جوشکاری اصطکاکی تلاطمی و کاربرد آن در صنعت خودرو
http://mythemes.ir/t20/blank.gif
جوشکاری اصطکاکی تلاطمی و کاربرد آن در صنعت خودرو
جوشکاری اصطکاکی نسبت به دیگر انواع جوش نظیر قوس الکتریکی، جوشکاری لیزری و جوشکاری با گاز، مزایای بسیاری دارد. این نوع جوشکاری تنها برای قطعاتی میسر است که شکل دوار داشته باشند زیرا عمل جوش توسط حرارت حاصل از چرخش سریع و تحت فشار یک یا هر دو قطعه نسبت به یکدیگر صورت می‌پذیرد، اما با استفاده از روش جوشکاری اصطکاکی تلاطمی، می‌توان ورق‌های فلزی را نیز به یکدیگر پیوند داد.
در این مقاله به معرفی مختصر این روش می‌پردازیم.
امروزه صفحات چند پارچه جوشکاری شده به سرعت جای خود را در صنعت خودرو باز می‌کنند زیرا با استفاده از آنها می‌توان مواد اولیه با ضخامت‌های مختلف و خواص مختلف را به شکل یک قطعه و با پرس و استمپینگ شکل داده و به این ترتیب خواص محصول را بهبود بخشید.
این بهبود از طرق گوناگون می‌تواند بر قطعات منفصله و نیز خود خودرو اعمال شود.
اصولاً کاهش وزن به منظور رسیدن به استانداردهای مصرف سوخت هدف اصلی به‌کارگیری صفحات چند پارچه جوشکاری شده بوده است.
علت بخش اعظم کاهش وزن این است که به‌جای استفاده از ورق ضخیم در کل قطعه، در جایی که نیاز به استقامت بیشتر دارد از مواد ضخیم و در جایی که استقامت زیاد مورد نیاز نیست، از مواد با ضخامت کمتر استفاده می‌شود.
از دیگر امتیازهای استفاده از صفحات چند پارچه جوشکاری شده، می‌توان به کاهش صدای خودرو، کاهش دور ریز مواد و کاهش هزینه استمپینگ، اشاره کرد. کاهش صدا در اثر جوشکاری قطعات و ساختن آنها به شکل قطعه‌ای صلب به جای استفاده از پیچ و پرچ یا نقطه جوش، حاصل می‌شود.
بر اثر استفاده از مواد نازک‌تر در برخی نواحی و عدم استفاده از ورق در قسمت‌هایی که سوراخ‌ها و شکاف‌های بزرگ دارند، دور ریز مواد کاهش می‌یابد. هزینه استمپینگ به این دلیل کاهش می‌یابد که برای یک قطعه مشخص به تعداد کمتری استمپ، قالب و عملیات شکل‌دهی نیاز خواهیم داشت.
قطعات قابل ساخت با استفاده از صفحات چند پارچه جوشکاری شده
کاهش تعداد قطعات، بهبود تلرانس‌های ابعادی، افزایش استحکام قطعات، کاهش هزینه‌های ساخت، مقاومت دربرابرخوردگی و کاهش لرزش خودرو از دیگر مزایای این روش هستند.
از جمله روش‌های جوش دادن قطعات چند پاره، می‌توان به جوشکاری لیزری اشاره کرد که هم‌اکنون بیش‌ترین کاربرد را دارد.
جوشکاری لیزری سریع و دقیق بوده و قابلیت جوش دادن مواد متفاوت به هم را دارد و به‌طور گسترده‌ای نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما برای اینکه جوش به شکل مناسب انجام شود، باید لبه صفحات با تلرانس‌های دقیق (در حد 0.08 میلی‌متر) برش خورده باشند. برای رسیدن به این تلرانس‌ها، باید از دستگاه‌های برش ویژه استفاده کرد.
مشکل دوم جوشکاری لیزری این است که سختی منطقه جوشکاری بیشتر شده و در زمان فرم‌دهی ورق امکان شکست ترد وجود دارد. گذشته از موارد فوق، امکان جوشکاری آلومینیم، ورق‌های ساندویچی و برخی مواد دیگر با روش جوشکاری لیزری وجود ندارد. دستگاه‌های لازم برای این روش نیز بسیار گران‌قیمت بوده و فقط برای تیراژ‌های بسیار بالا مناسبند.
جوشکاری اصطکاکی تلاطمی
جوشکاری اصطکاکی تلاطمی (FSW) فرایندی برای اتصال قطعات است که در آن، یک قطعه چرخان با فشار و سرعت چرخشی زیاد در درز یا محل همپوشانی دو قطعه حرکت می‌کند. لبه قطعات بر اثر حرارت حاصل از اصطکاک ذوب شده و ابزار درحال چرخش، مواد مذاب را به هم زده و جلو می‌رود.
ابزار در محل درز دو قطعه قرار داده شده و ضمن چرخش به جلو حرکت می‌کند. در یک سمت سرعت خطی حاصل از چرخش ابزار با سرعت پیشروی ابزار جمع می‌شود که این سمت را سمت پیشرو جوش می‌نامند. در سمت دیگر سرعت خطی حاصل از چرخش ابزار از سرعت پیشروی ابزار کاسته می‌شود که این سمت را سمت بازگشتی جوش می‌نامند.
شکل شماتیک ابزار FSW
از روش جوشکاری FSW ابتدا برای جوش دادن موادی مانند آلومینیم که دمای ذوب کمتری دارند، استفاده شد. مواد دارای دمای ذوب پایین را می‌توان با استفاده از ابزارهایی از جنس فولاد مانند H13 جوش داد. با پیشرفت تحقیقات کم‌کم جوش دادن فولاد، فولاد ضد زنگ و تیتانیم نیز میسر شد. این مواد که دمای ذوب بالاتری دارند، به هنگام جوشکاری، حرارت و فشار بیشتری ایجاد کرده و ابزارهای جوشکاری آنها باید از مواد متفاوتی ساخته شود که تحقق این امر تا در دسترس قرار گرفتن ماده PCBN طول کشید.
ابزار و ابزارگیر
کیفیت جوشکاری در جوشکاری تلاطمی اصطکاکی بسیار خوب بوده و نسبت به روش‌های رایج نقایص کمتری دارد. از آن‌جا که دمای محیط در این روش پایین‌تر از نقطه ذوب فلز است، الزامات حفاظتی کمتری نیز مورد نیاز است. به عنوان مثال، استفاده از محافظ ضد تشعشع کاملاً منتفی است.
جوشکاری تلاطمی اصطکاکی نسبت به کیفیت برش لبه‌ها حساسیت زیادی ندارد، چرا که موادی که تحت عمل جوش قرار گرفته‌اند توسط ابزار به‌هم زده می‌شوند و بنابراین درزهای کوچک به خودی‌خود بسته می‌شوند، که این در بسیاری از کاربردها یک مزیت عمده تلقی می‌شود.
معایب جوشکاری اصطکاکی تلاطمی
این روش نیز همانند روش‌های دیگر، معایبی در کنار مزایای خود دارد. درحال حاضر سرعت حرکت ابزار، بسیار کمتر از جوشکاری لیزری است. در آلومینیم که فلزی نرم بوده و تحقیقات زیادی روی آن انجام شده است، سرعت جوشکاری حداکثر به 108 سانتی‌متر بر دقیقه می‌رسد. سرعت جوشکاری در فولاد پایین‌تر از آلومینیم است.
برای نگهداشتن قطعات نیز به نیروی زیادی نیاز داریم زیرا در حین فرایند جوشکاری، گشتاور زیادی بر قطعات اعمال می‌شود.
با پیشرفت تکنولوژی این معایب کم‌رنگ یا حذف خواهند شد.
علاوه بر آن، قیمت یک دستگاه جوشکاری اصطکاکی تلاطمی کسری از قیمت یک دستگاه جوشکاری لیزری است و به این ترتیب سرعت جوش بر واحد هزینه می‌تواند حتی بیشتر از جوشکاری لیزری باشد.
کلام آخر
امروزه جوشکاری اصطکاکی تلاطمی به عنوان یک روش برتر برای پیوند دادن سطوح منحنی، مقاطع با ضخامت‌های متفاوت، و اجسامی که از مواد فلزی متفاوت تشکیل شده‌اند مطرح است. این روش جوشکاری تا کنون جای خود را در صنایع هوایی باز کرده و در صنایع خودروسازی نیز به سرعت رو به گسترش است.
با طراحی و توسعه مواد جدید برای ابزار چرخانی که اساس کار این روش بر آن استوار است، محدوده کاربرد FSW از قطعات آلومینیمی به قطعات فولادی نیز گسترش یافته است.
هم‌اکنون برخی از دانشگاه‌های کشور مطالعاتی را در این زمینه آغاز کرده‌اند، و شاید در آینده شاهد کاربرد این فرایند در صنعت خودرو کشور باشیم.
منبع
