جوشکاری LFW یا جوشکاری اصطکاکی خطی یا Linear Friction Welding که به اختصار lfw نیز نامیده می شود روشی بسیار جدید در عرصه جوشکاری اصطکاکی می باشد که تنها 10سال است که در سطح جهان صنعتی شده است. گروه مهندسان ورنیه از سال 1400 و بمدت دو سال در حال تحقیق و پژوهش بر روی پارامترها و متغییرهای این فرایند جوشکاری است.
در حال حاضر این گروه توانسته کلیه‌ی پارامترهای موثر بر اجرای این فرایند را از طریق مطالعه، تحقیق و پژوهش بر روی مقالات، پتنتها و شرکت های سازنده و مبدع این روش بدست آورد.
با تیم مهندسی ورنیه همراه باشید
مراحل فرآیند جوشکاری LFW
آماده‌سازی قطعات
در مرحله اول، قطعاتی که قرار است جوش داده شوند، باید به‌دقت تمیز شوند تا هرگونه آلودگی، گرد و غبار یا زنگ‌زدگی از بین برود. این امر به افزایش کیفیت جوش و جلوگیری از نقص در فرآیند اتصال کمک می‌کند.
تنظیم دستگاه و سرعت حرکت
قطعه‌ای که قرار است حرکت کند، در دستگاه جوشکاری LFW نصب شده و با سرعت مشخصی به صورت خطی حرکت داده می‌شود. تنظیم سرعت و میزان حرکت اهمیت زیادی در کیفیت جوش نهایی دارد.
ایجاد اصطکاک و حرارت
حرکت خطی قطعه دوم باعث ایجاد اصطکاک و در نتیجه تولید حرارت می‌شود. در این مرحله، حرارت به‌وجود آمده باعث نرم شدن سطح قطعات شده و امکان ایجاد اتصال فراهم می‌شود.
فشرده‌سازی نهایی و ایجاد اتصال
پس از اینکه حرارت کافی تولید شد، حرکت قطعه متوقف شده و فشار نهایی به قطعات وارد می‌شود تا اتصال بین دو قطعه کامل و محکم شود.
مقایسه جوشکاری LFW با سایر روش‌های جوشکاری
مقایسه با جوشکاری TIG
جوشکاری LFW برخلاف جوشکاری TIG، نیازی به مواد پرکننده و حرارت خارجی ندارد. همچنین، جوشکاری LFW سریع‌تر و اقتصادی‌تر است و برای تولیدات انبوه مناسب‌تر است.
مقایسه با جوشکاری MIG
در حالی که جوشکاری MIG بیشتر برای قطعات ضخیم و بزرگ استفاده می‌شود، جوشکاری LFW برای قطعات دقیق‌تر با ضخامت کمتر مناسب است و جوشی قوی‌تر و بدون آلودگی ایجاد می‌کند.
مقایسه با جوشکاری اصطکاکی چرخشی (RFW)
جوشکاری RFW از طریق حرکت چرخشی و جوشکاری LFW از طریق حرکت خطی انجام می‌شود. جوشکاری LFW دقت بیشتری دارد و برای قطعات با اشکال خاص و پیچیده مناسب‌تر است.
اصول و فرآیند جوشکاری LFW
تجهیزات و ابزار مورد نیاز
برای اجرای اصول و فرآیند جوشکاری LFW، به تجهیزات خاصی نیاز است که شامل موارد زیر می‌شود:
- دستگاه جوشکاری اصطکاکی خطی: دستگاهی با قابلیت حرکت خطی با سرعت بالا و کنترل نیروی فشار
- قطعه کار: دو قطعه‌ای که قرار است به یکدیگر متصل شوند، معمولاً از جنس فلزات سخت یا آلیاژهای خاص
- سیستم کنترل حرکت و فشار: برای تنظیم دقیق سرعت حرکت، فشار اعمالی و زمان جوشکاری
پارامترهای کلیدی در جوشکاری LFW
- دامنه حرکت خطی: مقدار جابه‌جایی قطعه در طول هر سیکل رفت و برگشتی
- فرکانس حرکت: تعداد رفت و برگشت‌های قطعه در واحد زمان
- نیروی فشاری: میزان فشاری که برای جوشکاری روی قطعات اعمال می‌شود
- زمان جوشکاری: مدت‌زمانی که فرآیند اصطکاک ادامه دارد تا مواد در سطح تماس به دمای مناسب برسند
مراحل اجرای جوشکاری LFW
- آماده‌سازی قطعات
سطح قطعات باید تمیز و عاری از آلودگی باشد تا اتصال به‌خوبی انجام شود. - اعمال حرکت خطی و فشار اولیه
یکی از قطعات در دستگاه ثابت شده و قطعه دیگر با حرکت رفت و برگشتی تحت نیروی فشاری بالا روی آن حرکت می‌کند. - ایجاد گرمای اصطکاکی و نرم شدن سطح تماس
حرکت خطی باعث ایجاد گرما در سطح تماس شده و مواد را به حالت نرم و پلاستیک درمی‌آورد. - متوقف کردن حرکت و اعمال فشار نهایی
پس از رسیدن به دمای مناسب، حرکت متوقف شده و نیروی فشاری افزایش می‌یابد تا دو قطعه به‌طور کامل به هم متصل شوند. - خنک شدن و شکل‌گیری نهایی اتصال
پس از اتمام جوشکاری، قطعه در وضعیت فشرده باقی می‌ماند تا سرد شده و اتصال نهایی تشکیل شود.
بخش سوم: مزایا و معایب جوشکاری LFW
مزایای جوشکاری LFW
- اتصال با استحکام بالا
جوش‌های حاصل از این روش معمولاً استحکامی برابر یا حتی بالاتر از فلز پایه دارند. - عدم نیاز به مواد پرکننده و گاز محافظ
این ویژگی، جوشکاری LFW را از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی به‌صرفه‌تر می‌کند. - کاهش تنش‌های حرارتی و تغییر شکل قطعه
از آنجایی که در این روش فلز ذوب نمی‌شود، تغییرات متالورژیکی و اعوجاج حرارتی بسیار کم است. - امکان جوشکاری فلزات غیرمشابه
برخی فلزات که در روش‌های معمول جوشکاری به سختی قابل اتصال هستند، با این روش به‌راحتی جوش داده می‌شوند. - سرعت بالا و کاهش هزینه‌های تولید
این روش نسبت به جوشکاری‌های سنتی سرعت بالاتری دارد و در نتیجه، بهره‌وری تولید را افزایش می‌دهد.
معایب جوشکاری LFW
- نیاز به تجهیزات پیشرفته و پرهزینه
دستگاه‌های جوشکاری اصطکاکی خطی هزینه بالایی دارند و نیازمند دقت بالا در کنترل پارامترها هستند. - محدودیت در ابعاد و اشکال قطعات
قطعاتی که قرار است جوش داده شوند باید از نظر هندسی دارای سطح تماس مناسب برای حرکت خطی باشند. - نیاز به نیروی بالای فشاری
این روش به نیروی فشاری بالایی نیاز دارد که ممکن است برای برخی مواد چالش‌برانگیز باشد.
بخش چهارم: کاربردهای جوشکاری LFW در صنایع مختلف
- صنایع هوافضا
از جوشکاری LFW برای تولید و تعمیر قطعات موتور جت، توربین‌های هواپیما و اجزای سازه‌ای استفاده می‌شود. - خودروسازی
در ساخت میل‌لنگ، دسته پیستون و سایر قطعات موتور که نیاز به استحکام بالا دارند، این روش کاربرد دارد. - صنایع انرژی و نیروگاه‌ها
در تولید پره‌های توربین‌های گازی و تجهیزات انتقال نیرو از این تکنیک استفاده می‌شود. -
صنایع پزشکی
در تولید تجهیزات پزشکی مانند ایمپلنت‌های تیتانیومی و قطعات پروتزهای صنعتی، این روش به دلیل دقت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.