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
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 ? 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.
فرآیندهای جوشکاری ذوبی بر مبنای منبع تولید حرارت به چهار دسته تقسیم می شوند.
1. منبع حرارتی شیمیایی:
در این روش، یک واکنش شیمیایی موجب تولید حرارت شده (واکنش های گرمازا) و به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
1.1. جوشکاری گازی (Oxy Fuel Welding)
2.1. جوشکاری ترمیت (Thermite Welding)
2. منبع حرارتی مقاومتی:
در این روش یک عامل در برابر عبور جریان الکتریکی، مقاومت نشان داده و در اثر آن، حرارت تولید می شود. این جوشکاری نیزی به دسته زیر تقسیم می شود:
1.2. جوشکاری الکترو اسلگ (جوشکاری با سرباره هادی) (ESW)
2.2. جوشکاری مقاومتی
3. منبع حرارتی قوس:
در این روش، قوس الکتریکی که همان تخلیه الکترونی بین قطب کاتد و آند است، منبع تولید حرارت می باشد.
1.3. جوشکاری با الکترود پوشش دار (SMAW)
2.3. جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود تنگستن (GTAW)
3.3. جوشکاری تحت پوشش گازهای محافظ با الکترود مصرفی (GMAW)
4.3. جوشکاری با قوس پلاسما (PAW)
5.3. جوشکاری قوس با الکترود توپودری (FCAW)
7.3. جوشکاری زائده ای (SW)
8.3. جوشکاری الکترو گس (EGW)
4. منبع حرارتی پرتوهای پر انرژی:
در اثر تاباندن این پرتوها بر سطوحی که قرار است بهم جوش شوند، فرآیند ذوب اتفاق می افتد. این نوع جوشکاری شامل طبقه بندی زیر می باشد:
1.4. جوشکاری با پرتو الکترون (EBW)
اتصال بین دو قطعه فلزی با ذوب کردن لبه ها یا سطح اتصال با یا بدون افزودن فلز پرکننده با یا بدون اعمال فشار را جوشکاری ذوبی می نامند. این نوع فرآیند برای پلاستیک ها و سرامیک ها نیز کاربرد دارد و تحت عنوان جوشکاری امتزاجی شناخته می شود.
کیفیت محصول در این فرآیندها تابع نحوه اجرا می باشد. سه ویژگی خاص در این نوع جوشکاری وجود دارد:
1. شدت منبع حرارتی:
لازمه ذوب کردن قطعه مورد نظر، داشتن یک منبع حرارتی با تمرکز حرارتی است. در جوشکاری، میانگین توان ساطع شده از واحد سطح منبع حرارتی می بایست مد نظر قرار بگیرد. طیف شدت منبع حرارتی مورد استفاده در جوشکاری ذوبی مطابق شکل زیر است:
2. میزان یا نرخ ورود حرارت به قطعه:
میزان انرژی ورودی به قطعه در واحد طول معرف نرخ ورود حرارت است. هر چقدر میزان انرژی بیشتر باشد، دما بالا نمی رود بلکه حجم مذاب تشکیل شده افزایش می یابد. زیرا دما تا نقطه تبخیر فلز بالا رفته و سپس ثابت می شود. پس از آن هدایت حرارتی در قطعه موجب افزایش حجم مذاب می گردد. این افزایش حجم مذاب منجر به افزایش زمان لازم برای انجماد شده و باعث می گردد در سطوح مذاب جذب گازهای اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن اتفاق بیفتد. این گازها در قطعه، هم می توانند برخی اکسیدهای ترد ایجاد کرده و یا اینکه به صورت فوق اشباع و حباب گازی تبدیل می شوند. لذا توجه به حرارت ورودی به قطعه و جلوگیری از ایجاد این اشکالات منجر به ارتقای کیفیت جوش می گردد.
3. نحوه پوشش دادن ناحیه جوش:
در بسیاری از روش های جوشکاری ذوبی، درجه حرارت مذاب بسیار بالا بوده، لذا واکنش پذیری مذاب موجود در حوضچه جوش زیاد است. گازی که در اطراف حوضچه وجود دارد در مذاب حل شده و عیوبی را در منطق جوش ایجاد می کند. لذا لازم است این مناطق به طریقی پوشش داده شوند.
انواع پوشش های مورد استفاده در جوشکاری ذوبی به چهار دسته تقسیم می شوند:
2. جوشکاری نوردی
3. جوشکاری فشاری
4. جوشکاری انفجاری
5. جوشکاری ضربه ای
6. جوشکاری با فرکانس بالا
8. جوشکاری مینیاتوری (التراسونیک)
در این سری از فرآیند های جوشکاری، هیچ لزومی ندارد که قطعه ذوب شود بلکه فقط می بایست پیوند متالورژیکی بین اجزاء برقرار شود. در حین اتصال درجه حرارت از نقطه ذوب فلزات تجاوز نکرده و هیچگونه آلیاژ پرکن ذوب شونده ( نظیر فرآیند های لحیم گرم و سرد ) بکار گرفته نمی شود. البته این بدان معنا نیست که در حین این فرآیندها هیچ گونه مذابی تشکیل نمی شود، بلکه فاز مذاب مثل یک روانکار عمل می کند. در این فرآیندها برای دستیابی به اتصال با کیفیت بالا بین فلزات اعم از همجنس و غیر همجنس، یا از تغییر فرم و یا از نفوذ و تغییر فرم کمک گرفته می شود.
مزیت جوشکاری حالت جامد
1. هنگامی که حین جوشکاری فلز ذوب می شود، به دلیل انجماد سریع، ساختارهای غیر تعادلی پس از اتصال بوجود می آید. در واقع به دلیل تنش های باقیمانده، ساختار به ترک خوردن حساس می شود. لذا برای اصلاح ساختار باید عملیات حرارتی روی قطعات صورت بگیرد. در جوشکاری حالت جامد، ساختار غیر تعادلی تشکیل نمی شود.
2. وقتی فلز ذوب می شود، میزان انحلال گاز در آن بسیار بالاست. در فرآیندهای ذوبی، سطح مذاب با محیط اطراف کاملاً مواجه شده و امکان جذب گاز وجود دارد. این گازها، میزان حلالیت در جامد را حین انجماد پایین آورده و مذاب یک حالت فوق اشباع پیدا می کند. خروج این گازهای حل شده از بالک جامد قطعه بسیار مشکل و تقریباً غیر ممکن است. گاز هیدروژن بدترین حالت را ایجاد می کند. زیرا به صورت یک ذره پروتون که تحرک آن بسیار بالاست، در مذاب حل می شود. هیدروژن باعث ایجاد ترک سرد یا ترک تأخیری می گردد. در جوشکاری حالت جامد به دلیل عدم وجود مذاب این مشکل نیز دیده نمی شود.
3. در حین جوشکاری انبساط های غیر یکنواخت و در هنگام انجماد انقباض های غیر یکنواخت ایجاد می شود که همراه با ایجاد تنش های کششی می باشد که مستعد ایجاد ترک هستند. لذا در جوشکاری حالت جامد، نوع تنش های باقیمانده در فصل مشترک، تنش های فشاری می باشد که امکان گسترش ترک را از بین می برد.
منبع:http://www.wikipg.com/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C
