มีวิธีเชื่อมที่หลากหลาย ในหมู่พวกเขาเป็นกระบวนการที่แปลกใหม่เช่นการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน ลักษณะเด่นคือไม่มีวัสดุสิ้นเปลือง เช่น อิเล็กโทรด ลวดเชื่อม ก๊าซป้องกัน วิธีการที่พัฒนาขึ้นใหม่กำลังได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง
ประวัติการปรากฎ
ประวัติศาสตร์การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน (FSW) เริ่มขึ้นในปี 1991 เป็นการพัฒนานวัตกรรมของ British Welding Institute (TWI) ไม่กี่ปีต่อมา เทคโนโลยีนี้ถูกใช้ในการสร้างเครื่องบินและเรือ
บริษัทแรกที่นำเทคโนโลยีใหม่นี้ไปใช้ในการผลิต ได้แก่ Norwegian Marine Aluminium และ American Boeing พวกเขาใช้อุปกรณ์เชื่อมจากข้อกังวลของ ESAB ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการพัฒนาในด้านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบหมุน (PCT) ในองค์กรของตน
ตั้งแต่ปี 2546 บริษัทได้ทำการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน ตัวอย่างเช่น มีได้รับการพัฒนาวิธีการสำหรับการเชื่อมโลหะผสมอะลูมิเนียมและการดัดแปลงซึ่งใช้ในการก่อสร้างเครื่องบิน เรือ และตู้คอนเทนเนอร์รถไฟ
ในอุตสาหกรรมอากาศยาน พบว่าสามารถเปลี่ยนข้อต่อแบบหมุดย้ำเป็นข้อต่อแบบเชื่อมได้ นอกจากนี้ความเร็วในการเชื่อมโดยวิธี FSW ยังสูงกว่าความเร็วของอาร์คไฟฟ้าอย่างมาก การเชื่อมความยาว 6 ม. สามารถทำได้ใน 1 นาที ในขณะที่ความเร็วในการเชื่อมแบบธรรมดาเพียง 0.8-2 ม./นาที สำหรับความหนาของชิ้นงาน 0.5 ซม.
สาระสำคัญของกระบวนการ
การเชื่อมโลหะเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนในบริเวณเชื่อมโดยวิธีแรงเสียดทาน เครื่องมือเชื่อมหลักของการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานคือแท่งโลหะที่ประกอบด้วยสองส่วน: ปลอกคอและไหล่
ด้วยส่วนที่ยื่นออกมา แกนหมุนถูกแช่อยู่ในวัสดุทำให้เกิดความร้อนสูง อุปทานถูกจำกัดโดยไหล่ ไม่อนุญาตให้เชื่อมชิ้นงานผ่าน ในเขตความร้อน วัสดุเพิ่มความเป็นพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ และกดที่ไหล่ทำให้เกิดมวลเดียว
ขั้นตอนต่อไปคือการเคลื่อนตัวของแกนตามแนวเชื่อม ก้าวไปข้างหน้าไหล่ผสมมวลโลหะที่ร้อนซึ่งหลังจากเย็นลงแล้วจะสร้างการเชื่อมต่อที่แน่นแฟ้น
สิ่งที่ส่งผลต่อคุณภาพของ STP
การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเป็นกระบวนการที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ตอนนี้มีหลายพารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมต่อ:
- แรงที่สร้างโดยเครื่องมือ
- อัตราป้อนหัวเชื่อม
- คุณค่าของไหล่
- ความเร็วรอบของการหมุนของแกน
- มุมเอียง
- แรงป้อนของคัน
การจัดการลักษณะการเชื่อมทำให้สามารถเชื่อมโลหะที่ไม่เหมือนกันได้ ตัวอย่างเช่นอลูมิเนียมและลิเธียม ลิเธียมเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง สามารถทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโลหะผสมของชิ้นส่วนโลหะผสมอลูมิเนียม ซึ่งช่วยให้เทคโนโลยีนี้ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศได้
การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานสามารถแทนที่การตี ปั๊ม หล่อ ได้อย่างง่ายดาย เมื่อนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนจากโลหะที่จับคู่ได้ยาก ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าที่มีโครงสร้างออสเทนไนต์และเพิร์ลไลท์ เหล็กกล้าที่ทำจากอะลูมิเนียมหรือบรอนซ์
ใช้ในพื้นที่ใดบ้าง
อุตสาหกรรมเช่นอุตสาหกรรมยานยนต์กำลังทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดน้ำหนัก ในเรื่องนี้ มีการแนะนำวัสดุใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนอย่างต่อเนื่องเนื่องจากความซับซ้อนของการประมวลผล องค์ประกอบโครงสร้าง เช่น ซับเฟรม และบางครั้งทั้งตัวก็ทำมาจากอะลูมิเนียมหรืออะลูมิเนียมผสมกันมากขึ้นเรื่อยๆ
ดังนั้น ในปี 2012 ฮอนด้าจึงใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อและการเชื่อมแบบกวนแรงเสียดทานเพื่อผลิตซับเฟรมสำหรับรถยนต์ของตน พวกเขาแนะนำการผสมผสานระหว่างเหล็กและอลูมิเนียม
การเผาผ่านของแผ่นโลหะอาจเกิดขึ้นในระหว่างการผลิตตัวเชื่อมจากอะลูมิเนียม ข้อบกพร่องนี้ปราศจาก STP นอกเหนือจากนั้นปริมาณการใช้ไฟฟ้าลดลง 1.5-2 เท่า ค่าใช้จ่ายของวัสดุสิ้นเปลือง เช่น ลวดเชื่อม ก๊าซป้องกันจะลดลง
นอกจากการผลิตรถยนต์แล้ว STP ยังใช้ในพื้นที่ต่อไปนี้:
- อุตสาหกรรมก่อสร้าง: โครงโครงอะลูมิเนียม, โครงสะพาน
- ขนส่งทางราง: โครง รถโบกี้แบบมีล้อ เกวียน
- ต่อเรือ: กั้น, องค์ประกอบโครงสร้าง
- เครื่องบิน: ถังน้ำมัน, ชิ้นส่วนเครื่องบิน
- อุตสาหกรรมอาหาร: ภาชนะต่างๆ สำหรับผลิตภัณฑ์ของเหลว (นม เบียร์)
- การผลิตด้วยไฟฟ้า: ตัวเรือนมอเตอร์ เสาอากาศแบบพาราโบลา
นอกจากโลหะผสมอะลูมิเนียมแล้ว การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานยังใช้เพื่อให้ได้สารประกอบทองแดง เช่น ในการผลิตภาชนะทองแดงสำหรับการกำจัดเชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสีที่ใช้แล้ว
สิทธิประโยชน์ STP
การศึกษา FSW ทำให้สามารถเลือกโหมดการเชื่อมเมื่อเข้าร่วมกลุ่มโลหะผสมต่างๆ ได้ แม้ว่าในตอนแรก FSW จะได้รับการพัฒนาให้ทำงานกับโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น อะลูมิเนียม (660 ° C) ต่อมาก็เริ่มมีการใช้นิกเกิล (1455 ° C) ร่วมกับไททาเนียม (1670 ° C) เหล็ก (1538 ° C).
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมที่ได้รับในลักษณะนี้สอดคล้องกับโครงสร้างอย่างเต็มที่กับโลหะของชิ้นส่วนที่จะเชื่อม และมีตัวบ่งชี้ความแข็งแกร่งที่สูงขึ้น ต้นทุนแรงงานที่ลดลง และการเสียรูปที่ตกค้างต่ำ
ถูกต้องโหมดการเชื่อมที่เลือกรับประกันความสอดคล้องของวัสดุเชื่อมและโลหะที่เชื่อมตามตัวบ่งชี้ต่อไปนี้:
- เมื่อยล้า:
- ดัดงอและทนแรงดึง
- ความเหนียว
ข้อดีเหนือการเชื่อมแบบอื่นๆ
STP มีข้อดีหลายอย่าง ในหมู่พวกเขา:
- ปลอดสารพิษ. ซึ่งแตกต่างจากพันธุ์อื่นๆ ตรงที่ไม่มีการอาร์คไฟฟ้า เนื่องจากโลหะหลอมเหลวจะระเหยไปในบริเวณเชื่อม
- เพิ่มความเร็วของรอยต่อ ส่งผลให้รอบเวลาเร็วขึ้น
- ลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานลงครึ่งหนึ่ง
- ไม่ต้องดำเนินการเชื่อมอีกต่อไป Friction Stir Tool ให้การเชื่อมที่สมบูรณ์แบบโดยไม่ต้องปอก
- ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุสิ้นเปลืองเพิ่มเติม (ลวดเชื่อม ก๊าซอุตสาหกรรม ฟลักซ์)
- ความสามารถในการรับข้อต่อโลหะที่ไม่มีในการเชื่อมประเภทอื่น
- ไม่จำเป็นต้องเตรียมขอบเชื่อมเป็นพิเศษ ยกเว้นการทำความสะอาดและล้างไขมัน
- ได้โครงสร้างเชื่อมที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่มีรูพรุน ส่งผลให้ควบคุมคุณภาพได้ง่ายขึ้น ซึ่งควบคุมสำหรับการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน GOST R ISO 857-1-2009
วิธีตรวจสอบคุณภาพของการเชื่อม
คุณภาพการเชื่อมถูกตรวจสอบโดยการควบคุมสองประเภท ประการแรกเกี่ยวข้องกับการทำลายต้นแบบที่เกิดจากการเชื่อมต่อของสองส่วน ครั้งที่สองอนุญาตให้ตรวจสอบโดยไม่ทำลาย ใช้วิธีการต่างๆ เช่น การควบคุมด้วยแสง การตรวจการได้ยิน ช่วยในการระบุรูพรุนและการรวมตัวที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งทำให้ลักษณะของตะเข็บลดลง ผลลัพธ์ของการควบคุมเสียงคือแผนภาพที่แสดงตำแหน่งที่เสียงสะท้อนเบี่ยงเบนไปจากปกติอย่างชัดเจน
ข้อเสียของวิธีการ
ด้วยข้อดีมากมาย วิธีการเชื่อมแบบเสียดทานก็มีข้อเสียตามมาด้วย:
- ขาดความคล่องตัว. STP เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่ตายตัว ยึดแน่นกับพื้นที่ สิ่งนี้กำหนดคุณสมบัติบางอย่างบนอุปกรณ์เชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน เช่น ความไม่สามารถเคลื่อนที่ได้
- ความคล่องตัวต่ำ. อุปกรณ์ขนาดใหญ่ได้รับการกำหนดค่าให้ทำงานประเภทเดียวกัน ในเรื่องนี้อุปกรณ์สำหรับการเชื่อมได้รับการออกแบบสำหรับงานเฉพาะ ตัวอย่างเช่น สำหรับการเชื่อมชิดผนังรถบนสายพานลำเลียงและเพื่ออย่างอื่น
- รอยเชื่อมมีโครงสร้างเป็นแนวรัศมี ในกรณีนี้ เนื่องจากการเสียรูปบางประเภทหรือเมื่อชิ้นงานทำงานในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว ความล้าของการเชื่อมอาจสะสมได้
พันธุ์ STP ตามหลักการกระทำ
กระบวนการเชื่อมตามแรงเสียดทานสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท:
- แรงเสียดทานเชิงเส้น. สาระสำคัญของวิธีนี้คือการได้รับการเชื่อมต่อถาวรไม่ใช่เป็นผลมาจากการกระทำของปลายหมุน แต่เนื่องจากการเคลื่อนไหวของชิ้นส่วนที่สัมพันธ์กัน กระทำบนพื้นผิวที่จุดสัมผัส พวกเขาสร้างแรงเสียดทานและอุณหภูมิสูง ภายใต้แรงกดดัน ชิ้นส่วนที่อยู่ติดกันจะหลอมละลาย และเกิดรอยต่อที่เป็นรอย
- เชื่อมเรเดียล. วิธีนี้ใช้สำหรับการผลิตตู้คอนเทนเนอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แท็งก์รางรถไฟ สาเหตุมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าข้อต่อของชิ้นส่วนต่างๆ ได้รับความร้อนจากวงแหวนหมุนที่อยู่ด้านนอก โดยแรงเสียดทานจะทำให้อุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลว ตัวอย่างขององค์กรที่ใช้เทคโนโลยีนี้คือ Sespel ผู้ผลิตรถถัง Cheboksary การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานใช้งานเชื่อมจำนวนมาก
- เชื่อมสตั๊ด. ความหลากหลายนี้มาแทนที่การเชื่อมต่อของหมุดย้ำ ประเภทนี้ใช้สำหรับการเชื่อมต่อที่ทับซ้อนกัน หมุดหมุนที่จุดสัมผัสจะทำให้ชิ้นส่วนที่จะเชื่อมร้อน จากอุณหภูมิสูงจะเกิดการหลอมเหลวและหมุดจะแทรกซึมเข้าไปภายใน เย็นลงจะสร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งถาวร
ความหลากหลายของ STP ตามระดับความยาก
การเชื่อมโดยใช้แรงเสียดทานสามารถแบ่งออกเป็นระนาบและปริมาตร ความแตกต่างหลักระหว่างพันธุ์เหล่านี้คือในกรณีแรก รอยเชื่อมจะเกิดขึ้นในพื้นที่สองมิติ และในกรณีที่สอง - ในพื้นที่สามมิติ
ดังนั้น สำหรับข้อต่อระนาบ ผู้ผลิตอุปกรณ์เชื่อม ESAB ได้พัฒนาเครื่อง 2D LEGIO เป็นระบบเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานที่ปรับแต่งได้สำหรับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กต่างๆ กลุ่มขนาดต่างๆอุปกรณ์ช่วยให้คุณสามารถเชื่อมชิ้นส่วนขนาดเล็กและขนาดใหญ่ได้ ตามเครื่องหมาย อุปกรณ์ LEGIO มีหลายรูปแบบ ซึ่งแตกต่างกันไปตามจำนวนหัวเชื่อม ความสามารถในการเชื่อมในหลายทิศทาง
มีหุ่นยนต์ 3 มิติสำหรับงานเชื่อมที่มีตำแหน่งซับซ้อนในอวกาศ อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการติดตั้งบนสายพานลำเลียงรถยนต์ ซึ่งจำเป็นต้องมีการเชื่อมที่มีการกำหนดค่าที่ซับซ้อน ตัวอย่างหนึ่งของหุ่นยนต์ดังกล่าวคือ Rosio ของ ESAB
สรุป
STP เปรียบได้กับการเชื่อมแบบดั้งเดิม การใช้อย่างแพร่หลายไม่เพียงแต่ให้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาสุขภาพของผู้ที่ทำงานด้านการผลิตด้วย
