جوشکاری سرب جزو آسان ترین فرایند های جوشکاری است، از این رو که در جوشکاری این فلز نیازی به فلاکس نیست و ترکیب فیلر هم مشابه فلز پایه انتخاب میشود. از طرف دیگر، قدمت جوشکاری سرب به چند هزار سال قبل از میلاد بر میگردد و دلیل آن نیز سهولت این فرایند است.

خواص فلز سرب

مهم ترین نکته ای که در رابطه با جوشکاری سرب باید در نظر گرفته شود، سمی بودن بخار یا غبار سرب است. کم خونی، آسیب به سیستم عصبی و آسیب به کلیه از مهمترین آسیب هایی است که این مواد به انسان میرسانند. بنابراین جوشکاری سرب باید در محیطی با تهویه مناسب انجام شود تا از استنشاق بخار سرب جلوگیری شود. در صورتی که اتصال دهی در محیطهای بسته مثل مخازن انجام شود، جوشکار باید کپسول هوا با خود به همراه داشته باشد.

جوش لوله سربی

 سرب در بسیاری از محیط های معمول از جمله اتمسفر ، رطوبت و آب معمولی و همچنین در معرض بسیاری از اسید ها مقاومت به خوردگی بسیار زیادی دارد. سرب در مقابل اسید سولفوریک، اسید سولفورو و اسید فسفریک مقاوم است اما بوسیله اسید نیتریک خورده میشود. این ماده، دمای ذوبی حدود 327 درجه سانتیگراد و نقطه جوشی در حدود 1700 درجه سانتیگراد دارد. سرب هنگام برش، سطحی براق و نقره ای دارد اما به محض اکسید شدن، به رنگ خاکستری تیره در می آید. این مسئله موجب بروز مشکلاتی در جوشکاری میشود.

سرب و آلیاژهای آن به سادگی ریخته گری و شکل دهی میشوند. سرب به آسانی به شکل ورق، نورد شده و به صورت لوله، اکسترود میشود. دو آلیاژ معمول سرب در صنعت، آلیاژهای تلوریم و آنتیموان هستند. اضافه شدن کمتر از 0.1 درصد تلوریم، کارسختی سرب را افزایش میدهد. اضافه شدن حدود 6 درصد یا کمتر آنیتموان، سختی را افزایش داده و استحکام کششی را تا دوبرابر افزایش میدهد. آنتیموان نقطه ذوب آلیاژ سرب را نیز کاهش میدهد و باعث افزایش ضریب انبساط سرب حین انجماد میشود.

متالورژی جوشکاری سرب

همانطور که اشاره شد، یکی از مسائل جوشکاری سرب ، اکسیداسیون است. اکسید شدن آلیاژ حین جوشکاری سرب ، ممکن است بر اثر وجود ناخالصی در گاز سوختنی باشد. چنانچه در ساختار سرب جوشکاری شده، مقدار اکسیژنی حدود 0.004 درصد وجود داشته باشد، اتصال ایجاد شده بسیار ترد میشود. حد مجاز اکسیژن 0.0005 درصد است.

جوشکاری هواگاز سرب

برای استحکام بخشیدن به جوشکاری سرب ، میتوان از روش کوبیدن جوش داغ استفاده کرد. این فرایند، موجب به هم ریختن ساختار دندریتی درشت ساختار میشود و مقاومت به خوردگی آلیاژ را نیز افزایش میدهد. قطعات سربی را میتوان به قطعات برنجی ، مسی و روی نیز از طریق جوشکاری سرب اتصال داد.

روش های جوشکاری سرب

سرب را معمولا به وسیله روش جوشکاری هواگاز اتصال دهی میکنند. با این وجود برخی دیگر از روش های جوشکاری ذوبی نیز مانند جوشکاری نقطه ای ، موفقیت هایی در اتصال سرب داشته اند. اما به جز جوشکاری هواگاز ، باقی این فرایندها، کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند. یک روش معمول دیگر برای اتصال دهی سرب ، لحیم کاری نرم است.

جوشکاری سرب به روش هواگاز

انواع مختلف گاز سوختنی در جوشکاری سرب به روش هواگاز قابل استفاده هسند که از بین آن ها میتوان به استیلن، پروپان، گاز طبیعی و هیدروژن اشاره کرد. هر کدام از این گازها خصوصیاتی داشته که موجب کاربرد آن ها در فرایندهای جوشکاری متفاوت میشود. برای مثال، هیدروژن شعله نازکی داشته که موجب کنترل راحت تر گرده جوش میشود. اما در استفاده از گاز استیلن به منظور رسیدن به شعله ای به نازکی شعله هیدروژن، فشار گاز باید افزایش داده شود. افزایش فشار گاز استیلن تاثیرات نامطلوبی روی حوضچه جوش دارد. بنابراین انتخاب گاز مورد استفاده، باید بر اساس نوع آلیاژ قطعه و شرایط جوشکاری انجام شود.

تعمیر قطعات سربی

در تمامی موارد ذکر شده، ترکیب گاز سوختنی و اکسیژن باید به نحوه ای انتخاب شود که شعله ایجاد شده شعله ای خنثی باشد. شعله کاهنده با سوخت های ارگانیک موجب ایجاد دوده در محل اتصال میشود. شعله اکساینده منجر به ایجاد اکسیدهای سطحی و سختی اتصال میشود. فشار گاز انتخاب شده برای این فرایندها معمولا در حد 10 تا 34 کیلوپاسکال است. طول شعله ایجاد شده بین 38 تا 102 میلیمتر است. شدت شعله بوسیله ابعاد نوک مشعل جوشکاری هواگاز کنترل میشود. مشعل هایی با نوک بزرگتر برای جوشکاری قطعات ضخیم تر استفاده میشوند.

فلز پر کننده فرایند جوشکاری سرب

فلز پر کننده در این فرایندها میله ای با قطر 3.2 تا 19 میلیمتر است. فلز پر کننده باید حتما آلیاژی از جنس خود فلز باشد تا خواص حرارتی و مکانیکی جوش و فلز پایه مشابه باشند. بنابراین فیلر از همان آلیاژ سازنده فلز پایه بریده میشود. میله فلز پر کننده باید قبل از اتصال، به دقت تمیز شود و تمیزکاری بوسیله برس سیمی یا بریدن لایه ای بسیار نازک از سطح میله انجام میشود. از آنجایی که فلاکس های معمول در فرایندهای جوشکاری ، برای فرایند جوشکاری سرب قابل استفاده نیستند، همین دقت، در فرایند تمیزکاری سطوح اتصال فلز پایه نیز بایستی لحاظ شود. اکسید های سطحی بوسیله سیم، و آلودگی، گرد و خاک و چربی و گریس باید توسط حلال های مناسب تمیز شوند.

لحیم کاری نرم سرب

سرب و آلیاژهای آن، به آسانی لحیم کاری میشوند به شرط اینکه، دقت کافی برای کنترل فرایند و ذوب نشدن فلز پایه لحاظ شود. جوشکاری سرب کاربردهای بیشتری دارد، ولی لحیم کاری سرب بیشتر برای اتصال دهی لوله های سربی و کابل های روکش دار انجام میشود. جوشکاری سرب منجر به اتصالی با خواص خوردگی بسیار عالی میشود ولی خواص خوردگی لحیم کاری سرب بسیار ضعیف است.

انتخاب لحیم برای سرب

همانند باقی فرایندهای لحیم کاری آلیاژهای دیگر، در لحمیکاری سرب ، انتخاب لحیم باید به گونه ای انجام شود که نقطه ذوب آن کمتر از فلز پایه باشد. سرب خالص در 327 درجه سانتیگراد و یکی از آلیاژهای پرکاربرد سرب آنتیموان در 240 درجه سانتیگراد ذوب میشوند. بنابراین لحیم کاری سرب باید در دمایی حدود 75 درجه سانتیگراد پایینتر از این دماها تخمین زده شود. آلیاژهای سرب و قلع با 63 درصد و 50 درصد قلع برای این فرایند بسیار مناسب هستند. این لحیم ها دمای ذوبی در حد 180 درجه سانتیگراد و دمای کاری در حدود 56 درجه سانتیگراد دارند. گاهی اوقات این آلیاژها درصد کمی نیز آرسنیک و آنتیموان دارند که آرسنیک برای ریز دانه شدن و آنتیموان برای افزایش استحکام استفاده میشود.

جوشکاری سرب با فلزات ناهمجنس

جوشکاری سرب و فلزات دیگر اغلب به وسیله اعمال لایه ضخیمی از سرب، روی فلزات دیگر مانند مس یا فولاد انجام میشود. محصول این فرایند، مقاومت به خوردگی سرب و استحکام فلز پایه را دارد و به آن، آسترکشی همگن با سرب میگویند.

جوشکاری ورق سربی

روش های متفاوتی برای انجام این فرایند، وجود دارد که انتخاب بین آن ها بستگی به انتخاب تولید کننده دارد. برای مثال می توان به جوشکاری معمولی یا ریخته گری سرب روی فلز پایه اشاره کرد. در هیچ کدام از این موارد، از سرب خالص به عنوان لایه اول استفاده نمیشود. به این دلیل که سرب خالص، سطح فلزات دیگر را خیس نمیکند و به راحتی آلیاژ تشکیل نمیدهد. بنابراین معمولا لایه نازکی از آلیاژ لحیم یا آلیاژ آنتیموان به عنوان لایه واسط اعمال میشود.