ריתוך

ריתוך היא פעולה פיזיקלית של חיבור שני גופים, לרוב גופי מתכת (או פולימרים) על ידי התכת חלק משני הגופים, לעיתים תוך הוספת מתכת או חומר אחר נוסף, והתמצקות מחדש לאחר הקירור. לעיתים ריתוך נעשה גם על ידי שינוי צורה פלסטית, או שתי הפעולות כאחת. צורות החימום הנפוצות הן: קשת חשמלית; ריתוך נקודות (העברת זרם חשמלי גבוה בין הגופים המרותכים); חימום בעזרת גז, לייזר, או תנור; הפעלת לחץ; משיכה; וחיכוך.

הלחמה גם היא שיטה לחיבור חלקי מתכת, הדומה לריתוך, אך בהלחמה גופי המתכת המולחמים אינם מותכים, ורק המתכת שמתווספת מותכת. בהלחמה נעשה שימוש נרחב באלקטרוניקה, כדי להצמיד מוליכים אחד לשני ולאפשר מעבר זרם חשמלי ביניהם.

שיטות ריתוך
שיטות הריתוך נבדלות זו מזו באופן החימום, ובשאלה האם מתווסף חומר שלישי לגופים המרותכים, ובאיזה אופן. החומר השלישי נקרא גם "חומר מילוי", ובחלק משיטות הריתוך הוא מהווה את גוף האלקטרודה. הוספתו לריתוך יכולה להיעשות בהגשה ידנית, באופן מכני על ידי הרתכת עצמה, ובמקרים מסוימים מונח חומר המילוי מראש על אזור התפר.

קיימות שלוש קבוצות בריתוך: הקבוצה התרמית, הקבוצה התרמו-מכנית והקבוצה המכנית. הריתוך בהן מתבצע לפי צורת החימום, ושינוי פני החומר המתאימים.

שיטות ריתוך בעזרת קשת חשמלית
 SMAW – Shielded Metal Arc Welding – ריתוך באמצעות אלקטרודה מצופה, היוצרת קשת חשמלית. בזמן הריתוך, הציפוי משחרר פחמן דו-חמצני המגן על נקודת הריתוך הנוזלית מפני חימצון. גוף האלקטרודה (הסליל) עצמו מותך בתהליך, ומתווסף כחומר שלישי לגופים המרותכים. ציפוי האלקטרודה מותך אף הוא, ומצפה את אזור הריתוך. לאחר התקררות והתמצקות הגופים נהוג להרחיק את הציפוי (המכונה "שלאקה" בעגה עממית), בעזרת פטיש מיוחד המכונה "פטיש סיגים".

ההגנה מפני חימצון היא חיונית, שכן עודף חמצן באזור החיבור עלול להחליש את התפר.
 TIG – Tungsten Inert Gas – ריתוך באמצעות אלקטרודת טונגסטן היוצרת קשת חשמלית המוגנת על ידי גז ארגון מיונן, כאשר חומר המילוי מוגש מהצד, בדרך כלל ידנית על ידי המרתך. בזכות השימוש בגז למיסוך מפני חמצן, חומר המילוי אינו מצופה.
 MIG – Metal Inert Gas – ריתוך באמצעות אלקטרודת מתכת וקשת חשמלית. האלקטרודה מהווה את חומר המילוי, והיא מוזנת לנקודת הריתוך באופן מכני על ידי הרתכת עצמה.

ריתוך באמצעות בעירה

 בשיטה זו נעשה שימוש במבער גז. ראש המבער מזרים תערובת של גז מתלקח וחמצן לנקודת הריתוך. ניתן להגיש חומר מילוי מן הצד, או להסתפק במתכת שמומסת מהגופים אותם מרתכים. על ידי הגדלת כמות החמצן שראש המבער מזרים, ניתן להשתמש בשיטה זו לחיתוך מתכת במקום לריתוך (מכונה בדרך כלל "חיתוך אצטילן", על שם אחד הגזים המשמשים לריתוך וחיתוך בעזרת מבער)

שיטות חימום אחרות
 EBW – Electron Beam Welding – ריתוך באמצעות קרן אלקטרונים. בשיטה זו תא הריתוך נמצא בוואקום ואין צורך בחומר מילוי עקב התכת המתכת.
 LBW – Laser Beam Welding – ריתוך באמצעות קרן לייזר המובלת על ידי סיב אופטי.
 FW – Friction Stir Welding – ריתוך באמצעות חיכוך. פטנט שוודי. זהו מוט גלילי אשר מסתובב במהירות רבה סביב צירו וגורם להתכת המתכת עקב חום החיכוך.
 Spot Welding – ריתוך נקודות המבוצע על ידי שתי אלקטרודות לריתוך פחים. נפוץ בתעשיית הרכב.
 פיצוץ ממוקד – יעיל לשם חיבור משטחי מתכת מסוגים שונים שאינם מתאימים לצורות הריתוך המסורתיות, כגון ברזל ואלומיניום. את המשטחים עורמים האחד מעל השני, כאשר השכבה שלישית והעליונה מכילה חומר נפץ. הפיצוץ יוצר חום ולחץ שבכוחם לחבר את המתכות יחד לאורך כל שטח המגע שביניהן. שיטה זו נדירה בשימוש, ועלותה גבוהה מאוד.

לריתוך שימושים רבים בתעשייה, החל מייצור גדרות וכלה בייצור סכיני גילוח איכותיים.

איכות הריתוך מושפעת מפרמטרים רבים, וביניהם המתח החשמלי, הזרם החשמלי, קיבולת החום, מהירות העבודה, ניקיון הסביבה, ועוד. על מנת למנוע את חמצון המתכת בלהט הרתכת (אשר יעודד יצירת חלודה), ברתכות מקצועיות קיימת הזרמה קבועה של גז (בדרך כלל פחמן דו-חמצני) לאזור הריתוך על מנת למנוע התרכבות של חומרי הריתוך עם גזים שונים באוויר, אשר תחליש את הריתוך ותשנה את אחידותו. כמו כן, הזרמת הגז אל אזור הריתוך מסייעת לקרר אותו ועוזרת במניעת היתוך בלתי אחיד.

ריתוך באמצעות רובוט 

בתעשיות רבות העוסקות בייצור המוני קיים צורך לחזור על פעולת הריתוך פעמים רבות ובדיוק רב ולכן מפעלים אלו בוחרים לבצע ריתוך בעזרת רובוט על פני רתך אנושי.

רובוט הריתוך מתוכנת באופן חד פעמי לבצע פעולה כלשהי ולאחר גמר התכנות חוזר על פעולה זו פעמים רבות בצורה זהה. הדבר תורם לאחידות בין כל חלקי הסדרה וקצב העבודה של הרובוט לרוב גבוה מקצב עבודה של עובד אנושי. לשימוש ברובוט ריתוך יתרונות רבים אך חסרונו הראשי הוא חוסר הגמישות שלו. אם יש צורך לבצע שינוי כלשהו אשר אינו נכלל בתכנות המקורי הדבר אורך זמן רב ומצריך תכנות מחדש.

רובוט ריתוך הוא מוצר מדף וכדי להתאימו לחלק המיוצר יש צורך בבניית מתקן ריתוך עבור כל הרכבה אשר יש צורך לרתך בעזרת הרובוט.

שימוש ברובוטי ריתוך נפוץ במיוחד בתעשיית הרכב ובתעשייה הכבדה אך ניתן לראות שימוש הולך וגובר ברובוטי ריתוך גם בתעשיות אחרות הרוצות לייעל את הייצור בעזרת אוטומציה.

לרוב הרובוט בנוי מזרוע בעלת מספר מפרקים ממונעים ובקצה שלה מחוברת ידית הריתוך. הרובוט יכול לבצע ריתוך כמעט בכל שיטה מהשיטות המוזכרות למעלה וידית הריתוך מחוברת לקצה הזרוע בהתאם לשיטת הריתוך שנבחרה.

כמו כל מכונה גם רובוטי ריתוך דורשים ביצוע פעולות אחזקה לאורך זמן כגון שימון והחלפת רכיבים מתכלים.

ריתוך בעזרת גזים 

שיטה נוספת לריתוך היא ריתוך בעזרת גזים. שיטה זו נבדלת מהאחרות עקב היותה השיטה היחידה העושה שימוש בגזים: תערובת של חמצן עם גז דליק אחר גורמת לבעירה ולחימום אזור התפר בין שני חלקי מתכת. אזור התפר נמס וכתוצאה מכך שני החלקים מתחברים לחלק אחד. שיטה זו הומצאה על ידי צמד המהנדסים הצרפתיים צ'ארלס פיקארד ואדמונד פאוצה. הצמד הנ"ל פיתח בשנת 1903 מכונה לריתוך בעזרת תערובת של חמצן ואצטילין. אף על פי שכיום הפופולריות של שיטה זו נמצאת בירידה, עדיין נעשה בה שימוש נרחב בעיקר בריתוך צנרת פלדה.

התערובות הנמצאות בשימוש הם שילוב של חמצן עם גז דליק אחר כמו: אציטלין, בנזין, מימן, פרופן ועוד. תפקיד החמצן הוא לאפשר בעירה ותפקידו של הגז השני הוא להיות מקור אנרגיה.

התערובת חמצן-מימן היא הנפוצה ביותר ומשמשת בין היתר לריתוך מתחת לפני המים, לריתוך אלומיניום ולעבודות עדינות כמו ריתוך בתכשיטים. תערובת זו מספקת בערה נקייה ללא פליטת מזהמים וטמפרטורת הבערה עומדת על 2800 °C. כמו כן התערובת נפיצה מאוד ויש צורך בזהירות יתרה ובאמצעים מיוחדים כשעובדים בשיטה זו. קיימות מכונות ריתוך המפיקות את התערובת ממכל מים הנמצא במקום הריתוך באמצעות אלקטרוליזה.

ריתוך פלסטיק

בטיחות 

עבודת הריתוך כרוכה בקרבה למקור של חום גבוה, כמו כן בזמן הריתוך נפלטים גזים המסוכנים לנשימה ועלולים לסכן את העובד. מסיבה זו קיים צורך מובהק בשימוש באמצעי הבטיחות המתאימים כדי למזער את הסיכונים ולמנוע נזק מידי ונזק מצטבר לאורך זמן. אמצעי המיגון המודרניים מספקים לרתכים רמת הגנה גבוהה תוך כדי הורדת רמת הסיכון של עבודת הריתוך, עבודה שגרמה במהלך השנים לפציעות רבות ואף למקרי מוות.
על מנת למזער סיכונים יש לגשת לקורס ולקבל הדרכה מקצועית מרמת הדרכת מסגר חובב בחוג ריתוך עד רמת הדרכה מקצועית בקורס ריתוך במכללה לריתוך, הכל בהתאם למטרת העבודה. אנשי מקצוע בארץ ובעולם עוברים בתום ההדרכה בחינת הסמכת רתך לפי התקן.

בזמן הריתוך נעשה שימוש בכפפות עור ובביגוד הכולל שרוולים ארוכים כדי להגן על העובד מכוויות כתוצאה מפליטת החום והקרינה העל סגולה הרבה הנגרמת בזמן הריתוך.

בזמן הריתוך נוצרים הבזקי אור ונפלטות רמות גבוהות של קרינה על סגולה העלולות לגרום נזק לראייה. על מנת להימנע מפגיעה זו נעשה שימוש במשקפי מגן מיוחדים המיועדים במיוחד לריתוך. משקפי מגן אלה כוללים עדשות כהות במיוחד המונעות מעבר של אור חזק אל עיני הרתך. במשקפי מגן חדישים קיים מנגנון הגורם להחשכת העדשות רק בזמן שרמת האור הנפלטת היא גבוהה ועלולה לסכן את הרתך.

שיטות שונות של ריתוך כוללות פליטת עשן העלול לגרום נזק לעובד אם הוא אינו מוגן. כדי למנוע זאת במקומות עבודה רבים מציידים את הרתך בערכה לאספקת אוויר טרי לנשימה וקיימת רמת אוורור גבוהה בשטח העבודה.

שימוש לקוי בגזים דחוסים ובלהבות בתהליכי הריתוך עלול לגרום אף לפיצוץ או לשרפה. לכן הרתכים עוברים סדרה של הכשרות מיוחדות המלמדות כיצד יש לנהוג בציוד הריתוך וכיצד למנוע סיכונים.

כאמצעי למניעת התלקחות מקובל במקומות עבודה מסוימים לצמצם את כמות החמצן בסביבת העבודה ולהרחיק ממנה חומרים דליקים.
סיכוני בטיחות בריתוך – הרחבה, העוסק בריתוך פועל בזירה בעלת השלכות רבות עליו ועל סביבה. חיתוך והשחזה – אפיון סיכונים. סכנת פציעה במהלך העבודה – עבודות הריתוך והחיתוך הן עבודות המסכנות את הרתך והסובבים במהלך העבודה. החל מסיכוני כווייה דרך התחשמלות, ועד פציעות מגוונות. קריסת האביזר המרותך – עבודת הריתוך מיועדת לעמוד שנים רבות בעומסים, ויברציות, רוחות, נוזלים, שינויי אקלים ועוד גורמי החלשה רבים. עבודה כושלת של הרתך היום עשויה לסכן מרגע ביצוע העבודה ועשרות שנים קדימה את הסובבים באזור העבודה. קיימות לצעריינו אין ספור דוגמאות של קריסות אביזרים מרותכים מכל רחבי העולם. מקרים אשר גרמו לגורמי ההדרכה והבטיחות בתעשייה להבין כבר לפני שנים רבות כי רתך חייב לעבור הכשרה המותאמת למשימות אותן יבצע. בתום ההכשרה הרתך נבחן בחינה מעשית לפי התקן ואם עבר יוסמך כרתך.

ראו גם
 ריתוך קר
 ריתוך בהתנגדות חשמלית
 אום ריתוך
 רתך
 מסגר

קישורים חיצוניים

 מילון למונחי רתכות (1960), באתר האקדמיה ללשון העברית
 

שיטות חיבור
מטלורגיה
הנדסת מכונות
בנייה