موضوع مقاله: جوشکاری نفوذی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # جوشکاری نفوذی | مقدمه: این روش جوشکاری حالت جامد در فلزکاری استفاده می‌شود و قادر به اتصال فلزات مشابه و غیر مشابه است. | ## بخش 1: جوشکاری نفوذی | این فرایند بر اساس اصل نفوذ حالت جامد عمل می‌کند، در حالی که اتم‌های دو سطح جامد و فلزی در طول زمان در یکدیگر نفوذ می‌کنند. این فرایند معمولاً در دمای بالا، تقریباً ۵۰–۷۰٪ درجه حرارت ذوب کامل مواد انجام می‌شود. این تکنیک معمولاً برای جوش دادن لایه‌های متناوب (ساندویچی) فولاد نازک فلزی، سیم‌های فلزی یا رشته‌های فلزی استفاده می‌شود. این تکنیک در اتصال‌دهی طلا و مس برای جواهرسازی، و بسیاری صنایع دیگر کاربرد دارد. در فرایند جواهرسازی با طلا، زرگرها با ضربات مکرر، طلای جامد را به ورقه نازکی از طلا تبدیل کرده، سپس این ورقه را بر روی بستری از مس قرار داده و وزنه‌ای روی آن‌ها می‌گذارند. ویژگی‌ها جوشکاری نفوذی، هیچ جوشکاری ذوبی را شامل نمی‌شود، و اغلب بدون فلز پرکننده است؛ هیچ جرمی به ترکیب دو فلز وارد نشده، و این اتصال بنا بر نشان دادن مقاومت فلزات پایه و همچنین مقاومت گرمایی آن‌ها را دارد. در این روند تنش پسماند بسیار کمی ایجاد شده، و هیچ گونه آلودگی در حین پروسه جوش وجود ندارد. از لحاظ تئوری، جوشکاری نفوذی می‌تواند بین دو سطح با هر ابعادی انجام گیرد، بدون اینکه زمان مورد نیاز برای انجام آن تغییری کند. از دیدگاه عملی، سطح دو فلز تنها محدود به میزان فشار لازم و دیگر محدودیت‌های سطحی است. این فرایند با فلزات مشابه و غیر مشابه، فلزات واکنش‌پذیر و مقاوم، یا قطعاتی با ضخامت‌های متفاوت نیز قابل انجام است. جوشکاری نفوذی به دلیل هزینه نسبتاً بالا، معمولاً برای کارهایی که جوشکاری از راه‌های دیگر دشوار یا غیرممکن است مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال می‌توان همجوشی موادی مانند: زیرکونیوم و بریلیوم؛ که اتصال آن‌ها از طریق جوشکاری ذوبی غیرممکن است، مواد با نقاط ذوب بسیار بالا مانند تنگستن، لایه‌های متناوب فلزات مختلف که باید در دماهای بالا مقاومت خود را حفظ کنند، و ساختارهای فلزی لانه زنبوری بسیار نازک را نام برد. | ## بخش 2: جوشکاری نفوذی | وابستگی به دما نفوذ حالت پایدار با مقدار شار نفوذی که از سطح مقطع سطوح اتصال عبور می‌کند، تعیین می‌شود. شکل دیگری از قانون فیک بیان می‌کند: که در آن M به عنوان جرم یا مقدار اتم‌های منتشر شده تعریف شده، A سطح مقطع و t زمان مورد نیاز است. با برابرسازی دو معادله و تنظیم مجدد، به نتیجه زیر می‌رسیم: از آنجا که جرم و مساحت برای یک مفصل مشخص ثابت است، زمان مورد نیاز عمدتاً به شیب غلظت نفوذ و ضریب انتشار بستگی دارد. ضریب انتشار توسط معادله زیر تعیین می‌شود: که در آن Qd انرژی فعال سازی برای نفوذ، R ثابت جهانی گازها، T دمایی که فرایند در آن انجام می‌شود و D0 یک فاکتور نمایی مستقل از دما است که به مواد شرکت‌کننده در فرایند بستگی دارد. فرایندها هنگام اتصال دو ماده با ساختار کریستالی مشابه، پیوند نفوذی با کنار هم نگه داشتن دو قطعه مجاور یکدیگر انجام می‌شود. قبل از جوشکاری، این سطوح باید تا جای ممکن تراشکاری شوند و تا آنجا که ممکن است از آلودگی‌های شیمیایی یا سایر آلودگی‌ها پاک باشند. پس از بستن قطعات، فشار و گرما (معمولا به مدت چندین ساعت) به اجزای سازنده وارد می‌شود. در مواردی که قطعات نباید دارای شیب دما باشند، می‌توان از انبساط حرارتی دیفرانسیلی برای اعمال بار استفاده کرد. با اتصال قطعات با استفاده از فلز با انبساط کم (مثلا مولیبدن)، قطعات با انبساط بیشتر از فلز ثابت شده در دما، بار خود را تأمین می‌کنند. هنگام استفاده از فلزاتی که دارای لایه‌های اکسید قوی هستند (مثلا مس)، جوشکاری باید در یک فضای خلأ یا گاز بی اثر انجام شود. تمهیداتی از جمله پولیش کردن، اچ کردن، تمیز کردن و همچنین فشار و دمای نفوذ از فاکتورهای مهم در مورد روند جوشکاری است. در سطح میکروسکوپی، جوشکاری نفوذی در سه مرحله ساده رخ می‌دهد: تغییر شکل ناهنجاری‌های میکروسکوپی: قبل از تماس کامل سطوح، ناهنجاری‌ها (نواقص سطحی بسیار کوچک) روی دو سطح با هم تماس گرفته و دچار تغییر شکل پلاستیک می‌شوند. | ## بخش 3: جوشکاری نفوذی | با تغییر شکل این ناهنجاری‌ها، آنها بهم پیوسته و باعث ایجاد رابط‌هایی بین دو سطح می‌شوند. مرزهای دانه و مواد اولیه منتقل شده، و شکاف بین دو سطح به منافذ ریز ایزوله کاهش می‌یابند. انتقال رابط: مواد شروع به نفوذ در مرزهای دو سطح مجاور می‌کنند، که باعث مخلوط شدن این مرزها و ایجاد پیوند می‌شوند. هنگامی که جوشکاری به اتمام رسید، می‌توان تست‌هایی مانند آزمایش کششی بر روی آن انجام داد. فرایند پیوند نفوذی قادر به تولید اتصالات با کیفیت بالایی است که عاری از هرگونه ناپیوستگی و تخلخل می‌باشند. روش جوشکاری نفوذی می‌تواند به‌طور گسترده، در اتصال مواد مشابه یا غیر مشابه مورد استفاده قرار گیرد. قابلیت اجرا پیوند نفوذ در درجه اول برای ایجاد اشکال پیچیده برای صنایع الکترونیک، هوافضا و فناوری‌های هسته ای استفاده می‌شود. از آنجایی که این شکل از اتصال در مقایسه با سایر تکنیک‌های اتصال مانند جوشکاری انفجاری زمان بیشتری لازم دارد، قطعات در تعداد اندک ساخته می‌شوند و فرایند ساخت اغلب خودکار انجام می‌گیرد. در تلاش برای کاهش تعداد بست‌ها و قطعات، و همچنین هزینه‌های کارگران، از جوشکاری نفوذی نیز همراه با شکل‌گیری سوپرپلاستیک هنگام ایجاد ورق فلز استفاده می‌شود. سپس این دسته در قالب قرار می‌گیرد و فشار گاز ورق‌ها را منبسط می‌کند تا قالب پر شود. این کار اغلب با استفاده از آلیاژهای تیتانیوم یا آلومینیوم برای قطعات مورد نیاز در صنعت هوافضا انجام می‌شود. در بسیاری از هواپیماهای نظامی، جوشکاری نفوذی به صرفه جویی در مواد استراتژیک گران‌قیمت و کاهش هزینه‌های ساخت کمک می‌کند. | ## جمع‌بندی | برخی هواپیماها بیش از ۱۰۰ قطعه متصل از طریق نفوذ دارند، از جمله: بدنه هواپیماها، بازوی چرخ هواپیما و محفظه موتور هواپیما.