בניית שילדה היא מיומנות המשלבת אומנות עם מדע כדי לבנות מסגרת חזקה ונאה. כדי להמחיש את הנושא נתמקד במאמר זה בבניית שלדת אופניים, שהיא מסגרת העשויה מאוסף צינורות שאליהם מחברים את הגלגלים, הזרועות המניעות את הדוושות (ה-cranks), הכידון וחלקים רבים אחרים של האופניים.

הנה כמה מהחומרים הקשורים לעבודת ריתוך שלדות לבניית מסגרת האופניים:

חומרים לבנייה של שלדת אופניים חשמליות

השימוש בסגסוגת (Alloy)

סגסוגת היא תערובת של מתכת עם אלמנט נוסף. יש סגסוגות פלדה, טיטניום ואלומיניום.

כשמדובר באלומיניום לבניית שלדה של אופניים חשמליים או רגילים, הנטייה משום מה היא להתייחס לחלקי האלומיניום השונים כאילו כולם עשויים מסגסוגת, ולא היא!

לכן, כשאתם רוצים לקנות אופניים או חלקי חילוף לאופניים, חשוב לוודא אם הם עשויים:

  • מסגסוגת אלומיניום – העשויה מאלומיניום המעורבב עם מתכת אחרת.
  • או ממתכת אלומיניום – הנקראת בעברית חַמְרָן, ומופקת מהמינרל הטבעי ׳בוקסיט׳ (bauxite), שהוא יסוד כימי מתכתי, השלישי בשכיחותו בכדור הארץ.בהזדמנות זו, חשוב להבהיר שכדי לבנות שלדה לאופניים מאלומיניום צריך לדעת שלא ניתן לרתך או להלחים פלדה לאלומיניום. ישנן כמה שיטות תעשייתיות מיוחדות מאוד שיכולות לעשות זאת, אבל עבור אנשים מהשורה, זו פשוט לא אופציה!

אולי יעניין אותך גם:

השימוש בסיבי פחמן

סיבי פחמן עשויים מסיבים דקיקים המכילים בעיקר אטומי פחמן שהקוטר שלהם נע בין 0.005 ל-0.010 מ״מ. למרות הגודל הזעיר של סיבי הפחמן, המבנה הגבישי שלהם מקנה להם חוזק רב. לפיכך, שזירה של אלפי סיבי פחמן לחוטים מאפשרת ליצור אריג קל וחזק מאוד. זאת ועוד, טבילה של אריג סיבי הפחמן בתרכובת מותכת (כמו אפוקסי) יוצרת חומר מרוכב המאפשר לעצב יריעות חזקות וקלות משקל. אריגים ויריעות אלה נקראים בפשטות ׳סיבי פחמן׳.

סיבי הפחמן נמצאים היום בשימוש במגוון תעשיות, כולל בתחום ההנדסה האזרחית, בתעשיית התעופה והחלל ובתעשיית הרכב. סיבי פחמן משמשים גם לייצור של אופנועי מרוץ ושל ביגוד מותאם לרוכבים.

שיטות לבניית שלדות

בניית השלדה משתמשת במגוון שיטות, כולל:

  • ריתוך
  • הלחמה
  • הדבקה
  • ו-Lay-up

שיטת הריתוך

ריתוך ב-TIG (Tungsten Inert Gas) משמש לבניית שלדות אופניים ובעת הצורך גם לתיקון שלדות אופניים רגילים או לתיקון אופניים חשמליים. באמצעות רתכת TIG אפשר לחבר חלקים מפלדה, אלומיניום וטיטניום. עם זאת, לרוב לא ניתן לרתך אלה לאלה חלקים שעשויים ממתכות שונות האחת מהשנייה.

ריתוך TIG גורם להמסת הצינורות המשמשים לבניית מסגרת האופניים, בדרך כלל יחד עם חומר המילוי, בתהליך שבו החומרים מצטרפים האחד לשני. יש מקצוענים בתחום הנוהגים לחבר תחילה את הצינורות באמצעות ריתוך הגורם להתכת המתכת (ללא חומר המילוי) ולאחר מכן, ממשיכים בסבב ריתוך נוסף שבו יוסיפו את חומר המילוי. כשפעולה זו נעשית בצורה הנכונה, ריתוך TIG משאיר אחריו מעט מאוד לכלוך.

כשמדובר בשלדת פלדה יש הממליצים על שימוש בהלחמה, במקום בריתוך, כי החום בתהליך הריתוך עלול לפגוע בשלדה.

בכול מקרה, יש להיזהר משימוש בריתוך MIG (Metal Inert Gas) המשתמש בטמפרטורות גבוהות מאוד שעלולות להרוס שלדת פלדה העשויה מצינורות Chromoly (צינורות מסגסוגת פלדה המכילה chromium ו-molybdenum, יחד עם הברזל, הפחמן והאלמנטים האחרים היוצרים את הסגסוגת).

ריתוך שלדות לאופניים חשמליים

שיטת ההלחמה (Brazing)

שיטת ההלחמה מוגבלת פחות או יותר לשלדות שעשויות מפלדה. נכון שאפשר להלחים גם אלומיניום, אבל כשמדובר על אופניים, ההלחמה מיועדת לבניית שלדת אופניים מפלדה.

קיימות שתי שיטות להלחמת החלקים ליצירת שלדת אופניים:

הלחמת Fillet (מילוי)

חיבור הגלגלים לגוף האופניים, למשל, נעשה באמצעות הלחמת Fillet. הגלגל הקדמי מחובר לכידון באמצעות ׳מזלג׳ הכולל לרוב שתי זרועות (ובדגם מסוים, רק זרוע אחת). סיבוב הכידון גורם לסיבוב הגלגל הקדמי לכיוון הרצוי. יש תקנים שקובעים כיצד ניתן להלחים או לרתך את החיבורים שבין הגלגל הקדמי והאחורי לבין גוף האופניים.

הלחמת Fillet כוללת חיבור של החלקים באמצעות חומר מילוי מותך המשמש כדבק המחבר ביניהם. חומר המילוי הנפוץ ביותר הוא הברונזה, שלעתים קרובות נקרא ׳פליז׳. לאחר סיום הלחמת ה-Fillet, יש צורך בניקוי האזור. עם זאת, ככול שאיש המקצוע מיומן יותר בריתוך של שלדות אופניים, כך הלכלוך שיותיר ההליך יהיה קטן יותר. זה נכון גם כשמדובר בבניית שלדות שיכוך מלא, המתייחסות לאופניים הכוללים שני בולמי זעזועים, קדמי ואחורי.

הלחמת זיזים (Lug)

 הלחמה זו נעזרת בזיז המשמש כשקע לחיבורם יחדיו של 2 צינורות נוספים. הצינורות המחוברים מחליקים לתוך הזיז וחומר ההלחמה (ברונזה או כסף) שנמס מהחום נמרח בין הזיז לצינור, ומקשר ביניהם.

שתי שיטות ההלחמה הללו (ה-Fillet וה-Lug) מתבצעות לרוב באמצעות לפיד אש אוקסי-אצטילן (oxy-acetylene), המשמש כמקור חום. שתי השיטות משתמשות בסוג של משחה שנועדה למנוע זיהום של חומרי השלדה וחומרי המילוי.

לגבי הלחמת אלומיניום, מדובר בתהליך לחיבור שני חלקים מאלומיניום באמצעות מתכת מילוי בעלת נקודת התכה נמוכה יותר מחומר הבסיס. מחממים את מתכת המילוי עד שהיא נמסה ומסוגלת לזרום לתוך המפרק, שם היא מתמצקת ויוצרת חיבור בין חלקי שלדת האופניים. תהליך זה דורש בקרת טמפרטורה מדויקת ביותר ואזור נקי מאוד, שיבטיחו התקשרות מוצלחת של חלקי שלדת האופניים.

הלחמת אלומיניום משמשת בדרך כלל בתעשיות הרכב והחלל, כמו גם ליישומים כמו מערכות מיזוג אוויר ורכיבי מנועים.

שיטת ה-Lay-up

שיטת ה-Lay-up משמשת לבניית שלדה העשויה מיריעות של סיבי פחמן. שיטת בנייה זו כרוכה בהנחת יריעות סיבי פחמן האחת על השנייה בצורה מאוד ספציפית, ולאחר מכן, חיבור של שכבות היריעות יחדיו באמצעות דבק או חום. בין אם מדובר בשלדות אופני הרים או בשלדה לאופניים חשמליים, שיטות הבנייה החדישות ביותר להכנת שלדות אופניים מוותרות על השימוש בזיזים, והן משתמשות במקומן בתבניות, כולל בתבניות חלולות, העשויות מרכיבי סיבי פחמן ומאפשרות ליצור את השלדה כמקשה רציפה אחת.

שיטת ההדבקה

שיטת ההדבקה נכנסה לזירת האופניים, כאשר סיבי הפחמן החלו לשמש לבניית שלדות אופניים, שהיו עשויות מצינורות סיבי פחמן שהודבקו לזיזי אלומיניום. שיטת ההדבקה זכתה לפריחה מחודשת עם עליית הפופולריות של שלדת אופניים העשויה מבמבוק ונבנית בשיטת ׳עשה זאת בעצמך״.

ריתוך TIG לעומת ריתוך MIG

לפי המומחים, לעומת ריתוך MIG (Metal Inert Gas), ריתוך  TIG(Tungsten Inert Gas) מציע תוצאות מצוינות הן מבחינת העמידות והן מבחינת האסתטיקה. ההבדל העיקרי בין שיטת ה-TIG לשיטת ה-MIG הוא שריתוך MIG משתמש באלקטרודה ובחומר הפקדה שהם זהים (שניהם מתכלים), ואילו ריתוך TIG משתמש באלקטרודת טונגסטן שאינה מתכלה ובחוט תיל שמתכלה.

אגב, טונגסטן (Tungsten) הוא יסוד מתכתי קשיח וכבד בגוון אפור לבן עם כמה מאפיינים הדומים לכרום ולמוליבדן (Molybdenum).

השימוש בריתוך TIG מבטיח כמה יתרונות משמעותיים, כגון:

  • לאלקטרודת טונגסטן יש קצה חד ומדויק יותר.
  • סביר להניח שתמצאו בחנות יותר חוטי תיל מפלדות שונות (המתאימות יותר לאופניים שלכם), מאשר גלילים גדולים של אלקטרודות MIG שונות.

הטכנולוגיה לא נחה על זרי הדפנה, והיא ממשיכה להתקדם גם בתחום שלדת האופניים. יש היום יצרנים שפיתחו אופני אלומיניום טובים יותר והמציאו טכניקת ריתוך מהירה מאוד שמתמודדת היטב עם חוסר היכולת להלחים אלומיניום ועם התוצאות הדלות שמציע הריתוך המסורתי. טכניקה חדשנית זו הועברה לבניית שלדות פלדה וזו הסיבה שבגללה רוב אופני הפלדה המודרניים משתמשים בריתוך (ללא זיזים) ולא בזיזים ובהלחמה.