جوشکاری اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی یک روش جوشکاری تحت فشار است که از گرمای تولید شده توسط اصطکاک متقابل در طول حرکت نسبی سطوح انتهایی تماس جوشکاری برای دستیابی به اتصال مطمئن مواد استفاده می کند. فرآیند جوشکاری شامل اعمال فشار، القای اصطکاک بین مواد در حال جوش می‌شود که منجر به افزایش دما در سطح مشترک و نواحی مجاور می‌شود و در نهایت به حالت ترموپلاستیک می‌رسد. تحت تأثیر نیروی ناراحت کننده، لایه اکسیدی رابط شکسته می شود، و مواد دچار تغییر شکل و جریان پلاستیکی می شوند و از طریق انتشار عناصر رابط و واکنش های متالورژیکی تبلور مجدد، اتصالاتی را تشکیل می دهند. نکته مهم این است که این فرآیند جوشکاری نیازی به فلز پرکننده، شار یا گاز محافظ ندارد و کل فرآیند را می توان تنها در چند ثانیه تکمیل کرد.

اصطکاک نسبی ناشی از فشار بالا بین سطوح دو جزء جوش داده شده در سرعت های بالا منجر به دو اثر می شود:

• فیلم اکسید یا هر لایه آلوده دیگری را روی سطح اتصال از بین می برد و فلز تمیز را آشکار می کند.
• گرما تولید می کند و به سرعت یک لایه ترموپلاستیک روی سطح مفصل ایجاد می کند. تحت گشتاور اصطکاک بعدی و فشار محوری، این اکسیدهای شکسته و بخشی از لایه پلاستیکی از سطح اتصال خارج می‌شوند تا فلاش شکل بگیرد و فلز تغییر شکل پلاستیکی باقیمانده فلز جوش را تشکیل می‌دهد. خرابی نهایی به فلز جوش اجازه می دهد تا بیشتر آهنگری شود و در نتیجه اتصال جوشی با کیفیت خوب ایجاد شود.

از فرآیند جوشکاری می توان دریافت که اتصال جوش اصطکاکی در زیر نقطه ذوب فلزی که قرار است جوش داده شود تشکیل می شود، بنابراین جوشکاری اصطکاکی یک روش جوشکاری حالت جامد است.

جوشکاری اصطکاکی را می توان بر اساس حالت های حرکتی متمایز اجزای جوش داده شده به انواع مختلفی دسته بندی کرد.

• جوش حول محور می چرخد ​​و می توان آن را به جوشکاری اصطکاکی مستقیم و جوشکاری اصطکاکی اینرسی تقسیم کرد.
• جوش حرکت نمی کند و می تواند به جوشکاری اصطکاکی شعاعی و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تقسیم شود.
• سایر حرکات را می توان به سطح اصطکاکی، جوشکاری اصطکاکی خطی و جوشکاری اصطکاکی مداری تقسیم کرد.

جوشکاری اصطکاکی مستقیم درایو

این یک نوع رایج جوشکاری اصطکاکی است. در طول فرآیند جوشکاری، قطعه کار به طور مداوم توسط موتور اسپیندل هدایت می شود و با سرعت ثابتی می چرخد. تا زمانی که زمان اصطکاک یا تغییر شکل اصطکاک مشخص شده نرسد، قطعه کار فوراً از چرخش متوقف می شود و برای جوشکاری به بالا برمی گردد.

جوش اصطکاکی اینرسی

انتهای چرخان قطعه کار در فلایویل بسته می شود. در ابتدای فرآیند جوشکاری، چرخ فلایویل و انتهای چرخان قطعه کار ابتدا تا سرعت معینی شتاب داده می شود و سپس فلایویل از موتور اصلی جدا می شود. در همان زمان، انتهای متحرک قطعه کار به جلو حرکت می کند و گرمایش اصطکاکی پس از تماس قطعه کار آغاز می شود. در طی فرآیند گرمایش جوشکاری اصطکاکی، فلایویل توسط گشتاور اصطکاکی ترمز می شود و سرعت چرخش آن به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که سرعت چرخش به صفر می رسد، فرآیند جوشکاری به پایان می رسد.

جوشکاری اصطکاکی شعاعی

یک حلقه اریب به سطوح انتهایی دو لوله با مورب های مخالف چسبانده شده است. در فرآیند جوشکاری اصطکاکی، حلقه تحت چرخش قرار می گیرد و اصطکاک شعاعی بر روی دو انتهای لوله اعمال می شود. پس از اتمام مرحله اصطکاک، چرخش حلقه متوقف می شود و فشار ناراحت کننده اعمال می شود.

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

اصل کار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به شرح زیر است: یک ابزار چرخشی FSW با شکل خاصی که از مواد سخت مقاوم در برابر درجه حرارت بالا ساخته شده است، عمیقاً در لبه ای که دو ماده جوش داده شده به هم متصل می شوند، چرخانده می شود و سر همزن تنظیم می شود و چرخید.مقدار زیادی گرمای اصطکاکی در لبه اتصال دو جوش ایجاد می شود و در نتیجه یک منطقه نرم شدن فلز-پلاستیک در محل اتصال ایجاد می شود. این ناحیه نرم کننده پلاستیک تحت عمل سر همزن هم زده و فشرده می شود.همانطور که ابزار پین می چرخد، در امتداد جوش به سمت عقب جریان می یابد و یک جریان فلزی پلاستیکی تشکیل می دهد و در طول فرآیند خنک سازی پس از خروج سر همزن برای تشکیل یک اتصال جوشی فاز جامد اکسترود می شود.

سطح اصطکاکی

سطح اصطکاکی یک روش جوشکاری حالت جامد است که در آن یک پوشش یا لایه ای از مواد با استفاده از گرما و فشار ایجاد شده از طریق اصطکاک بر روی یک بستر قرار می گیرد. این فرآیند برای بهبود خواص سطحی یک ماده یا ایجاد یک لایه محافظ با ویژگی های مورد نظر استفاده می شود. به طور معمول، شامل استفاده از یک میله یا سیم قابل مصرف چرخان است که با مواد بستر تماس برقرار می کند و منجر به تولید گرمای اصطکاکی قابل توجهی می شود.

جوشکاری اصطکاکی خطی

یکی از دو قطعه کار که برای جوشکاری در نظر گرفته شده ثابت می ماند، در حالی که دیگری با سرعت مشخصی به صورت متقابل حرکت می کند یا هر دو قطعه کار به صورت متقابل نسبت به یکدیگر حرکت می کنند. از طریق اعمال فشار، اصطکاک در سطح مشترک بین دو قطعه کار تولید گرما می کند و در نتیجه فرآیند جوشکاری را تسهیل می کند.

جوشکاری اصطکاکی خطی

یکی از دو قطعه کار که برای جوشکاری در نظر گرفته شده ثابت می ماند، در حالی که دیگری با سرعت مشخصی به صورت متقابل حرکت می کند یا هر دو قطعه کار به صورت متقابل نسبت به یکدیگر حرکت می کنند. از طریق اعمال فشار، اصطکاک در سطح مشترک بین دو قطعه کار تولید گرما می کند و در نتیجه فرآیند جوشکاری را تسهیل می کند.

جوشکاری اصطکاکی مداری

جوشکاری اصطکاکی مداری یک روش جوشکاری جدید توسعه یافته است که عمدتاً برای جوشکاری قطعات غیر دایره ای با سطح مقطع استفاده می شود.

در جوشکاری اصطکاکی مدار خطی، قطعه کار از مدار خطی خاصی با دامنه و فرکانس مشخص پیروی می کند. این تضمین می کند که سرعت ارتعاش به مقدار لازم می رسد و سطح جوش را قادر می سازد تا تحت ارتعاش و اصطکاک تکراری و نسبی قرار گیرد.

هر ذره از قطعه کار در جوشکاری اصطکاکی مدار دایره ای نسبت به سطح جوش در امتداد یک مدار دایره ای با شعاع و سرعت چرخشی ثابت حرکت می کند. هنگامی که اتصال به دمای جوش رسید، حرکت اصطکاکی قطعه کار متوقف می شود و فرآیند جوشکاری آغاز می شود.

به طور خلاصه، در طول کل فرآیند جوشکاری اصطکاکی، سطح فلزی که برای جوشکاری در نظر گرفته شده است، تحت یک پیشرفت گرمایش اصطکاکی از دماهای پایین به بالا قرار می گیرد. دگرگونی های پیوسته شامل تغییر شکل پلاستیک، حفاری مکانیکی، چسبندگی و اتصال مولکولی را تجربه می کند. این منجر به تشکیل یک لایه تغییر شکل پلاستیک با اصطکاک با سرعت بالا می‌شود که در آن پدیده‌های تولید گرما، تغییر شکل و انتشار در طول جوشکاری اصطکاکی متمرکز می‌شوند. در مراحل پارکینگ و فرآیند جوشکاری ناراحت کننده، لایه تغییر شکل یافته روی سطح اصطکاک و فلز در ناحیه با دمای بالا تا حدی خرد و خارج می شود. سپس فلز جوش تحت آهنگری قرار می گیرد که منجر به ایجاد یک اتصال جوشی با کیفیت بالا می شود.

• زمان ساخت جوش کوتاه و راندمان تولید بالا
• تغییر شکل جوشکاری ناشی از چرخه حرارتی جوشکاری کوچک است، دقت ابعادی پس از جوشکاری بالا است و نیازی به اصلاح تغییر شکل پس از جوش و کاهش تنش نیست.
• درجه بالای مکانیزاسیون و اتوماسیون، کیفیت جوش پایدار. هنگامی که شرایط جوش داده می شود، عملیات ساده است و به تکنسین های جوشکاری خاصی نیاز ندارد.
• مناسب برای جوشکاری مواد مختلف غیر مشابه این می تواند آلومینیوم-فولاد، آلومینیوم-مس، تیتانیوم-مس، ترکیب بین فلزی-فولاد و غیره را که تحت ذوب معمولی جوش داده نمی شوند، جوش دهد.
• می تواند به جوشکاری میله ها و لوله های با قطر یکسان یا قطرهای مختلف دست یابد
• در حین جوشکاری دود، نور قوس، گازهای مضر و ... تولید نمی شود و محیط زیست آلوده نمی شود. در عین حال، در مقایسه با جوشکاری فلاش، انرژی الکتریکی 5-10 بار ذخیره می‌شود.

با این حال، جوشکاری اصطکاکی دارای معایب و محدودیت های زیر نیز می باشد:

• جوش دادن مقاطع غیر دایره ای دشوار است و به تجهیزات پیچیده ای نیاز دارد. همچنین جوش دادن قطعات نازک دیسکی شکل و اتصالات لوله با دیواره نازک دشوار است زیرا به سختی گیره می شوند.
• دستیابی به جوشکاری اصطکاکی برای قطعاتی که شکل و موقعیت مونتاژ آنها مشخص شده است دشوار است.
• اتصالات مستعد فلش هستند و باید بعد از جوشکاری ماشین کاری شوند.
• قسمت گیره مستعد خراش یا علائم گیره است

جوشکاری اصطکاکی که با کیفیت بالا، کارایی، صرفه جویی در انرژی و سازگاری با محیط زیست مشخص می شود، به تدریج در حال پذیرش گسترده در هر دو بخش صنعتی جدید و سنتی است. اینها شامل هوانوردی، هوافضا، انرژی هسته ای، تسلیحات، خودروسازی، تولید برق، توسعه اقیانوس ها و ساخت ماشین آلات است.

هوافضا: موتورهای هواپیما، قطعات میل لنگ موتور احتراق داخلی

ساخت خودرو: چرخ ها، میله های اتصال، سوپاپ های اگزوز، روتورها