יש מגוון רחב של שיטות ריתוך. ביניהם יש תהליך אקזוטי כמו ריתוך בחיכוך. המאפיין המבחין שלו הוא היעדר חומרים מתכלים כגון אלקטרודות, חוטי ריתוך, גזי מגן. שיטה חדשה שפותחה זוכה להכרה נרחבת.
היסטוריה של הופעה
ההיסטוריה של חיכוך בוחשים ריתוך (FSW) החלה ב-1991. זה היה פיתוח חדשני של המכון הבריטי לריתוך (TWI). כמה שנים מאוחר יותר, הטכנולוגיה שימשה בבניית מטוסים וספינות.
החברות הראשונות שהכניסו את הטכנולוגיה החדשה לייצור היו ה-Norwegian Marine Aluminum ו-Boeing האמריקאית. הם השתמשו בציוד ריתוך של קונצרן ESAB, המתמחה בפיתוחים בתחום ריתוך סיבובי חיכוך (PCT), בארגונים שלהם.
מאז 2003, החברה חוקרת ללא הרף את האפשרויות של ריתוך בחיכוך. למשל, היופותחו שיטות לריתוך סגסוגות אלומיניום ושינויים שלהן, המשמשות בבניית מטוסים, ספינות ומכולות רכבת.
בתעשיית המטוסים, נמצא שניתן להחליף חיבורים משומרים במרותכים. יתרה מכך, מהירות הריתוך בשיטת FSW עולה באופן משמעותי על מהירות הקשת החשמלית. ניתן ליצור ריתוך באורך 6 מ' בדקה אחת, בעוד שמהירות ריתוך קונבנציונלית היא רק 0.8-2 מ' לדקה עבור חלק בעובי של 0.5 ס מ.
מהות התהליך
צירוף מתכת מתרחש עקב חימום באזור הריתוך בשיטת החיכוך. כלי הריתוך העיקרי של ריתוך חיכוך הוא מוט מתכת, המורכב משני חצאים: צווארון וכתף.
עם החלק הבולט שלו, המוט המסתובב שקוע בחומר וגורם לחימום חזק. האספקה שלו מוגבלת על ידי הכתף, ואינה מאפשרת לריתוך של חומר העבודה לעבור דרכו. באזור החימום, החומר מגביר באופן משמעותי את הפלסטיות שלו, ולחוץ על ידי הכתף, יוצר מסה אחת.
השלב הבא הוא תנועת המוט לאורך האזור המרותך. בתנועה קדימה, הכתף מערבבת את מסת המתכת המחוממת, אשר לאחר הקירור יוצרת חיבור חזק.
מה משפיע על האיכות של STP
ריתוך חיכוך הוא תהליך שמתפתח כל הזמן. אבל כבר עכשיו יש כמה פרמטרים שמשפיעים על איכות החיבור:
- כוח שנוצר על ידי הכלי.
- קצב הזנהראש ריתוך.
- ערך הכתף.
- מהירות הסיבוב ההיקפית של המוט.
- זווית הטיה.
- כוח האכלה של המוט.
מניפולציה של מאפייני הריתוך מאפשרת לך להשיג חיבור של מתכות שונות. לדוגמה, אלומיניום וליתיום. ליתיום, בשל הצפיפות הנמוכה והחוזק הגבוה שלו, יכול לשמש כרכיב מתג של חלקי סגסוגת אלומיניום, מה שמאפשר שימוש בטכנולוגיה זו בתעשיית התעופה והחלל.
ריתוך חיכוך יכול בקלות להחליף חישול, הטבעה, יציקה, כאשר הם משמשים לייצור חלקים ממתכות שקשה להתאים אותן. לדוגמה, פלדות בעלות מבנה אוסטניט ופרליט, פלדות עשויות אלומיניום או ברונזה.
באיזה אזורים משתמשים
תעשיות כמו תעשיית הרכב עובדות כל הזמן כיצד להגדיל את תכונות החוזק של המוצר תוך הפחתת משקלו. בהקשר זה, ישנה החדרה מתמשכת של חומרים חדשים שבעבר לא היו אופייניים בגלל מורכבות העיבוד. יותר ויותר, אלמנטים מבניים כגון מסגרות משנה ולעיתים גופים שלמים עשויים מאלומיניום או שילוב של אלומיניום.
לכן, בשנת 2012, הונדה יישמה ייצור תוסף וריתוך בחיכוך כדי לייצר מסגרות משנה עבור כלי הרכב שלה. הם הציגו שילוב של פלדה ואלומיניום.
צריבה של יריעות מתכת עלולה להתרחש במהלך ייצור ריתוך גוף מאלומיניום. חסרון זה משולל STP. חוץ מזהצריכת החשמל מופחתת פי 1.5-2, העלות של חומרים מתכלים כגון חוטי ריתוך, גזי מגן מופחתת.
מלבד ייצור מכוניות, נעשה שימוש ב-STP באזורים הבאים:
- תעשיית הבנייה: מסבכי תמיכה מאלומיניום, משטחי גשרים.
- תחבורה ברכבת: מסגרות, בוגי גלגלים, קרונות.
- בניית ספינות: מחיצות, אלמנטים מבניים.
- מטוסים: מיכלי דלק, חלקי גוף.
- תעשיית המזון: מיכלים שונים למוצרים נוזליים (חלב, בירה).
- ייצור חשמל: בתי מנוע, אנטנות פרבוליות.
בנוסף לסגסוגות אלומיניום, ריתוך בחיכוך מערבב משמש להשגת תרכובות נחושת, למשל, בייצור מכלי נחושת לסילוק דלק רדיואקטיבי מושקע.
הטבות STP
לימוד ה-FSW איפשר לבחור מצבי ריתוך בעת הצטרפות לקבוצות שונות של סגסוגות. למרות העובדה שבתחילה FSW פותחה לעבודה עם מתכות בעלות נקודת התכה נמוכה, כגון אלומיניום (660 מעלות צלזיוס), מאוחר יותר החלו להשתמש בו לחיבור ניקל (1455 מעלות צלזיוס), טיטניום (1670 מעלות צלזיוס), ברזל (1538 מעלות צלזיוס).
מחקר מראה שהריתוך המתקבל בצורה זו תואם באופן מלא במבנה שלו למתכת של החלקים שיש לרתך ויש לו מדדי חוזק גבוהים יותר, עלויות עבודה נמוכות יותר ועיוות שיורי נמוך.
נכוןמצב הריתוך שנבחר מבטיח את ההתאמה של חומר הריתוך והמתכת המרותכת לפי האינדיקטורים הבאים:
- חוזק עייפות:
- חוזק כיפוף ומתיחה;
- קשיחות.
יתרונות על פני סוגי ריתוך אחרים
ל-STP יש יתרונות רבים. ביניהם:
- לא רעיל. בניגוד לזנים אחרים, אין שריפת קשת חשמלית, עקב כך המתכת המותכת מתאדה באזור הריתוך.
- מהירות יצירת התפר מוגברת, וכתוצאה מכך זמני מחזור מהירים יותר.
- הפחתת עלויות האנרגיה בחצי.
- אין צורך בעיבוד נוסף של הריתוך. כלי ה- Friction Stir יוצר ריתוך מושלם ללא צורך בהפשטה.
- אין צורך בחומרים מתכלים נוספים (חוטי ריתוך, גזים תעשייתיים, שטפים).
- היכולת להשיג חיבורי מתכת שאינם זמינים עבור סוגי ריתוך אחרים.
- אין צורך בהכנה מיוחדת של קצוות ריתוך, למעט ניקוי והסרת שומנים.
- השגת מבנה ריתוך הומוגני ללא נקבוביות, וכתוצאה מכך בקרת איכות קלה יותר, המווסתת עבור ריתוך בחיכוך GOST R ISO 857-1-2009.
איך בודקים את האיכות של ריתוך
איכות הריתוך נבדקת על ידי שני סוגי בקרה. הראשון כרוך בהרס של אב הטיפוס הנובע ממנוחיבור של שני חלקים. השני מאפשר אימות ללא הרס. נעשה שימוש בשיטות כגון בקרה אופטית, בדיקה אודיומטרית. זה עוזר לקבוע את נוכחותם של נקבוביות ותכלילים לא הומוגניים המדרדרים את מאפייני התפר. תוצאות בקרת הסאונד הן דיאגרמה המציגה בבירור את המקומות שבהם ההד האקוסטי חורג מהנורמה.
חסרונות השיטה
עם יתרונות רבים, לשיטת ריתוך החיכוך יש חסרונות נלווים:
- חוסר ניידות. STP כולל חיבור של חלקים קבועים, קבועים בקשיחות בחלל. זה כופה מאפיינים מסוימים על ציוד ריתוך בעור חיכוך, כגון חוסר תנועה.
- רבגוניות נמוכה. ציוד מגושם מוגדר לבצע את אותו סוג של פעולות. בהקשר זה, מכשירים לריתוך מיועדים למשימות ספציפיות. למשל, לריתוך דפנות רכב על מסוע, וללא שום דבר אחר.
- תפר הריתוך הוא בעל מבנה רדיאלי. בהקשר זה, עם סוגים מסוימים של דפורמציה או כאשר החלק מופעל בסביבה אגרסיבית, עייפות ריתוך עלולה להצטבר.
זנים של STP לפי עקרון הפעולה
ניתן לחלק תהליכי ריתוך המבוססים על חיכוך למספר סוגים:
- חיכוך לינארי. מהות השיטה היא קבלת חיבור קבוע לא כתוצאה מפעולת קצה מסתובב, אלא עקב תנועת חלקים זה ביחס לזה. פועלים על פני השטח בנקודת המגע, הם יוצריםחיכוך וכתוצאה מכך טמפרטורות גבוהות. בלחץ, החלקים הסמוכים מומסים, ונוצר חיבור מרותך.
- ריתוך רדיאלי. שיטה זו משמשת לייצור מכולות בקוטר גדול, מיכלי רכבת. זה מסתכם בעובדה שמפרקי החלקים מחוממים על ידי טבעת מסתובבת לבושה מבחוץ. על ידי חיכוך, הוא גורם לטמפרטורה קרובה לנקודת ההיתוך. דוגמה למיזם המשתמש בטכנולוגיה זו היא Sespel, יצרנית מכוניות טנק צ'בוקסארי. ריתוך בעור חיכוך תופס את עיקר עבודת הריתוך.
- ריתוך חתיכים. מגוון זה מחליף את חיבור המסמרות. סוג זה משמש לחיבורי חפיפה. הסיכה המסתובבת בנקודת המגע מחממת את החלקים לריתוך. מהטמפרטורה הגבוהה מתרחשת התכה, והסיכה חודרת פנימה. מתקרר, זה יוצר חיבור קבוע חזק.
זנים של STP לפי רמת קושי
ניתן לחלק את פעולות הריתוך המבוצעות באמצעות חיכוך למישוריות ונפחיות. ההבדל העיקרי בין זנים אלו הוא שבמקרה הראשון, הריתוך נוצר במרחב דו מימדי, ובשני - במרחב תלת מימדי.
לכן, עבור חיבורים מישוריים, יצרנית ציוד הריתוך ESAB פיתחה את מכונת ה-2D LEGIO. זוהי מערכת ריתוך בחיכוך הניתנת להתאמה אישית עבור מתכות לא ברזליות שונות. קבוצות גדלים שונותציוד מאפשר לך לרתך חלקים בגדלים קטנים וגדולים. לפי הסימון, לציוד LEGIO מספר פריסות, הנבדלות במספר ראשי הריתוך, יכולת ריתוך בכמה כיוונים צירים.
ישנם רובוטים תלת מימדיים לעבודות ריתוך עם עמדות מורכבות בחלל. מכשירים כאלה מותקנים על מסועי רכב, שבהם נדרשים ריתוכים בתצורה מורכבת. דוגמה אחת לרובוטים כאלה היא Rosio של ESAB.
מסקנה
STP משווה לטובה עם סוגי ריתוך מסורתיים. השימוש הנרחב בו לא רק מבטיח יתרונות כלכליים, אלא גם שמירה על בריאותם של אנשים המועסקים בייצור.
