جوشکاری برنج به دلیل وجود روی در ساختار آلیاژی آن با مشکلات متعددی مواجه است. با این وجود، به دلیل استفاده بسیار زیاد این آلیاژ در مصارف صنعتی و خانگی، استانداردهای زیادی به منظور انجام خدمات جوشکاری برنج تدوین شده اند.

آن دسته از آلیاژهای مس که درصد بالایی روی دارند، با نام برنج brass شناخته میشوند. عناصر دیگری نیز به برنج ها اضافه میشود که خواص مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی این آلیاژها را افزایش دهند. اضافه کردن عناصری مثل منگنز ، قلع ، آهن ، سیلیسیم، نیکل و سرب به همین منظور انجام میشود. اضافه کردن روی به مس موجب کاهش نقطه ذوب ، هدایت الکتریکی و حرارتی و مدول الاستیسیته میشود. در عوض استحکام، سختی، چقرمگی و ضریب انبساط حرارتی برنج ها بیشتر از مس خالص است. رنگ برنج با افزایش درصد روی تغییر میکند و از طلایی به سمت زرد کم رنگ میرود. از آنجایی که برنج به دلیل رنگ خاص خود، مصارف تزئینی نیز دارد، توجه به انتخاب سیم جوش برنج در جوشکاری از اهمیت بالایی برخوردار است.

مشکلات جوشکاری برنج

برنج های دارای درصد روی کم ، بهترین گزینه برای جوشکاری هستند. با افزایش درصد روی تا بالای 20 درصد، جوش پذیری برنج تا حد زیادی کاهش میابد. برنج های دارای فسفر، به دلیل احتمال تردی اتصال، قابلیت جوشکاری و لحیم کاری زیادی ندارند. این دسته آلیاژها بیشتر به دلیل قابلیت ماشین کاری بسیار خوب استفاده میشوند. وجود مقدار سرب بیش از 3 درصد باعث تشدید این مشکلات میشود. جوش پذیری برنج ریختگی نیز از برنج های کار شده به مراتب کم تر است.

جوشکاری تیگ برنج

بزرگترین مانع در جوشکاری این آلیاژ، تبخیر زودهنگام روی از آلیاژ برنج و به اصطلاح دود روی است که با افزایش میزان روی تشدید میشود. تبخیر روی در جوشکاری برنج نه تنها فلز پایه را با مشکلات ساختاری مواجه میکند بلکه روی سلامتی جوشکار یا اپراتور های جوشکاری نیز تاثیر میگذارد. تنفس بخار روی باعث ایجاد حالت تهوع، سرگیجه یا تب میشود که به وسیله ذرات شناور اکسید روی ایجاد میشود که وارد سیستم تنفسی شده اند. طبق استاندارد، چنانچه جوشکاری برنج در فضای بسته انجام شود، استفاده از تهویه ضروری است.

نکات مهم در جوشکاری برنج

کمتر بودن هدایت حرارتی برنج در مقایسه با مس خالص موجب این میشود که برنج ها نیاز به درجه حرارت پیش گرم کردن نسبتا پایینتری داشته باشند. جوشکاری نقطه ای برنج ها نیز آسان تر است و نیاز به انرژی کمتری دارد. هر چند جوشکاری مقاومتی نقطه ای برنج ها نیز چندان متداول نیست.

اتصال برنج به فولاد

در مقایسه با مس خالص، که مشکل بسیاری در رابطه با اکسیژن و هیدروژن داشت، آلیاژ برنج مشکل کمتری در این رابطه دارد. حلالیت هیدروژن در برنج کم است و اکسیژن زدایی برنج توسط عنصر روی انجام میشود. ضریب انبساط حرارتی برنج با مس خالص قابل مقایسه است و بنابراین مشکلات ناشی از اعوجاج و تنشهای پسماند حرارتی در برنج ها نیز وجود دارد. بنابراین توجه زیادی باید در طراحی اجزای جوش به خرج داد. در ضمن، وجود آلومینیوم در برنج موجب مشکلات عمده ای مانند ایجاد اکسید آلومینیوم دیرگداز روی سطح آلیاژ میشود.

جوشکاری برنج با آرگون

یکی از پرکاربرد ترین روش های جوشکاری این آلیاژ استفاده از روش جوشکاری تیگ است. اتصال دهی برنج با درصد روی کم، به خصوص به صورت ورق های نازک تا 9.7 میلیمتر، با روش جوشکاری تیگ انجام میشود. جوشکاری برنج به این روش، معمولا به سیم جوش برنج احتیاجی ندارد. در صورت لزوم، به خصوص در جوشکاری ورق های ضخیم تر، میتوان از سیم جوش برنج بدون روی مثل ERCuSn-C و ERCuSi استفاده کرد. در جوشکاری برنج با آرگون به همراه سیم جوش برنج ، گرمای قوس بیشتر روی سیم جوش اعمال میشود. بدینوسیله از اعمال گرمای زیاد و مستقیم روی قطعه کار برنجی جلوگیری میشود.

اتصال فولاد به برنج با گاز پروپان

بزرگترین مزیت جوش برنج با این روش این است که از بخار شدن روی تا حد زیادی جلوگیری میشود. پیش گرم کردن قطعه کار در جوشکاری برنج با آرگون ، در دمایی حدود93 تا 316 درجه سانتیگراد انجام میشود. پیش گرم کردن قطعه کار بیشتر برای جوشکاری برنج با میزان روی پایین انجام میشود. گاز آرگون در این روش، پرکاربرد ترین گاز محافظ است، اما پیشنهاد میشود که در شرایط خاص، گاز هلیم نیز به منظور گرم تر کردن قوس اضافه شود.

جوشکاری برنج به روش میگ

جوشکاری برنج به روش میگ نیز انجام میشود. جوشکاری میگ اغلب برای جوشکاری قطعات برنجی با ضخامت بیشتر از 3.3 میلیمتر به کار میرود. سیم جوش برنج مورد استفاده در فرایند میگ از جنس سیلیسیم برنز ERCuSi-A یا فسفر برنز ERCuSn-C است. سیم جوش برنج از جنس فسفر برنز شباهت ظاهری بیشتری از نظر رنگ با فلز پایه دارد. با این وجود، سیلیسیم برنز نیز به دلیل ویسکوزیته پایین و جلوگیری از ایجاد دود روی اهمیت زیادی در جوشکاری برنج دارد. استفاده از سیم جوش برنج از جنس برنز آلومینیوم نیز استحکام بالایی ایجاد میکند. در جوشکاری میگ نیز مثل جوشکاری تیگ باید تا حد امکان شروع قوس روی سیم جوش برنج انجام شود.

جوشکاری برنج با برق

جوشکاری برنج با برق یا جوشکاری الکترود دستی به وسیله الکترود جوشکاری برنج از جنس فسفر برنز ERCuSn-A و یا ERCuSn-C انجام میشود. استفاده از الکترود جوشکاری برنج از جنس برنز سیلیسیم نیز در این فرایند متداول است. پخ جوشکاری برنج با برق به گونه ای ایجاد میشود که شکاف پهنی داشته باشد تا عمق نفوذ کاملی ایجاد شود. در ضمن به این وسیله، از محبوس شدن سرباره در جوشکاری برنج با برق نیز جلوگیری می شود. سخت گیری زیاد در ایجاد پخ در فرایند جوشکاری برنج با برق به دلیل کیفیت پایینتر اتصالات برنجی در این روش است.

جوشکاری برنج به مس

با استفاده از الکترود جوشکاری برنج از جنس برنز سیلیسیم ، حرارت پیش گرم و حرارت بین هر پاس حدود 260 درجه سانتیگراد پیشنهاد میشود. استفاده از الکترود جوشکاری برنج ساخته شده از برنز فسفر نیاز به پیش گرم کمتری دارد. جوشکاری برنج با برق با سرعت زیاد و جریان هایی تا حد ممکن زیاد انجام میشود. الکترود جوشکاری برنج نوسان زیادی در حین جوشکاری برنج با برق ندارد. معمولا این جوشکاری در وضعیت تخت انجام میشود و از پشت بند هایی از جنس مس خالص یا برنج استفاده میشود.

جوشکاری برنج با گاز

جوشکاری برنج با گاز یا جوشکاری هواگاز برای عملیات جوشکاری لوله های برنجی که نیاز به تغییر وضعیت مدام جوشکار است انجام میشود. یکی از انواع سیم جوش برنج مورد استفاده در جوشکاری برنج با گاز ، RBCuZn است. در صورت استفاده از شعله خنثی یا کمی اکسیدی در جوشکاری برنج با گاز ، اکسید روی کمی روی سطح برنج تشکیل میشود. در صورت استفاده از شعله های اکساینده، لایه ضخیمی از اکسید روی بوجود می آید که از تبخیر روی جلوگیری میکند.

سیم جوش برنج

فلاکس جوشکاری برنج با گاز از نوع فلاکس شماره پنج در استاندارد AWS یا از نوع براکس و اسید بوریک است. فلاکس را میتوان به وسیله آغشته کردن سیم جوش برنج در آن یا اعمال آن روی سطح قطعه کار استفاده کرد. افزودن سیلیسیم به سیم جوش برنج با هدف کاهش تبخیر روی و جلوگیری از جذب اکسیژن در حوضچه جوش انجام میشود. سیم جوش برنج دارای سیلیسیم با نامهای RBCuZn-C و RBCuZn-D شناخته میشود. این دسته سیم جوش برنج فقط برای جوشکاری برنج با گاز استفاده میشود و در جوشکاری برنج با برق کاربردی ندارد. سیم جوش برنج عاری از روی RCuSi-A نیز مقاومت به خوردگی خوبی دارد و به این منظور استفاده میشود.

لحیم کاری برنج

لحیم کاری برنج ها به وسیله فلزات پر کننده ای از جمله BAg و BCuP و همچنین سیم جوش برنج RBCuZn انجام میشود. در لحیم کاری برنج ، از فلاکس کلاس  FB3-C برای دو فیلر اول و فلاکس کلاس FB3-K  برای فیلرمتال سوم طبق استاندارد AWS استفاده میشود. بوسیله پوشاندن قطعه با فلاکس در لحیم کاری برنج ، میتوان از تبخیر روی در دماهای بالای 400 درجه سانتیگراد جلوگیری کرد. مشکل تبخیر روی حتی در لحیم کاری برنج در کوره دارای اتمسفر گاز محافظ نیز وجود دارد. در لحیم کاری برنج با شعله نیز از شعله اکساینده برای حل این مشکل استفاده میشود. برنج های فسفر که ترد تر هستند و ممکن است تحت گرمایش سریع دچار شکست شوند باید در لحیم کاری برنج به آرامی گرم شوند.

خدمات جوشکاری برنج

خدمات جوشکاری برنج معمولا به روش های جوشکاری برنج با برق و جوشکاری برنج با گاز انجام میشوند. در اغلب موارد در خدمات جوشکاری برنج، تاکید زیادی روی حفظ رنگ فلز و جلوگیری از ایجاد دوده حین جوشکاری میشود. جوشکاری میگ و تیگ به دلیل هزینه نسبتا بالاتر، در موارد خاصی در خدمات جوشکاری برنج ارائه شده اند.