مقدمه

لحیم کاری سخت و نرم از کهن ترین فرآیند های اتصال فلزات و مواد است که جنبه های علمی و فنی آن همواره مورد توجه متخصصین متالورژی و علم مواد بوده است. در بسیاری از اشیاء عتیقه که در حفاری های باستان شناسان یافت شده است, آثاری از انجام لحیم کاری مشاهده می شود. در گذشته, جنبه های تکنولوژیکی این فرآیند به دلیل کاربرد سنتی آن در اتصال جواهرات, ظروف آشپز خانه و صنایع بسته بندی بیشتر از جنبه های علمی مورد توجه بوده است. امروزه کاربرد لحیم کاری سخت و نرم از حد سنتی فراتر رفته و در بسیاری از زمینه های پیشرفته صنعتی نظیر ارتباطات ماهواره ای, سازه های فضایی دقیق, با سایر فر آیندهای ایجاد اتصال, رقابت می کند. دقت و ظرافت این روش در بسیاری از موارد با روشهای مشابه ایجاد اتصال قابل مقایسه نیست.

در برخي از کاربردها نظير اتصال فلز به غير فلز, لحيم کاري روشي منحصر بفرد است. اين فرآيند به واسطه آن که در دماي پايين تر از نقطه ذوب اجزاء و بالاتر از نقطه ذوب ماده پرکننده صورت مي گيرد, از جوشکاري ذوبي متمايز مي گردد. مهمترين مشخصه لحيم کاري, توانايي ايجاد اتصال بسيار محکم در بين اجزايي با خواص و ترکيب شيميايي کاملا متفاوت از قبيل اتصال فلزات و سراميک ها است. همچنين با اين روش مي توان سازه هايي با اجزاء پيچيده شامل مقاطع ضخيم و نازک, غير متقارن و از دو جنس متفاوت ريختگي و کار شده را طي يک پاس لحيم کاري توليد نمود. استحکام پيوند فلزي در لحيم کاري مي تواند معادل يا بالاتر از استحکام هر يک از اجزاء باشد.

اصول لحيم کاري سخت

لحيم کاري يکي از روشهاي ايجاد اتصال است که با اعمال يک فلز مذاب به عنوان پرکننده به سطوح اتصال موجب تشکيل پيوند متالورﮊيکي بين فلز پرکننده و اجزاء اتصال مي گردد. وجه تمايز لحيم کاري سخت و نرم, دماي ذوب فلز پرکننده است. بسته به اينکه دماي ذوب لحيم کمتر يا بيشتر از C° 450 باشد فرآيند لحيم کاري نرم يا لحيم کاري سخت تقسيم مي شود. چنانچه نقطه ذوب فلز پرکننده کمتر از°C 450 باشد, فرآيند لحيم کاري نرم و چنانچه نقطه ذوب فلز پرکننده بيشتر از °C 450 باشد, فرآيند لحيم کاري سخت است.
کاربرد لحيم کاري نرم بیشتر در صنايع برق و الکترونيک است. لحيم کاري سخت نيز به عنوان يکي از روشهاي ايجاد اتصال دائمي براي گستره وسيعي از مواد مطرح است. براي مثال, امروزه فرآيند ارجح براي توليد مبدلهاي حرارتي آلومينيوم نظير رادياتور, کندانسور و تبخير کننده ها, لحيم کاري سخت مي باشد

پارامترهاي موثر در فرآيند لحيم کاري سخت

کيفيت لحيم به ميزان زيادي به جنس فلز پرکننده و اجزاء آماده سازي سطح اجزاء و شرايط فرآيند وابسته است. مهمترين پارامترهاي موثر بر کيفيت لحيم, شرايط سطوح جامد (ماهيت اکسيدها و پوششها و...), شيب دمايي فرآيند, واکنشهاي متالورﮊيکي بين فلز پرکننده و اجزاء, همچنين واکنشهاي شيميايي بين فلاکسها و اجزاء در حين فرآيند است. يکي از پارامترهاي مهم ديگر نحوه و ميزان جريان يافتن فلز پرکننده در محل اتصال است که خود تحت تاثير عوامل زير است :
1- ابعاد هندسي اتصال
2- مشخصات فلز پرکننده از جهت نحوه پخش شدن
3- شرايط سطحي اجزاء
در مدل کلاسيک واکنشهاي بين قطره تر کننده ناچيز فرض مي شود. همچنين ترکيب شيميايي مايع و اجزاء جامد و ساير مشخصات آنها با گذشت زمان تغيير نمی کند, که اين فرضيات عموما صادق نبوده و قابل صرف نظر کردن نيست. چون اصل حاکم بر ايجاد لحيم موفق, توزيع و جريان صحيح مفتول يا لحيم مذاب در فصل مشترک بر اساس خاصيت موئينگي است. ميزان فاصله شکاف دو لبه اتصال فاکتور مهمي به شمار مي رود. شکاف اتصال لحيم سخت, بطور کلي با سطح زياد و ضخامت خيلي کم طراحي مي شود. معمولا سطح مشترک پس از تميز کردن چربي ها و آلودگي هاي ديگر از فلاکس پوشده مي شود. سطح اتصال گرم شده و فلاکس ذوب مي شود. فلاکس شامل موادي است که قابليت حل کردن اکسيدهاي فلزي باقيمانده در سطح و يا ايجاد شده در ضمن عمليات را دارد. همچنين مذاب توليد لايه اي بر سطح فلز کرده و از اکسيد شدن سطح گرم جلوگيري مي کند. به جاي استفاده از فلاکس گاهي اوقات لحيم کاري تحت پوشش گازهاي فعال نظير هيدروژن يا گاز حنثي يا خلاء انجام مي شود و اين مزيت را دارد که نيازي به عمليات حرارتي يا شيميايي براي تميز کردن بقاياي فلاکس نيست و احيانا تشديد خوردگي در اثر فلاکس باقيمانده به وجود نمي آيد. لحيم کاري سخت فولادهاي کربن, فولادهاي زنگ نزن, فولادهاي آلياژي بطور وسيعي در هيدروژنهاي خشک, آمونياک تجزيه شده, آرگون يا خلاء انجام مي شود. همچنين کوره هايي با خلاء زياد جهت لحيم کاري زير کونيوم, تيتانيوم و فلزات دير گداز به کار مي روند. يکي از مزاياي اين فرآيند عدم پيچيدگي يا تغييرات ریزساختاری در منطقه مجاور جوش مي باشد, زيرا درجه حرارت حين عمليات نسبتا پايين است.

خواص پرکننده های لحيم کاري سخت

آلياژي که براي پر کردن محل اتصال استفاده مي شوند بايد داراي خواص زير باشد:
1- قابليت ايجاد لحيم هاي سخت با خواص مکانيکي و فيزيکي مناسب
2- داراي نقطه ذوب کمتر از فلز پايه و داشتن سياليت کافي براي جريان يافتن آسان در بين درزها و شيارها
3- ترکيب يکنواخت و پايدار داشته باشد بطوريکه ترکيبات تشکيل دهنده آن در حين لحيم کاري جدا نشوند.
4- قابليت تر کنندگي سطح فلزات مورد اتصال و ايجاد يک باند قوي
5- بر حسب احتياج, قابليت انجام يا عدم انجام يک واکنش داخلي با فلز اصلي را داشته باشد.