ویرایش]

گسترهٔ بسیار گوناگونی از مواد پرکننده موجود می‌باشند که با توجه به نیاز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در حالت کلی آلیاژهای مورد استفاده در بریز کاری از ترکیب سه یا بیشتر، فلز به منظور رسیدن به خاصیت مطلوب تشکیل می‌شوند

برای موارد خاص، در مورد انتخاب آلیاژهای پرکننده بریز باید دقت نمود که خاصیت ترکنندگی بالایی داشته باشد، دمای ذوبی پایین‌تر از دمای ذوب فلزهای متصل شونده به یکدیگر داشته باشد، و همچنین جوابگوی شرایط مورد داستفاده باشد.

آلیاژهای مورد استفاده در لحیم‌کاری سخت معمولاً یه صورت‌های میله، نوار، پودر، سیم و غیر موجود می‌باشند

آلیاژ پرکننده ممکن است پیش از آغاز فرایند در محل مورد نیاز قرار داده شود مانند گرمادهی به وسیله کوره که در این حالت فرایند به صورت اتوماتیک صورت می‌پذیرد یا به صورت دستی در حین عملیات گرمادهی به محل مورد نظر تزریق گردد.

چند نوع رایج فلزات پرکننده شامل موارد ذیل می‌باشند:

  1. مس
  2. مس-نقره
  3. مس-روی (برنج)
  4. طلا-نقره
  5. آلیاژهای نیکل

و غیره

روش‌های متداول لحیم‌کاری سخت[ویرایش]

لحیم‌کاری سخت به وسیلهٔ مشعل

لحیم‌کاری سخت به وسیله مشعل متداول‌ترین روش برای مکانیزه کردن فرایند لحیم‌کاری سخت می‌باشد. لحیم‌کاری به وسیله سر مشعلی برای قطعات کوچک و خاص مناسب می‌باشد و در بسیاری از کشورهای دنیا متداول‌ترین روش لحیم‌کاری سخت می‌باشد.

لحیم‌کاری سخت به وسیله مشعل به‌طور کلی به سه حالت صورت می‌پذیرد: دستی، ماشینی، ویا به صورت خودکار

در روش لحیم‌کاری سخت به وسیلهٔ مشعل گرما به وسیلهٔ شعلهٔ گازی موجود در مشعل و در نزدیکی دو فاز متصل شونده به یکدیگر به کار اعمال می‌شود.

مشعل مورد استفاده یا به صورت دستی حرکت داده می‌شود یا بسته به میزان خودکارسازی فرایند می‌تواند توسط تجهیزات حرکت داده شود. به‌طور کلی بریزکاری به وسیله حرارت مشعل برای قطعات با حجم کم یا هندسه خاص به نحوی که دیگر فرایندهای بریز کاری غیرممکن گردد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لحیم‌کاری سخت کوره‌ای[ویرایش]

بریز کاری به وسیله کوره فرایند لحیم‌کاری سخت نیمه‌خودکار می‌باشد که با توجه به توانایی و قابیلت‌های آن در تولید انبوه به‌طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. فواید بسیار گرمادهی به وسیلهٔ کوره نسبت به سایر روش‌های گرما دهی باعث استفاده گسترده از این روش در تولید انبوه گردیده‌است.

مهم‌ترین فایده این روش امکان لحیم‌کاری تعداد زیاد قطعات ریز می‌باشد که به صورت عادی یا با استفاده از فیکسچر در داخل کوره قرار گرفته‌اند؛ همچنین عدم نیاز به اپراتور ماهر از دیگر مزایای این روش می‌باشد.

با این وجود این روش از بریز کاری معایبی نیز دارد که می‌توان به مصرف زیاد انرژی، فضای بیشتر مورد نیاز و ملاحظات خاص در طراحی قطعات متصل شونده به یکدیگر را ذکر نمود

بریز نقره[ویرایش]

بریز نقره که معمولاً به لحیم نقره یا لحیم سخت نیز شناحته می‌شود، فرایندی است که طی آن از آلیاژ پرکننده پایه نقره استفاده می‌گردد.

این آلیاژ نقره شامل مقدار مختلفی از نقره و سایر فلزات مانند مس، روی. کادمیوم می‌باشد.

جوشکاری لحیم‌کاری سخت[ویرایش]

جوشکاری لحیم‌کاری سخت به فرایندی اطلاق می‌گردد که طی آن قطعات استیل به وسیله فیلر میله‌ای از جنس برنز یا برنج به یکدیگر متصل می‌گردند وسایل و تجهیزات مورد نیاز برای این فرایند همانند بریز کاری معمولی می‌باشد با این تفاوت که در جوش بریز به دمای بیشتری نیاز می‌باشد که معمولاً توسط سوختن گاز استیلن تأمین می‌گردد.

نام جوشکاری از این لحاظ بر روی این فرایند نهاده شده که طی آن حرکت مویینگی اتفاق نمی‌افتد.

از مزایای جوشکاری لحیم‌کاری سخت نسبت به جوشکاری ذوبی معمولی می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود

جوشکاری برزینگ امکان اتصال فلزات غیر همسان را می‌دهد و همچنین به پیش‌گرم بالا نیازی نداشته و تغییر شکل ناشی از دمای بالا در آن صورت نمی‌پذیرد.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. واژه‌های مصوّب فرهنگستان تا پایان دفتر دوازدهم فرهنگ واژه‌های مصوّب.
  2. User, Super. «خدمات بریزینگ». www.iranbrazing.com. بازبینی‌شده در 2018-07-24. 
  3. User, Super. «خدمات بریزینگ». www.iranbrazing.com. بازبینی‌شده در 2018-07-24. 

1. Groover 2007, pp. ۷۴۶–۷۴۸

2. ^ Jump up to:a b c Scwartz 1987, pp. ۲۰–۲۴

3. ^ Jump up to:a b "Lucas-Milhaupt SIL-FOS 18 Copper/Silver/Phosphorus Alloy". MatWeb – The Online Materials Information Resource.

4. Jump up^ Scwartz 1987, pp. ۲۷۱–۲۷۹