การเชื่อมแรงเสียดทาน[1](FSW) เป็นเทคนิคการเชื่อมอเนกประสงค์ที่ใช้ความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือเชื่อมหมุนและชิ้นงานเพื่อทำให้พลาสติกในท้องถิ่นทำให้วัสดุเชื่อมในท้องถิ่นเมื่อเครื่องมือเคลื่อนที่ไปตามอินเตอร์เฟสการเชื่อมวัสดุพลาสติกจะไหลออกมาจากด้านหน้าของเครื่องมือไปทางด้านหลังทำให้เกิดการเชื่อมเฟสของแข็งขนาดกะทัดรัดภายใต้การอัดรีดของเครื่องมือ
FSW สามารถเชื่อมวัสดุหนาเช่นอลูมิเนียมเหล็กและไทเทเนียมในการผ่านครั้งเดียวโดยไม่ต้องกระตุ้นความเครียดจากความร้อนในระดับสูงทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการรอยเชื่อมที่แข็งแรงและทนทานเช่นการบินและอวกาศและการผลิตยานยนต์
[^1]: คำจำกัดความของ FSW โดยนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์
ใครเป็นผู้คิดค้นการเชื่อมแรงเสียดทาน
Friction Stir Welding (FSW) ถูกคิดค้นโดยสถาบัน Welding (TWI) ในปี 1991 ซึ่งได้รับการพัฒนาโดยศาสตราจารย์ Wayne Thomas และทีมงานของเขาเป็นหลักการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ได้รับแรงผลักดันจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์สำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงเช่นโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งมีแนวโน้มที่จะมีข้อบกพร่องเช่นความพรุนและการแคร็กเมื่อเชื่อมโดยใช้วิธีการทั่วไป FSW แก้ไขปัญหาเหล่านี้โดยใช้เครื่องมือเชื่อมหมุนความเร็วสูงเพื่อสร้างความร้อนแรงเสียดทานซึ่งทำให้วัสดุอ่อนนุ่มโดยไม่ต้องละลายทำให้สามารถเชื่อมโซลิดสเตตได้
ประวัติการพัฒนา
- ต้นปี 1990: เทคโนโลยี FSW ได้รับการพัฒนาและเริ่มต้นกับการเชื่อมอลูมิเนียมอัลลอยด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
- 1997: NASA นำเทคโนโลยี FSW มาใช้ในการผลิตถังน้ำมันเชื้อเพลิงภายนอกของ Shuttle ในอวกาศซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการใช้งานการบินและอวกาศที่สำคัญ
- 2000s: เทคโนโลยี FSW ขยายไปสู่อุตสาหกรรมยานยนต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมอะลูมิเนียมอัลลอยด์น้ำหนักเบา ๆ ซึ่งนำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในสนาม
- 2010s: ด้วยการปรับปรุงการออกแบบเครื่องมือการควบคุมกระบวนการและเทคโนโลยีอัตโนมัติ FSW ได้เห็นแอพพลิเคชั่นที่กว้างขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณมาก
การเชื่อมแรงเสียดทานและกระบวนการทำงานอย่างไร?
งานเชื่อมแรงเสียดทาน[1]โดยการใช้ความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือหมุนและวัสดุที่ถูกเชื่อม กระบวนการเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบสำคัญหลายประการ:
เครื่องมือเชื่อมเป็นแกนหลักของกระบวนการ FSW ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญสองประการคือหมุดหมุนและไหล่
โดยทั่วไปแล้วพินจะเป็นทรงกระบอกหรือเกลียวและเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือที่แทรกลงในวัสดุที่จะเชื่อมโดยตรง ไหล่ซึ่งล้อมรอบหมุดช่วยสร้างความร้อนเพิ่มเติมผ่านแรงเสียดทานเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวของวัสดุ
-
-เข็มหมุด: PIN มีหน้าที่ในการสร้างการกวนเชิงกลที่จำเป็นในการผสมวัสดุที่ข้อต่อ นอกจากนี้ยังสร้างความร้อนจำนวนมากที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุที่เข้าร่วม การออกแบบของ PIN อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันการเชื่อม ในบางกรณีสามารถเกลียวเพื่อเพิ่มความร้อนแรงเสียดทานและการไหลของวัสดุ
-
-ไหล่: ไหล่มีบทบาทสำคัญในการแพร่กระจายความร้อนและให้แรงเสียดทานเป็นพิเศษ เมื่อเครื่องมือหมุนไหล่จะถูกับพื้นผิวของชิ้นงานเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุที่ข้อต่อนั้นนุ่มพอสำหรับการผสมโดยไม่ทำให้เกิดการละลาย
โดยทั่วไปแล้วเครื่องมือเหล่านี้จะทำจากวัสดุที่ทนทานและมีความแข็งแรงสูงเช่นเหล็กเครื่องมือหรือทังสเตนเพื่อทนต่อแรงเสียดทานที่รุนแรงและความร้อนที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการ
2. การสร้างความร้อน
กุญแจสำคัญใน FSW คือความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างหมุดหมุนและวัสดุชิ้นงาน เมื่อเครื่องมือหมุนด้วยความเร็วสูงความร้อนแรงเสียดทานจะถูกสร้างขึ้นที่ส่วนต่อประสานของเครื่องมือและวัสดุ
ความร้อนนี้เข้มข้นในบริเวณใกล้เคียงของเครื่องมือเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุจนถึงจุดที่มันกลายเป็นพลาสติก แต่ไม่ละลาย
นี่คือความแตกต่างที่สำคัญจากวิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิม ในขณะที่เทคนิคการเชื่อมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการละลายวัสดุเพื่อเข้าร่วม FSW ทำงานในกระบวนการของโซลิดสเตต วัสดุไม่เคยไปถึงจุดหลอมละลายซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของข้อบกพร่องเช่นความพรุนรอยแตกและการหดตัวที่พบได้ทั่วไปในรอยเชื่อมหลอมเหลวแบบดั้งเดิม
ในการใช้งาน FSW ส่วนใหญ่วัสดุจะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิระหว่าง 60% ถึง 90% ของจุดหลอมเหลวขึ้นอยู่กับวัสดุที่ถูกเชื่อม สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุยังคงแข็งแกร่ง แต่มีความอ่อนไหวพอที่จะไหลและผูกมัด
3. การไหลของวัสดุ
เมื่อวัสดุมาถึงพลาสติกที่ต้องการเครื่องมือหมุนจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าไปตามรอยเชื่อม เมื่อเครื่องมือดำเนินไปแล้ววัสดุที่อ่อนนุ่มจะถูกผลักจากด้านหน้าของพินไปทางด้านหลังทำให้เกิดการไหลของวัสดุที่เติมข้อต่อ การเคลื่อนไหวของวัสดุนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการเชื่อมเพราะช่วย "ผัด" ชิ้นงานร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะผสมกันอย่างสม่ำเสมอในระดับโมเลกุล
-
ด้านหน้าถึงด้านหลัง: วัสดุที่อยู่ใกล้กับพินเครื่องมือจะนุ่มนวลด้วยแรงเสียดทานและกวนเมื่อเครื่องมือเคลื่อนที่ สิ่งนี้ช่วยให้วัสดุไหลไปทางด้านหลังของเครื่องมือ การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องทำให้มั่นใจได้ว่าข้อต่อนั้นผสมกันอย่างละเอียดและรวมเข้าด้วยกันทำให้เกิดการเชื่อมแบบสม่ำเสมอ
-
การทำให้แข็งตัว: ในขณะที่เครื่องมือยังคงเคลื่อนที่วัสดุที่อยู่ด้านหลังพินจะเริ่มเย็นและแข็งตัวทำให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่ง โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของรอยเชื่อมซึ่งตั้งอยู่บนทั้งสองด้านของรอยเชื่อมมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างจุลภาคซึ่งนำไปสู่การเชื่อมที่ปราศจากข้อบกพร่องทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับวิธีการเชื่อมหลอมเหลว
-
[^1]: เรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการทางเทคนิคในการเชื่อมแรงเสียดทานซึ่งทำให้มันแตกต่างจากวิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิม
ซัพพลายเออร์ฮีทซิงค์ที่น่าเชื่อถือของคุณในประเทศจีน
หากคุณต้องการปรึกษากับวิศวกรมืออาชีพของเราเกี่ยวกับข้อกำหนดการแก้ปัญหาความร้อนของคุณโปรดส่งคำถามของคุณมาให้เราเราจะกลับไปหาคุณภายในหนึ่งวัน businees
ข้อดีและข้อเสียของการเชื่อมแรงเสียดทาน
ข้อดีของ FSW
การเชื่อมแรงเสียดทานให้ประโยชน์มากมายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวัสดุการเชื่อมเช่นอลูมิเนียมไทเทเนียมและเหล็กกล้าบางอย่าง นี่คือข้อดีที่สำคัญบางประการ:
| ข้อดี | ข้อเสีย |
| โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด | การตรึงชิ้นงานที่เข้มงวด |
| ความเครียดที่เหลืออยู่ต่ำ | การสร้างรูกุญแจ |
| ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุฟิลเลอร์ | การเลือกวัสดุที่ จำกัด |
| ไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันก๊าซ | ความเร็วในการเชื่อมช้าลง |
| สามารถเชื่อมโลหะที่แตกต่างกันได้ | การสึกหรอของเครื่องมืออย่างรวดเร็ว |
- โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด (HAZ)[1]: กระบวนการสร้างความร้อนที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการเชื่อมทั่วไปซึ่งหมายถึงโครงสร้างจุลภาคในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
- ความเครียดที่เหลืออยู่ต่ำ[2]: เนื่องจากวัสดุไม่ได้อยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจึงมีความเครียดที่เหลืออยู่น้อยที่สุดลดโอกาสในการบิดเบือนหรือการแตกร้าว
- ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุฟิลเลอร์: แตกต่างจากการเชื่อมแบบดั้งเดิม FSW ไม่ต้องการสายฟิลเลอร์ใด ๆ ลดต้นทุนวัสดุและของเสีย
- ไม่มีก๊าซป้องกัน: FSW ไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซป้องกันภายนอกลดต้นทุนเพิ่มเติมและทำให้กระบวนการเชื่อมง่ายขึ้น
- เชื่อมวัสดุที่แตกต่างกัน: FSW สามารถใช้ในการเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกันซึ่งมักจะเป็นความท้าทายในเทคนิคการเชื่อมแบบเดิม มันเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเข้าร่วมวัสดุที่มีแนวโน้มที่จะแตกเมื่อเชื่อมด้วยวิธีการดั้งเดิม
ข้อเสียของ FSW
ในขณะที่ FSW มีข้อได้เปรียบมากมาย แต่ก็มีความท้าทายหลายประการที่ต้องพิจารณาเมื่อใช้เทคนิคนี้:
- ความแข็งแกร่งของอุปกรณ์: ชิ้นงานต้องได้รับการแก้ไขอย่างปลอดภัยในระหว่างกระบวนการเพื่อป้องกันการเคลื่อนไหวใด ๆ ที่อาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพการเชื่อม
- การสร้างรูกุญแจ: ในตอนท้ายของรอยเชื่อมมักเกิดรูกุญแจซึ่งอาจต้องมีการเชื่อมหรือการปิดผนึกเพิ่มเติม
- การเลือกวัสดุที่ จำกัด: การออกแบบเครื่องมือและพารามิเตอร์กระบวนการมักจะ จำกัด เฉพาะโลหะผสมเฉพาะ FSW อาจไม่เหมาะสำหรับวัสดุบางอย่างโดยไม่มีการวิจัยเพิ่มเติมหรือปรับเปลี่ยนเครื่องมือและเทคนิค
- ความเร็วเชื่อม: ในบางกรณีความเร็วในการเชื่อมจะช้าลงเมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมแผ่นหนาหรือพื้นที่ขนาดใหญ่ในการผ่านครั้งเดียว
- การสึกหรอของเครื่องมือ: เครื่องมือการเชื่อมสามารถเสื่อมสภาพได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงเสียดทานที่เกี่ยวข้องนำไปสู่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงขึ้น
[^1]: ทำความเข้าใจว่าโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุดคืออะไรใน FSW
[^2]: ทำความเข้าใจกับความเครียดที่เหลืออยู่คืออะไร
การเชื่อมแรงเสียดทานและการเชื่อมแรงเสียดทานคืออะไร?
การเชื่อมแรงเสียดทานและการเชื่อมแรงเสียดทานเป็นทั้งกระบวนการของโซลิดสเตตที่ใช้ความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานเพื่อเข้าร่วมวัสดุ อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองวิธี:
การเชื่อมแรงเสียดทาน (FW)
ในการเชื่อมแรงเสียดทานมีการหมุนสองชิ้นงานกับกันและกันภายใต้แรงกดดันจนกว่าพวกเขาจะสร้างความร้อนเพียงพอที่จะเข้าร่วม วัสดุถูกทำให้ร้อนในสถานะหลอมเหลวทำให้มันหลอมรวม กระบวนการนี้ใช้กันทั่วไปสำหรับการเข้าร่วมชิ้นส่วนทรงกระบอก
การเชื่อมแรงเสียดทาน (FSW)
FSW ใช้เครื่องมือหมุนเพื่อกวนวัสดุโดยไม่ทำให้มันละลาย มันถูกใช้เพื่อเข้าร่วมวัสดุในสถานะที่เป็นของแข็งนำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นและโครงสร้างข้าวที่ดีกว่า FSW มีความหลากหลายและเหมาะสำหรับการเข้าร่วมงานชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหรือซับซ้อนกว่า
| มีลักษณะเฉพาะ | การเชื่อมเสียดสี | การเชื่อมแรงเสียดทาน |
| การสร้างความร้อน | โลหะละลายเนื่องจากความร้อนแรงสูง | โลหะอ่อนนุ่ม แต่ไม่ละลาย |
| กระบวนการเชื่อม | ติดต่อโดยตรงระหว่างชิ้นงาน | เครื่องมือที่ใส่เข้าไปในชิ้นงานสำหรับการกวน |
| แอปพลิเคชัน | ดีที่สุดสำหรับชิ้นส่วนทรงกระบอก | เหมาะสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อนและขนาดใหญ่ |
| ประเภทวัสดุ | เหล็กและอลูมิเนียมส่วนใหญ่ | อัลลอยด์หลากหลายชนิดรวมถึงอลูมิเนียมทองแดงไทเทเนียม |
| ความเร็ว | ความเร็วในการเชื่อมที่เร็วขึ้น | ความเร็วในการเชื่อมช้าลงสำหรับวัสดุหนา |
บทสรุป
การเชื่อมแรงเสียดทานเป็นเทคนิคการเชื่อมขั้นสูงและมีประสิทธิภาพซึ่งให้รอยเชื่อมที่มีคุณภาพสูงและทนทานทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเช่นการบินและอวกาศยานยนต์และการต่อเรือ แม้ว่ามันจะมีข้อ จำกัด บางประการ แต่ข้อดีของมันรวมถึงความเครียดที่เหลืออยู่ต่ำและความสามารถในการเชื่อมวัสดุที่ยากทำให้เป็นวิธีแก้ปัญหาที่เชื่อถือได้ เมื่อเทคโนโลยีวิวัฒนาการแอปพลิเคชันของ FSW คาดว่าจะเติบโตขึ้นกลายเป็นวิธีสำคัญในการผลิตในอนาคต