جوشکاری اصطکاکی - اختلاطی

تعداد بازدید: 4624
چهارشنبه 03 دي 1393

جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی

جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی (Friction Stir Welding) یک فرآیند حالت جامد است، بدین معنا که قطعاتی که قرار است بهم متصل شوند به نقطه ذوبشان نمی رسند. در این روش با ابزاری استوانه ای که در نوک آن یک پین مته مانند وجود دارد، اصطکاکی بین استوانه و قطعه ایجاد کرده که سبب تولید حرارت می شود. درجه حرارت تا حدود 80-90% دمای ذوب فلز بالا رفته و قطعه نرم می شود، و در مرحله بعد پین دو قطعه را به هم آمیخته و به جلو حرکت می کند.

گرمای مورد نیاز در این فرآیند از رابطه زیر محاسبه می شود:

Q: گرمای تولید شده

μ: ضریب اصطکاک بین پین و قطعه

ω: سرعت چرخش ابزار

K: عدد ثابت مربوط به هندسه پین مورد استفاده

جوشکاری اصطکاکی اختلاطی 

وقتی پین وارد قطعه می شود، مقداری از ماده را برداشته و هنگامی که می چرخد، در قسمت پشت پین فورج می کند. لذا به این طریق شیار ایجاد شده پر می شود و پس از سرد شدن قطعات، اتصال شکل می گیرد. از عیوب احتمالی این روش، در چگونگی پر شدن این شیار است.

هر چه لبه های استوانه کندتر باشد، بهتر است؛ زیرا که نباید در حین فرآیند، برش در قطعه ایجاد شود. در این روش پین با سرعت زاویه ای ɷ و با سرعت انتقالی v حرکت می کند.

در شکل زیر برخی از انواع پین های مورد استفاده در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی و یک دستگاه جوشکاری مجهز به این سیستم نشان داده شده است. 

 

پین در جوشکاری اصطکاکی اختلاطی 

دستگاه جوشکاری اصطکاکی اختلاطی 

نکاتی در مورد فرآیند جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی

  • هر چه v کمتر باشد، انتقال حرارت در قطعه بالاتر خواهد بود.
  • به ازای v و ɷ ثابت، هر چه نیروی عمودی که به ابزار وارد می شود بیشتر باشد، حرارت بیشتری در ناحیه جوش بوجود می آید.  
  • فلز پایه معمولاً هیچ تأثیری از فرآیند نمی گیرد.
  • این روش بیشتر برای آلومینیوم و آلیاژهای سری 2xxx و 7xxx آن کاربرد دارد.
  • در این فرآیند ضخامت صفحاتی که قرار است بهم جوش داده شوند در محدوده 0.5 – 65 mm قراردارد، در این شرایط جوش بدون هیچگونه تخلخل و جاهای خالی درونی انجام می پذیرد.
  • در گذشته این فرآیند بیشتر در مورد فلزات غیر آهنی بکار گرفته می شد، اما امروزه برای برخی از مواد پیشرفته نیز کاربرد دارد. 
  • در مورد موادی که دمای ذوب بالایی دارند، فرآیند جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی با موفقیت انجام می شود، بطور مثال؛ در فولادهای پر استحکام، فولاد زنگ نزن و تیتانیوم

سطح مقطع منطقه جوش در این روش مطابق شکل زیر به چهار قسمت تقسیم می شود: 

 

سطح مقطع منطقه جوش

 

ناحیه A: منطقه ای که فقط گرم می شود و ریزساختار و خواص مکانیکی آن دستخوش تغییر نمی شود.

ناحیه B: ناحیه متأثر از حرارت یا HAZ نامیده می شود که هیچگونه تغییر فرم پلاستیکی در ناحیه اتفاق نمی افتد.

ناحیه C: این ناحیه هم تحت تأثیر حرارت قرار دارد و هم تغییر فرم پلاستیکی در آن اتفاق می افتد و با عنوان (TMAZ : Thermomechanically Affected Zone) شناخته می شود. در دیگر فرآیندهای جوشکاری این ناحیه وجود ندارد. ندرتاً در برخی از جوشکاری های فشاری سرد، ممکن است TMAZ وجود داشته باشد. مثلاً؛ در مورد فلز آلومینیوم در ناحیه C، مرزدانه ها از بین رفته و تغییرفرم در داخل ماده ایجاد می شود. 

ناحیه D: در این قسمت تبلورمجدد بطور کامل اتفاق می افتد. این ناحیه بیشترین تغییر شکل و دما را نسبت به سایر قسمت ها داشته و همین باعث می شود که دمای تبلورمجدد پایین تر آمده و آسان تر رخ دهد. 

پارامترهای اصلی فرآیند جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی

 

تأثیر

پارامتر

  • ایجاد حرارت اصطکاکی
  • مخلوط کردن مواد
  • شکستن لایه اکسیدی مورد بر روی سطوح

سرعت چرخش پین

  • ظاهر جوش
  • کنترل حرارت

سرعت جوشکاری

  • حرارت اصطکاکی
  • ثابت نگه داشتن وضعیت پن نسبت به قطعه

نیروی عمودی

 

محدوده دمای جوشکاری برای آلیاژ های مختلف : 

 

محدوده دمایی (درجه سانتیگراد)

گروه آلیاژی

440 – 550

آلیاژهای آلومینیوم

250 – 350

آلیاژهای منیزیم

600 – 900

آلیاژهای مس

650 – 800

فولاد های کربنی و کم آلیاژ

700 – 950

آلیاژهای تیتانیوم

 

جوشکاری آلیاژ های آلومینیوم

کاربرد فرآیند جوشکاری اصطکاکی – اختلاطی

  • برای اتصالات Butt (اتصالات لب به لب یا سر به سر) از فرآیند FSW استفاده می شود.       
  • صنایع هوا فضا
  • صنایع کشتی سازی
  • صنایع خودرو سازی

کاربرد جوشکاری اصطکاکی اختلاطی

 

مزایا و محدودیت های فرآیند جوشکاری اصطکاکی - اختلاطی

 

مزایا:

  • اعوجاج در این روش  مخصوصا در طول های بسیار زیاد، ناچیز است. زیرا فلزات وارد منطقه مذاب نمی شوند. در صورتی که مذاب ایجاد شود بدلیل انبساط و انقباض حین ذوب و انجماد، اعوجاج در ساختار بوجود می آید.
  • چون ذوب شدن مطرح نیست، لذا جذب گاز نیز صورت نمی گیرد. بنابراین تخلخل در ساختار جوش بوجود نمی آید.
  • به لحاظ عدم ایجاد ذوب، دود و آلودگی هایی که در دیگر فرآیندهای ذوبی وجود دارد، در این روش ایجاد نمی شود. این مسئله هم از نقطه نظر بهبود دید جوشکار و هم از نقطه نظر مباحث زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است.
  • پاشش مذاب در این روش وجود ندارد. در صورت وجود پاشش در فرآیندهای جوشکاری، ظاهر جوش کثیف شده و نیازمند تمیزی کازی است. خود این نکته هزینه  اضافی بر فرآیند تحمیل می کند.
  • تنش های پسماند بسیار کمی در این روش ایجاد می شود.
  • این فرآیند در همه موقعیت ها قابل اجراست، چه خطی، چه صفحه ای، چه حجمی.
  • ابزار و تجهیزات پیچیده ای نیاز ندارد.

محدودیت ها:  

  • سرعت جوشکاری در این روش نسبت به سایر روش های جوشکاری ذوبی پایین تر است. این امر به ضخامت قطعه هم بستگی دارد. در ضخامت های بالا می بایست از پاس جوش های بیشتری برای اتصال استفاده کرد.
  • دو قطعه ای که قرار است به هم جوش داده شوند باید به نیروی زیادی در کنار هم نگه داشته شوند.
  • وقتی از روی قطعه جوشکاری انجام می شود می بایست پشت بند وجود داشته باشد.
  • در انتهای فرآیند یک سوراخ ایجاد می شود، البته امروزه با استفاده از برخی تکنیک های ذوبی این سوراخ پر می شود.
  • از جمله معایب این روش ایجاد زائده ای روی ناحیه جوش است. 

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Friction Stir Welding, Technical Handbook, ESAB

N.T. Kumbhar, K. Bhanumurthy, Friction Stir Welding Of Al 6061 Alloy, Asian J. Exp. Sci, Vol 22 , 2008 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منیع بلامانع است

FSW
friction stir welding
فرآیند جوشکاری FSW
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
جوشکاری اصطکاکی اختلاطی چیست؟
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی چیست؟
?what is the friction stir welding
برچسب ها: جوشکاری
راه اندازی سایت مشعل شرکت پاکمن
سایت مشعل شرکت پاکمن با هدف بهبود در شیوه ی انتخاب مشعل، راه اندازی شد . جهت کسب ...بیشتر
حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجاری از کشورهای اسلامی
عنوان: نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجا ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر