انواع جوشکاری

انواع جوشکاری

جوشکاری اصطكاكی (FRW) Friction Welding

این نوع جوشكاری در زمرة پروسه های جوش حالت جامد می باشد روش ها­ی جوشكاری حالت جامد كه بیشتر متداول هستند عبارتند از:

جوشكاری اصطكاكی Friction welding

جوشكاری فشاری Pressure welding

جوشكاری آهنگری یا پتكه ای Forge welding

جوشكاری با امواج صوتی Ultrasonic welding

در جوش های حالت جامد برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی كه محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می شد، اتصال بدون تشكیل مذاب انجام می شود.ولی ممكن است فیلمی از فلز مذاب در یك مرحله میانی از عملیات بین سطوح اتصال ایجاد گردد اگرچه فلز مذاب معمولاً به طور كامل از جوش جدا می شود،ولی در حضور كوتاه خود نقش مفیدی را در انجام جوش ایفا می كند.

به طور كلی جوشكاری اصطكاكی بر اساس تبدیل انرژی مكانیكی به انرژی گرمایی استوار است كه دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیك كرده و با ایجاد حركت دورانی سریع یكی از آنها بر روی دیگری و مالش و اصطكاك دو قطعه، گرمای زیادی تولید شده و موجب حالت پلاستیسیته در لبه های اتصال می شود با فشار اعمال شده نهایی قطعات در هم فرو می روند و اتصال ایجاد می شود.

مكانیزم اتصال :

می­دانیم كه سطوح در مقیاس میكروسكوپی دارای برآمدگی ها و فرورفتگی هایی هستند و علاوه بر آن لایه اكسیدی نازك و یا ناخالصی­های دیگر بر روی سطح پوشیده شده است . هرگاه سطوح به طور كامل در كنار هم قرار نگیرند نیروی چسبندگی بین مولكولی بین آنها برقرار نشده و در نتیجه اتصال انجام نمی گیرد هدف اصلی در جوشكاری اصطكاكی برطرف نمودن این ناهمواری ها و ناخالصی ها و اعمال فشار برای اتصال دو سطح است.

هنگامی كه دو سطح با فشار معین بر روی هم مالیده می شوند نقاط بلند بهم برخورد كرده و از بین     می­روند، همزمان لایه اكسیدی برداشته شده و دو سطح فلز در تماس با یكدیگر قرار می‌گیرند و بدین ترتیب یك باند یا چسبندگی موقت (Seizures) به وجود می آید با ادامه حركت ،این چسبندگی بریده شده و یك باند تازه­تر به وجود می­آید بدین ترتیب انرژی مكانیكی به حرارتی تبدیل شده و به تدریج درجه حرارت سطح افزایش می­یابد.بنابراین استحكام فشاری كاهش یافته و تغییر فرم پذیری راحت­تر انجام می­گیرد، نقاط برآمده به سرعت محو شده و سطوح در حالت چسبندگی كامل قرار می­گیرند با فرض این كه نرخ حرارت تولیدی بیشتر از حرارت فروكشی باشد درجه حرارت بالاتر رفته و حالت پلاستیكی نیز بیشتر  می­شود تا جایی كه استحكام فشاری قادر به تحمل نیروی فشاری نیست و سطح زیر فشار گسترده­تر شده و لبه ها در هم فرو می روند و حتی كمی به بیرون بر می گردند.

به خاطر حركت چرخشی دسته­كم یكی از دو قطعه در محل اتصال می­بایست سطح مقطع دایره­ای داشته باشد جوشكاری اصطكاكی به طور كلی به دو دسته تقسیم می­شود:

الف) جوشكاری اصطكاكی لحظه­ای (Inertia friction)

ب) جوشكاری اصطكاكی مداوم (Continuous drive friction)

البته امروز روش های پیشرفته كه تركیبی از دو تكنیك بالاست به كار می رود هر دو نوع جوشكاری می تواند بدون توقف و به طور كامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود. FRW برای قطعاتی كه بتوان آنها را از نظر اندازه و شكل با ماشین جوش اصطكاكی تطبیق داد پروسه ای جالب می باشد زیرا هیچ ماده filler یا پر كننده لازم ندارد و مثلاً برای جوشكاری فولاد كربنی ساده و آلیاژی حفاظت با گاز لازم  نمی­باشد. جوش بدست آمده از این روش كیفیت بالایی دارد و برای تولیدات انبوه مقرون به صرفه است.

با پیشرفت های انجام شده می توان جوشكاری اصطكاكی را به جای چرخش با حركت انجام داد كه باعث گسترش این پروسه و تطبیق قطعات متنوع با این پروسه شده است.

برای تولید یك جوش قابل قبول پارامترهای عملیاتی از قبیل نیروی اعمالی، سرعت چرخش و زمان می تواند در رنج گسترده ای تغییر كند نیروی اعمالی باید به مقدار كافی بزرگ باشد تا سطوح را در تماس با یكدیگر نگه دارد زمان عملیات هم باید به گونه ای باشد كه اكسیداسیون سطوح به حداقل برسد. نیروی ناكافی حرارت كمتری ایجاد می كند كه منجر به عدم اتصال مناسب سطوح می گردد از طرف دیگر نیروی بیش از اندازه حرارت زیادی تولید می كند كه منجر به ذوب شدن دو فلز می شود. به عنوان مثال برای جوشكاری فولاد نیرو در محدودهMPa 30-60 و سرعت زاویه ای حداقلm/min  90 می­باشد. زمان گرمادهی برای قطعات كوچك از 5 تا 10 ثانیه می باشد. زمان باید به اندازه كافی باشد تا اجازه رسانش گرمایی به بخش های مركزی سطوح كه دارای حركت نسبی كمتری برای تولید حرارت می باشند را بدهد از طرف دیگر افزایش زمان گرمادهی منجر به افزایش سطح مقطع اتصال و گسترش منطقه HAZ در دو طرف جوش به طور غیرعادی می شود.

مزایا و محدودیت های جوشكاری اصطكاكی

مزایا :

عدم نیاز به فلاكس ( روانساز) ، ماده پر كننده و گاز محافظ

مصرف انرژی الكتریكی كمتر و به طور كلی انرژی مورد نیاز

عملیات جوشكاری نسبتا تمیز و بدون قوس الكتریكی ،دود و گاز

منطقه Haz باریك و دارای دانه های ریز تر حتی نسبت به فلز اصلی

محدودیت ها :

یكی از قطعات باید گرد باشد . همچنین باید دارای شكل و طرحی باشد كه بتوان آن را روی دستگاه بسته و به گردش درآورد. البته این محدودیت با طراحی های جدید بر طرف شده است ولی هزینهای مصرفی نسبتا بالاست.اكثر مواد و فلزات را میتوان با این روش جوشكاری نمود و تقریبا هیچ محدودیتی نداریم.