وبلاگ مهندسی مکانیک (جوشکاری و قالبسازی)

مقالات جوشکاری ، تعاریف جوشکاری ، نرم افزار های جوشکاری ، مهندسی ، تخصصی ، تاریخچه جوشکاری ، فیلم های جوشکاری

جوشکاری اصطکاکی - ۱
نویسنده : حسین وطن دوست - ساعت ٧:٤۱ ‎ب.ظ روز جمعه ۸ خرداد ۱۳۸۸
 

جوشکاری اصطکاکی (FRW)  Friction welding

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

 

جوشکاری اصطکاکی Friction welding

 

جوشکاری فشاری Pressure welding

 


جوشکاری آهنگری یا پتکه ای Forge welding

 

جوشکاری با امواج صوتی Ultrasonic welding

 

در جوش های حالت جامد برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی که محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می شد، اتصال بدون تشکیل مذاب انجام می شود.ولی ممکن است فیلمی از فلز مذاب در یک مرحله میانی از عملیات بین سطوح اتصال ایجاد گردد اگرچه فلز مذاب معمولاً به طور کامل از جوش جدا می شود،ولی در حضور کوتاه خود نقش مفیدی را در انجام جوش ایفا می کند.

 

به طور کلی جوشکاری اصطکاکی بر اساس تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی استوار است که دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیک کرده و با ایجاد حرکت دورانی سریع یکی از آنها بر روی دیگری و مالش و اصطکاک 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.

 نوشته شده توسط علیرضا م در یکشنبه ۰۹ مهر ۱۳۸۵ و ساعت 15:10

جوشکاری اصطکاکی (FRW)  Friction welding

 

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

 

جوشکاری اصطکاکی Friction welding

 

جوشکاری فشاری Pressure welding

 

جوشکاری آهنگری یا پتکه ای Forge welding

 

جوشکاری با امواج صوتی Ultrasonic welding

 

در جوش های حالت جامد برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی که محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می شد، اتصال بدون تشکیل مذاب انجام می شود.ولی ممکن است فیلمی از فلز مذاب در یک مرحله میانی از عملیات بین سطوح اتصال ایجاد گردد اگرچه فلز مذاب معمولاً به طور کامل از جوش جدا می شود،ولی در حضور کوتاه خود نقش مفیدی را در انجام جوش ایفا می کند.

 

به طور کلی جوشکاری اصطکاکی بر اساس تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی استوار است که دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیک کرده و با ایجاد حرکت دورانی سریع یکی از آنها بر روی دیگری و مالش و اصطکاک 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.

 

 

 

مکانیزم اتصال  :

 

 می دانیم که سطوح در مقیاس میکروسکوپی دارای برآمدگی ها و فرورفتگی هایی هستند و علاوه بر آن لایه اکسیدی نازک و یا ناخالصی های دیگر بر روی سطح پوشیده شده است . هرگاه سطوح به طور کامل در کنار هم قرار نگیرند نیروی چسبندگی بین مولکولی بین آنها برقرار نشده و در نتیجه اتصال انجام نمی گیرد هدف اصلی در جوشکاری اصطکاکی برطرف نمودن این ناهمواری ها و ناخالصی ها و اعمال فشار برای اتصال دو سطح است.

 

هنگامی که دو سطح با فشار معین بر روی هم مالیده می شوند نقاط بلند بهم برخورد کرده و از بین می روند، همزمان لایه اکسیدی برداشته شده و دو سطح فلز در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند و بدین ترتیب یک باند یا چسبندگی موقت (Seizures) به وجود می آید با ادامه حرکت ،این چسبندگی بریده شده و یک باند تازه تر به وجود می آید بدین ترتیب انرژی مکانیکی به حرارتی تبدیل شده و به تدریج درجه حرارت سطح افزایش می یابد.بنابراین استحکام فشاری کاهش یافته و تغییر فرم پذیری راحت تر انجام می گیرد، نقاط برآمده به سرعت محو شده و سطوح در حالت چسبندگی کامل قرار می گیرند با فرض این که نرخ حرارت تولیدی بیشتر از حرارت فروکشی باشد درجه حرارت بالاتر رفته و حالت پلاستیکی نیز بیشتر می شود تا جایی که استحکام فشاری قادر به تحمل نیروی فشاری نیست و سطح زیر فشار گسترده تر شده و لبه ها در هم فرو می روند و حتی کمی به بیرون بر می گردند.

 

به خاطر حرکت چرخشی دسته کم یکی از دو قطعه در محل اتصال می بایست سطح مقطع دایره ای داشته باشد جوشکاری اصطکاکی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:

 

الف) جوشکاری اصطکاکی لحظه ای Inertia friction

 

ب) جوشکاری اصطکاکی مداوم Continuous drive friction

 

البته امروز روش های پیشرفته که ترکیبی از دو تکنیک بالاست به کار می رود هر دو نوع جوشکاری می تواند بدون توقف و به طور کامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود. FRW برای قطعاتی که بتوان آنها را از نظر اندازه و شکل با ماشین جوش اصطکاکی تطبیق داد پروسه ای جالب می باشد زیرا هیچ ماده filler یا پر کننده لازم ندارد و مثلاً برای جوشکاری فولاد کربنی ساده و آلیاژی حفاظت با گاز لازم نمی باشد. جوش بدست آمده از این روش کیفیت بالایی دارد و برای تولیدات انبوه مقرون به صرفه است.

 

با پیشرفت های انجام شده می توان جوشکاری اصطکاکی را به جای چرخش با حرکت انجام داد که باعث گسترش این پروسه و تطبیق قطعات متنوع با این پروسه شده است.

 

برای تولید یک جوش قابل قبول پارامترهای عملیاتی از قبیل نیروی اعمالی، سرعت چرخش و زمان می تواند در رنج گسترده ای تغییر کند نیروی اعمالی باید به مقدار کافی بزرگ باشد تا سطوح را در تماس با یکدیگر نگه دارد زمان عملیات هم باید به گونه ای باشد که اکسیداسیون سطوح به حداقل برسد. نیروی ناکافی حرارت کمتری ایجاد می کند که منجر به عدم اتصال مناسب سطوح می گردد از طرف دیگر نیروی بیش از اندازه حرارت زیادی تولید می کند که منجر به ذوب شدن دو فلز می شود. به عنوان مثال برای جوشکاری فولاد نیرو در محدوده 30-60 MPa و سرعت زاویه ای حداقل  90 m/min می باشد. زمان گرمادهی برای قطعات کوچک از 5 تا 10 ثانیه می باشد. زمان باید به اندازه کافی باشد تا اجازه رسانش گرمایی به بخش های مرکزی سطوح که دارای حرکت نسبی کمتری 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 جوشکاری اصطکاکی

 

 

مزایا :

 

عدم نیاز به فلاکس ( روانساز) ، ماده پر کننده و گاز محافظ

 

مصرف انرژی الکتریکی کمتر و به طور کلی انرژی مورد نیاز

 

عملیات جوشکاری نسبتا تمیز و بدون قوس الکتریکی ،دود و گاز

 

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

 

محدودیت ها :

 

یکی از قطعات باید گرد باشد . همچنین باید دارای شکل و طرحی باشد که 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.اکثر مواد و فلزات را میتوان با این روش جوشکاری نمود و تقریبا هیچ محدودیتی نداریم.

 

 

 

پوشش کاری بوسیله جوشکاری اصطکاکی:

 

پوشش کاری بوسیله جوشکاری اصطکاکی هم اکنون تحت مطالعات زیادی قرار دارد زیرا به قلمرو فلزات، آلیاژها و همچنین کامپوزیت ها قدم گذاشته است و یک لایه کاملاً مجزا از پوشش را روی ماده زیری اعمال می کند یکی از امتیازات و مزیت های این روش نسبت به سایر روش های پوشش کاری این است که محلول پس زده شده و فلز مذاب پایه ندارد. پوشش دهی اصطکاکی از مشکل ناشی از ذوب ماده مصرف شدنی در هوا به وسیله مکانیزم پیچیده انجماد رسوب به همراه هیدروژن بدست آمده و ترک های سرد و شرایط نامطلوب سطحی همراه با دانه های حاصل از جوشکاری (beads) جلوگیری می کند در پوشش کاری اصطکاکی  از یک ماده مصرف شدنی دوار که می توان یک شمش جامد فلزی با سطح مقطع گرد و با یک تیوپ فلزی پر شده از یک ماده انتخابی استفاده می شود انتهای آزاد ماده مصرف شدنی با اعمال یک فشار بر روی سطح زیر لایه (سطح قطعه کار) آورده می شود و به دلیل این که ماده مصرفی دوار دارای مقاطع کوچکتراست  دمای آن سریع تر بالا می رود بدین سان قطعه کار با یک حوزه گرمایی و یک منطقه HAZ مینیمم روبرو می شود هنگامی که انتهای گرم ماده مصرف شدنی در حال چرخش، پلاستیسیته می شود ماده مصرف شدنی زیر یک فشار به سطح فلز پایه جوش می خورد. شکل 6 ضرورت تکنیک پوشش کاری اعمالی  و یک ماشین در حال کار را نشان می دهد. راهنمای عملیات و پارامترهای مورد نیاز پروسه استخراج و فهرست شده اند ماده مصرف شدنی در شکل 6 یک شمش با سطح مقطع گرد با قطر mm 25 است که یک لایه با ضخامت حدودی 2 میلی متر با نرخ تقریبی 4.5 گرم بر ساعت با سرعت دوران rpm 975 در زیر فشار عمودی 28 کیلو نیوتن با سرعت سیر 4.9 میلی متر بر ثانیه نشان می دهد سرعت دوران های بالاتر منجر به لایه رسوب نازکتر می شود و کیفیت جوش در فصل مشترک با قطعه بهبود می یابد نیروی محوری کمتر ضخامت لایه رسوب را افزایش می دهد اما پهنای باند موثر را کاهش می دهد.

منبع: http://metallurg.mihanblog.com/


 
comment نظرات ()