پایگاه جوش ایران

اصول فرآیند اتصالدهی فاز مایع گذرا Principles of TLP (Diffusion Brazing)

مقدمه و اصول TLP

مقدمه و اصول فرآیند اتصال دهی فاز مایع گذرا (TLP) - لحیم کاری نفوذی

در فرآیند TLP، با انجماد همدمای فاز مایع تشکیل شده در درزاتصال، پیوند بین قطعات تشکیل می شود. ممکن است پس از شکل گیری اتصال، عملیات حرارتی همگن سازی در دمایی متفاوت از دمای اتصال صورت گیرد؛ به گونه ای که در صورت کافی بودن زمان، درز اتصال به کلی از بین رفته و قطعه ای کاملا یکدست تشکیل شود. در این مقاله، اصول این فرآیند شرح داده شده است.

تعریف فرایند TLP

در منابع مختلف، فرآیند اتصال دهی فاز مایع گذرا با عنوان های متفاوتی نامگذاری شده است.

بریزینگ نفوذی فرآیندی است که در آن، فلزات با گرما دهی تا یک دمای مناسب اتصال می یابند. در این دما، یا فلز پرکننده ازپیش قرار داده شده ذوب می شود و با جذب مویینگی سیلان می یابد یا یک فاز مایع به صورت درجا بین دو سطح اتصال تشکیل می شود. در هر حالت، فلز پرکننده به درون فلز پایه نفوذ کرده تا جایی که خواص فیزیکی و مکانیکی اتصال تقریبا مشابه فلز پایه گردد. فشار میتواند برای اتصال اعمال گردد یا نگردد. نامهای دیگری که برای این فرآیند بکار رفته اند عبارتند از:

•اتصال نفوذی فعال

•بهبود نفوذی فعال

•اتصال فاز مایع گذرا

مراحل فرآیند tlp

فرآیند معمولا شامل چهار مرحله سوارکردن، ذوب لایه واسط، انجماد همدما، و همگن سازی است.

 

به طور کلی، فرآیند بریزینگ نفوذی به چهار مرحله زیر تقسیم می شود:

1-سوار کردن اتصال

در این مرحله معمولا یک لایه واسط نازک در بین دو سطح اتصال قرار می گیرد اما گهگاهی این لایه در خارج از محل اتصال قرار می گیرد تا با نیروی موئینگی به درز اتصال جریان یابد. دو عضو اتصال معمولا با نیروی جزیی در حد چند مگا پاسکال کسری از یک مگا پاسکال، در کنار یکدیگر قرار داده می شوند.

2-ذوب لایه واسط

قطعات به صورت تشعشع، هدایت، القایی فرکانس رادیویی، یا مقاومتی تا دمای اتصال گرم می شوند. در این دما، لایه واسط به شکل فاز مایع درآمده و دو سطح اتصال را تر میکند. اتمسفر استفاده شده معمولا خلا با فشار حدود 0.1 میلی تور است اما در مواردی از اتمسفر گاز خنثی آرگون هم استفاده می شود. در موارد استثنایی، از گازهایی همچون هیدروژن یا نیتروژن یا هوای معمولی هم بعنوان گاز خنثی استفاده شده است.

3-انجماد همدما

قطعات آنقدر در دمای اتصال نگه داشته می شوند تا نفوذ به اندازه ای صورت گیرد که دمای انجماد تمام نقاط منطقه اتصال از دمای اتصال بالاتر رود و در نتیجه کل مایع به صورت همدما منجمد گردد.

4-همگن سازی

در این مرحله که می تواند در دمای اتصال یا دمای دیگری صورت پذیرد، فرآیند نفوذ ادامه پیدا کرده به گونه ای که ترکیب شیمیایی تا حد مطلوب به ترکیب فلز پایه پایه نزدیک گردد و در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی منطقه اتصال هم مشابه فلز پایه شود.

 

شماتیکی از سیکل عملیات بریزینگ نفوذی
شماتیکی از سیکل عملیات بریزینگ نفوذی

سینتیک فرآیند tlp

درطول فرآیند، ضخامت لایه مرکزی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.

شکل2، شماتیکی از سینتیک فرآیند و غلظت عنصر تشکیل دهنده لایه واسط در منطقه اتصال نشان داده شده است. در اینجا فرض شده است که لایه واسط و فلز پایه عناصر خالصی هستند که حلالیت کامل در حالت جامد دارند. با افزایش دما از دمای محیط تا دمای ذوب لایه واسط T3 مقداری نفوذ از لایه واسط به فلز پایه و بالعکس صورت می گیرد که باعث می شود که در لایه واسط، نقطه ذوب نواحی نزدیک مرز بالا رود و در نتیجه ضخامت لایه مذاب اولیه تشکیل شده در دمای T3 از ضخامت اولیه لایه واسط کمتر باشد.

شماتیکی سینتیک فرآیند پروفیل ترکیب شیمیایی منطقه اتصال
شماتیکی از سینتیک فرآیند پروفیل ترکیب شیمیایی منطقه اتصال

در حین بالارفتن دما تا دمای اتصال T5، نفوذ ادامه پیدا میکند و این نفوذ باعث می شود که به طور مرتب در نواحی مجاور فصل مشترک در فلز پایه، نقطه ذوب کاهش یافته و در نتیجه این نواحی ذوب گردند. به این پدیده ذوب برگشتی می گویند. بنابراین هنگامی که دمای قطعه به دمای اتصال رسید، علاوه بر لایه واسط، بخش هایی از فلز پایه که نزدیک فصل مشترک اتصال هستند هم ذوب می گردند در نتیجه، ضخامت لایه مذاب در این دما، از ضخامت اولیه لایه واسط بیشتر است. با باقی ماندن قطعه در دمای اتصال، نفوذ باعث می شود که غلظت جزء لایه واسط در ناحیه فصل مشترک مذاب/جامد کاهش یافته که نتیجه آن، افزایش نقطه ذوب این نواحی و انجماد آن ها در همین دما است. بنابراین، جبهه انجماد به سمت خط مرکزی اتصال حرکت می کند. اگر قطعه به اندازه کافی در دمای اتصال باقی بماند، در نهایت جبهه انجماد به خط مرکزی اتصال رسیده و در اینجا انجماد همدما به طور کامل انجام شده است. در این زمان می توان قطعه را سرد کرده و یا اینکه آن را در دمای دیگری همگن نماییم تا نفوذ به طور کامل صورت پذیرفته و ترکیب شیمیایی در کل منطقه اتصال یکنواخت گردد. به این ترتیب با همگن سازی، دمای سالیدوس منطقه اتصال به طور مرتب افزایش می یابد تا اینکه در شرایط حدی، به دمای سالیدوس فلز پایه می رسد.

نواحی مختلف اتصال tlp

درپایان فرآیند ممکن است نواحی مختلفی در ناحیه اتصال دیده شوند

نمونه ای از نواحی مختلفی که می توانند در یک فرآیند بریزینگ نفوذی به وجود آیند، در شکل 3 دیده می شود. در صورتی که اتصال پیش از تکمیل انجماد همدما سرد شود، در خط مرکزی ناحیه ای که بصورت غیرهمدما منجمد شده است تشکیل می شود. در دو طرف این ناحیه، ناحیه ای دیده می شود که به صورت همدما منجمد شده است و دست آخر، در فلز پایه در نواحی نزدیک فصل مشترک اتصال، در اثر نفوذ عناصر لایه واسط به فلز پایه، ناحیه ای تشکیل می شود که از عناصر لایه واسط غنی تر بوده و ترکیب شیمیایی آن با ترکیب شیمیایی اولیه فلز پایه فرق دارد. این ناحیه به ناحیه متاثر از نفوذ معروف است و همانند منطقه متاثر از حرارت در فرآیندهای جوشکاری معمول، معمولا اثر نامطلوبی بر خواص اتصال دارد.

 

نمونه‌ای از نواحی مختلف اتصال در فرآیند بریزینگ نفوذی
نمونه‌ای از نواحی مختلف اتصال در فرآیند بریزینگ نفوذی

گونه های دیگر فرآیند بریزینگ نفوذی

فرآیندهای مشابه دیگری هم با اعمال اصلاحاتی در لحیم کاری نفوذی معرفی شده اند.

تعدادی فرآیند بر اساس فرآیند بریزینگ نفوذی پایه گذاری شده اند که در ادامه به آنها اشاره می شود:

الف- اتصال TLP گرادیان دمایی

در این فرآیند با اعمال یک گرادیان دمایی در اتصال، فصل مشترک اتصال از حالت صفحه ای به حالت غیر صفحه ای در می آید که نتیجه آن بالا رفتن استحکام اتصال است. (شکل 4)

مقایسه فصل مشترک اتصال در الف: بریزینگ نفوذی معمول و ب: بریزینگ دیفوزیونی گرادیان دمایی
مقایسه فصل مشترک اتصال در الف: بریزینگ نفوذی معمول و ب: بریزینگ دیفوزیونی گرادیان دمایی

 

ب-اتصال TLP درز باز

درزهای اتصال خیلی باز(100 تا 500 میکرون) را می توان با پرکردن درز با ترکیب جزء زود ذوب و جزء دیرگداز (لایه های متناوب یا مخلوط پودرها) متصل نمود. این کار باعث تسریع در فرآیند انجماد همدما می شود.

ج-اتصال TLP جزیی

این روش برای اتصال سرامیک ها به کار می رود و در آن، لایه واسط از سه بخش شامل یک لایه ضخیم دیرگداز و دو لایه نازک زود ذوب تشکیل شده است. (شکل 5)

لایه‌های مختلف در فرآیند تی ال پی جزئی
لایه‌های مختلف در فرآیند تی ال پی جزئی

 

د-اتصال TLP فعال

این روش برای اتصال سرامیک به فلز به کار می رود و در آن، ترکیب شیمیایی لایه واسط به گونه ای تنظیم شده است که دارای یک جزء فعال برای واکنش دادن با سرامیک و ایجاد اتصال با آن و یک جزء زود ذوب برای پایین آوردن نقطه ذوب و تر کردن فلز و ایجاد اتصال با آن باشد.

پیام

دیدگاه و پیام شما

از اینکه دیدگاه خود را به اشتراک می‌گذارید، سپاسگزاریم.

پیام سعید

سلام مطالبتون واقعا مفید بود من دارم روی ساخت قطعات الکترونیکی با ابن روش کار میکنم دانشجوی کارشناسی مکانیک هستم اگه مطالبی در این مورد دارید میتونید برام ایمیل کنید؟ممنون میشم
در پاسخ به سعید

پیام علیقلی

پیام جهان

سلام
تشکر میکنم ازخدماتی که ارائه فرمودید این نشون میده که در این زمینه انسان علم دوست وخوش فکری هستید.
اگه میتونید در همین رابطه برام مقاله ارسال کنید ممنون میشم
باارزوی سلامتی و پیشرفت برای شما
در پاسخ به جهان

پیام علیقلی

سلام
با تشکر از لطف شما. متاسفانه مقاله دیگری در این رابطه ندارم. به محض آماده کردن یک مقاله جدید، آن را در سایت قرار میدهم. شما هم اگر مقاله ای دارید می توانید پس از عضویت در سایت قرار دهید.
موفق باشید

پیام حسن علیقلی زفره

ممنون از لطف شما

پیام مسعود سوری

باسلام وتشکر از اطلاعات مفیدتون در مورد tlp لطفا اطلاعات بیشتر بخصوص مقالات بیشتری معرفی کنید فلز بایه فولاد4140 که دوفازی(فریت مارتنزیت)میباشد با تشکر

پیام Rouhollah

سلام... اگر ممکنه منابع(یا اسم آن ها را )این مطالب و به خصوص تصاویر رو به ایمیل من ارسال کنید ... با تشکر...
در پاسخ به Rouhollah

پیام علیقلی

سلام. لیست مراجعی که در نوشتن مقاله های TLP استفاده شده اند، به شرح زیر است. از آنجایی که حجم کل مقالات زیاد است، اگر مقاله های خاصی مد نظرتان است، لطفا مشخصات آن را (یا شماره عکسی که می خواهید را) اعلام بفرمایید تا به ایملتان ارسال کنم.
1. ASM_Handbook_V.6. ASM Handbook vol.6 Welding, Brazing, and Soldering. [مؤلف كتاب] ASM International Handbook Committee. ASM Handbook vol.6 Welding, Brazing, and Soldering. مكان نشر نامشخص : ASM International, 1993, ص. 343.
2. Overview of transient liquid phase and partial transient liquid phase bonding. Grant O. Cook III, Carl D. Sorensen. 2011, Journal of Materials Science 46, ص. 5305–5323.
3. Microstructure development during transient liquid phase bonding of GTD-111 nickel-based superalloy. M. Pouranvari, A. Ekrami, A.H. Kokabi. 2008, Journal of Alloys and Compounds 461, ص. 641-647.
4. TRANSIENT LIQUID PHASE DIFFUSION BONDING UNDER A TEMPERATURE GRADIENT: MODELLING OF THE INTERFACE MORPHOLOGY. H. ASSADI1, A. A. SHIRZADI2 and E. R. WALLACH2. 2001, Acta Materialia 49, ص. 31-39.
5. Critical interlayer thickness for transient liquid phase bonding in the Cu–Sn system. N.S. Bosco, F.W. Zok. 2004, Acta Materialia 52 , ص. 2965–2972.
6. Microstructural developments in TLP bonds using thin interlayers based on Ni–B coatings. R.K. Saha, T.I. Khan. 2009, MATERIALS CHARACTERIZATION 60, ص. 1001-1007.
7. Microstructural evolution during transient liquid phase bonding of Inconel 617 using Ni–Si–B filler metal. F. Jalilian, M. Jahazi , R.A.L. Drew. 2006, Materials Science and Engineering A 423, ص. 269-281.
8. Modelling the transient liquid phase bonding behaviour of a duplex stainless steel using copper interlayers. T. Padrona, T.I. Khana, M.J. Kabirb. 2004, Materials Science and Engineering A 385, ص. 220–228.
9. Transient liquid-phase bonding of alumina and metal matrix composite base materials. Y. ZHAI, T. H. NORTH, J. SERRATO-RODRIGUES. 1997, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 32, ص. 1393-1397.
10. Influence of process parameters on mic

پیام امين

با تشكر فراوان از مطالب بسيار خوب و مفيدي كه توي سايت قرار داده ايد.به درد من كه خيلي خورد.خسته نباشيد.
در پاسخ به امين

پیام علیقلی

خواهش می کنم. موفق باشید

پیام محمد

با سلام و تشکر از مطالب مفیدتان در مورد فرایند TLP ، لطفاً مطالب کاملتری از این فرایند و مکانیزمهای تشکیل ناحیه های ISZ-DAZ-ASZرا بیان بفرمایید و کتابهایی اگر در این زمینه می باشد معرفی بفرمایید. اگر امکان دارد به ایمیلم جواب را ارسال نمایید. باتشکر
در پاسخ به محمد

پیام علیقلی

سلام. خوشحالم که مطلب برایتان مفید بوده
از آنجایی که این موضوع، یک مبحث به نسبت تازه ای است، و کاربردهای خاصی دارد، گمان نمی کنم کتابی تاکنون مخصوص این فرآیند تالیف شده باشد. اما کارهای تحقیقاتی نسبتا زیادی در این رابطه بخصوص توسط جناب آقای دکتر اکرامی در دانشگاه شریف صورت گرفته که چنانچه به کتابخانه مرکزی این دانشگاه مراجعه نمایید، در پایان نامه های دانشجویان ایشان مطالب مفید زیادی می توانید پیدا کنید.
متاسفانه مشخص ننموده اید که فلز پایه مورد نظرتان چیست. مکانیزم ها به شدت به جنس مواد به کار رفته حساس اند و هر ماده ای ویژگی های خاص خودش را دارد. به هر حال من دو مقاله که به این موضوع پرداخته اند را برایتان ارسال می کنم. امیدوارم که ایده کلی دستتان بیاید.
موفق باشید

پیام مصطفی

سلام جناب مهندس از این که مطالب خوب و مفید درباره جوش های خاص نوشته اید بسیار سپاس گذارم بنده دانشجوی کارشناسی مهندسی جوش هستم و حتما ار مطالب خوب شما استاد عزیز استفاده خواهم کرد
در پاسخ به مصطفی

پیام حسن علیقلی زفره

با سپاس از لطف شما. خوشحالم که مطالب برایتان مفید بوده است.

پیام حسن اسماعيلي

با سلام و ضمن تشكر از مطالب مفيدي كه در وب سايت داريد. در بخش سينتيك فرايند اورده ايد
با باقی ماندن قطعه در دمای اتصال، نفوذ باعث می شود که غلظت جزء لایه واسط در ناحیه فصل مشترک مذاب/جامد کاهش یافته که نتیجه آن کاهش نقطه ذوب این نواحی و انجماد آن ها در همین دما است

در خط اخر دليل كاهش نقطه ذوب براي ايجاد انجماد هم دما براي بنده مبهم است به نظر مي رسد بايد عنوان شود افزايش نقطه ذوب در ان دما باعث ايجاد انجماد مي شود. لطفا راهنمايي فرماييد
در پاسخ به حسن اسماعيلي

پیام حسن علیقلی زفره

نظر جنابعالی کاملاً صحیح است. دمای انجماد بالا می‌رود در نتیجه در دمای ثابت، عمل انجماد رخ می‌دهد.
با سپاس از بازخوردتان.
متن اصلاح می‌گردد.

پیام مرتضی

سلام
مطلبتون عالی بود،بسیار مفید و مؤثردر درک موضوع صحبت کرده اید،بنده دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد هستم و برای پایان نامه درنظر دارم روی این موضوع کارکنم لطفا در صورت امکان اگر مطالب بیشتری در اختیار دارید به ایمیلم بفرستید ممنون میشم،در ضمن درصورت نیاز به راهنمایی آیامیتونم از شما کمک بگیرم،لطف میکنید اگه پاسخ بدید متشکرم
در پاسخ به مرتضی

پیام حسن علیقلی زفره

متاسفانه الان مطلب خاصی در اختیار ندارم.
اما اگر کمکی از دستم بربیاد، خوشحال می‌شم.

پیام محمود جعفرخانی

بسیار عالی بود

پیام احسان لریایی

با سلام -ممنون از مطالب مفیدی که گذاشتید.من میخوام روی اتصال ALوCu با فرآیند TLP برای پایانامه ارشدم کارکنم شما میتونید در مورد پارامترها و متریال واسط کمکم کنید. ازچه فلزواسطی میتونم استفاده کنم - آیا کوره حتما باید خلاء باشه یا کوره معمولی هم میشه
باتشکر

پیام علیرضا

سلام بنده دانشجوی ارشد خواجه نصیر هستم موضوع پایانامه بنده اتصال فلزات غیر هم جنس به روش TLP اگه مقالاتی در این زمینه دارید ممنون میشم کمک کنید

پیام amirhossein

با عرض سلام لطفا منابع مطالبتون رو تو سایت قرار بدید ممنون