لحیم‌کاری و جوشکاری در نصب سیستمهای VRF

در اتصالات جوشی مسی، دو نوع اتصال جوش‌کاری سخت (Brazing) و جوش‌کاری نرم (Soldering) مورد استفاده قرار می‌گیرند که شباهت‌های بسیار زیادی به هم دارند.

به طور کلی روش‌های جوشکاری متفاوتی وجود دارند که برای آن‌ها از سه کلمه انگلیسی Welding، Brazing و Soldering استفاده می‌گردد. هر سه روش برای اتصال دو و یا تعداد قطعات بیش‌تری به هم‌دیگر استفاده می‌شوند اما تفاوت‌های محسوسی در در کاربرد و نحوه استفاده آن‌ها وجود دارد.

در Welding دو قطعه باید مشابه باشند و در آن از دمای بالایی برای ذوب و اتصال دو و یا چند قطعه مورد نظر به هم‌دیگر استفاده می‌گردد. البته از ماده واسط (فیلر) هم در این روش استفاده می‌شود. اگر اتصال به درستی انجام شود می‌توان به طور تقریبی گفت که اتصال به اندازه سایر قسمت‌ها محکم می‌باشد ام اگر اتصال به درستی انجام نشود و یا گرمای اضافه اعمال گردد، محل اتصال ضعیف‌تر از اطراف آن خواهد بود.

در Brazing و Soldering دو قطعه مورد اتصال داغ شده ولی ذوب نمی‌شوند و در واقع فقط ماده واسط ذوب شده و فضای بین قطعات مورد اتصال را با کمک خاصیت موئینگی پر می‌کند، بنابراین این نوع جوشکاری تاثیر کم‌تری بر قطعات مورد اتصال می‌گذارد (شکل زیر). در این نوع جوشکاری امکان اتصال دو قطعه غیر هم‌جنس وجود داشته و دمای ذوب ماده واسط (فیلر) باید پائین‌تر از دمای ذوب دو قطعات مورد اتصال باشد. در Brazing و Soldering محل اتصال ممکن است از دو قطعه مورد اتصال هم محکم‌تر باشد اما در هر صورت از Welding ضعیف‌تر است. هر دو روش Brazing و Soldering تقریبا مشابه هستند و تفاوت اصلی آن‌ها در دمای کاری و نوع فیلر (ماده واسط) می‌باشد.

شماتیکی از لحیم‌کاری یا جوشکاری نقره دو قطعه و نحوه پر شده فضای بین دو قطعه توسط فیلر (ماده واسط)

در لحیم ­کاری دو نوع ماده فیلر مختلف 50/50 و 5/95 وجود دارد. در نوع 50/50، فیلر از 50 درصد قلع و 50 درصد سرب تشکیل شده­ و برای فشارها و دماهای متوسط مناسب می ­باشد. این نوع فیلر به دلیل وجود سرب برای استفاده در لوله­ های حامل آب آشامیدنی مناسب نیست. برای فشارهای بالا و استفاده در لوله­ های آب بهتر است از فیلر 5/95 که در آن 95 درصد از قلع و 5 درصد آنتیموان[1] تشکیل شده است، بهره برد. جوشکاری سخت شبیه لحیم ­کاری است با این تفاوت که به دماهای بالاتری نیاز دارد، این روش به جوشکاری نقره نیز معروف است. این نوع جوشکاری معمولا در تهویه مطبوع و تبرید بسیار مورد استفاده قرار می ­گیرد. در شکل زیر طیف دمایی جوشکاری نقره (1205 تا 1550 درجه فارنهایت) و لحیم کاری (361 تا 500 درجه ارنهایت) طبق تعریف انجمن جوشکاری آمریکا ارائه شده است. معمولا فیلر مناسب برای جوشکاری نقره شامل 15 تا60 درصد نقره یا آلیاژ­های شامل فسفر می­ باشد.

طیف جوشکاری و لحیم‌کاری

در جوشکاری سه نوع شعله شامل: شعله خنثی (نسبت سوخت و اکسیژن متعادل)، شعله کربونیزه (استیلن اضافه) و شعله اکسیدی (اکسیژن اضافه) وجود دارد. شعله خنثی در اکثر مواقع تاثیر شیمیایی بر روی قطعات مورد اتصال ندارد. در بیش‌تر کاربردها معمولا از یک شعله خنثی استفاده می‌شود اما در بعضی کاربردها لازم است که یک شعله کربونیزه (با مقدار استیلن بیش‌تر) و یا اکسیدی (با مقدار اکسیژن بیش‌تر) ایجاد کرد. انواع شعله شامل شعله کربونیزه، شعله خنثی و شعله اکسیدی را می‌توان در شکل زیر دید. 

انواع شعله شامل شعله کربونیزه، شعله خنثی و شعله اکسیدی

توضیحات جوشکاری

یکی از موضوعات مطرح شده در زمینه جوشکاری روغن زدن یا استفاده از تنه‌کار است. مهم‌ترین کاربرد روغن‌زدن جلوگیری از اکسید شدن سطح لوله‌ها و فیلر در محل جوشکاری می‌‌باشد. فیلر (مواد واسط یا پرکننده) مانند سیم نقره و سیم جوش‌های دیگر به خوبی به لوله و قطعات مورد جوش می‌چسبند اما به اکسید‌های تشکیل شده در طول جوشکاری اتصال مناسبی نخواهند داشت. با جلوگیری از تشکیل اکسیدها در طول جوشکاری با استفاده از روغن‌زدن مواد پرکننده به محل اتصال به شکل بهتری جریان خواهند یافت. بنابراین برای داشتن اطمینان بیش‌تر از عدم ایجاد نشتی در محل‌های جوش در صورت نیاز باید از روغن مناسب استفاده شود. البته استفاده از تنه‌کار (روغن زدن) برای همه‌ی جوشکاری‌ها توصیه نمی‌گردد. اگر چه روغن‌زدن مفید است اما استفاده بیش از حد از آن می‌تواند منجر به کاهش کیفیت جوشکاری شود. روغن را باید تنها به دهانه خارجی لوله با سایز کوچک‌تر اعمال کرد. روغن اضافه ضمن پر کردن فضای بین دو لوله و جلوگیری از ایجاد جریان مواد پر کننده به دلیل داشتن معمولا 15% تا 35%آب در ترکیب خود در صورت ورود به داخل خط لوله می‌توانند باعث ایجاد رطوبت در داخل آن و در نتیجه ایجاد مشکلاتی برای سیستم تهویه مطبوع و تبرید مورد نظر گردد.

درکنار مزایایی که روغن زدن دارد معمولا به تولید گازها و بخارات خطرناک منجر می‌شود بنابراین پیش از انجام جوشکاری با تنه‌کار باید اقدامات ایمنی لازم شامل فرآهم کردن ماسک‌های تنفسی و تهویه هوای مناسب در محل کار را انجام گیرد. در ضمن استفاده از روغن‌ها می‌تواند تاثیرات منفی زیادی دیگری هم داشته باشد که از آن جمله می‌توان به ایجاد خوردگی در لوله و جلوگیری از وجود یک جوش خوب در صورت استفاده نامناسب از روغن شود. روغن در صورتی هم که وارد خط لوله شود به دلیل وجود آب در آن می‌تواند مشکلات دیگری ایجاد کند. به همین دلیل در بسیاری از فیلرهای امروزی ترتیبی اتخاذ شده است که  نیازی به استفاده از روغن در حین جوشکاری نباشد.

بعضی از فیلرها مانند فیلرهای دارای فسفر توسط روغن‌های مناسب پوشش داده شده و نیازی به استفاده جداگانه از روغن ندارند. برای جوشکاری‌هایی که در سیستم VRF انجام می‌شود از فیلرهای فسفری (معروف به سیم جوش نقره) استفاده می‌شود و به همین دلیل به هیچ وجه نیازی به استفاده از روغن نمی‌باشد. این موضوع به وضوح در راهنمای نصب برندهای مختلف هم اشاره شده است. باید مطمئن شد که تمام کار به صورت دقیق و با توجه به دستورالعمل‌ها انجام شده باشد. حرارت زیاد می‌تواند اثرات منفی بر روی کیفیت جوش داشته باشد. اگر روغن استفاده شده و سطح زیادی گرم شود، روغن با اکسیدها اشباع شده و مانع از ایجاد جریان مناسب فیلر می‌شود. در ضمن باید توجه داشت که روغن‌ها معمولا خورنده بوده و بعد از پایان جوش‌کاری باید به صورت کامل آن را از سطح لوله پاک کرد.

برای جوشکاری باید سطوح داخلی و خارجی لوله‌های درگیر در جوشکاری را کاملا تمیز کرد. ممکن است که لوله‌ها در ظاهر تمیز به نظر برسند اما دارای اکسید، گرد و غبار  و سایر آلودگی‌ها باشند. برای تمیزکاری بهتر در صورت نیاز از وسایلی مانند برقو، سمباده و یک پارچه تمیز استفاده کرد. بعضی از آلیاژهای مس-فسفر یا نقره-فسفر که در جوشکاری استفاده می‌شوند (مانند فیلرهای مورد استفاده برای جوش VRFها) نیاز به تمیز کاری اضافه و روغن‌زدن ندارند چرا که در دمای بالایی که برای جوشکاری لازم است؛ سطوح توسط شعله تمیز می‌شوند. در ضمن معمولا ماده پرکننده (فیلر) در این نوع جوشکاری دارای ترکیبات فسفر بوده و نیازی به روغن زدن ندارد.

در هنگام جوشکاری احتمال ایجاد اکسید در سطوح داخلی لوله‌ها مانند سطوح خارجی آن‌ها وجود دارد. هنگامی که در مجاورت هوا (اکسیژن) به مس گرما داده می‌شود، روی سطح آن اکسید شکل می‌گیرد. در واقع در فرآیند جوشکاری در حالت عادی داخل لوله‌ها هوا که شامل مقادیر زیادی اکسیژن است وجود داشته و از طرف دیگر هم برای جوشکاری به لوله حرارت اعمال می‌شود، مطابق رابطه زیر این موضوع باعث ایجاد اکسید می‌شود.

مس در تماس با هوا قرار گرفته و به آن گرما داده می‌شود این یعنی ایجاد شرایط مناسب برای تشکیل اکسید به طور کامل مهیا می‌باشد. برای جلوگیری از ایجاد اکسید باید این شرایط را با حذف یکی از سه عامل مس، اکسیژن و یا گرما تغییر داد. کاملا مشخص است که مس و حرارت را نمی‌توان حذف کرد و تنها عاملی که می‌ماند اکسیژن است. با عبور دادن جریان نیتروژن از درون لوله‌ها، هوای درون آن‌ها بیرون رانده می‌شود.  در این صورت اکسیژنی در مجاورت سطوح داخلی لوله قرار نگرفته و در نتیجه اکسیدی هم تشکیل نمی‌گردد. در شکل زیر نمونه سطوح داخلی یک اتصال مشابه در حالت استفاده از نیتروژن و عدم استفاده از نیتروژن در حین جوشکاری ارائه شده است. در شکل زیر دیده می‌شود که در حالت استفاده از نیتروژن هیچ اکسیدی در سطح داخلی تشکیل نشده اما در حالت عدم استفاده از نیتروژن سطح داخلی لوله کاملا اکسید شده است.

نمونه سطوح داخلی در حالت استفاده از نیتروژن و عدم استفاده از نیتروژن در جوشکاری

اکسید ایجاد شده در اثر جوشکاری در دراز مدت به طور کلی بر عملکرد سیستم تبرید اثر مخربی خواهد داشت، اما خطر اصلی متوجه سیستم روغن‌کاری کمپرسور خواهد بود. ممکن است اکسید شگل گرفته روی سطوح داخلی لوله‌ها، با جریان مبرد و روغن کنده شده و به درون کمپرسور برود. این موضوع می‌تواند باعث خرابی روغن و یا ورود ذرات به قسمت متحرک کمپرسور شده و ایجاد مشکل کند. در ضمن امکان آسیب رسیدن به شیر انبساط به دلیل کیپ شدن آن توسط ذرات اکسیدی وجود دارد.

موضوع دیگری که باید در نظر داشت تفاوت اهمیت نیتروژن زدن در سیستم‌های تبریدی قدیمی و جدید است. بسیاری از تکنسین‌های با سابقه ادعا می‌کنند که در گذشته از نیتروژن برای جوشکاری استفاده نمی‌کرده و به مشکلی هم برخورد نکرده‌اند پس چرا باید امروزه از نیتروژن استفاده کرده و هزینه و وقت خود را هدر دهند؟!

این موضوع کاملا درست است در گذشته نیازی به استفاده از نیتروژن در بسیاری از سیستم‌های تبریدی نبوده و یا اهمیت بسیار زیادی نداشته است اما از آن‌جایی که سیستم‌های با مبرد R-410a روز به روز در حال افزایش هستند، مقدار روان‌کننده‌های استری در تهویه مطبوع نیز افزایش یافته‌است. روان‌کننده‌های استری نسبت به روان‌کننده‌های معدنی تمایل بیش‌تری به جدا کردن اکسید‌ها از سطوح داخلی لوله دارند بنابراین ریسک کیپ شدن و آسیب رسیدن به تجهیزات اندازه‌گیری، فیلترهای درایر و سایر تجهیزات حساس در سیستم‌های تبریدی بیش‌تر می‌شود. با ایجاد جریان کمی از نیتروژن درون لوله در حین جوشکاری می‌توان مقدار اکسید در داخل لوله را تا مقادیر بسیار زیادی کاهش داد.