نوآوری در جوش فوم فلزی بدون ذوب حباب های آن

دسامبر 30, 2023

0 14 خواندن این مطلب 3 دقیقه زمان میبرد

نوآوری در جوش فوم فلزی بدون ذوب حباب های آن -محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی یک روش جوشکاری جدید برای فوم فلزی کامپوزیت (CMF) کشف کرده‌اند که خواص سبک، قوی و عایق حرارتی آن را حفظ می‌کند که برای کاربردهای متعدد حیاتی است.

فوم های فلزی کامپوزیتی (CMFs) فوم هایی هستند که از کره های توخالی و فلزی - ساخته شده از موادی مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم - در یک زمینه فلزی ساخته شده از فولاد، تیتانیوم، آلومینیوم یا سایر آلیاژهای فلزی تشکیل شده اند. ماده به‌دست‌آمده هم سبک وزن و هم به‌طور قابل‌توجهی قوی است، با کاربردهای بالقوه از بال‌های هواپیما گرفته تا زره خودرو و زره بدن. علاوه بر این، CMF نسبت به فلزات و آلیاژهای معمولی مانند فولاد در عایق کاری در برابر حرارت بالا بهتر است. ترکیب وزن، استحکام و عایق حرارتی به این معنی است که CMF همچنین برای ذخیره و حمل و نقل مواد هسته ای، مواد خطرناک، مواد منفجره و سایر مواد حساس به حرارت، نوید استفاده را دارد. اما برای تحقق بسیاری از این کاربردها، سازندگان باید چندین جزء CMF را به هم جوش دهند. و تکنیک های جوشکاری سنتی حباب هایی را که CMF را مطلوب می کند ذوب می کند. اکنون محققان نشان داده‌اند که روشی به نام جوش القایی که بر میدان‌های الکترومغناطیسی متکی است، می‌تواند بدون آسیب رساندن به حباب‌های فوم، CMF را جوش دهد. این تصویر نشان می دهد که چگونه کار می کند. توجه داشته باشید که CMF به اندازه کافی خنک است که می توانید با دست خالی خود را لمس کنید و تنها چند سانتی متر با محل جوش فاصله دارد. — فوم های فلزی کامپوزیتی (CMFs) فوم هایی هستند که از کره های توخالی و فلزی – ساخته شده از موادی مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم – در یک زمینه فلزی ساخته شده از فولاد، تیتانیوم، آلومینیوم یا سایر آلیاژهای فلزی تشکیل شده اند. ماده به‌دست‌آمده هم سبک وزن و هم به‌طور قابل‌توجهی قوی است، با کاربردهای بالقوه از بال‌های هواپیما گرفته تا زره خودرو و زره بدن. علاوه بر این، CMF نسبت به فلزات و آلیاژهای معمولی مانند فولاد در عایق کاری در برابر حرارت بالا بهتر است. ترکیب وزن، استحکام و عایق حرارتی به این معنی است که CMF همچنین برای ذخیره و حمل و نقل مواد هسته ای، مواد خطرناک، مواد منفجره و سایر مواد حساس به حرارت، نوید استفاده را دارد. اما برای تحقق بسیاری از این کاربردها، سازندگان باید چندین جزء CMF را به هم جوش دهند. و تکنیک های جوشکاری سنتی حباب هایی را که CMF را مطلوب می کند ذوب می کند. اکنون محققان نشان داده‌اند که روشی به نام جوش القایی که بر میدان‌های الکترومغناطیسی متکی است، می‌تواند بدون آسیب رساندن به حباب‌های فوم، CMF را جوش دهد. این تصویر نشان می دهد که چگونه کار می کند. توجه داشته باشید که CMF به اندازه کافی خنک است که می توانید با دست خالی خود را لمس کنید و تنها چند سانتی متر با محل جوش فاصله دارد.

محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی اکنون یک تکنیک جوشکاری را شناسایی کرده اند که می تواند برای اتصال اجزای فوم فلزی مرکب (CMF) به یکدیگر بدون آسیب رساندن به خواصی که CMF را مطلوب می کند، استفاده شود.

CMF ها برای طیف وسیعی از کاربردها نویدبخش هستند زیرا حباب های هوای موجود در آنها باعث می شود آنها سبک، قوی و موثر در عایق بودن در برابر دماهای بالا باشند.

ویژگی ها و چالش های CMF

CMF ها فوم هایی هستند که از کره های توخالی و فلزی – ساخته شده از موادی مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم – تشکیل شده اند که در یک ماتریس فلزی ساخته شده از فولاد، تیتانیوم، آلومینیوم یا سایر آلیاژهای فلزی تعبیه شده اند.

ماده به‌دست‌آمده هم سبک وزن و هم به‌طور قابل‌توجهی قوی است، با کاربردهای بالقوه از بال‌های هواپیما گرفته تا زره خودرو و زره بدن .

علاوه بر این، CMF نسبت به فلزات و آلیاژهای معمولی مانند فولاد در عایق کاری در برابر حرارت بالا بهتر است.

ترکیب وزن، استحکام و عایق حرارتی به این معنی است که CMF همچنین برای ذخیره و حمل و نقل مواد هسته ای، مواد خطرناک، مواد منفجره و سایر مواد حساس به حرارت، نوید استفاده را دارد.

با این حال، برای تحقق بسیاری از این کاربردها، سازندگان باید چندین قطعه CMF را به هم جوش دهند. و این یک مشکل ایجاد کرده است.

افسانه ربیعی، نویسنده مسئول مقاله در مورد تحقیقات جدید و استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در ایالت NC می گوید: «جوشکاری ذوبی سنتی از یک پرکننده برای اتصال دو قطعه فلز استفاده می کند.

این مشکل ساز است، زیرا فلزی که برای ذوب دو قطعه CMF ذوب می شود، جامد است، بنابراین فاقد خواص مطلوب CMF در دو طرف آن است.

علاوه بر این، هر نوع جوشکاری که از حرارت مستقیم برای ذوب فلز استفاده می‌کند، منجر به پر شدن مقداری از تخلخل در CMF می‌شود که خواص آن را مختل می‌کند.

به طور خلاصه، این بدان معناست که اکثر اشکال جوشکاری سنتی با فوم های فلزی به خوبی کار نمی کنند.

پیشرفت در تکنیک جوشکاری CMF

با این حال، محققان اکنون شکلی از جوشکاری را شناسایی کرده اند که بسیار خوب عمل می کند.

به آن جوش القایی می گویند و از سیم پیچ القایی برای ایجاد میدان الکترومغناطیسی استفاده می کند که فلز را برای جوشکاری گرم می کند.

ربیعی می‌گوید: «از آنجایی که CMF تنها 30 تا 35 درصد فلز است، میدان الکترومغناطیسی می‌تواند عمیقاً در ماده نفوذ کند و امکان جوش خوبی را فراهم کند».

حباب‌های هوا که 65 تا 70 درصد باقی‌مانده CMF را تشکیل می‌دهند برای عایق‌سازی مواد در برابر گرما عمل می‌کنند.

این به جوش القایی اجازه می دهد تا ناحیه مورد نظر را برای اتصال دو قطعه CMF گرم کند، اما از انتشار گرما از محل اتصال جلوگیری می کند. این به حفظ خواص CMF کمک می کند.

این یک گام مهم به جلو است زیرا ویژگی‌های CMF آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها جذاب می‌کند، اما داشتن ابزاری برای جوشکاری اجزای CMF بدون آسیب رساندن به خواصی که در وهله اول آن را جذاب می‌کند، ضروری است.

مقاله “مطالعه ای در مورد جوشکاری فلزات متخلخل و فوم های فلزی” اخیراً در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده است .