جوشکاری اصطکاکی چیست؟

اصطلاح ” جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding) “ فرآیندهای جوشکاری حالت جامد را پوشش می­ دهد که ادغام مواد تحت تأثیر گرمای ایجاد شده توسط حرکت مکانیکی لغزشی ناشی از بین سطوح مالشی می­ باشد و قطعاتی که باید به هم متصل گردند در کنار هم تحت فشار نگه داشته می ­شوند. اصطکاک مکانیکی ممکن است بین یک قطعه کار متحرک و یک جزء ثابت، دو جزء متحرک یا با استفاده از یک ابزار متحرک ایجاد گردد.

جوشکاری سرد قطعات

قطعات توری شکل را می توان مستقیماً با جوشکاری اصطکاکی به هم وصل نمود . روش های مورد استفاده در عمل عمدتاً در نوع حرکت متقابل دو قطعه کار متفاوت است.

جوشکاری اصطکاکی چیست؟

جوشکاری اصطکاکی یک روش جوشکاری حالت جامد است که با اصطکاک مکانیکی بین قطعات کاری که در حرکت نسبی با یکدیگر هستند، گرما تولید می‌کند و با درج نیروهای تحت اللفظی به اتصال قطعه کمک می‌­نمایند. این جوشکاری ذوبی نمی­ باشد بلکه جوشکاری فورج است، بنابراین مواد ذوب نمی شوند و مفصل در نتیجه عملیات حرارتی مکانیکی سطح قابل لمس ایجاد می ­باشد.

قطعات کار یا نسبت به یکدیگر یا با چرخاندن به یکدیگر متصل می­ شوند تا اصطکاک ایجاد کنند و مواد را به صورت پلاستیکی روی سطح در این شکل جوش جابجا نمایند. برای تکمیل جوش، فشار بسیار بالایی نیاز است.

اصطکاک بین قطعات قبل از تبدیل شدن به سرامیک اتفاق می افتد که در دمای ۹۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد برای فولاد رخ می­ دهد. در این مرحله نیروی اصطکاک فزاینده ای به جسم کار وارد می شود که در نتیجه یک اتصال دائمی ایجاد می ­نماید.

جوشکاری اصطکاکی در چه مواردی قابل استفاده است؟

• جوشکاری اصطکاکی در ساخت لوله و شفت، نیروی دریایی، معدن و خودرو و همچنین در صنایع هواپیماسازی استفاده می  ­شود.
• در قطعاتی که نیاز به جوشکاری اصطکاکی دارند، مانند چرخ دنده ها، لوله های محور، خطوط محرکه و سوپاپ ها مفید است.
• برای اتصال میله های پیستون هیدرولیک، بوش های غلتکی کامیون و غیره استفاده می­ گردد.
• برای لحیم کاری مته ها، میله های اتصال، اهرم دنده و سایر اشیاء مشابه استفاده می ­گردد.
• معمولاً در صنعت برق برای لحیم کاری تجهیزات مس و آلومینیوم استفاده می ­گردد.

جوشکاری فلزات غیر مشابه به روش اصطکاکی

تکنیک­ های جوشکاری اصطکاکی و خدمات جوش سرد عموماً بدون ذوب هستند. مواد پایه کمتر از دمای ذوب یا مایع نگه داشته می­ شوند. گرمای اصطکاکی یک منطقه پلاستیکی (“نرم کننده رابط”) بین قطعاتی که باید به هم متصل شوند ایجاد می­ کند. نیروی خارجی اعمال شده قطعات را به هم فشار می­ دهد و در نتیجه یک اتصال ایجاد می­  نماید. ترکیبی از زمان‌های پردازش کوتاه و ایجاد گرما مستقیماً در سطح مشترک منجر به ایجاد مناطق نسبتاً باریک متاثر از گرما می‌شود که همچنین به دلیل برهم‌خوردن بخشی از رابط از محل اتصال جوش در طول فرآیند ایجاد می‌شود. حداقل عرض ناحیه متاثر از حرارت به این معنی است که به طور کلی نیازی به عملیات حرارتی قطعات قبل یا بعد از اتصال برای کاهش تنش­ های داخلی نیست. همچنین مشکلاتی مانند ترک خوردگی موضعی یا کاهش مقاومت در برابر خوردگی در ناحیه تحت تأثیر حرارت را می­ توان اجتناب کرد یا کاهش داد و در آن از هیچ فلز پرکننده یا فلاکس استفاده نمی­ گردد.

مزیت دیگر این است که حرکت تمایل به “تمیز کردن” سطح بین مواد اصلی از بین می­ رود. جوش­ های با استحکام کامل نیاز به اتصال لایه مرزی مناسب دارند، بنابراین هیچ آلودگی در صفحه رابط وجود ندارد. از آنجایی که جوش کاری اصطکاکی با جابجایی مواد رابط اصلی کار می­ نماید، قطعاتی که به هم متصل می­ گردند فقط به حداقل تمیز کردن سطح یا پیش تصفیه نیاز دارند.

استحکام یک اتصال جوشی اصطکاکی به شرایط اتصال خاص بستگی دارد، اما معمولاً به استحکام ضعیف‌تر از دو ماده اصلی نزدیک می‌شود (بازده اتصال بین ۷۰ تا ۹۰ درصد است). نمونه ­هایی از اتصالات جوشی اصطکاکی بین مواد غیر مشابه شامل ترکیبی از آلومینیوم / فولاد، آلومینیوم / مس یا آلومینیوم / سرامیک و غیره می­ باشد.

انواع مختلفی از روش های جوشکاری اصطکاکی وجود دارد، اما همه آنها بر اساس یک اصل اساسی هستند.

مزایای جوشکاری اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی مزایای زیادی دارد که به شرح زیر است :

• جوشکاری اصطکاکی در زمینه های مختلف کاربرد دارد و موارد زیادی را جوش می دهد.
• جوشکاری اصطکاکی فواید زیادی دارد زیرا به کاهش تشکیل دانه گرمای زیاد و تقویت فولاد کمک می­ نماید.
• در حین جوشکاری فلز را ذوب نمی ­کند.
• جوشکاری اصطکاکی در هوافضا نیز استفاده می شود، جایی که از فلزات سبک وزن مانند آلومینیوم استفاده می شود.
• مزیت دیگر این است که سطح جوش در نتیجه حرکت بین محصولات در حال ترکیب صیقلی می شود و حداکثر استحکام در اتصال بدون وزن اضافه به قطعه کار حاصل می­ گردد.
• از ترموپلاستیک ها برای جوشکاری اصطکاکی نیز استفاده می شود. گرما و اصطکاک بسیار کمی را به قطعات وارد می کند. این نشان داده است که از این روش جوشکاری می توان برای اتصال فلزات به پلاستیک با استفاده از رابط فلزی ماشینکاری شده استفاده کرد.
• اتصال مواد غیر مشابه را که ممکن است در غیر این صورت برای جوشکاری با استفاده از سایر فرآیندهای اتصال ناسازگار باشند، اجازه می دهد.
• یک منطقه کوچک و متاثر از گرما ایجاد می ­نماید.
• نیازی به مواد پرکننده نیست.
• همجوشی کامل فلز یک فرآیند ثابت و تکراری است.
• تطبیق پذیری محصول را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
• مناسب برای طیف وسیعی از مقادیر – از نمونه های اولیه تا تولید در مقیاس بزرگ

معایب جوشکاری اصطکاکی

• یکی از مهمترین اشکالات جوشکاری اصطکاکی محدودیت در ابعاد قطعه کار است. از آنجایی که میله‌های دایره‌ای با سطح مقطع یکسان محدود هستند، طراحی اتصالات محدود است و قطعات کار باید ثابت شوند.
• تجهیزات جوشکاری اصطکاکی گران است.
• برای موادی که نمی توانند آهنگری شوند جوشکاری امکان پذیر نیست.