روش های جوشکاری بسیار متنوع است. از جمله آنها فرآیند عجیبی مانند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است. ویژگی متمایز آن عدم وجود مواد مصرفی مانند الکترود، سیم جوش، گازهای محافظ است. یک روش جدید توسعه یافته در حال به دست آوردن پذیرش گسترده است.
تاریخچه ظاهر
تاریخچه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) در سال ۱۹۹۱ آغاز شد. این توسعه نوآورانه موسسه جوشکاری بریتانیا (TWI) بود. چند سال بعد از این فناوری در ساخت هواپیما و کشتی استفاده شد.
اولین شرکت هایی که این فناوری جدید را به تولید رساندند، آلومینیوم دریایی نروژی و بوئینگ آمریکایی بودند. آنها از تجهیزات جوشکاری شرکت ESAB که در زمینه پیشرفت در زمینه جوشکاری اصطکاکی چرخشی (PCT) تخصص دارد در شرکت های خود استفاده کردند.
از سال 2003، این شرکت به طور مداوم در مورد احتمالات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تحقیق کرده است. مثلا وجود داشتروش هایی برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و اصلاحات آنها ایجاد شده است که در ساخت هواپیما، کشتی و کانتینرهای راه آهن استفاده می شود.
در صنعت هواپیماسازی، جایگزینی اتصالات پرچ شده با اتصالات جوشی امکان پذیر شد. علاوه بر این، سرعت جوشکاری با روش FSW به طور قابل توجهی از سرعت قوس الکتریکی بیشتر است. یک جوش به طول 6 متر می تواند در یک دقیقه تشکیل شود، در حالی که سرعت جوش معمولی فقط 0.8-2 متر در دقیقه برای ضخامت قطعه 0.5 سانتی متر است.
ماهیت فرآیند
اتصال فلز به دلیل گرم شدن در ناحیه جوش به روش اصطکاک رخ می دهد. ابزار اصلی جوشکاری جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک میله فلزی است که از دو نیمه تشکیل شده است: یقه و شانه.
با قسمت بیرون زده خود، میله چرخان در مواد غوطه ور شده و باعث گرم شدن شدید می شود. عرضه آن توسط شانه محدود می شود و اجازه نمی دهد قطعه کار جوش داده شود. در ناحیه گرمایش، ماده به طور قابل توجهی انعطاف پذیری خود را افزایش می دهد و با فشار دادن شانه به سمت پایین، یک جرم واحد را تشکیل می دهد.
مرحله بعدی حرکت میله در امتداد ناحیه جوش داده شده است. با حرکت به سمت جلو، شانه توده فلزی گرم شده را مخلوط می کند که پس از سرد شدن، اتصال قوی ایجاد می کند.
چه چیزی بر کیفیت STP تأثیر می گذارد
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فرآیندی است که دائما در حال تکامل است. اما در حال حاضر چندین پارامتر وجود دارد که بر کیفیت اتصال تأثیر می گذارد:
- نیروی ایجاد شده توسط ابزار.
- نرخ خوراکسر جوش.
- ارزش شانه.
- سرعت محیطی چرخش میله.
- زاویه شیب.
- نیروی تغذیه میله.
دستکاری ویژگی های جوشکاری به شما امکان می دهد تا به اتصال فلزات غیر مشابه برسید. به عنوان مثال، آلومینیوم و لیتیوم. لیتیوم به دلیل چگالی کم و استحکام بالا می تواند به عنوان یک جزء آلیاژی قطعات آلیاژ آلومینیوم عمل کند که امکان استفاده از این فناوری در صنعت هوافضا را فراهم می کند.
جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی می تواند به راحتی جایگزین آهنگری، مهر زنی، ریخته گری شود، زمانی که برای تولید قطعات از فلزات سخت انطباق استفاده می شود. به عنوان مثال، فولادهای با ساختار آستنیت و پرلیت، فولادهای ساخته شده از آلومینیوم یا برنز.
در چه زمینه هایی استفاده می شود
صنایع مانند صنعت خودروسازی دائماً در حال کار بر روی چگونگی افزایش خواص مقاومتی محصول در عین کاهش وزن آن هستند. در این راستا، مواد جدیدی که قبلاً به دلیل پیچیدگی پردازش نامشخص بودند، به طور مداوم معرفی می شوند. به طور فزاینده ای، عناصر ساختاری مانند فریم های فرعی و گاهی اوقات کل بدنه ها از آلومینیوم یا ترکیبی از آلومینیوم ساخته می شوند.
بنابراین، در سال 2012، هوندا از تولید افزودنی و جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای تولید فریم های فرعی برای وسایل نقلیه خود استفاده کرد. آنها ترکیبی از فولاد و آلومینیوم را معرفی کردند.
سوختگی ورق های فلزی ممکن است در طول تولید جوش بدنه از آلومینیوم رخ دهد. این نقص از STP محروم است. علاوه بر این کهمصرف برق 1.5-2 برابر کاهش می یابد، هزینه مواد مصرفی مانند سیم جوش، گازهای محافظ کاهش می یابد.
علاوه بر تولید خودرو، STP در زمینه های زیر نیز استفاده می شود:
- صنعت ساخت و ساز: خرپاهای پشتیبان آلومینیومی، دهانه پل.
- حمل و نقل ریلی: چارچوب، بوژی چرخدار، واگن.
- کشتی‌سازی: دیوارها، عناصر سازه‌ای.
- هواپیما: مخازن سوخت، قطعات بدنه.
- صنایع غذایی: ظروف مختلف برای محصولات مایع (شیر، آبجو).
- تولید برق: محفظه موتور، آنتن سهموی.
علاوه بر آلیاژهای آلومینیوم، از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای به دست آوردن ترکیبات مس استفاده می شود، به عنوان مثال، در تولید ظروف مسی برای دفع سوخت رادیواکتیو مصرف شده.
مزایای STP
مطالعه FSW امکان انتخاب حالت های جوشکاری را هنگام اتصال گروه های مختلف آلیاژها فراهم کرد. علیرغم این واقعیت که در ابتدا FSW برای کار با فلزات با نقطه ذوب پایین مانند آلومینیوم (660 درجه سانتیگراد) ساخته شد، بعداً برای اتصال نیکل (1455 درجه سانتیگراد)، تیتانیوم (1670 درجه سانتیگراد)، آهن استفاده شد. (1538 درجه سانتیگراد).
تحقیق نشان می دهد که جوش به دست آمده از این طریق کاملاً از نظر ساختار با فلز قطعات مورد جوش مطابقت دارد و دارای شاخص های مقاومت بالاتر، هزینه های کارگری کمتر و تغییر شکل باقیمانده کم است.
درستحالت جوشکاری انتخابی انطباق مواد جوش و فلز جوش داده شده را مطابق با شاخص های زیر تضمین می کند:
- قدرت خستگی:
- استحکام خمشی و کششی؛
- سختی.
مزایا نسبت به سایر انواع جوش
STP مزایای بسیاری دارد. از جمله:
- غیر سمی. بر خلاف انواع دیگر، سوزاندن قوس الکتریکی وجود ندارد و به همین دلیل فلز مذاب در ناحیه جوش تبخیر می شود.
- افزایش سرعت تشکیل درز و در نتیجه زمان چرخه سریعتر.
- کاهش هزینه های انرژی به نصف.
- نیازی به پردازش بیشتر جوش نیست. ابزار همزن اصطکاکی یک جوش کامل را بدون نیاز به کندن تشکیل می دهد.
- بدون نیاز به مواد مصرفی اضافی (سیم جوش، گازهای صنعتی، شار).
- توانایی به دست آوردن اتصالات فلزی که برای انواع دیگر جوشکاری در دسترس نیست.
- آماده سازی خاصی برای لبه های جوشکاری لازم نیست، مگر برای تمیز کردن و چربی زدایی.
- دستیابی به ساختار جوش همگن بدون منافذ، در نتیجه کنترل کیفیت آسان‌تر، که برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تنظیم شده است GOST R ISO 857-1-2009.
چگونه کیفیت جوش بررسی می شود
کیفیت جوش با دو نوع کنترل بررسی می شود. اولین مورد شامل تخریب نمونه اولیه ناشی ازاتصال دو قسمت دومی امکان تأیید بدون تخریب را فراهم می کند. از روش هایی مانند کنترل نوری، معاینه شنوایی سنجی استفاده می شود. این کمک می کند تا وجود منافذ و اجزاء ناهمگنی که ویژگی های درز را تخریب می کند، تعیین شود. نتایج کنترل صدا نموداری است که به وضوح مکان هایی را نشان می دهد که اکو آکوستیک از حد معمول منحرف می شود.
معایب روش
با مزایای متعدد، روش جوشکاری اصطکاکی دارای معایبی است:
- عدم تحرک. STP شامل اتصال قطعات ثابت است که به طور صلب در فضا ثابت شده اند. این ویژگی‌های خاصی را بر تجهیزات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی تحمیل می‌کند، مانند عدم تحرک.
- تطبیق پذیری کم. تجهیزات حجیم برای انجام همان نوع عملیات پیکربندی شده اند. در این راستا دستگاه هایی برای جوشکاری برای کارهای خاصی طراحی شده اند. به عنوان مثال، برای جوشکاری دیوارهای کناری ماشین روی نوار نقاله، و برای هیچ چیز دیگری.
- درز جوش دارای ساختار شعاعی است. در این رابطه، با انواع خاصی از تغییر شکل یا زمانی که قطعه در یک محیط تهاجمی کار می کند، خستگی جوش ممکن است جمع شود.
انواع STP طبق اصل عمل
فرایندهای جوشکاری بر اساس اصطکاک را می توان به چند نوع تقسیم کرد:
- اصطکاک خطی. ماهیت روش به دست آوردن یک اتصال دائمی است نه در نتیجه عمل یک نوک چرخان، بلکه به دلیل حرکت قطعات نسبت به یکدیگر. با عمل بر روی سطح در نقطه تماس، ایجاد می کننداصطکاک و در نتیجه دمای بالا. تحت فشار، قطعات مجاور ذوب می شوند و یک اتصال جوشی ایجاد می شود.
- جوشکاری شعاعی. از این روش برای تولید کانتینرهای با قطر بزرگ، مخازن راه آهن استفاده می شود. این به این واقعیت مربوط می شود که مفاصل قطعات توسط یک حلقه چرخان که از بیرون پوشانده شده است گرم می شوند. با اصطکاک، دمایی نزدیک به نقطه ذوب ایجاد می کند. نمونه‌ای از شرکت‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند، Sespel، سازنده خودروهای تانک Cheboksary است. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بخش عمده ای از کار جوشکاری را به خود اختصاص می دهد.
- جوشکاری گل میخ. این تنوع جایگزین اتصال پرچ می شود. این نوع برای اتصالات همپوشانی استفاده می شود. پین دوار در نقطه تماس، قطعاتی که قرار است جوش داده شوند را گرم می کند. از دمای بالا، ذوب رخ می دهد و پین به داخل نفوذ می کند. خنک شدن، یک اتصال دائمی قوی ایجاد می کند.
انواع STP بر اساس سطح دشواری
عملیات جوشکاری که با استفاده از اصطکاک انجام می شود را می توان به مسطح و حجمی تقسیم کرد. تفاوت اصلی بین این گونه ها این است که در حالت اول، جوش در فضای دو بعدی و در حالت دوم در فضای سه بعدی تشکیل می شود.
بنابراین، برای اتصالات مسطح، سازنده تجهیزات جوش ESAB دستگاه 2D LEGIO را توسعه داده است. این یک سیستم جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی قابل تنظیم برای فلزات مختلف غیرآهنی است. گروه های اندازه های مختلفتجهیزات به شما امکان می دهد قطعات در اندازه های کوچک و بزرگ را جوش دهید. با توجه به علامت گذاری، تجهیزات LEGIO دارای چندین طرح است که از نظر تعداد سر جوش، توانایی جوش در چندین جهت محوری متفاوت است.
روبات های سه بعدی برای کارهای جوشکاری با موقعیت های پیچیده در فضا وجود دارد. چنین دستگاه هایی بر روی نوار نقاله های خودرو نصب می شوند، جایی که جوش هایی با پیکربندی پیچیده مورد نیاز است. یکی از نمونه‌های این ربات‌ها، Rosio از ESAB است.
نتیجه گیری
STP با انواع جوشکاری سنتی قابل مقایسه است. استفاده گسترده از آن نه تنها سود اقتصادی را نوید می دهد، بلکه باعث حفظ سلامت افراد شاغل در تولید می شود.
