لحیم کاری

‌لحیم کاری یک روش اتصال دائم بوده که برای اتصال بسیاری از مواد مانند فلز، سرامیک و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. در لحیم کاری از یک ماده واسطه‌ به عنوان پرکننده‌، برای اتصال دو قطعه استفاده می‌شود. این پرکننده‌ها به صورت فویل و فیلر بوده که بسته به نوع کاربرد، به کار می‌رودند. امروزه از لحیم کاری در صنایع پیشرفته برای اتصال مواد غیر هم جنس همانند فلز به سرامیک به طور گسترده استفاده می‌شود.

در لحیم کاری اگر دمای لحیم کاری بالای ۴۵۰ درجه سانتیگراد باشد به آن لحیم کاری سخت (Brazing ) می‌گویند. ‌اگر کمتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد باشد لحیم کاری نرم (soldering) نام می‌گیرد. ‌اسم دیگری در صنعت برای لحیم کاری سخت وجود دارد که به آن لحیم کاری نرم نقره‌ای می‌گویند. فلزات پر کننده لحیم کاری سخت نقره‌ای ، لحیم نیستند. توجه داشته باشید که استحکام آلیاژ مورد استفاده در لحیم کاری سخت بالا تر از لحیم کاری نرم است.

لحیم کاری نرم

لحیم کاری نرم یک روش اتصال دائم است. روشی است که دو یا چند فلز توسط ذوب یک فلز یا آلیاژ واسطه، اتصال بین آنها برقرار می‌شود. ‌این روش برای اتصال ورق‌های فلزی به خصوص ورق‌های مسی کاربرد فراوان دارد.

پس از برقراری اتصال، یک فصل مشترک نازک بین قطعات شکل می‌گیرد که از جنس ماده واسطه است. خواص این لایه شبیه خواص همان ماده واسطه است. نکته قابل توجه در لحیم کاری در مقابل جوش کاری، این است که فلز پایه ذوب نمی‌شود.

ویژگی‌های آلياژ لحيم نرم آلياژ لحيم مناسب بايد علاوه بر نقطه ذوب پايين دارای خاصيت تركنندگی و مويينگی مناسب باشد تا بتواند درز اتصال را به راحتی پر نمايد و دو ورق را به راحتی به هم بچسباند.

لحیم کاری سخت

‌لحیم کاری سخت بوسیله خاصیت مویینگی انجام می‌شود. قدرت جذب اتم‌های فلزات پایه توسط اتم‌های فلز پر کننده‌، بسیار قویتر از قدرت جذب میان خود اتم‌ها است.‌ این نیرو که میان دو سطح برقرار می‌شود، چسبندگی نامیده می‌شود. گاه گفته می‌شود که فلز پر کننده‌، سطوح پایه را تر می‌کند. به این صورت که فلزات پر کننده غیر آهنی به داخل سطوح مماس و نزدیک به هم کشیده می‌شوند و این فواصل را پر می‌کنند.

لحیم کاری سخت یا بریزینگ گروهی از فرآیندهای جوشکاری هستند که در آنها قطعات تا یک دمای مناسب گرم می‌شوند. با استفاده از فلز پرکننده که دمای ذوب بالای ۴۵۰ درجه سانتی گراد و کمتر از سالیدوس فلز پایه دارد، اتصال می‌یابند. فلز پرکننده با خاصیت جذب موئینگی، بین سطوح اتصال (که بسیار نزدیک به هم قرار گرفته‌اند)، توزیع می‌شود. نقطه تمایز بریزینگ یا لحیم سخت با لحیم نرم، دمای ذوب فلز پرکننده آنهاست (در لحیم نرم، دمای ذوب فلز پرکننده کمتر از ۴۵۰ درجه سانتی گراد است‌)‌.

اگرچه لحیم کاری سخت به دماهای بالاتری نیاز دارد ولی مفاهیم اساسی دو فرآیند یکسان هستند به خصوص از نقطه نظر متالورژیکی و شیمی سطح. اما، طراحی اتصال، موادی که قادر به اتصال دهی هستند، انتخاب ماده پرکننده و فلاکس، روش‌های گرمادهی و آماده سازی اتصال، می‌‌توانند در دو فرایند بسیار متفاوت باشند. ملاحظات اقتصادی که در فناوری فرآیند و فلز پرکننده دخیل هستند هم در دو فرآیند متفاوت هستند به خصوص در رابطه با تکنیک‌های خودکار سازی و بازرسی در بریزینگ، حل شدن ‌یا تغییرفرم پلاستیک فلز پایه بسیار محدود است.

این فرآیند  به چهار مرحله زیر تقسیم می‌شود.

1. مجموعه‌ یا قسمتی از قطعات که قرار است پیوند در آن قسمت‌ها شکل بگیرد، تا دمای دست کم ۴۵۰ درجه سانتی گراد گرم می‌شود.
2. قطعات سوار شده و فلز پرکننده به دمایی که به اندازه کافی برای ذوب فلز پرکننده بالا باشد، اما هنوز نتواند فلزپایه را ذوب کند، می‌رسند.
3. فلز پرکننده توسط نیروی موئینگی در محل اتصال پخش می‌شود و سطوح اتصال را تر می‌کند.
4. قطعات برای منجمد شدن فلز پرکننده سرد می‌شوند. فلز پرکننده با کمک نیروی کشش سطحی در محل اتصال باقی می‌ماند و قطعات را با اتصال دهی اتمی و واکنش شیمیایی به هم وصل می‌کند.

برای رسیدن به یک اتصال بریز قابل قبول، به چهار فاکتور اساسی باید توجه ویژه‌ای شود.

• طراحی اتصال
•  فلز پرکننده
• گرمای یکنواخت
•  پوشش محافظ یا واکنش دهنده.

‌طبقه بندی لحیم کاری نرم و سخت ‌

‌تقسیم بندی لحیم کاری نرم به شرح زیر است.

• ‌غوطه‌ای (DS)
• ‌در کوره (FS)
• ‌القائی (IS)
• ‌مادون قرمز (IRS)
• ‌مقاومتی (RS)
• ‌با مشعل (TS)
• ‌با امواج (WS)
• ‌هاویه کاری (INS)

در تقسیم بندی‌ها‌ انواع لحیم کاری‌ سخت به شرح زیر است.

• ‌غوطه‌ای (DB)
• ‌در کوره (FB)
• ‌القائی (IB)
• ‌مادون قرمز (IRB)
• ‌مقاومتی (RB)
• ‌با مشعل (TB)

مزایای لحیم کاری سخت

به طور کلی می‌توان مزایای زبر را برای فرآنید لحیم کاری سخت (بریزینگ) برشمرد.

• توانایی تولید اقتصادی مجموعه‌های پیجیده و چند جرئی
• سادگی روش به کاررفته برای رسیدن به یک سطح اتصال وسیع
• دمای کاری بالاتر اتصال
• توزیع عالی تنش و گرما
• توانایی ایجاد پوشش محافظ با این روش
• امکان اتصال مواد ریختگی به مواد کارشده
• امکان اتصال فلزات به غیرفلزات
• امکان اتصال قطعاتی که اختلاف ضخامت زیادی دارند. این روش توانایی اتصال قطعاتی با ضخامتی به نازکی ۰/۰۱ میلیمتر و همچنین قطعات ضخیم تا ۱۵۰ میلیمتر را هم دارد.
• امکان اتصال فلزات غیر هم‌جنس
• توانایی اتصال اجزای فلزی متخلخل
• می توان مجموعه های بزرگ را بدون پدیدآمدن  تنش پسماند تولید کرد
• خواص متالورژیکی فلزات پایه حفظ می‌شود
• امکان اتصال کامپوزیت‌های رشته‌ای و پراکند سختی شده
• امکان دستیابی به دقت‌های ابعادی بالا و همچنین واپیچش کم قطعات
• تکرارپذیری فرآیند و وجود تکنیک‌های کنترل کیفیت قابل اتکا
• به سرعت و حتی به صورت همزمان می‌توان اتصالات مقاوم، یکنواخت، ‌بدون نشتی را با هزینه کم تولید کرد.
• اتصاالاتی که در دسترس نیستند و حتی ممکن است توسط هیچ فرآیند دیگری قابل اتصال نباشند، را می‌توان با این فرآیند ایجاد نمود.
• اگر طراحی اتصال به درستی صورت بگیرد، امکان اینکه اتصال با استحکام بالا ایجاد شود وجود دارد (حتی استحکام‌هایی بالاتر از استحکام فلز پایه‌ هم قابل دستیابی است)
• فلز پرکننده به طور طبیعی به گونه‌ای فرم می‌گیرد که قطعه را در برابر تنش‌های سیکلی مقاوم می‌سازد.

محدودیت های لحیم کاری سخت

همچنین همانند هر فرآیند دیگری، این روش هم محدودیت‌های خاص خود را دارد. از جمله اینکه یک اتصال بریز، همگن نیست و از فازهای مختلف با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی تشکیل می‌شود. بنابراین استحکام چنین سازه‌ای را نمی‌توان با روش‌های معمول و ساده سازی شده‌ای که از تئوری الاستیسیته و پلاستیسیته  بدست آمده‌اند، برآورد کرد. تنش در این سازه‌ها به شدت به طور غیریکنواخت توزیع میشود. به علاوه، همانند فرآیندهای جوشکاری ذوبی، منطقه متاثر از حرارت (HAZ) ایجاد می‌شود. این منطقه به دلیل نحوه گرم کردن قطعات در این فرآیند، بسیار وسیع تر است و مرز آن هم کمتر مشخص است.

لحیم‌کاری سخت کوره‌ای

لحیم‌کاری سخت در کوره برقی به تدریج جایگاه ویژه‌ای در میان روش‌های گوناگون و شکل‌دهی قطعات و ساخت بستارها پیدا کرده است. به کارگیری این روش در همهٔ موارد موجب بهبود کیفیت شده است. این روش موجب افزایش مقاومت اتصالات همراه با استحکام، یکنواختی و ظاهری زیبای شده است. در عمل همهٔ خودروها و بسیاری از گونه‌های تجاری یخچال دارای چندین قطعهٔ لحیم‌کاری شدهٔ کوره‌ای هستند. برای لحیم‌کاری سخت کوره‌ای از کوره‌های پاتیلی حمام نمک هم استفاده می‌شود.

لحیم‌کاری سخت در کورهٔ الکتریکی جایگزین روش‌های لحیم‌کاری با مشعل، لحیم‌کاری غوطه‌وری، لحیم‌کاری نرم یا لحیم‌‌کاری ناسر راست، میخکوبی، پرچکاری، جوشکاری، ماشین‌کاری قطعه کار خام، ریخته‌گری و آهنگری گرم شده است. موفقیت عملیات لحیم‌کاری سخت کوره‌ای تا اندازهٔ زیادی به روش گیرش اجزای بستار، طراحی اتصالات و چگونگی کاربرد فلز لحیم‌کاری بستگی دارد. مس رایج‌ترین فلز لحیم‌کاری و فولاد پرمصرف‌ترین فلز مادر است. در این فرایند از فلزات لحیم‌کاری و مادر دیگری هم استفاده می‌شود ولی ترکیب مس و فولاد از همه رایج‌تر است.

ساده‌ترین روش اتصال دو قطعه نسبت به هم نصب یکی بر روی دیگری به گونه‌ای است که فلز لحیم‌کاری یا بین آنها قرار گیرد و یا در نزدیکی اتصال بر گرداگرد یکی از آن‌ها پیچیده شود. در این روش وزن قطعهٔ بالائی کمک می‌کند تا اتصال فلز به فلز خوبی به‌دست آید. اتصال و بست قطعات بستار مسایل بسیار پدید می‌آورد. یکی از روش‌های رایج اتصال اجزای بستار برای لحیم‌کاری سخت کوره‌ای استفاده از گیرندهٔ غلافی برای استقرار آنها نسبت به هم است. علاوه بر سفتی اتصال انطباق غلافی، برای جلوگیری از لغزش اجزا نسبت به یکدیگر در هنگام گرم شدن آنها تمهید دیگری نیز باید اندیشیده شود.

تفاوت لحیم کاری نرم و سخت

ویژگی‌های آلیاژ لحیم نرم

لحيم كاری با هويه

لحيم كاری به روش هويه قديمی‌ترين روش لحيم كاری است. اتصال بسياری از جواهرآالت و ظروف كه در زمره آثار باستانی محسوب می‌شوند به كمک اين روش انجام شده است. در اين روش ذوب ماده لحيم توسط فلز داغ انجام می‌شود. به اين قطعه فلزی هويه می‌گويند.

جوشکاری لحیم

جوشکاری لحیم جوش، فلز پر کننده در شیارها و گرده‌ها و در نقاطی ته نشین می‌شود که برای استحکام اتصال ضروری و حیاتی است. در لحیم جوش خاصیت مویینگی عامل توزیع فلز پر کننده نیست. چون اتصالات باز هستند. لحیم جوش، لحیم کاری سخت نیست بلکه جوشکاری با فلز پر کننده لحیم کاری سخت است. کاربرد لحیم جوش در تعمیر قطعات چدنی شکسته یا ترک خورده است. در لحیم جوش فلز پایه ذوب نمی شود و در دمای پایین تر از جوشکاری انجام می‌گیرد، پیچیدگی قطعه کمتر است. همچنین‌، فرایند لحیم جوش تنها در بخش کوچکی از قطعه انجام می‌گیرد و بنابراین نیازی نیست که کل قطعه تا دمای لحیم کاری سخت گرم شود.

انجام لحیم کاری سخت بر روی فلزات آلومینیم‌، برنج‌، برنز، چدن، مس، فولاد زنگ نزن، فولاد، تیتانیم، ‌فولاد ابزار (‌بعضی از آنها)، کاربید تنگستن (‌تیغه ابزار برش) انجام می‌گیرد. اغلب فلزات را می‌توان لیم کاری نرم نمود.

مزیت لحیم کاری سخت و نرم نسبت به دیگر روش‌های اتصال دادن

• ‌قدرت اتصال فلزات غیر همجنس به همدیگر مانند‌ برنج به آلومینیم – فولاد به مس و چدن به فولاد زنگ نزن
• ‌امکان اتصال قطعات با ضخامت‌های متفاوت بدون زیاد گرم کردن یا سوختگی سراسری
• ‌توزیع تنش عالی‌. عیوب مربوط به پیچیدگی جوشکاری ذوبی وجود ندارد. و تغییرات دما بسیار تدریجی است
• ‌کم دما بودن فرایند‌ که در اتصال نیمه هادی‌ها احتمال آسیب دیدن نیمه هادی‌ها‌ی به هم متصل، کم می‌‌شود.
• ‌به صرفه بودن استفاده از آنها در مجموعه‌های پیچیده، غالب قطعات با فرایند یک مرحله‌ای به هم وصل می‌شوند.
• ‌ دقت بالای اتصال
• ‌مونتاژ سری قطعات
• ‌رفع اشتباهات به سرعت پس از تشخیص
• ‌توان ایجاد اتصالات ضد نشتی و خلاء مانند غالب مخازن‌، لوله‌های خلاء قوی فرستنده‌های رادیویی و مدارهای مجتمع‌، یا اتصال فلز به سرامیک لحیم کاری سخت می‌شوند.
• ‌اتصال موقت قطعات
• ‌نیاز به حداقل پرداخت کاری ‌یا عدم نیاز به پرداخت کاری
• ‌دوره‌های مرکب عملیات حرارتی و لحیم کاری سخت، موقعی که لحیم کاری سخت با گاز محافظ استفاده می‌شود، می‌توان آن را طی یک سیکل (‌عملیات حرارتی‌) گرمکاری شده نیز به انجام رساند.