مکانیک , مهندسی 35 بازدید

فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (Friction Stir Welding) در سال 1۹۹1 میلادی توسط انستیتو جوشکاری انگلستان (The Welding Institute) موسوم به TWI معرفی شده است. در این روش برای اتصال دو فلز، هیچ‌گونه ماده پُرکننده‌ای (Filler Material) به کار نمی‌رود. بلکه، این اصطکاک گرمایی حاصل از یک ابزار مخصوص چرخان است که برای جوشکاری قطعات مختلف استفاده می‌شود. فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک فرآیند اتصال حالت جامد به شمار می‌رود؛ زیرا در خلال این فرآیند، هیچ فلزی ذوب نمی‌شود.

جوشکاری اصطکاکی

فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یا به اختصار $$\large \text {FSW}$$، از یک ابزار استوانه‌ای استفاده می‌شود که یک انتهای آن، برآمده و دارای پراب (Probe) است. به انتهای این قسمت که روی محل جوشکاری قرار می‌گیرد، پین (Pin) گفته می‌شود. با چرخش این ابزار استوانه‌ای، اصطکاکی در محل جوشکاری شکل می‌گیرد. همزمان، گرما و فشار نیز در این محل بالا می‌رود تا شرایط برای جوش خوردن دو فلز مهیا شود. در واقع، حرکت چرخشی پین روی فلز، موجب نرم شدن و ورود لایه‌های فلز به ناحیه پلاستیک می‌شود. اما در مقیاس کوچک‌تر، اتفاقات دیگری نیز در حال وقوع است. در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، به دلیل اصطکاک بین ابزار و فلز، دما بالا می‌رود. اکنون فلزی که وارد ناحیه پلاستیک شده، فرصت تبلور مجدد پیدا می‌کند. ساختار مولکولی شکسته شده و ساختار ترکیبی جدید تشکیل می‌شود. در شکل زیر، قسمت‌های اصلی تشکیل دهنده و پارامترهای مهم در طراحی ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی را مشاهده می‌کنید.

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

در مجموعه ویدیوهای آموزش آشنایی با فرایند جوشکاری FSW یا همان جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ضمن ارائه مقدمه و اصول طراحی این ابزار، پروسه فرآیند و این روش جوشکاری هم آموزش داده می‌شود. ضمناً پارامترهای تأثیرگذار در طراحی این ابزار به همراه عیوب آنها، از دیگر مواردیست که در این آموزش گنجانده شده است. لذا برای آن دسته از مهندسان مکانیک که قبلاً با فرآیندهای جوشکاری صنعتی آشنا شده‌اند، جوشکاری به روش $$\large \text {FSW}$$ می‌تواند مسیر ورود به تخصص‌های جوشکاری و بازار کار این شاخه از مهندسی مکانیک را هموار سازد.

مزیت‌ها و محدودیت‌های جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

ماهیت حالت جامد در جوشکاری به روش $$\large \text {FSW}$$، مزیت‌هایی را نسبت به روش‌های جوشکاری ذوبی (Fusion Welding Methods) به همراه دارد. برخی از این مزیت‌ها را به صورت فهرست‌وار مرور می‌کنیم.

  • ایمنی این روش نسبت به روش‌های دیگر بالاتر است؛ زیرا در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، بخار یا مواد سمی مذاب تشکیل نمی‌شوند.
  • هیچ ماده‌ای در این فرآیند مصرف نمی‌شود. یک پین رزوه‌ای (Threaded Pin) ساخته شده از فولاد قادر است به تنهایی و بدون افزودن ماده پرکننده یا محافظ گازی، مسافتی به طول یک کیلومتر از آلومینیوم را جوش دهد.
  • ابزار مخصوص این روش، به راحتی روی ماشین فرز قابل نصب بوده و هزینه راه‌اندازی و آموزش آن نیز پایین است.
  • وضعیت ظاهری نقاط جوشکاری شده، بدون عیب و نقص بوده و خبری از نقاط ناهمگون در سطح جوش دیده نمی‌شود. به همین دلیل، در پایان کار نیز نیاز به ماشین‌کاری شدیداً کاهش خواهد یافت.
  • به دلیل مصرف پایین انرژی و آلایندگی کم، سازگاری بالایی با محیط زیست دارد.

اما از سوی دیگر، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، معایبی را نیز به همراه دارد که به برخی از آنها اشاره می‌کنیم.

  • در پایان کار و هنگام جدا کردن ابزار، حفره کوچک دایره‌ای شکل روی فلز باقی می‌ماند.
  • در این فرآیند برای نگه داشتن دو صفحه در کنار (یا روی) هم، به گیره (Clamp) با نیروی بسیار زیادی نیاز است.
  • در صورت متغیر بودن ضخامت صفحه و جوش‌های غیر خطی، جوشکاری به این روش دشوار شده و انعطاف کمتری نسبت به جوشکاری قوس الکتریکی خواهد داشت.
  • سرعت پیش‌روی در این روش نسبت به روش‌های جوشکاری ذوبی پایین‌تر است.

کاربرد جوشکاری FSW

کاربردهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، در صنایع مختلفی کاربرد دارد. از کشتی‌سازی تا هوافضا و از صنایع خودروسازی تا کامپیوترهای شخصی، همه‌جا رد پای این فناوری به چشم می‌خورد. شرکت نروژی نورسک هیدرو (Norsk Hydro) که تولیدکننده آلومینیوم و انرژی‌های تجدیدپذیر است و همچنین شرکت مهندسی و کشتی‌سازی میتسویی (Mitsui) در استفاده از این فناوری در صنایع کشتی‌سازی و سازه‌ّای فراساحلی پیش‌رو هستند.

در هوافضا، شرکت یونایتد لانچ آلاینس (ULA) در ساخت موشک‌های دلتا 2، دلتا 4 و اطلس ۵ که به فضا پرتاب شدند، از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده کرده بود. همچنین شرکت اپل (Apple) در سال 2۰12 میلادی و در ساخت بدنه کامپیوترهای iMac این روش را به کار برد. نمونه‌هایی که ارائه شد، تنها موارد معدودی از کاربردهای این فناوری جوشکاری بود. در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه مهندسی مکانیک و روش‌های جوشکاری، می‌توانید به آموزش‌های زیر مراجعه کنید:

^^

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *