มันคือการเชื่อมแบบเสียดสีแบบกวน!
วันนี้มาทำความรู้จักกัน!
เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนถูกคิดค้นโดย British Welding Institute (TWI) ในปี 1991 และได้ยื่นขอรับสิทธิบัตรการประดิษฐ์ในสหราชอาณาจักรในปีถัดมา และยังได้ยื่นขอการคุ้มครองสิทธิบัตรในประเทศต่างๆ ทั่วโลกอีกด้วย นับตั้งแต่การคุ้มครองและการเปิดเผยสิทธิบัตร เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเป็นอันดับแรกและส่วนใหญ่ในด้านโครงสร้างโลหะเบา เช่น โลหะผสมอลูมิเนียมและโลหะผสมแมกนีเซียม นอกจากนี้ยังประสบความสำเร็จในการพัฒนาในด้านวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงอีกด้วย
นอกเหนือจากข้อดีของเทคโนโลยีการเชื่อมแบบเสียดทานแบบธรรมดาแล้ว การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนยังสามารถเชื่อมต่อได้ในรูปแบบข้อต่อที่หลากหลายและตำแหน่งการเชื่อมที่แตกต่างกัน นอร์เวย์ได้สร้างอุปกรณ์การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบกวนเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก ซึ่งสามารถเชื่อมแผ่นอลูมิเนียมเรือที่มีความหนา 3-15 มม. และขนาด 6×16; ในปี 1998 ห้องปฏิบัติการอวกาศและการป้องกันของบริษัทโบอิ้งในสหรัฐอเมริกาได้แนะนำเทคโนโลยีการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวน โดยใช้มันใช้ในการเชื่อมส่วนประกอบจรวดบางอย่าง McDonnell Douglas ยังใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อผลิตถังเชื้อเพลิงสำหรับยานปล่อยเดลต้า
วิธีการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนนั้นเหมือนกับการเชื่อมแบบเสียดทานทั่วไป การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนยังใช้ความร้อนแบบเสียดสีและความร้อนการเปลี่ยนรูปพลาสติกเป็นแหล่งความร้อนในการเชื่อม ข้อแตกต่างก็คือในกระบวนการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวน จะมีการสอดกระบอกหรือเข็มกวนรูปทรงอื่นๆ (เช่น กระบอกเกลียว) เข้าไปในข้อต่อของชิ้นงาน และการหมุนด้วยความเร็วสูงของหัวเชื่อมทำให้เกิดการเสียดสีกับ วัสดุชิ้นงานเชื่อม ส่งผลให้อุณหภูมิของวัสดุบริเวณข้อต่อเพิ่มขึ้นและอ่อนตัวลง ในเวลาเดียวกัน แรงเสียดทานแบบกวนจะถูกนำไปใช้กับวัสดุเพื่อให้การเชื่อมเสร็จสมบูรณ์ กระบวนการเชื่อมแสดงไว้ในภาพ "แผนภาพการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน" ในระหว่างกระบวนการเชื่อม จะต้องยึดชิ้นงานไว้บนแผ่นรองอย่างแน่นหนา ขอบของหัวเชื่อมจะหมุนด้วยความเร็วสูง และตะเข็บตามขอบของชิ้นงานจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับชิ้นงาน ส่วนที่ยื่นออกมาของหัวเชื่อมขยายเข้าไปในวัสดุเพื่อการเสียดสีและการกวน ส่วนไหล่ของหัวเชื่อมจะถูกับพื้นผิวชิ้นงานเพื่อสร้างความร้อนและใช้เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุพลาสติกล้นและในขณะเดียวกันก็สามารถขจัดฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวได้
ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เข็มคนจะขยายเข้าไปในข้อต่อของชิ้นงานขณะหมุน ความร้อนจากการเสียดสีระหว่างหัวกวนแบบหมุน (ส่วนใหญ่เป็นไหล่เพลา) และชิ้นงานทำให้วัสดุที่อยู่ด้านหน้าหัวเชื่อมเกิดการเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรง จากนั้นเมื่อหัวเชื่อมเคลื่อนที่ วัสดุที่มีการเปลี่ยนรูปพลาสติกสูงจะค่อยๆ สะสมอยู่ด้านหลังหัวกวน ทำให้เกิดรอยเชื่อมแบบเสียดสีกวน การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนไม่มีข้อกำหนดสูงสำหรับอุปกรณ์ ข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดคือการเคลื่อนที่แบบหมุนของหัวเชื่อมและการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของชิ้นงาน แม้แต่เครื่องกัดก็สามารถตอบสนองข้อกำหนดสำหรับการเชื่อมชนแผ่นแบนขนาดเล็กได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ความแข็งแกร่งของอุปกรณ์การเชื่อมและฟิกซ์เจอร์สำหรับการเชื่อมถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โดยทั่วไปหัวผสมทำจากเหล็กกล้าเครื่องมือ และความยาวของหัวเชื่อมโดยทั่วไปจะสั้นกว่าความลึกในการเชื่อมที่ต้องการเล็กน้อย ควรสังเกตว่าการเชื่อมแบบกวนแบบเสียดสีจะสิ้นสุดด้วยรูกุญแจที่ปลายเทอร์มินัล โดยปกติแล้วรูกุญแจสามารถตัดหรือปิดผนึกได้โดยใช้วิธีการเชื่อมแบบอื่น เพื่อตอบสนองต่อปัญหารูกุญแจ จึงได้มีการพัฒนาหัวผสมแบบยืดไสลด์ได้สำเร็จ ซึ่งจะไม่ทิ้งรูกุญแจในการเชื่อมหลังการเชื่อม
แอปพลิเคชัน
ไม่จำเป็นต้องมีวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมอื่นๆ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เช่น ลวดเชื่อม ลวดเชื่อม ฟลักซ์ และก๊าซป้องกัน สิ่งเดียวที่ใช้ไปคือเครื่องกวนการเชื่อม
การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบกวนถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของคุณลักษณะของวิธีการเชื่อม จึงจำกัดอยู่เพียงการเชื่อมส่วนประกอบโครงสร้างธรรมดา เช่น โครงสร้างตรงหรือโครงสร้างทรงกระบอก และชิ้นงานต้องมีส่วนรองรับหรือแผ่นรองที่ดี โดยหลักการแล้ว การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนสามารถใช้ในการเชื่อมในตำแหน่งต่างๆ ได้ เช่น การเชื่อมแบบเรียบ การเชื่อมแนวตั้ง การเชื่อมเหนือศีรษะ และการเชื่อมด้านล่าง สามารถทำการเชื่อมได้หลากหลายรูปแบบ เช่น ข้อต่อชน ข้อต่อมุม ข้อต่อตัก และแม้แต่โครงสร้างที่มีความหนาต่างกัน การเชื่อมต่อกับวัสดุหลายชั้นสามารถทำได้สำหรับการเชื่อมวัสดุโลหะที่แตกต่างกัน
นอกจากนี้ การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนซึ่งเป็นวิธีการเชื่อมแบบโซลิดเฟส ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อยทั้งก่อนและระหว่างการเชื่อม ชิ้นงานไม่จำเป็นต้องมีการทำความสะอาดพื้นผิวและการเตรียมการอย่างเข้มงวดก่อนการเชื่อม การเสียดสีและการกวนระหว่างกระบวนการเชื่อมสามารถขจัดฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของการเชื่อมได้ และไม่มีควันหรือกระเด็นในระหว่างกระบวนการเชื่อม ในขณะเดียวกันก็มีเสียงรบกวนต่ำ เนื่องจากการเชื่อมแบบเสียดสีแบบกวนอาศัยการหมุนและการเคลื่อนตัวของหัวเชื่อมเท่านั้นเพื่อค่อยๆ เชื่อมทั้งแนวเชื่อม จึงประหยัดพลังงานได้มากกว่าการเชื่อมแบบฟิวชันหรือแม้แต่การเชื่อมแบบเสียดสีแบบธรรมดา
เนื่องจากความร้อนที่ป้อนเข้าระหว่างการเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทานมีค่าน้อยกว่าการเชื่อมฟิวชัน จึงไม่มีการหลอมของโลหะที่ข้อต่อ เป็นกระบวนการเชื่อมโซลิดสเตตที่ช่วยรักษาคุณสมบัติทางโลหะวิทยาของโลหะฐานในโลหะผสม และสามารถเชื่อมวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะและแข็งตัวได้อย่างรวดเร็ว วัสดุที่อาจก่อให้เกิดอาการไม่พึงประสงค์เมื่อใช้สำหรับการเชื่อมฟิวชัน
อุตสาหกรรมการใช้งานหลัก ได้แก่ การบินและอวกาศ อุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ การต่อเรือ รถไฟและทางหลวง การผลิตรถยนต์ และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์
