جوشکاری پیوند انتشار: فرآیند، پارامترها و کاربردها

جوشکاری با پیوند انتشار، که جوشکاری انتشار نیز نامیده می‌شود، یک فرآیند اتصال حالت جامد است که از گرما، فشار و زمان کنترل‌شده برای چسباندن سطوح نزدیک بدون ذوب مواد پایه استفاده می‌کند. کیفیت اتصال به آماده سازی سطح، سازگاری مواد، دما، فشار اعمال شده و زمان نگهداری بستگی دارد
این اصطلاح گاهی اوقات با لحیم کاری نفوذی یا اتصال فاز مایع گذرا اشتباه گرفته می شود. این فرآیندها به هم مرتبط هستند، اما یکسان نیستند. پیوند انتشار معمولی رابط مشترک را در حالت جامد نگه می دارد، در حالی که در لحیم کاری انتشار از یک لایه میانی استفاده می شود که به طور موقت به مایع تبدیل می شود.
این مقاله توضیح می‌دهد که فرآیند پیوند انتشار چگونه کار می‌کند، کدام متغیرها بر نتیجه تأثیر می‌گذارند و چگونه این فرآیند برای هادی‌های مس و آلومینیوم چند لایه اعمال می‌شود.

جوشکاری دیفیوژن باندینگ چیست؟

جوشکاری باند دیفیوژن فرآیندی است که در آن دو سطح آماده شده تحت دما و فشار کنترل شده در کنار هم قرار می گیرند. تماس نزدیک در سطح مشترک اجازه می دهد تا پیوند در سراسر سطوح جفت گیری در طول زمان ایجاد شود.

مواد پایه زیر دمای ذوب خود باقی می مانند. گرما تحرک مواد را افزایش می دهد، در حالی که فشار سطوح را به تماس نزدیک می برد و به بستن شکاف های میکروسکوپی کمک می کند. دوره نگهداری به رابط اجازه می دهد تا به یک اتصال پیوندی تبدیل شود.

پیوند انتشار و جوشکاری انتشار عموماً به عنوان نامی برای همان فرآیند حالت جامد-استفاده می‌شوند. این روش را می توان برای مواد مشابه یا غیر مشابه به کار برد، اگرچه ترکیبات غیر مشابه نیاز به توجه بیشتری به انبساط حرارتی، تشکیل اکسید و واکنش های احتمالی رابط دارند.

با توجه به توضیحات TWI از پیوند انتشار، شرایط سطح، دما، فشار و اتمسفر پردازش عوامل مهمی در دستیابی به یک اتصال صوتی هستند.

پیوند انتشار نباید به عنوان یک نام کلی برای هر فرآیند اتصالی که شامل انتشار اتمی است استفاده شود.

لحیم کاری انتشار، که به عنوان پیوند فاز مایع گذرا نیز شناخته می شود، از یک لایه{0} با ذوب کم استفاده می کند. لایه میانی در حین گرم شدن ذوب می شود و یک فاز مایع موقت را تشکیل می دهد. همانطور که عناصر بین لایه بین لایه و مواد پایه پخش می شوند، ترکیب اتصال تغییر می کند و مایع جامد می شود در حالی که دما هنوز حفظ می شود.

پیوند انتشار حالت جامد معمولی به این فاز مایع موقت بستگی ندارد.

تمایز در هنگام انتخاب تجهیزات مهم است. یک سیستم پیوند انتشار مبتنی بر کوره، سیستم پیوند TLP و جوشکار انتشار فویل مسی با مقاومت{2}}لزوما از ابزار، جو یا چرخه فرآیند یکسانی استفاده نمی‌کنند.

فرآیند پیوند انتشار عملی را می توان به پنج مرحله اصلی تقسیم کرد.

1. سطوح باندینگ را آماده کنید

سطوح باید به اندازه کافی تمیز باشند تا تماس نزدیک و تکرار شونده برقرار شود. روغن، اکسید شل، بقایای پولیش و ذرات می توانند از اتصال بخش های سطح مشترک جلوگیری کنند.

آماده سازی سطح بستگی به نیاز مواد و محصول دارد. ممکن است شامل ماشینکاری، سایش کنترل شده، چربی زدایی یا سایر فرآیندهای تمیز کردن تایید شده باشد. سطوح تمیز شده باید قبل از مونتاژ از دست زدن غیر ضروری و آلودگی محافظت شوند.

صافی و پرداخت سطح نیز بر سطح تماس واقعی تأثیر می گذارد. یک سطح بصری مسطح همچنان حاوی نقاط بالا و پایین میکروسکوپی است. فشار اعمال شده در ابتدا بر روی نقاط بالاتر اثر می گذارد، بنابراین زبری بیش از حد یا صافی ضعیف می تواند باعث ایجاد نواحی بدون پیوند شود.

تمیز کردن به تنهایی نمی تواند اتصال ضعیف را اصلاح کند. آماده سازی سطح، ابعاد قطعات و تراز فیکسچر باید با هم در نظر گرفته شوند.

2. قطعات را مونتاژ و تراز کنید

قطعات در یک فیکسچر یا سیستم ابزاری قرار می گیرند که سطوح اتصال را در یک راستا نگه می دارد. برای پشته ای از فویل های مس یا آلومینیوم، لایه ها باید به طور مساوی چیده شوند تا چین ها، ذرات به دام افتاده یا لبه های ناهموار توزیع فشار را مختل نکنند.

فیکسچر باید قطعه کار را بدون مسدود کردن مسیر جریان مورد نیاز، انتقال حرارت یا حرکت ابزار پشتیبانی کند. اگر فقط بخشی از ناحیه اتصال نیروی کافی دریافت کند، اتصال نهایی ممکن است دارای شکاف های موضعی باشد حتی زمانی که تنظیمات دستگاه درست به نظر می رسد.

قبل از گرم کردن، بررسی کنید:

• درجه مواد و وضعیت سطح
• ضخامت و تعداد لایه ها
• ناحیه اتصال و مقطع{0}}نهایی
• موقعیت اتصال در داخل ابزار
• تماس بین سطوح فشار و قطعه کار
• ابعاد نهایی مورد نیاز

این جزئیات باید به عنوان بخشی از برنامه جوشکاری ثبت شود.

3. حرارت و فشار کنترل شده را اعمال کنید

گرما سرعت حرکت مواد را در سطح مشترک افزایش می دهد. فشار تماس بین سطوح را بهبود می بخشد و به بستن شکاف های میکروسکوپی کمک می کند.

گرما ممکن است توسط یک کوره، سیستم القایی، مقاومت الکتریکی یا منبع کنترل شده دیگری تامین شود. روش صحیح به قطعه کار، مواد و فرآیند تولید بستگی دارد.

فشار را می توان به صورت مکانیکی، هیدرولیکی، پنوماتیکی یا از طریق سیستم نیروی ترکیبی اعمال کرد. فشار هوای دستگاه-نباید به طور خودکار به عنوان فشار واقعی در مفصل تلقی شود. منطقه ابزار، اندازه سیلندر و مکانیزم ماشین همگی بر نیروی وارد شده به قطعه کار تأثیر می‌گذارند.

دما و فشار باید برای ترکیب مواد خاص ایجاد شود. افزایش هر یک از مقادیر به طور خودکار اتصال بهتری ایجاد نمی کند. گرما یا نیروی خیلی کم می تواند باعث اتصال ناقص شود، در حالی که شرایط بیش از حد ممکن است باعث تغییر شکل ناخواسته، آسیب سطح یا مشکلات ابزار شود.

4. مفصل را تحت شرایط پایدار نگه دارید

قطعات برای مدت معینی تحت دما و نیروی کنترل شده باقی می مانند. در طول این مرحله، با بهبود تماس و انتشار در سراسر سطوح پیوند، رابط توسعه می یابد.

زمان نگهداری بستگی به:

• نوع مواد
• دمای اتصال
• فشار اعمال شده
• آماده سازی سطح
• منطقه مشترک
• تعداد و ضخامت لایه ها
• روش گرمایش تجهیزات
• خواص مفصل مورد نیاز

زمان نگهداری طولانی تر همیشه بهتر نیست. ممکن است زمان چرخه را افزایش دهد و می تواند به تغییر شکل بیش از حد یا واکنش های ناخواسته رابط در برخی از ترکیبات مواد کمک کند.

هدف ایجاد یک پنجره فرآیندی است که در شرایط عادی تولید یک اتصال تکرارپذیر ایجاد کند.

5. باند را خنک و بازرسی کنید

اتصال طبق فرآیند تایید شده خنک می شود. ممکن است لازم باشد نیرو در بخشی از مرحله خنک‌سازی برای محافظت از مفصل و کنترل حرکت حفظ شود.

قطعه کار نباید صرفاً به این دلیل برداشته شود که زمان گرمایش برنامه ریزی شده به پایان رسیده است. شرایط رهاسازی باید دمای قطعه، دمای ابزار و خطر تغییر شکل را در نظر بگیرد.

پس از حذف، اتصال با استفاده از روش های مورد نیاز در مشخصات محصول بررسی می شود. ظاهر برای شناسایی مشکلات سطحی مفید است، اما نمی تواند وضعیت کامل رابط داخلی را تایید کند.

تنظیمات پیوند انتشار را نمی توان تنها از ضخامت مواد انتخاب کرد. یک رکورد فرآیند قابل استفاده باید مواد، وضعیت سطح، ناحیه اتصال، ابزارآلات و الزامات بازرسی را مشخص کند.

هنگام توسعه یک فرآیند، هر بار یک متغیر اصلی را تنظیم کنید و نتیجه را بررسی کنید. یک نمونه قابل قبول برای تعیین برنامه تولید کافی نیست. آزمایش‌ها باید شامل سرعت تولید مورد نظر و شرایط ابزارآلات معرف باشد.

نه. کوره‌های خلاء به طور گسترده برای پیوندهای انتشار با دمای بالا استفاده می‌شوند زیرا به کنترل اکسیداسیون کمک می‌کنند و یک محیط پردازش پایدار را فراهم می‌کنند. با این حال، خلاء یک نیاز جهانی برای هر ماده یا هر روش جوشکاری انتشار صنعتی نیست.

جو مورد نیاز بستگی به موارد زیر دارد:

• حساسیت مواد به اکسیداسیون
• دمای اتصال
• آماده سازی سطح
• طراحی مشترک
• روش گرمایش
• استفاده از لایه میانی
• عملکرد مشترک مورد نیاز

برخی از سیستم ها تحت خلاء کار می کنند، در حالی که برخی دیگر از گاز بی اثر یا محیط کنترل شده دیگری استفاده می کنند. تجهیزات جوشکاری فویل حرارتی مقاومتی{1}}ممکن است از ترتیب فرآیند متفاوتی نسبت به سیستم پیوند انتشار مبتنی بر کوره استفاده کنند.

تامین‌کننده تجهیزات نباید ادعا کند که یک ماشین خلاء یا پردازش اتمسفر حفاظتی را فراهم می‌کند، مگر اینکه این عملکرد واقعاً گنجانده شده باشد.

پیوند انتشار را می توان برای طیف وسیعی از فلزات و مواد غیر فلزی انتخاب شده در نظر گرفت. امکان سنجی به درجه دقیق، اکسید سطح، انبساط حرارتی، دمای پردازش و خواص اتصال مورد نیاز بستگی دارد.

موادی که معمولاً ارزیابی می شوند عبارتند از:

• مس و آلیاژهای مس
• آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم
• آلیاژهای تیتانیوم
• فولادهای ضد زنگ
• آلیاژهای مبتنی بر نیکل-
• ترکیبات فلزی{0}غیر مشابه انتخاب شده است
• فویل های فلزی لایه ای

ارزیابی مواد مشابه به طور کلی آسان تر است زیرا رفتار حرارتی و متالورژیکی آنها بیشتر مطابقت دارد. مواد غیر مشابه ممکن است فازهای شکننده تشکیل دهند، تغییر شکل ناهمواری را تجربه کنند یا در طول گرمایش و سرمایش واکنش متفاوتی نشان دهند.

برای یک بحث گسترده تر در مورد مواد، ببینید کدام مواد را می توان با پیوند انتشاری پیوند داد.

نام ماده به تنهایی برای تأیید یک فرآیند کافی نیست. ترکیب کامل-شامل درجه، ضخامت، وضعیت سطح و هر پوشش-باید ارزیابی شود.

بازرسی باید بر اساس عملکرد جزء تمام شده باشد. هیچ آزمایش واحدی برای هر محصول پیوندی - انتشار مناسب نیست.

معیارهای پذیرش باید از نقشه، مشخصات مشتری یا استاندارد تولید توافق شده باشد. یک مفصل نباید تنها از نظر ظاهری تایید شود.

برای تأیید تولید، مواد آزمایش شده، شرایط ابزار، تنظیمات دستگاه و نتیجه بازرسی را ثبت کنید. پس از تغییرات قابل توجه در پارامترهای مواد، ابزار یا فرآیند، آزمایش را تکرار کنید.

درخواست آزمایش نمونه جوشکاری انتشار