جوشکاری نفوذی

جوشکاری نفوذی

تعداد بازدید: 8409
کد مطلب: 12794
تاریخ انتشار: 12:14 09 مهر 1391

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.

  diffusion welding

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.

diffusion welding

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 Tm
  • 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 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.

 
 

Diffusion welding (DFW) is a solid state welding process by which two metals (which may be dissimilar) can be bonded together. Diffusion involves the migration of atoms across the joint, due to concentration gradients. The two materials are pressed together at an elevated temperature usually between 50 and 70% of the melting point. The pressure is used to relieve the void that may occur due to the different surface topographies. The method was invented by the Soviet scientist N.F. Kazakov in 1953.Specific tooling is made for each welding application to mate the welder to the workpieces... more

 
 

Diffusion welding is a solid state welding process that takes place below the melting temperatures of both metals. Bonding is a result of diffusion of the interfacing atoms. See also: Cold welding. Advantages of Diffusion Welding:

  • Welds having essentially the same physical, chemical and mechanical properties as the base metal can be produced.
  • Heat treating operations can be incorporated during the bonding cycle.
  • Continuous, leak tight welds can be formed.
  • The process is well suited for welding dissimilar metals and ceramics.
  • Numerous welds can be made simultaneously.
  • Weldability is largely independent of material thickness... more
 
 

Diffusion bonding offers a number of advantages to a wide range of industry sectors and applications, particularly where there is a need to join dissimilar materials.
The main advantage of diffusion bonding is that, unlike welding, it is not a 'fusion' process – the parent materials to be joined do not need to be melted. This makes diffusion bonding an ideal solution for joining materials such as:

  • Metals
  • Ceramics

Other advantages include:

  • Near-parent properties
  • Minimal shape change to parts
  • No post-finishing

The key to successful diffusion bonding lies in choosing process conditions which are appropriate to the circumstances, because the joint needs to form successfully with both parent materials, whilst controlling deformation. Joint intimacy and cleanliness are also critical factors... more

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
مطالب مرتبط