جوش نفوذی

جوشکاری نفوذی

جوشکاری نفوذی (Diffusion Welding: DFW) یک فرآیند حالت جامد است که با اعمال فشار در درجه حرارت بالا در حالی که هیچ گونه تغییر شکل ماکروسکوپی و حرکت نسبی بین سطوح تماس نسبت به هم وجود ندارد ، اتصال و پیوند بین دو قطعه ایجاد می شود ( تعریف توسط AWS ). این فرآیند تحت عنوان « اتصال نفوذی » نیز شناخته می شود. هم چنین این فرآیند شامل پروسه اتصالی است که با نفوذ بین مواد پایه و فاز مذاب ( البته اغلب یک فاز مذاب گذرا و ناپایدار ) انجام می گیرد. همواره سرعت نفوذ با بالا بردن فشار اعمالی و درجه حرارت شتاب می گیرد.

حرارت لازم با استفاده از یک کوره ( اتوکلاو خلاء یا اتوکلاو با گاز خنثی ) یا یک پرس غلتکی داغ یا با ایجاد مقاومت یا به روش القایی تأمین می گردد. فشار نیز به وسیله وزن یک پرس ، اختلاف فشار بین دو گاز ، اختلاف انبساط حرارتی بین دو قطعه که قرار است بهم متصل شوند ، یا توسط ابزارآلاتی که قطعات را جلو و عقب می کنند ، تأمین می شود.

تکنیک فشار تک محوره ، فرآیند را به جوشکاری قطعات صاف ، موازی و دارای سطوح صفحه ای که عمود بر جهت اعمال نیرو هستند ، محدود می کند. هدف اصلی از اعمال فشار ، ایجاد پیوند بین سطوح می باشد. این اتصال ابتدا با تغییر شکل پلاستیک ناهمواری های میکروسکوپی سطح و سپس با خزش ایجاد می شود. شکل زیر شماتیک فرآیند جوشکاری نفوذی را نشان می دهد.

در این روش جوشکاری دو یا سه مرحله برای برقراری اتصال وجود دارد. در بین مراحل الف و ب ، خزش به دلیل بالا بودن درجه حرارت و فشار خزش رخ می دهد و حفرات کروی به حفرات دیسکی شکل تبدیل می شوند. در بین مراحل ب و ج نفوذ سطحی وجود دارد و حفرات کوچک و پراکنده می شود. بین مراحل ج و د به دلیل وقوع نفوذ حجمی ، مرزدانه ها شروع به حرکت می کند مثل اتفاقی که در رشد دانه رخ می دهد. این مهاجرت و نقل و انتقال به علت تفاوت انرژی بین دانه ها در مرز می باشد. در واقع اتم ها به سمت دانه ای کشیده می شوند که انرژی کمتری دارد. البته این مرز ها ، مرز های مصنوعی بوده و از بین می روند. تا انتهای فرآیند تقریباً تمامی حفرات حذف می شوند. در مقیاس صنعتی در پایان مرحله دوم و قبل از نفوذ حجمی، کار تمام شده تلقی می شود. لازم به ذکر است که امکان دارد هر سه مرحله که در قبل به آن اشاره شد با هم رخ دهد.

عوامل موثر در فرآیند جوشکاری نفوذی عبارتند از:

• زمان : فرآیند جوشکاری نفوذی زمان بر است.
• درجه حرارت : نقش بسیار مهمی دارد. چنانچه دما تا 30 درجه سانتیگراد بالا برده شود، زمان انجام فرآیند نصف می شود. همچنین دمای تقریبی فرآیند طبق رابطه روبرو بدست می آید:   T = 0.5 T_m
• فشار
• سطح تماس : بسیار حائز اهمیت است. چرا که از بین بردن حفرات و بزرگ بودن آن ها ، مشکلات زیادی را به وجود آورده و زمان طولانی را برای انجام فرآیند می طلبد.

اجزایی که قرار است با جوشکاری نفوذی بهم متصل شوند می بایست به طور ویژه طراحی و به دقت در کنار هم قرار بگیرند تا اتصال با موفقیت ایجاد شود. همچنین تمامی مواد را نمی توان به راحتی و به طور موثر با این روش جوشکاری نمود. یک نمونه خوب در این مورد فلز تیتانیوم برای کاربرد های هوافضا است. جوشکاری نفوذی تیتانیوم به خوبی انجام می شود زیرا اکسید تیتانیوم در قابلیت حل شدن در فلز جامد را دارد و بنابراین مانع برقراری اتصال فلز – فلز نمی گردد.

مزایای جوشکاری نفوذی

مزایای جوشکاری نفوذی عبارتند از:

1. می توان فلزات و سرامیک را مستقیماً و جهت دست یابی به جوش کامل با این روش بهم متصل کرد.
2. به دو دلیل امکان استفاده از فلز پر کن وجود دارد : ا- افزایش تغییر شکل ماکروسکوپی و 2- در اختیار گذاشتن ماده ای یا قابلیت نفوذ بیشتر به سطوح تماس
3. مکان اتصال مستقیم یا توسط فلز پر کن برای مواد غیر همسان وجود دارد.
4. در صورت تماس نزدیک و یکنواخت ، سطوح بزرگی را از این طریق می توان جوش داد که البته بسیار هزینه بر است.
5. در این فرآیند ناحیه متأثر از حرارت وجود ندارد.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Robert W. , Messler Jr. , Joining of Materials and Structures , Elsevier Butterworth-Heinemann

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است