جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
ايده اصلی جوشکاری اصطکاکی بسيار ساده است. يک وسيله دوّار مصرف نشدنی (يک پين ويژه همراه با دندانه) را در نظر بگيريد. دو فلزی را که می‌خواهند جوش بدهند، در کنار هم محکم قرار می‌دهند و پين وارد خط اتصال اين دو فلز میشود و همراه با چرخش، طول خط اتصال را طی می‌کند. پين دو عمل اصلی را انجام می‌دهد.
- گرم کردن قطعه توسط اصطکاک
- حرکت دادن مواد به منظور اتصال
گرما به کمک اصطکاک بين پين و قطعه کار و تغيير فرم پلاستيک قطعه به دست میآيد. حرارت متمرکز شده باعث نرم شدن مواد اطراف پين و به همراه حرکت دوار پين، باعث حرکت مواد از جلوی پين به عقب پين میشود. بر اثر اين پروسه، اتصال در حالت جامد اتفاق می‌افتد. به علت ساختار هندسی پين، موادی که در اطراف پين حرکت می‌کنند به مواد در گرمای بالا، تغيير شکل زيادی می‌دهند و ساختار نهايی FSW خوبی با يکديگر ترکيب می‌شوند.
اين نوع جوشكاری در زمره پروسه‌های جوش حالت جامد بوده، روش‌های جوشكاری حالت جامد که بيشتر متداول هستند، شامل موارد زیر هستند.
- جوشكاری اصطكاکی Friction welding
- جوشكاری فشاری Pressure welding
- جوشكاری آهنگری يا پتكه‌ای Forge welding
- جوشكاری با امواج صوتی Ultrasonic welding
در جوش‌های حالت جامد برخلاف فرآيندهای حالت ذوبی که محل اتصال در نتيجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می‌شد، اتصال بدون تشكيل مذاب انجام میشود. ولی ممكن است فيلمی از فلز مذاب در يک مرحله ميانی از عمليات بين سطوح اتصال ايجاد شود. اگر چه فلز مذاب معمولاً به طور کامل از جوش جدا میشود، ولی در حضور کوتاه خود نقش مفيدی را در انجام جوش ايفا می‌کند.
به طور کلی جوشكاری اصطكاکی بر اساس تبديل انرژی مكانيكی به انرژی گرمايی استوار است که دو قسمت مورد اتصال را به هم نزديک کرده و با ايجاد حرکت دورانی سريع يكی از آنها بر روی ديگری و مالش و اصطكاک دو قطعه، گرمای زيادی توليد شده و موجب حالت پلاستيسيته در لبه‌های اتصال میشود با فشار اعمال شده نهايی قطعات در هم فرو می‌روند و اتصال ايجاد میشود.
مكانيزم اتصال
سطوح در مقياس ميكروسكوپی دارای برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌هايی هستند و علاوه بر آن لايه اکسيدی نازک يا ناخالصی‌های ديگر بر روی سطح پوشيده شده است. هر گاه سطوح به طور کامل در کنار هم قرار نگيرند، نيروی چسبندگی بين مولكولی بين آنها برقرار نشده و در نتيجه اتصال انجام نمی‌گيرد. هدف اصلی در جوشكاری اصطكاکی برطرف نمودن اين ناهمواری‌ها و ناخالصی‌ها و اعمال فشار برای اتصال دو سطح است.
هنگامی که دو سطح با فشار معين بر روی هم ماليده می‌شوند نقاط بلند بهم برخورد کرده و از بين می‌روند، همزمان لايه اکسيدی برداشته شده و دو سطح فلز در تماس با يكديگر قرار می‌گيرند و بدين ترتيب يک باند يا چسبندگی موقت (Seizures) به وجود میآيد. با ادامه حرکت، اين چسبندگی بريده شده و يک باند تازه‌تر به وجود میآيد. بدين ترتيب انرژی مكانيكی به حرارتی تبديل شده و به تدريج درجه حرارت سطح افزايش می‌يابد. بنابراين استحكام فشاری کاهش يافته و تغيير فرم پذيری راحت‌تر انجام می‌گيرد، نقاط برآمده به سرعت محو شده و سطوح در حالت چسبندگی کامل قرار می‌گيرند. با فرض اين که نرخ حرارت توليدی بيشتر از حرارت فروکشی باشد درجه حرارت بالاتر رفته و حالت پلاستيكی نيز بيشتر میشود. تا جايی که استحكام فشاری قادر به تحمل نيروی فشاری نيست و سطح زير فشار گسترده‌تر شده و لبه‌ها در هم فرو می‌روند و حتی کمی به بيرون بر می‌گردند. به خاطر حرکت چرخشی دسته کم يكی از دو قطعه در محل اتصال، باید سطح مقطع دايره‌ای داشته باشد. جوشكاری اصطكاکی به طور کلی به دو دسته تقسيم میشود.
- جوشكاری اصطكاکی لحظه‌ای Inertia friction
- جوشكاری اصطكاکی مداوم Continuous drive friction
البته امروز روش‌های پيشرفته که ترکيبی از دو تكنيک بالاست به کار می‌رود. هر دو نوع جوشكاری می‌تواند بدون توقف و به طور کامل به صورت ماشينی انجام شود و می‌توان پارامترهای عملياتی را از قبل برنامه ريزی نمود. FRW برای قطعاتی که بتوان آنها را از نظر اندازه و شكل با ماشين جوش اصطكاکی تطبيق داد پروسه‌ای جالب است. زيرا هيچ ماده‌ای filler يا پر کننده لازم ندارد و مثلاً برای جوشكاری فولاد کربنی ساده و آلياژی حفاظت با گاز لازم نیست . جوش بدست آمده از اين روش کيفيت بالايی دارد و برای توليدات انبوه مقرون به صرفه است.
با پيشرفت‌های انجام شده می‌توان جوشكاری اصطكاکی را به جای چرخش با حرکت انجام داد که باعث گسترش اين پروسه و تطبيق قطعات متنوع با اين پروسه شده است.
برای توليد يک جوش قابل قبول پارامترهای عملياتی از قبيل نيروی اعمالی، سرعت چرخش و زمان می‌تواند در رنج گسترده‌ای تغيير کند. نيروی اعمالی بايد به مقدار کافی بزرگ باشد تا سطوح را در تماس با يكديگر نگه دارد زمان عمليات هم بايد به گونه‌ای باشد که اکسيداسيون سطوح به حداقل برسد. نيروی ناکافی حرارت کمتری ايجاد می‌کند که منجر به عدم اتصال مناسب سطوح میشود. از طرف ديگر نيروی بيش از اندازه حرارت زيادی توليد می‌کند که منجر به ذوب شدن دو فلز میشود. به عنوان مثال برای جوشكاری فولاد نيرو در محدوده ۶۰-۳۰ مگاپاسکال و سرعت زاويه‌ای حداقل ۹۰ متر بر دقیقه زمان گرمادهی برای قطعات کوچک از ۵ تا ۱۰ ثانيه است. زمان بايد به اندازه کافی باشد تا اجازه رسانش گرمايی به بخش‌های مرکزی سطوح که دارای حرکت نسبی کمتری برای توليد حرارت هستند، را بدهد. از طرف ديگر افزايش زمان گرمادهی منجر به افزايش سطح مقطع اتصال و گسترش منطقه HAZ در دو طرف جوش به طور غيرعادی میشود.
مزايای جوشکاری FSW
FSW به عنوان مهم‌ترين پيشرفت در اتصال فلزات در دهه‌ی اخير مطرح بوده است و تکنولوژی سبز است که بازده انرژی بالا دارد و در مقام مقايسه با ساير روش‌های جوشکاری متداول، FSW انرژی بسيار کمتری مصرف می‌کند. هيچ گاز محافظ يا سرباره‌ای استفاده نمی‌شود. به همين علت دوست محيط زيست ناميده میشود و اتصال شامل هيچگونه فلز پر کننده‌ای نیست. همچنين هر نوع آلومينيومی بدون دلواپسی از سازش پذيری ساختارش می‌توان به کار برد و هر نوع آلومينيومی و کامپوزيتی می‌توانند به يکديگر با سهولت وصل شوند و در مقايسه با روش جوشکاری اصطکاکی قديمی، که معمولاً بر روی قطعات قرينه و کوچک که می‌چرخيدند و فشار داده می‌شدند تا جوش بخورند، و اتصالات فيلت به T جوشکاری اصطکاکی فعلی در انواع مختلف اتصالات مانند اتصال زير، اتصال لب به لب، اتصال کار می‌رود.
به طور خلاصه از مزايا و محدوديت%
