مواد و ساخت پیشرفته

فوم‌های فلزی کامپوزیتی مواد جذابی هستند که چندین مزیت مهم را نسبت به فلز جامد سنتی ارائه می‌دهند. با اینکه جوشکاری فوم‌های فلزی کامپوزیتی معمولاً چالش‌هایی را ایجاد می‌کند اما اکنون کشف شده است که استفاده از این نوع جوشکاری جایگزین هم جذابیت‌های خاص خود را دارد. فوم‌های فلزی کامپوزیتی معمولاً از کره‌های توخالی ساخته شده از یک نوع فلز تشکیل شده‌اند که درون یک ماتریس جامد متشکل از فلز مشابه یا متفاوت قرار دارند. 

یکی از بزرگ‌ترین ویژگی‌های مرتبط با فروش آنها این واقعیت است که معمولاً نسبت به فلزات جامد معمولی سبک‌تر هستند و در عین حال استحکام قابل مقایسه‌ای را ارائه می‌دهند. همچنین طی سال‌های اخیر مشخص شده است که قادرند گلوله‌ها را متوقف کنند، تشعشعات را مسدود نمایند و در برابر دمای بالا عایق باشند. متأسفانه، هنگامیکه قطعات جداگانه فوم‌های فلزی کامپوزیتی از طریق روش‌های معمولی به یکدیگر جوش داده می‌شوند، آن خواص مطلوب را در نقطه جوش از دست می‌دهند.

افسانه ربیعی استاد مهندسی مکانیک و هوافضا دانشگاه کارولینای شمالی در این رابطه اشاره دارد که در جوشکاری ذوبی سنتی از پرکننده برای اتصال دو قطعه فلز استفاده می‌شود و این امر مشکل‌زا است زیرا فلزی که برای جوش دادن دو قطعه فوم‌ فلزی کامپوزیتی ذوب می‌شود، جامد است از اینرو فاقد خواص مطلوب فوم‌های فلزی کامپوزیتی در دو طرف آن است. علاوه بر این هر نوع جوشکاری که از حرارت مستقیم برای ذوب فلز استفاده می‌کند باعث می‌شود که مقداری از تخلخل در فوم‌های فلزی کامپوزیتی پر شود.

ربیعی و همکارانش در جستجوی جایگزین، به دنبال روشی به نام جوش القایی بودند که کمتر مورد استفاده قرار می‌گرفت. مقاله این تحقیق جدید در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده است. در این روش به طور خلاصه از یک جریان الکتریکی فرکانس رادیویی برای انرژی دادن به یک سیم پیچ القایی استفاده می‌کند و یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا ایجاد می‌نماید که باعث می‌شود فلزات خاصی تا نقطه ذوب گرم شوند.

آزمایشات آزمایشگاهی نشان داد که چگونه تخلخل فوم‌ فلزی کامپوزیتی با جوش القایی به نفع خود عمل می‌کند. اول از همه، میدان الکترومغناطیسی توانست به عمق مواد نفوذ کند زیرا فلز جامد کمتری وجود داشت که آن میدان باید از آن عبور می‌نمود. علاوه بر این حفره‌های داخل فوم‌ فلزی کامپوزیتی از پخش شدن گرما از محل جوش جلوگیری می‌کند بنابراین مواد فقط در محل اتصال ذوب می‌شوند.

پروفسور ربیعی در این رابطه ابزار داشت که این تحقیق یک گام مهم به جلو است زیرا ویژگی‌های فوم‌ فلزی کامپوزیتی آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها جذاب می‌کند اما داشتن ابزاری برای جوشکاری اجزای فوم‌ فلزی کامپوزیتی بدون آسیب رساندن به آن خواصی که در وهله اول آن را جذاب می‌کند، ضروری است.

منبع