جوشکاری مس و آلیاژهای آن (Welding of Copper and its Alloys)
تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.
بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است. ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد. ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت.
بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید ۱۰ تا ۱۵ میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر ۳۰ سانتیمتر در حدود ۲ تا ۳ سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل ۱ تا ۲ نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود.
مطالب بیشتر: تنگستن کارباید حفاری
ویژگی‌های مس
- هدایت حرارتی بالا: مس دارای هدایت حرارتی بسیار بالایی است که باعث می‌شود هنگام جوشکاری، گرما به سرعت از منطقه جوش پخش شود. این امر می‌تواند منجر به ایجاد سرد جوش (Cold Weld) یا نقص در اتصال شود، به‌ویژه اگر حرارت کافی به منطقه جوش نرسد.
- هدایت الکتریکی بالا: مس به دلیل داشتن هدایت الکتریکی عالی، به طور گسترده در صنعت برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی در جوشکاری می‌تواند باعث ایجاد قوس‌های ناخواسته شود.
- اکسیداسیون سریع: در هنگام جوشکاری، مس در دماهای بالا تمایل به اکسیداسیون دارد و تشکیل لایه‌ای از اکسید مس روی سطح فلز می‌تواند به چسبندگی ضعیف جوش و نقص در کیفیت آن منجر شود.
- انبساط حرارتی زیاد: انبساط حرارتی بالای مس ممکن است باعث تغییر شکل قطعه در حین و پس از جوشکاری شود.
آلیاژهای مس
مس معمولاً با فلزات دیگر ترکیب می‌شود تا خواص مکانیکی و فیزیکی آن بهبود یابد. برخی از آلیاژهای مس شامل برنز (ترکیبی از مس و قلع)، برنج (ترکیب مس و روی)، و آلیاژهای مس-نیکل هستند. هر کدام از این آلیاژها ویژگی‌های متفاوتی دارند و روش‌های جوشکاری متفاوتی نیز نیاز دارند.
روش‌های جوشکاری مس
برای جوشکاری مس و آلیاژهای آن می‌توان از چندین روش استفاده کرد که هر کدام با توجه به نوع آلیاژ و ضخامت فلز، مزایا و معایب خاص خود را دارند:
1. جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GTAW/TIG)
- مزایا: این روش به دلیل دقت بالا و کنترل حرارتی خوب، برای جوشکاری مس و آلیاژهای نازک آن مناسب است. گاز محافظ (معمولاً آرگون) به محافظت از منطقه جوش در برابر اکسیداسیون کمک می‌کند.
- معایب: به دلیل هدایت حرارتی بالا در مس، نیاز به تامین حرارت بیشتری در مقایسه با فولادهای معمولی است که این موضوع ممکن است زمان جوشکاری را افزایش دهد.
2. جوشکاری قوسی با الکترود پوشش‌دار (SMAW)
- مزایا: این روش برای جوشکاری قطعات ضخیم مس و آلیاژهای آن به کار می‌رود. استفاده از الکترودهای مناسب برای این فلز می‌تواند کیفیت جوش را افزایش دهد.
- معایب: کنترل کمتر روی فرآیند در مقایسه با روش‌های دیگر و نیاز به الکترودهای خاص برای جلوگیری از مشکلات اکسیداسیون.
3. جوشکاری قوسی با گاز فعال (GMAW/MIG)
- مزایا: این روش به دلیل سرعت بالای آن در جوشکاری قطعات ضخیم مس و آلیاژهای آن استفاده می‌شود. امکان استفاده از گازهای محافظ ترکیبی (مانند آرگون و هلیوم) برای کاهش اکسیداسیون و افزایش کیفیت جوش وجود دارد.
- معایب: ممکن است نیاز به تجهیزات خاص برای کنترل بهتر دما و جلوگیری از اکسیداسیون باشد.
4. لحیم‌کاری سخت (Brazing)
- مزایا: این روش برای اتصال قطعات مس و آلیاژهای آن به کار می‌رود و معمولاً در صنایع الکترونیک و لوله‌کشی استفاده می‌شود. در این روش از آلیاژهای لحیم‌کاری با نقطه ذوب پایین‌تر از مس استفاده می‌شود که باعث جلوگیری از تغییر شکل قطعه در حین جوشکاری می‌شود.
- معایب: استحکام نهایی جوش ممکن است به اندازه جوش‌های قوسی نباشد و برای کاربردهای با بار زیاد مناسب نباشد.
مشکلات رایج در جوشکاری مس و آلیاژهای آن
- سرد جوش (Cold Weld): به دلیل پخش سریع گرما در مس، ممکن است اتصال جوش به‌درستی شکل نگیرد. برای جلوگیری از این مشکل، باید از منبع حرارتی با توان بالا استفاده کرد.
- اکسیداسیون سطحی: اکسید مس می‌تواند کیفیت جوش را کاهش دهد. استفاده از گازهای محافظ مناسب مانند آرگون یا هلیوم می‌تواند از اکسیداسیون جلوگیری کند.
- تغییر شکل حرارتی: انبساط و انقباض سریع مس می‌تواند باعث ایجاد اعوجاج و تغییر شکل در قطعات جوشکاری شده شود. استفاده از تکنیک‌های مناسب تثبیت قطعه و کنترل حرارت، به کاهش این مشکل کمک می‌کند.