ריתוך חיכוך היא שיטת ריתוך בלחץ המנצלת את החום שנוצר מחיכוך הדדי במהלך התנועה היחסית של משטחי קצה המגע של הריתוכים כדי להשיג חיבור אמין של חומרים. תהליך הריתוך כולל הפעלת לחץ, תוך גרימת חיכוך בין החומרים המרותכים, המוביל לעליית טמפרטורה בממשק ובאזורים סמוכים, ובסופו של דבר מגיעים למצב תרמופלסטי. בהשפעת הכוח המטלטל, סרט התחמוצת של הממשק נשבר, והחומר עובר דפורמציה וזרימה פלסטית, ויוצרים מפרקים באמצעות דיפוזיה של רכיבי ממשק ותגובות מתכות של התגבשות מחדש. חשוב לציין, תהליך ריתוך זה אינו מצריך מתכת מילוי, שטף או גז מגן, וניתן להשלים את כל ההליך תוך שניות ספורות.
החיכוך היחסי המושרה בלחץ גבוה בין המשטחים של שני הרכיבים המרותכים במהירויות גבוהות מביא לשתי השפעות:
- זה מבטל את סרט התחמוצת או כל שכבות מזהמות אחרות על משטח המפרק, וחושף מתכת נקייה.
- הוא מייצר חום ויוצר במהירות שכבה תרמופלסטית על משטח המפרק. תחת מומנט החיכוך והלחץ הצירי שלאחר מכן, התחמוצות השבורות הללו וחלק משכבת הפלסטיק נשלחים אל מחוץ למשטח המפרק כדי ליצור הבזק, והמתכת הנותרת מעוותת פלסטית מהווה את מתכת הריתוך. ההפרעה הסופית מאפשרת לזייף עוד יותר את מתכת הריתוך, וכתוצאה מכך חיבור מרותך באיכות טובה.
ניתן לראות מתהליך הריתוך שמפרק ריתוך החיכוך נוצר מתחת לנקודת ההתכה של המתכת לריתוך, ולכן ריתוך חיכוך הוא שיטת ריתוך במצב מוצק.
ניתן לסווג ריתוך חיכוך לסוגים שונים בהתבסס על מצבי התנועה המובהקים של הרכיבים המרותכים.
- הריתוך מסתובב סביב הציר וניתן לחלק אותו לריתוך חיכוך בהנעה ישירה וריתוך חיכוך אינרציאלי
- הריתוך אינו זז וניתן לחלוקה לריתוך חיכוך רדיאלי וריתוך בחיכוך
- תנועות אחרות וניתנות לחלוקה לשטח חיכוך, ריתוך חיכוך ליניארי וריתוך חיכוך מסלולי
ריתוך חיכוך בעל הנעה ישירה
זהו סוג נפוץ של ריתוך חיכוך. במהלך תהליך הריתוך, חומר העבודה מונע ברציפות על ידי מנוע הציר ומסתובב במהירות קבועה. עד הגעה לזמן החיכוך שצוין או עיוות החיכוך, חומר העבודה מפסיק מיד להסתובב ומתהפך לריתוך.
ריתוך חיכוך אינרציה
הקצה המסתובב של חומר העבודה מהודק בגלגל התנופה. בתחילת תהליך הריתוך, גלגל התנופה והקצה המסתובב של חומר העבודה מואצים תחילה למהירות מסוימת, ולאחר מכן מנותק גלגל התנופה מהמנוע הראשי. במקביל, הקצה הנע של חומר העבודה נע קדימה, וחימום חיכוך מתחיל לאחר שחומר העבודה בא במגע. במהלך תהליך חימום ריתוך החיכוך, גלגל התנופה נבלם על ידי מומנט החיכוך, ומהירות הסיבוב שלו יורדת בהדרגה. כאשר מהירות הסיבוב מגיעה לאפס, תהליך הריתוך מסתיים.
ריתוך חיכוך רדיאלי
טבעת משופעת מודבקת על משטחי הקצה של שני צינורות עם שיפועים מנוגדים. בתהליך ריתוך חיכוך הטבעת עוברת סיבוב, ומופעל חיכוך רדיאלי על שני קצוות הצינור. עם השלמת שלב החיכוך, סיבוב הטבעת נעצר ומופעל לחץ מטריד.
Friction Stir Welding
עקרון העבודה של ריתוך בחיכוך הוא כדלקמן: כלי FSW מסתובב בעל צורה מסוימת העשוי מחומר קשיח עמיד לטמפרטורות גבוהות מסובב עמוק לתוך הקצה שבו מחוברים שני החומרים לריתוך, וראש הערבול מותאם ו הסתובב.כמות גדולה של חום חיכוך נוצרת בקצה המחבר של שני הריתוכים, וכתוצאה מכך אזור ריכוך מתכת-פלסטיק בחיבור. אזור ריכוך פלסטיק זה בוחשים ונסחטים תחת פעולת ראש הבחישה.כשכלי הסיכה מסתובב, הוא זורם לאחור לאורך הריתוך ליצירת זרימת מתכת פלסטית ונפלט במהלך תהליך הקירור לאחר שראש הבחישה עוזב ליצירת מפרק מרותך בשלב מוצק.
חיכוך משטח
משטח חיכוך הוא שיטת ריתוך במצב מוצק שבה ציפוי או שכבת חומר מופקדים על גבי המצע על ידי ניצול חום ולחץ הנוצרים באמצעות חיכוך. תהליך זה משמש לשיפור תכונות פני השטח של חומר או ליצור שכבת הגנה בעלת מאפיינים רצויים. בדרך כלל, זה כולל ניצול של מוט מתכלה מסתובב או חוט היוצר מגע עם חומר המצע, מה שמוביל ליצירת חום חיכוך משמעותי.
ריתוך חיכוך ליניארי
אחד משני חלקי העבודה המיועדים לריתוך נשאר נייח, בעוד השני נע בצורה הדדית במהירות מסוימת, או ששני חלקי העבודה חוזרים זה לזה. באמצעות הפעלת לחץ, החיכוך בממשק בין שני חלקי העבודה מייצר חום, ובכך מקל על תהליך הריתוך.
ריתוך חיכוך ליניארי
אחד משני חלקי העבודה המיועדים לריתוך נשאר נייח, בעוד השני נע בצורה הדדית במהירות מסוימת, או ששני חלקי העבודה חוזרים זה לזה. באמצעות הפעלת לחץ, החיכוך בממשק בין שני חלקי העבודה מייצר חום, ובכך מקל על תהליך הריתוך.
ריתוך חיכוך אורביטלי
ריתוך חיכוך מסלולי היא שיטת ריתוך חדשה שפותחה, המשמשת בעיקר לריתוך חלקי עבודה שאינם בחתך עגול
בריתוך חיכוך במסלול ליניארי, חומר העבודה עוקב אחר מסלול ליניארי ספציפי עם משרעת ותדירות מוגדרים. זה מבטיח שמהירות הרטט משיגה את הערך הדרוש, מה שמאפשר למשטח הריתוך לעבור רטט וחיכוך חוזרים ויחסיים.
כל חלקיק של חומר העבודה בריתוך חיכוך במסלול מעגלי נע ביחס למשטח הריתוך לאורך מסלול מעגלי עם רדיוס ומהירות סיבוב עקביים. ברגע שהמפרק מגיע לטמפרטורת הריתוך, תנועת החיכוך של חומר העבודה נפסקת, ותהליך הריתוך מתחיל.
לסיכום, לאורך כל תהליך ריתוך החיכוך, משטח המתכת המיועד לריתוך עובר התקדמות של חימום חיכוך מטמפרטורות נמוכות לגבוהות. הוא חווה טרנספורמציות מתמשכות הכוללות דפורמציה פלסטית, חפירה מכנית, הידבקות וחיבור מולקולרי. כתוצאה מכך נוצרת שכבת דפורמציה פלסטית בחיכוך במהירות גבוהה, שבה מתרכזות התופעות של יצירת חום, דפורמציה ודיפוזיה במהלך ריתוך חיכוך. בשלבי החניה ותהליך הריתוך המטלטל, השכבה המעוותת על משטח החיכוך והמתכת באזור הטמפרטורות הגבוהות נמחצות חלקית וגורשות. לאחר מכן מתכת הריתוך עוברת פרזול, מה שמוביל ליצירת מפרק מרותך איכותי.
מאפיינים של תהליך ריתוך חיכוך
- זמן בניית ריתוך קצר ויעילות ייצור גבוהה
- עיוות הריתוך שנגרם מהמחזור התרמי של הריתוך הוא קטן, הדיוק הממדים לאחר הריתוך גבוה, ואין צורך בתיקון דפורמציה לאחר הריתוך והפגת מתחים.
- רמה גבוהה של מיכון ואוטומציה, איכות ריתוך יציבה. כאשר ניתנים תנאי הריתוך, הפעולה פשוטה ואינה מצריכה טכנאי ריתוך מיוחדים.
- מתאים לריתוך של חומרים שונים. זה יכול לרתך אלומיניום-פלדה, אלומיניום-נחושת, טיטניום-נחושת, תרכובת-פלדה בין-מתכתית וכו' שלא ניתן לרתך בהתכה קונבנציונלית.
- יכול להשיג ריתוך של מוטות וצינורות באותו קוטר או בקטרים שונים
- לא נוצר עשן, אור קשת, גזים מזיקים וכו' במהלך הריתוך, והסביבה אינה מזוהמת. במקביל, בהשוואה לריתוך הבזק, אנרגיה חשמלית נחסכת 5-10 פעמים.
עם זאת, לריתוך חיכוך יש גם את החסרונות והמגבלות הבאים:
- קשה לרתך חתכים לא עגולים ודורש ציוד מסובך; קשה גם לרתך חלקים דקים בצורת דיסק ואביזרים לצינורות דקים מכיוון שקשה להדק אותם.
- קשה להשיג ריתוך חיכוך עבור רכיבים שצורתם ומיקום ההרכבה שלהם נקבעו.
- המפרקים נוטים להבהב ויש לעבד אותם לאחר הריתוך.
- חלק ההידוק נוטה לשריטות או לסימני הידוק
ריתוך חיכוך, המאופיין באיכות הגבוהה שלו, ביעילות, בחיסכון באנרגיה ובידידותיות לסביבה, זוכה בהדרגה לאימוץ נרחב במגזרים תעשייתיים חדשים ומסורתיים כאחד. אלה כוללים תעופה, תעופה וחלל, אנרגיה גרעינית, נשק, רכב, ייצור חשמל, פיתוח אוקיינוס וייצור מכונות.
תעופה וחלל: מנועי מטוסים, חלקי גל ארכובה של מנועי בעירה פנימית
ייצור רכב: גלגלים, מוטות קשר, שסתומי פליטה, רוטורים
