evaluationresearch.iaun.ac.ir/pd/montazerolghaem/pdfs/uploadfile_8342.pdf · 3 references...
TRANSCRIPT
1
By: Hamid Montazerolghaem
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 1
Evaluation
• Project: 30%• Mid Term: 35%• Final Term: 35%
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 2
Contents
a) Electron Beam Weldingb) Laser Weldingc) Arc welding d) Arc Tungsten Weldinge) Stud Welding
Fusion Welding
ReviewConventional Welding Processes: i.e. Gas Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 3
2
Analytical and Mathematical Weld Analysis
a) Heat Input to the Weldb) Relation Between weld Cross Section and
Energy Inputc) The Heat Input Rated) Heat Flow Equationse) Width of Heat affected Zonef) Cooling Rate
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 4
Solid State Joining Processes
a) Explosive Weldingb) Ultrasonic Weldingc) Friction Weldingd) Friction Stir Weldinge) …
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 5
Friction Stir Welding i. Different micro structural zonesii. Friction Stir Toolingiii.Friction Stirring Imperfectionsiv. Temperature Distribution and Resulting Metal
Flowv. Microstructure Development in Aluminum
Alloy Friction Stir Weldsvi. Process Modelingvii.Friction Stir Processing
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 6
3
References
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 7
• R. S. Mishra, M. w. Mahoney, Friction Stir Welding Processing Book, DOI: 10.1361, 2007.
• R. S. Mishra, Z. Y. Ma, Materials Science and Engineering R, “Friction stir welding and processing”, 2005, vol. 50, pp. 1-78.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 8
• John Norrish, Advanced welding processes, Cambridge, England, 2006.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 9
4
• Md. Ebrahim Khan,welding science and technology, New Age International, New Delhi, 2007
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 10
Welding processes-groups-letter designation
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 11
Conventional Welding Process
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 12
5
Equipments used in gas and oxy-acetylene welding processes
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 13
Welding gas mixture
Fuel Gas Maximum Flame temperaturewith air (degree C) with oxygen (degree C)
Acetylene 1 755 3 200
Butane 1 750 2 730
Coal gas 1 600 2 000
Hydrogen 1 700 2 300
Propane 1 750 2 500
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 14
Oxy-acetylene flame
Neutral flame
Oxidising flame
Carburising flame
www.twi.co.ukحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 15
6
برخی از پارامترهاي جوشکاري با گاز براي فوالدهاي کربنیسرعت جوشکاري
m/hr
فشارkPa
میزان مصرفm3/hr
مصرف اکسیژنm3/hr
قطر میله جوشکاري
mm
اندازه اریفیسmm
فلز ضخامتmm
- 7 0/0283 0/031 1/6 0/57 0/8- 7 0/0566 0/062 1/6 0/75 1/6
6/1 13/8 0/1420 0/156 2/4یا 1/6 0/92 2/44/88 20/7 0/2550 0/280 3/2یا 2/4 1./9 3/24/27 27/6 0/4530 0/498 3/2 1/32 4/83/66 34/5 0/7080 0/778 4/8یا 3/2 1/61 6/43/05 41/3 0/8500 0/935 4/8یا 3/2 1/85 8/02/74 48/2 1/1330 1/246 4/8 2/08 9/62/44 48/2 1/6990 1/869 4/8 2/37 12/7
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 16
تنظیم اکسیژن در جوشکاري اکسی استیلننوع شعله جنس نوع شعله جنس
اکسید کننده کمی برنج خنثی فوالد نرم، کمی اکسید کنندهخنثی برنز مس، احیا فوالد پرکربن
کمی احیا نیکل آلیاژهاي خنثی کمی اکسید کننده چدن خاکستريکمی احیا آلیاژهاي نیکل خنثی فوالد آلیاژيخنثی سرب کمی احیا آلومینیوم
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 17
Effect of welding on the structure
Ref: Basic fabrication and welding enginering, F. J. M. Smith, LSTحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 18
7
Temperature distribution during oxy-acetylene welding 10 mm thick mild steel
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 19
Arc welding
The most common and economical method is AC arc welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 20
Arc
•Highly luminous and intensely hot discharge of electricity between two electrodes•Discovered early 19th cent. by Sir Humphry Davy•High current and low voltage•When electrodes are parted, strong electric forces draw electrons from one electrode to the other, initiating the arc
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 21
8
ARC Welding Processes
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 22
Shielding gases in arc welding
Tungsten inert gas welding (TIG)•Tungsten electrode-30000C •Argon and Helium•Filler material is added as in gas welding
Schematic of TIG
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 23
Shielding gases in arc welding
• Metal inert gas welding (MIG)
• Consumable electrode• Argon, Helium and
Carbon Dioxide• No filler materials
MIG weld area:
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 24
9
Positions and arc welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 25
Risk involved in arc welding
1. Exposure to radiation2. Flying sparks3. Electric shock4. Fumes5. Damage to eyes6. Burns
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 26
Safety
• Make sure to work on a dry floor. • Wear thick rubber shoes and dry leather welding gloves. • Be sure to use insulated electrode holders. • Check to make sure that your equipment is all properly
grounded. • Keep your work area properly ventilated to avoid
inhaling any potentially toxic fumes. • Be on the look out for flying bits of melted metal. • Most importantly, be aware of any other people who are
around you.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 27
10
Types of weld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 28
Types of weld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 29
Advanced WeldingAdvanced Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 30
11
ELECTRON BEAM WELDNGجوشکاري پرتو الکترونی
توسط یک تفنگ الکترونی، پرتو الکترون ایجاد می شود §گرمایی تبدیل می شودانرژي تمامی انرژي سینتیکی الکترون در برخورد با قطعه به §
کلوین رسیده و کانال بخار ایجاد می شود 3000دما به §تفنگ الکترون به خال باالیی نیاز دارد ولی با خروج الکترون می توان محفظه هایی §
با خال باال یا خال متوسط استفاده نمودبراي جوشکاري قطعات بسیار حساس استفاده می شود §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 31
)EBW(فرایند جوشکاري پرتو الکترونی
v تجهیزات فرایند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 32
)EBW(فرایند جوشکاري پرتو الکترونی عملیات ذوب و اتصال قطعات با استفاده از انرژي پرتو الکترونی §
انجام می شود
EBWو GTAWمقایسه دو فرایند §حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 33
12
)EBW(فرایند جوشکاري پرتو الکترونی
تأثیر فشار محیط بر واگرایی پرتو §
انجام فرایند جوشکاري در محیط خالء §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 34
)EBW(فرایند جوشکاري پرتو الکترونی
(Key Hole)سوراخ تشکیل کلید §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 35
)EBW(فرایند جوشکاري پرتو الکترونی
مزایا ؛ü دانسیته توان بسیار باالü تشکیل کلید سوراخü جوشکاري قطعات ضخیم در یک پاسü سرعت باالي جوشکاريü حرارت ورودي بسیار پائینü جوشکاري فلزات حساسü جوشکاري فلزات غیر مشابه
معایب ؛ü هزینه باالي تجهیزاتü نیاز به خالءü تنظیم دقیق موقعیت نسبی قطعه و پرتو
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 36
13
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 37
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 38
جوشکاري با پرتو الکترونی
فرایند جوشکاري با پرتو الکترونی یک فرایند اتصال ذوبی است که درطی آن قطعه کار توسطجریانی متراکم از الکترون هاي داراي سرعت باال بمباران شده و کل انرژي جنبشی الکترون ها
. در اثر برخورد با قطعه کار به حرارت تبدیل می شود بازگشت به فهرست. این حرارت موجب ذوب لبه هاي قطعات و اتصال دو قطعه پس از انجماد می شود حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 39
14
در تفنگ الکترونی ، الکترون هاي نشر داده شده از کاتد به سمت قطعه . تفنگ الکترونی قلب این فرایند جوشکاري است شتاب دهی به الکترون ها توسط میدان الکتریکی ناشی از ولتاژ اعمال شده و به کمک یک . کار شتاب داده می شوند
درصد سرعت نور از سوراخ کوچکی میان آند عبور کرده 70تا 30پرتو حاصل با سرعت . الکترود با بار مثبت انجام می شود.به قطعه کار می رسد
. در تجهیزات قدیمی تر از خود قطعه کار به عنوان آند شتاب دهنده استفاده می شد که داراي عیوبی بودبنابراین تصمیم گرفته شد که آند شتاب دهنده در تفنگ الکترونی قرار گیرد و سیستم تولید پرتو
بازگشت به فهرست.کامال از قطعه کار مستقل باشد حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 40
در این فرایند معموال از فلز پر کننده استفاده نمی شود ولی در شرایطی که ایجاد خواص متالورژیکی و فیزیکی معینی در فلز .جوش مد نظر باشد ممکن است از فلز پرکننده استفاده شود
.بارزترین مشخصه جوشکاري با پرتو الکترونی ، توانایی آن در جوشهاي بسیار باریک و کامال عمیق است، نسبت عمق به عرض باالي ) براي ایجاد حجم جوش ثابت(حرارت ورودي کمتر به جوش در مقایسه با روشهاي ذوبی دیگر
جوش، تمیزي فلز جوش بدست آمده، سرعت جوشکاري باال، بازدهی انرژي باال و عدم نیاز عملیات حرارتی جدي قبل و بعد از .فرایند از مزایاي این روش به حساب می آید
قیمت باالي تجهیزات ، تولید پرتو ایکس و نبود آزمون هاي غیر مخرب تدوین شده از محدودیت هاي این روش به حساب .می آید
. این روش در صنایع هوا و فضا، هسته اي ، خودروسازي، الکترونیک و پزشکی کاربرد دارد بازگشت به فهرست حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 41
جوشکاري با لیزر توجه مورد اخیر دههاي در که بوده جوشکاري نوین روشهاي از لیزر اشعه از استفاده با برشکاري و جوشکاري استفاده آن از صنعت در وسیعی طور به آن کنترل قابلیت و سرعت ، کیفیت خاطر به امروزه و گرفته قرار صنعت انجام جوشکاري عملیات و شده تشکیل مذاب حوضچه یک فلز روي لیزر اشعه کردن متمرکز وسیله به . شود می . شود می
در جوشکاري به طور عمده از دو نوع لیزر در :جوشکاري و برشکاري استفاده می شود
ND:YAGو Rubyلیزرهاي جامد مثل - حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفتهCO2لیزرهاي گاز مثل لیزر - 42
15
CO2 لیزر مانند گازي لیزرهاي از بیشتر آن خروجی انرژي حالیکه در است آن اشعه نبودن پیوسته Ruby لیزر محدودیت بیشتر ND:YAG لیزر از و شود می استفاده برش منظور به بیشتر CO2 لیزر از . است پیوسته حاصله اشعه آنها در که است . میشود استفاده آلومینیوم جوشکاري براي
که یک جوش تا استیکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه : در جوشکاري لیزر دو روش عمده براي جوشکاري وجود دارد . پیوسته شکل بگیرد و دیگري که مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 43
در جوشکاري لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این . زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ الزم ندارد
بهترین طرح اتصال براي این نوع جوشکاري طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت .یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود Tدر آن می توان ازطرح اتصال هاي
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 44
بلعکس روشهاي معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ، حوضچه مذاب می تواند داخل یک در این روش میتوان محدوده بسیار وسیعی از مواد مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده باال ، مواد غیر . محیط شفاف ایجاد شود
را میتوان به یکدیگر جوش داد ، مکان هاي غیر قابل دسترسی را جوشکاري نمود و از آنجا که هیچ الکترودي ... همجنس و . براي این منظور استفاده نمی شود نیازي به جریانهاي باال براي جوشکاري نیست
Rubyسیستم هاي جوشکاري لیزر نسبت به سایر دستگاههاي سنتی جوشکاري بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند ) میلیمتر در دقیقه 250تا 25( به خاطر پالسی بودن اکثرا از سرعت پیشروي کمی برخوردارند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته. همچنین این نوع جوشکاري داراي محدودیت عمق نیز می باشد 45
16
اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا . از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاري استفاده می شود .جوشکاري لیزر نسبت به سایر روشهاي جوشکاري تمیز تر است . محیط خالیی براي عملکرد ندارد
. این نوع جوشکاري در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال ها کاربرد دارد
از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب باال و براي جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده از این روش میتوان در صنعت . به طور کلی این روش جوشکاري براي استفاده هاي دقیق و حساس استفاده میشود . نمود
.اتومبیل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمودحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 46
Laser welding• Possible application is the fabrication of stiffened
panel structures commonly used for ships, aircraft, and other structures. Stiffeners can be laser welded on to panels with no filler materials.
• No doubt that laser will be used in various ways in metal fabrication industries.
• It is still difficult to predict how extensively they will be used and how soon.
Ref: Metals hand book. Ninth edition. Vol 6: Welding brazing and solderingحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 47
LBW لیزر پرتو جوشکاري
پرتو لیزر ، پرتو نوري با انرژي بسیار باالست §
در جوشکاري مورد استفاده قرار می گیرد CO2و ND-YAGدو نوع لیزر §
لیزر براي جوشکاري و برشکاري به کار می رود §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 48
17
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 49
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 50
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 51
18
)LBW(فرایند جوشکاري پرتو لیزر
v تجهیزات فرایند
انواع لیزر؛ü ND-YAG
ü CO2
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 52
)LBW(فرایند جوشکاري پرتو لیزر
مزایا ؛ü توانایی ایجاد جوش هاي عمیق با
عرض کم ü سرعت باالي جوشکاريü کوچکمنطقه متأثر از حرارتü عدم اعوجاج قطعهü جوشکاري فلزات غیرمشابه
معایب ؛ü هزینه باالي تجهیزاتü انعکاس پرتو لیزر از سطح قطعهü نیاز به دقت باال در وضعیت قطعه وپرتو
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 53
)LBW(فرایند جوشکاري پرتو لیزر
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 54
19
TW ترمیت جوشکاري §
فوالد ذوب شده در حفره بین دو قطعه اتصالی ریخته می شود §
درجه سانتی گراد پیش گرم می شوند تا ذوب نشوند 1000قطعات تا §
مهمترین کاربرد آن در جوشکاري ریل آهن است §
فوالد مذاب توسط مخلوطی از اکسید آهن پودري و آلومینیوم تولید می شود §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 55
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 56
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 57
20
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 58
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 59
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 60
21
)TW(ترمیت فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 61
ELECTROالکتریکی سرباره جوشکاري SLAG WELDING می استفاده ورق دو بین فضاي پرنمودن براي شدنی مصرف الکترودي از آن در §
تا شده فراهم قوس توسط ابتدا در الکترود و ها ورق ذوب جهت الزم حرارت .شود توسط جوشکاري حرارت و شده خاموش قوس آن از پس .شود تشکیل سربار .شود می تامین سرباره حرارتی مقاومت
باالیش الکتریکی مقاومت دلیل به و شود می گرم الکتریکی جریان توسط سرباره§ خواهد الکترود سیم ذوب موجب و شود می گرم گراد سانتی درجه 2000 حدود تاشد
.شود می استفاده آسانی به متري میلی 200 ضخیم صفحات جوشکاري براي§
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 62
)ESW(فرایند جوشکاري با سرباره الکتریکی با اینکه در این فرایند از قوس استفاده نمی شود، ولی در طبقه §
بندي انواع روش هاي جوشکاري، زیرمجموعه روش هاي قوسی قرار داده می شود
ذوب و اتصال قطعات با استفاده از §حرارت سرباره موجود بین دو قطعه
فلز انجام می شود
فلز پر کننده به صورت سیم به درون §سرباره تغذیه می شود
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 63
22
)ESW(فرایند جوشکاري با سرباره الکتریکی
v تجهیزات فرایند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 64
)ESW(فرایند جوشکاري با سرباره الکتریکی مزایا ؛ü نرخ رسوب گذاري بسیار باالü جوشکاري تک پاسه بدون توجه به ضخامت قطعاتü عدم اعوجاج زاویه اي
معایب ؛ü حرارت ورودي باالü کیفیت جوش پائینü رشد دانه ها و کاهش چقرمگیü فقط جوش عمودي امکان پذیر است(وضعیت جوشکاري(ü میلی متر مقرون به صرفه نیست 50براي ورق هاي کمتر از. حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 65
)ESW(فرایند جوشکاري با سرباره الکتریکی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 66
23
)EGW(فرایند جوشکاري با گاز الکتریکی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 67
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
v تجهیزات فرایند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 68
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما ذوب و اتصال فلز پایه توسط ایجاد یک قوس پایدار بین الکترود §
تنگستنی و فلز پایه
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 69
24
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
v مقایسه دو فرایند؛GTAW, PAW
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 70
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
مقایسه قوس در دو فرایند؛ §GTAW, PAW
PAWپالسما در جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 71
)PAW(انواع فرایند جوشکاري قوسی پالسما
قوس انتقالی §قوس غیر انتقالی §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 72
25
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
تشکیل کلید سوراخ §
افزایش سرعت جوشکاري §افزایش عمق حوضچه جوش §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 73
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
مزایا ؛ü عدم حساسیت به تغییر طول قوسü نیاز به مهارت کمتر اپراتورü عدم آلودگی مذاب توسط الکترودü تشکیل کلید سوراخ
معایب ؛ü پیچیدگی مشعلü نیاز به دقت در وضعیت الکترود در
مشعلü تجهیزات گران
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 74
)PAW(فرایند جوشکاري قوسی پالسما
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 75
26
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 76
:مقدمه .گیرد می انجام تواماً فشار و حرارت توسط سطح دو اتصال مقاومتی، جوشکاري فرآیندهاي در
نیز ذوب حالت به حتی و شده گرم الکتریکی جریان عبور اثر در الکتریکی مقاومت دلیل به فلزات درآمدن خمیري حالت به باعث کوتاه زمانهاي در زیاد چگالی با الکتریکی جریان اعمال .رسند می
عبور حین و قبل زمانهاي در فشار نیروي اعمال و .گردد می جوشکاري مورد قطعه )ذوب از قبل( فورج باعث قطعه شدن گرم زمان در و نموده تضمین را پیوسته الکتریکی مدار یک وجود جریان شدن فورج به و داشته ادامه هم برق جریان قطع از بعد فشار این شود می جوشکاري محل شدنکند می کمک جوشکاري محل شدن خنک وسپس
Resistantمقاومتی جوشکاري Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 77
جوشکاري نواري
جوشکاري نقطه اي
:انواع جوشکاري مقاومتی عبارتند از
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 78
27
الکترود
الکترود
سطح تماس الکترود
دکمه جوش
:جوشکاري مقاومتی نقطه ايجوشکاري مقاومتی نقطه اي فرآیندي است که در آن سطوحی که بر روي هم قرار گرفته انـد
گرماي تولیـد شـده در ایـن . از طریق حرارت تولید شده در یک یا چند نقطه به هم متصل می شوندنقاط، حاصل از فلوي جریان الکتریکی است که بین الکترودها برقرار می شود و از میان قطعـات نیـز
ضمن اینکه الکترودها در این وضعیت بـا اعمـال فشـاري خـاص، سـطوح را بـه هـم . عبور می کند.شکل زیر شماي کلی از این فرآیند را نشان می دهد. نزدیک می کنند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 79
فشاري واحد ،)حرارتی( الکتریکی واحد :باشند می کلی واحد دو شامل مقاومتی جوشکاري هاي دستگاه اتصال براي الزم فشار ایجاد منظور به دومی جوش؛ مورد موضع حرارت درجه بردن باال براي اولی و.)مکانیکی( و پنوماتیک هیدرولیک، دستی، بصورت توانند می اعمالی نیروهاي .است جوش محل در قطعه دو
لبه که شود می باعث فشار این .کرد خواهد پیدا ادامه انجماد مرحله تا فشار اعمال .شوند ایجاد هیدروپنوماتیک آن تاثیر و فشار اعمال دلخواه مورد در .نریزد بیرون ذوب یا نشود مذاب حوضچه وارد هوا و گرفته قرار رویهم ها.است شده آورده مطالبی بعد فصل در جوشکاري کیفیت روي بر
نگهداري وظیفه ضمن در کرده هدایت اتصال موضع به را الکتریکی جریان باید فرآیندها این در الکترودها.دارند را اتصال موضع در حرارت سریع وتمرکز نظر مورد فشار ایجاد و هم روي به ها ورق
اتالف کمترین و )% 95 حدود( حرارتی تمرکز باالترین با فرآیندي اي، نقطه جوشکاري فرآیند حال هر در منطقه و حرارت اثر بر قطعه پیچیدگی مشکل همچنین .باشد می جوشکاري مختلف فرآیندهاي بین در انرژي وجود جوشکاري موقعیت محدودیت همچنین .خورد می چشم به کمتر فرآیند این در (HAZ) حرارت از متاثر.داد انجام را جوشکاري عمل وضعیت آن با متناسب دستگاهی با مختلف موقعیتهاي در توان می و ندارد
نظر از همچنین .باشند می فرآیند این مزایاي جمله از کننده پر فلز و محافظ گاز مصرفی، مواد به نیاز عدم که دارد وجود جوشکاري روش این در نیز محدودیتهایی .باشد می سالم کامال فرآیند این نیز زیستی محیط هاي دستگاه به نیاز و است مشکل دارند باالیی الکتریکی و حرارتی هدایت که فلزاتی براي :از عبارتند
به نیاز هستند؛ حساس شدن گرم و شدن سرد سریع برابر در که فلزاتی .است خاص تمهیداتی با مخصوصی 4 تا 3 ضخامت( دارد وجود محدودیت ضخامت ماکزیمم لحاظ از نیز و داشت خواهند مخصوص دستگاه .)میلیمتر
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 80
جوشکاري مقاومتی نواريseam resistance welding
در که است فرایندي نواري مقاومتی جوشکاري جریان عبور برابر در کار قطعه الکتریکی مقاومت آن
با حرارت این که شده حرارت ایجاد باعث الکتریکی ایجاد را جوش مسیر یک تا شده ترکیب اعمالی فشار نقطه از اي مجموعهشامل جوش درز حقیقت در .کند
باشد می ها جوششکل اي دایره الکترود دو اغلب فرآیند این در فلزکار کردن خنک و نیرو جریان، اعمال براي غلتکی کار قطعه گوناگون اشکال .گیرد می قرار استفاده مورد
.هستند موجود غلتک /
اشکال گوناگونی از اتصاالت حاصل از جوشکاري مقاومتی درزيحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 81
28
به مستقیم نیروي اعمال طریق از ها غلتک دو هر یا یک شود، می استفاده غلتکی الکترود دو از هنگامیکه.آیند درمی حرکت به آنها خارجی سطح به نیرو اعمال طریق از یا محور
نقطه از اي مجموعه شود، برداشته کار قطعه بر الکترودها اعمالی نیروي اینکه بدون نواري، جوشکاري در .باشد داشته متناوب یا مداوم چرخشی جوش فرآیند حین در است ممکن غلتکی الکترود .گیرد می شکل ها جوش )قطر و شکل نیرو،( الکترود مشخصات و کردن، خنک نحوه جریان، موج شکل جریان، مقدار جوشکاري، سرعت.شود حاصل جوش کیفیت باالترین و بهترین تا شوند انتخاب دقت به باید
.است صادق نیز نواري جوشکاري مورد در شد، گفته اي نقطه مقاومتی جوشکاري مورد در که کلی اصول
با نواري مقاومتی جوشکاري - و غلتکی الکترود یک از استفادهاي میله الکترود یک
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 82
اتصاالت اگزوز، لوله سوخت، مخزن ساخت مثال( خودروسازي صنایع در نوراي مقاومتی جوشکاري فرآیند این مزایاي .دارد کاربرد ... و فوالدي شوفاژ رادیاتور فلزي بطریهاي و شکل اي استوانه ظروف ساخت )سقف:از عبارتند لیزر جوشکاري و اي زائده جوشکاري اي، نقطه مقاومتی جوشکاري با مقایسه در فرآیند
گاز یا مایع برابر در ناپذیر نشت اتصال یک به دستیابی امکان - .دارد وجود الکترودها پیوسته تراشیدن امکان زیرا شود اي نقطه جوش قطر از کمتر است ممکن درز عرض -آن اقتصادي توجیه و جوشکاري باالي سرعت - دارند، باالتري جوشکاري قابلیت دار پوشش فوالدهاي اي، نقطه جوشکاري روش به نسبت روش این در -.نمود حذف گیرند می قرار الکترودها روي بر که را پوششی باقیمانده توان می تمهیداتی اتخاذ با زیرا
زیرا دارند باالتري جوشکاري قابلیت دار پوشش فوالدهاي روش این در لیزر، جوشکاري روش به نسبت -.است حداقل جوش، منطقه در باال فشار اعمال دلیل به پوشش مواد فرار امکان
.است لیزر روش از حاصل جوش سختی از کمتر شود می خنک هوا با که نواري مقاومتی جوش سختی -
جوشکاري مقاومتی نواري با استفاده از الکترود سیمی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 83
مقاومتی القایی فرکانس باالفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 84
29
مقاومتی القایی فرکانس باالفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 85
)Flash Welding(جرقه اي فرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 86
Stud جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 87
30
Stud جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 88
Stud جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 89
جوشکاري ذوبی
Stud قوسی جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 90
31
Stud Welding
The sequence of operations in stud welding, which is used for welding bars, threaded rods, and various fasteners onto metal plates.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 91
Magnetic impelled arc welding§جوشکاري ذوبی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 92
Steps in MIAB• Faces to be joined are brought together and internal
magnetic coil is put in place• Welding current, magnetic coil system is put in place
and shielding gas are turned on• Work pieces are retracted to a defined gap to produce
the arc• Arc rotates about interface-melting faces to be joined• Faces are pressed together• Welding current, magnetic field and shielding gas are
switched off حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 93
32
Magnetic Arc Welding
• Arc is rotated around the weld line by the force which results from the interaction between the magnetic field and the current
• CO2 or inert gas shielding is used
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 94
Magnetic impelled arc welding§جوشکاري ذوبی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 95
Magnetic impelled arc welding§جوشکاري ذوبی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 96
33
Magnetic impelled arc welding§جوشکاري ذوبی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 97
Magnetic impelled arc welding§جوشکاري ذوبی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 98
جوشکاري حالت جامد
در جوشکاري حالت جامد اتصال دو ماده بدون ایجاد منطقه ذوبی امکان پذیر است §
با این روش فلزات غیر مشابه همچون آهن و آلومینیوم که به دلیل ایجاد ترکیبات §ترد، تحت جوشکاري ذوبی قرار نمی گیرند را می توان به یکدیگر متصل نمود
دو مانع اساسی در مقابل جوشکاري حالت جامد عبارتند از ؛ §اکسیدها و آلودگی هاي سطحی §
زبري سطوح §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 100
34
جوشکاري حالت جامد
در جوشکاري سرد با افزایش فشار می توان این موانع را از بین برد §
در جوشکاري انفجاري نیز فشارهاي باال موجب حذف موانع می شود §
فیلم هاي اکسیدي را تخریب می کنداصطکاك جوشکاري اولتراسونیک به وسیله §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 101
جوشکاري حالت جامد
سرد جوشکاري §
خواص پالستیسیته این روش براي فلزاتی امکان پذیر است که در دماي اتاق §باالیی دارند و الیه اکسیدي آنها توسط فشار تخریب می شود
آلومینیوم و مس به وسیله این روش ، تحت جوشکاري قرار می گیرند §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 102
جوشکاري حالت جامد
Roll سرد فشاري جوشکاري § Bonding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 103
35
Roll Bonding• A solid state welding process in
which bonding is made between twosheets of metal by passing themthrough a rolling mill.
• Surface preparation is of utmostimportance.
• Welding is promoted with increasingtemperature, increasing pressure,increasing roll diameter, anddecreasing rolling speed.
• 60 to 70% deformation is requiredfor maximum weld strength.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 104
a
Nascent surfaceOriginal weld interface
X
Yb
Weldinterface
Rolling
Plane Strain Roll Bonding (Deformation in thickness and length only.)
• % reduction in thickness
• % nascent (new) surface
=−
× = −
×
x ax
ax
100% 1 100%
=−
× = −
×
b yb
yb
100% 1 حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته100% 105
Plane Strain Roll Bonding• Assuming constant volume, xy = ab or a/x = y/b
• % reduction in thickness is equal to % nascent surface, assuming no change in width.
• For 100% nascent surface 100% reduction in thickness is needed.
1 100% 1 100%−
× = −
×
ax
yb
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 106
36
Surface Deformation• Bulk compressive deformation or
upsetting is measured as thepercentage reduction in sheetthickness.
• A threshold deformation existsbelow which no weld is made.
• Above this threshold the jointstrength is close to that predictedby assuming the welded area is thenascent surface area.
• Increasing the temperature reducesthe value of threshold deformation.
Deformation%
Thresholddeformation
Predicted strengthStrength of welded joint.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 107
Roll Welding (ROW)
Solid State Welding process in which pressure sufficient to cause coalescence is applied by means of rolls, either with or without external heat
• Variation of either forge welding or cold welding, depending on whether heating of work parts is done prior to process • If no external heat, called cold roll welding• If heat is supplied, hot roll welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 108
Roll Welding Applications • Cladding stainless steel to mild or low alloy steel for corrosion
resistance
• Bimetallic strips for measuring temperature
• "Sandwich" coins for U.S mint
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 109
37
Steel - Aluminum Cladding
Cleaning
Rollinga. Coldb. 600-750 F
Post-Heating ~ 1000F
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 110
Aluminum
Steel
FeAl3, Fe2Al5(Brittle)
Si > 0.25% in SteelTends to Reduce Brittle Iron-Alumindes Thus Higher Post Roll Temperatures can be employed
Steel
Steel
Aluminum
Steel
Steel
Aluminum
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 111
Titanium
Aluminum
Aluminum - Titanium
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 112
38
AluminumStainless Steel
Stainless Steel Clad Aluminum & Copper
CopperStainless Steel
Hot Rolled
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 113
Accumulated Rolled Bonding
(ARB)
Annealed brass layer
39
جوشکاري حالت جامدانفجاري جوشکاري §
است) Cladding(مهمترین کاربرد آن در پوشش دهی §فلز پایه و فلز پوشش قبل از جوشکاري تمیز کاري سطحی می شوند §
ماده انفجاري با ضخامتی سه برابر فلز پوشش روي سطح قرار می گیرد و با ایجاد جرقه در §روي سطح حرکت می کند m/s2000لبه با سرعت
هلیم استفاده می شودیا براي پوشش هاي با ضخامت کم از محیط خال و §درصدي داشته باشد تا در اثر انفجار ترك نخورد 12فلز پوشش باید انعطاف پذیري حداقل §
است mm12-1ضخامت فلز پوشش §حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 116
Explosive Weldingانفجاريجوشکاري
پیوند یک ایجاد براي انفجار نیروي از که است جامد حالت جوشکاري فرایند یک فرایند این گرماي منفجره مواد انفجار گرچه .کنند می استفاده شونده متصل قطعه دو بین متالورژیکی
قابل افزایش بنابراین .ندارد وجود حرارت انتقال براي کافی زمان ولی کند، می تولید زیادي باال بسیار سرعت با مایل ضربه یک فرایند این در .گیرد نمی صورت قطعه دماي در توجهی
عمل سیال یک مشابه جامد فلز شده موجب که شود، می اعمال قطعه دو مشترك فصل به می بیرون به سیال جت یک صورت به نیز قطعات سطحی قشر حتی ضربه این اثر در .کند در اکسید از عاري سطوح .گیرند می قرار یکدیگر با تماس در فلز دو شده تمیز سطوح و جهد.گیرد می صورت اتصال وعمل شده فشرده هم
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 117
یک تحت باالیی صفحه فرایند این در .دهد می نشان را منفجره مواد و قطعات گرفتن قرار نحوه باال شکل گیر ضربه الیه یک وسیله به باالیی صفحه خارجی سطح .گیرد می قرار زیرین صفحه به نسبت زاویه
و گیرد می قرار گیر ضربه قشر روي بر پودر یا ورقه صورت به منفجره مواد از الیه یک .گردد می محافظت .کند می عمل منفجره ماده پایینی انتهاي در چاشنی .دارد بستگی منفجره ماده مقدار و نوع به باالیی صفحه سرعت
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 118
40
قطعات جوش امکان و مشترك فصول در شیمیایی عناصر ناچیز نفوذ آنیل، یا ریختگی ساختار ایجاد عدم مواد به دسترسی عدم بزرگ، و باز فضاي به نیاز و قوت نقاط از یکدیگر به جنس هم غیر و بزرگ و پهن
.باشد می فرایند این هاي محدودیت از منفجره مواد با کار از ناشی خطرات و کشورها بعضی در منفجره فرایند انجام شرط تنها و شده محسوب جنس هم غیر و جنس هم مواد اتصال در مفید روشی فرایند این
می قطعاتی مهمترین جمله از الیه دو هاي لوله و ها ورق .است قبول قابل چقرمگی و پذیري انعطاف داشتن. شوند می ساخته روش این با که باشند
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 119
انفجاريفرایند جوشکاري
جوشکاري انفجاري قبل از انجام فرایند§
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 120
انفجاريفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 121
41
انفجاريفرایند جوشکاري
جوشکاري انفجاري بعد از شروع فرایند§حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 122
v نمونه اي از قطعات جوشکاري شده به روش جوشکاري انفجاري
انفجاريفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 123
Explosive Welding
•Welding produced by explosively forcing one plate (or component) against the one to which it is to be joined at an approximate angle of incidence, known as the impact angle
•Methods: 1. Inclined gap method2. Parallel gap method
In parallel gap method, detonation velocity should be equal to or less than the speed of sound in the metal being welded
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 124
42
Explosive Detonation velocity, m/s
RDX (Cyclotrimethylene trinitramine, C3H6N6O6 8100
PETN (Pentaerythritol tetranitrate, C5H8N12O4) 8190
TNT (Trinitrotoluene, C7H5N3O6) 6600
Tetryl (Trinitrophenylmethylinitramine, C7H5O8N5)
7800
Lead azide (N6Pb) 5010
Detasheet 7020
Ammonium nitrate (NH4NO3) 2655
Explosives
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 125
Explosive welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 126
Inclined gap method• Various detonation speeds are possible with the inclined gap
method• A jet is formed. The jet is a thin layer of metal stripped from
the surfaces of both plates, which in turn exposes theuncontaminated metal surfaces which are then welded in thehigh pressure zone, known as stagnation point
• Typically the weld surfaces are wavy• Weld is mainly solid state with small pockets of melted jet
material (on the front and back slopes of the waves)• Some welding may also be enhanced by friction due to the
difference in the velocity of the platesحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 127
43
Application of explosive welding• Cladding plates• Joining of pipes and tubes• Major areas of the use of this method are heat exchanger
tube sheets and pressure vessels• Tube Plugging• Remote joining in hazardous environments• Joining of dissimilar metals - Aluminium to steel,
Titanium alloys to Cr – Ni steel, Cu to stainless steel, Tungsten to Steel, etc.
• Attaching cooling fins• Other applications are in chemical process vessels, ship
building industry, cryogenic industry, etc.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 128
Advantages of explosive welding
1. Can bond many dissimilar, normally unweldable metals.2. Minimum fixturing/jigs.3. Simplicity of the process.4. Extremely large surfaces can be bonded.5. Wide range of thicknesses can be explosively clad
together.6. No effect on parent properties.7. Small quantity of explosive used.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 129
Disadvantages of explosive welding1. The metals must have high enough impact resistance,
and ductility. 2. Noise and blast can require operator protection,
vacuum chambers, buried in sand/water. 3. The use of explosives in industrial areas will be
restricted by the noise and ground vibrations caused by the explosion.
4. The geometries welded must be simple – flat, cylindrical, conical.
5. Area should be cleaned and sound grounded for explosion
6. Licences are necessary to hold and use explosives
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 130
44
جوشکاري فراصوتی
و جنس هم غیر و جنس هم فلزات جوشکاري براي موثري طور به فراصوتی جوشکاري فرایند فرکانس نوسانهاي روش این در .شود می استفاده هم روي لبه اتصال طرح با فلزات غیر همچنین
ناشی داخلی شدگی قفل و شده اتصال محل در مولکولها یا و فلزي اتمهاي شدن متالشی سبب باال.شد خواهد مطلوب مکانیکی اتصال یک به دستیابی سبب مولکولها یا اتمها این از
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 131
کار که مبدل یک طریق از فراصوتی انرژي فرکانس الکتریکی نوسانهاي کردن تبدیل دهد می انجام را مکانیکی نوسانهاي به باال 20 از بیش معموال فرکانس . شود می تولید .است )شنوایی محدوده از فراتر( هرتز کیلو
جفت سیم یک طریق از مکانیکی نوسانهاي به سپس و کننده جوشکاري نوك به کننده جوشکاري نوك .شود می منتقل کار قطعه به ( کند می نوسان عرضی صورت به کننده همان در و ) جوش مشترك فصل موازات مشترك فصل بر عمود ایستایی نیروي حال.شود می اعمال
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 132
تمیزکاري حرارتی عملیات یا جوشکاري از بعد ولی است ضروري ساده تمیزکاري یک جوشکاري از قبل.شود نمی استفاده کننده پر فلز یا ساز روان از روش این در .باشد نمی نیاز مورد حمایت امکان عدم علت به سر به سر اتصالهاي در و است هم روي اتصالهاي به محدود تنها فراصوتی روش.است همراه زیادي مشکالت با جوشکاري انجام اتصال نگهداري و
عدم و ، باال جوشکاري سرعت و ایمنی ضریب نازك، بسیار هاي ورق جوشکاري انجماد، و ذوب به نیاز عدم جوش توانایی عدم و دستگاه قطعات کم عمر باال، هزینه و روش این مزایاي از جوش منطقه در رنگ تغییر. آید می حساب به روش این هاي محدودیت از ضخیم قطعات دادن و سازي اتومبیل ، بندي بسته صنایع ، خورشیدي انرژي هاي سیستم الکترونیکی، تجهیزات ساخت در روش اینحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته.دارد کاربرد فضا و هوا 133
45
فصل موضع در تنها حرارت درجه و شود نمی ایجاد اي مالحظه قابل حرارت گونه هیچ فرایند این در بنابراین .کند می تغییر کلوین حسب بر قطعه ذوب نقطه درصد 50 تا 35 محدوده در حداکثر مشترك.شد نخواهد تشکیل ترد ریختگی ساختار دهد نمی رخ پایه فلز در ذوب عمل چون تغییر که شود می اعمال قطعات دادن قرار تماس در براي متوسطی فشار جوشکاري فرایند خالل در
.کند نمی ایجاد را اي مالحظه قابل شکل
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 134
جوشکاري حالت جامد
اولتراسونیک جوشکاري §است و قابل شنیدن نیست KHz20اولتراسونیک، صوتی با فرکانس بیش از §
امواج اولتراسونیک عموماً توسط خاصیت پیزوالکتریک مواد به قطعات منتقل می §شود
جوشکاري؛ پارامترهاي §انرژي §فشار §حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفتهزمان § 135
جوشکاري حالت جامد
اولتراسونیک جوشکاري §فلزات
موج طولی به قطعه کار اعمال می شود §
با ایجاد حرکت نسبی در قطعات، فیلم هاي اکسیدي تخریب شده و سطوح در §وضعیت تغییر فرم پالستیک قرار گرفته و جوش می خورند
جوشکاري اولتراسونیک براي صفحات نازك فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم §و مس به کار می رود
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 136
46
جوشکاري حالت جامد
پالستیک اولتراسونیک جوشکاري § ها
اکثراً در صنایع خودروسازي به کار می رود §
میلیون جوش اولتراسونیک در روز در صنایع 4در حدود 1984در سال §خودرو آلمان به کار می رفته است
انرژي ضربه اي موج موجب اصطکاك مولکولی و سطحی می شود §
اولتراسونیک روش بسیار مهمی براي پالستیک هایی است که در اثر §حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفتهذوب، تجزیه می شوند 137
جوشکاري حالت جامد
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 138
جوشکاري حالت جامد
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 139
47
SolidState
Welding
Electrical
Chemical
Mechanical
Friction
Pressure UltrosonicWeld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 141
A solid state welding process in which coalescence is produced at the faying surfaces by the application of high frequency vibratory energy while the work pieces are held together under moderately low static pressure.
Definition of Ultrasonic Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 142
Ultrasonic Welding Process
Process Description:• Components of
ultrasonic welding system include:– Transducer– Sonotrode– Anvil
Anvil
Mass
Sonotrodetip
Clampingforce
wedge Transducer
Force
WeldmentVibration
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 143
48
• A static clamping force is applied perpendicular to the interface between the work pieces.
• The contacting sonotrode oscillates parallel to the interface.
• Combined effect of static and oscillating force produces deformation which promotes welding. Anvil
Mass
Sonotrodetip
Clampingforce
wedge Transducer
Force
workpiece
Ultrasonic Welding Mechanism
10-75 KHz
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 144
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 145
Process Variations
• Spot Welding• Ring Welding• Line Welding - Linear Sonotrode• Continuous Seam Welding - Roller Sonotrode• Microminiature Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 146
49
Typical 1500 ultrasonicspot-type welding machine
Courtesy AWS handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 147
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 148
AWS Welding Handbook
100 W Lateral DriveUltrasonicWelder
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 149
50
AWS Welding Handbook
Typical Ring Welding ApplicationsTip in Shape of Weld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 150
AWS Welding HandbookAttachment for Continuous Ring Weldingحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 151
AWS Welding Handbook
Traversing Head for Continuous Seam Welding
Tip
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 152
51
• Ultrasonic power• Clamping force• Welding time • Frequency • Linear Vibration Amplitude
Welding Variables
Ultrasonic Welding Variables
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 153
Ultrasonic Welding Power Generation• Electrical power of 60
Hz is supplied to the frequency converter.
• The frequency converter converts the required 60 Hz signal to the welding frequency (from 10 to 75 kHz).
Electricalenergy
Frequencyconverter
Vibratorytransducer
Transducer
Power Generation
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 154
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 155
52
• Frequency is transformed to vibration energy through the transducer.
• Energy requirement established through the following empirical relationship.– E = K (HT)3/2
– E = electrical energy– H = Vickers hardness number– T = thickness of the sheet
Electricalenergy
FrequencyConverter
Vibratorytransducer
Power Generation
Ultrasonic Welding Power Generation
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 156
2/3)HT(KE =
Where:E = electrical energy, W*s (J)k = a constant for a given welding systemH = Vickers hardness number of the sheet T = thickness of the sheet in contact with the sonotrode tip, in. (mm)
Power Requirements
The constant “K” is a complex function that appears to involve primarily the electromechanical conversion efficiency of the transducer, the impedance match into the weld, and other characteristics of the welding system. Different types of transducer systems have substantially different K values.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 157
Source AWS handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 158
53
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 159
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 160
Sonotrode Tip and Anvil Material
High Speed Tool Steels Used to Weld• Soft Materials• Aluminum• Copper• Iron• Low Carbon Steel
Hardenable Nickel-Base Alloys Used to Weld• Hard, High Strength Metals and Alloys
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 161
54
• Localized temperature rises resulting from interfacial slip and plastic deformation.
• Temperature is also influenced by power, clamping force, and thermal properties of the material.
• Localized Plastic Deformation• Metallurgical phenomena such as recrystallizing,
phase transformation, etc..... can occur.
Ultrasonic Welding Interfacial Interaction
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 162
Source AWS handbook
Ultrasonic Welding Materials Combinations
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 163
Extreme InterpenetrationNickel Foil (top) to Gold-Plated Kovar Foil
Local Plastic FlowDark Regions are Trapped OxideNickel Foil (top) to Molybdenum Sheet
Very Little Penetration, Thin Bond Line, Fiber FlowMolybdenum Sheet to Itself
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 164
55
AWS Welding HandbookComparison With Resistance Spot Weldحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 165
• No heat is applied and no melting occurs.• Permits welding of thin to thick sections.• Welding can be made through some surface
coatings.• Pressures used are lower, welding times are
shorter, and the thickness of deformed regions are thinner than for cold welding.
Advantages of Ultrasonic Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 166
• The thickness of the component adjacent to the sonotrode tip must not exceed relatively thin gages because of power limitations of the equipment.
• Process is limited to lap joints.• Butt welds can not be made because there is no
means of supporting the workpieces and applying clamping force.
Limitations of Ultrasonic Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 167
56
Other Process Variations• Ultrasonic Welding of Non-metallic• Ultrasonic Plastic Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 168
Welds Can Be Made to Non-MetallicSubstrate Materials Coated with Thin
Layers of Metal Films
Non-Metallic
Metal FilmMaterial Welded
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 169
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 170
57
Ultrasonic Welding of Plastics
• Advantages– Fast– Can spot or seam weld
• Limitations– Equipment complex,
many variables– Only use on small parts– Cannot weld all plastics
0.1.1.2.5.T25.95.12حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 171
• Assembling of electronic components such as diodes and semiconductors with substrates.
• Electrical connections to current carrying devices including motors, field coils, and capacitors.
• Encapsulation and packaging.• Plastic parts
Applications of Ultrasonic Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 172
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 173
58
AWS Welding HandbookNote weld progression (no weld in center)حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 174
Starter motor armature with wiresjoined in commutator slots by
ultrasonic weldingUltrasonically welded Helicopter
access door.Courtesy AWS handbook
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 175
Field coil assembled by ultrasonic welding
Courtesy AWS handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 176
59
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 177
UltrasonicHorn
First Weld Made Cut and Second Weld Made
Bundled Wires
Welds
Ultrasonic Tying Tool
Metal Tape Fed Around bundle of Wires and welded once, then cut and welded again.
Wire Bundle Placed in Jaws
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 178
Ultrasonic Stitch (Clad) Welding
Anvil
Sonatrode
Louks, et al “Ultrasonic Bonding Method” US Patenet 6,099,670 Aug. 8, 2000
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 179
60
Ultrasonic Welding of Eraser Holder on Plastic Pencil
Coinon, A, Trajber, Z, “Pencil Having and Eraser-Holding Ferrule Secured by Ultrasonic Welding” US Patent 5,774,931 July 7, 1998
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 180
Explosive Gas Generator For Auto Air Bag(Plastic Ultrasonic Weld)
Plastic Cap Welded to Plastic Base
Gas Generating Explosive Powder
Primer
Ultrasonic Weld
Avory, et al “Electrical Initiator” US Patent 5,763,814 June 9, 1998. حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 181
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 182
61
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 183
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 184
اولتراسونیک جوشکاري §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 185
62
Ultrasonic welding• A solid state process for metal and plastics• Energy required comes in the form of mechanical vibrations• Most operates at 20, 30, 40 kHz• Weld is produced when the work pieces are clamped together
between an anvil and a high frequency vibration probe (sonotrode)
• Empirical relation for a ultrasonic welding:E=k(HT)3/2
Where, E = Electrical energyk = Constant for given welding systemH = Vickers hardnessT = Thickness of the work piece in contrast with the sonotrode
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 186
Types of ultrasonic welding
Wedge-Reed method – where the transducer is coupled through a resonant bar
Direct couple methods
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 187
Ultrasonic welding
• Sonotrode induces lateral vibration and local movement between the frying surfaces
• This tends to disrupt any surface oxide film present and also raises the temperature, extending an area of plastic flow, and a solid-phase type of pressure is formed
• Morphology of the weld is similar to the friction weld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 188
63
Variants:• Spot welding- elliptical “spots”• Ring welding – hollow sonotrode tip• Line welding – linear sonotrode tip• Continuous welding – Rotating wheel shaped sonotrode
and a roller type of anvilApplication:• Largest growth area for ultrasonic welding is micro
miniature welding and micro joining in micro electric applications
• Capable of joining very fine wires to electrical components
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 189
Ultrasonic welding control
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 190
Ultrasonic welding control
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 191
64
Ultrasonic welding control
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 192
Ultrasonic weldingAdvantages:
•Energy efficiency
•High productivity with low costs and ease of automated assembly line production
Disadvantages:
The maximum component length that can be welded by a single horn is approximately 250 mm. This is due to limitations in the power output capability of a single transducer, the inability of the horns to transmit very high power, and amplitude control difficulties due to the fact that joints of this length are comparable to the wavelength of the ultrasound.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 193
جوشکاري حالت جامد
نفوذي جوشکاري §
با گرم کردن دو قطعه، تحت فشار کم اعمالی به قطعات و محیط خال انجام می §شود
دماي ذوب قطعه انتخاب می شود 50-70%دماي کاري §اکسیدهاي سطحی به دلیل حضور دماي باال و محیط خال تجزیه می شوند §در صنایع هوایی به خصوص جوشکاري تیتانیوم و آلیاژهاي آن استفاده می شود §
اساس کار شبیه آن فرایندي است که در متالورژي پودر اتفاق می افتد §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 194
65
Linnert, Welding Metallurgy, AWS, 1994
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 195
• A solid-state welding process that produces coalescence of the faying surfaces by the application of pressure at elevated temperature.
• The process does not involve macroscopic deformation, or relative motion of the workpieces.
• A solid filler metal may or may not be inserted between the faying surfaces.
Work pieces
Schematic representation ofdiffusion welding using electrical resistance for heating
AB
Force
Definition of Diffusion Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 196
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 197
66
• 1st stage– deformation forming
interfacial boundary.
• 2nd stage– Grain boundary migration and
pore elimination.
• 3rd stage– Volume diffusion and pore
elimination.
asperities come into contact.
2nd stage grainboundary migrationand pore elimination
1st stage deformationand interfacial boundary formation
3rd stage volumediffusion poreelimination
Diffusion Welding Working Principles
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 198
نفوذيفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 199
Free Energy as Atom Reversibly Moves
Diffusion in Solids - Shewmonحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 200
67
• Temperature• D = D0 e -Q/KT
– D = Diffusion coefficient– D0 = Diffusion constant– Q = Activation energy– T = Absolute temperature– K = Boltzman’s constant
Factors Influencing Diffusion Welding(Relation between Temperature and Diffusion Coefficient)
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 201
J1
= - D 1dcdx
Mass L2t
L2 t
Mass/L3 L
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 202
• Temperature ( effects diffusion coefficient)• Time• X = C (Dt)1/2 = Diffusion Length
– X = Diffusion length– C = A constant– D = Diffusion coefficient (see previous slide)– t =Time
• Pressure
Factors Influencing Diffusion Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 203
68
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 204
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 205
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 206
69
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 207
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 208
• Application in titanium welding for aero-space vehicles.
• Diffusion welding of nickel alloys include Inconel 600, wrought Udimet 700, and Rene 41.
• Dissimilar metal diffusion welding applications include Cu to Ti, Cu to Al, and Cu to Cb-1%Zr. Brittle intermetallic compound formation must be controlled in these applications.
Applications of Diffusion Welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 209
70
Titanium Diffusion Welding
• Temp As High As Possible Without Damage to Base Metal75 to 100 F below Alpha-Beta Transus (eg 1700F)
• Time varies with other facts below but 1 hr to 4 hour typical• Pressure near yield (at temp)• Smooth Faying Surface (rough surfaces = more time, pressure)• Clean Surface (usually acid cleaning)
Space Shuttle designed to have 28 Diffusion Welding Components
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 210
Froes, FH, et al, “Non-Aerospace Applications of Titanium” Feb 1998, TMS
Superplastic Formed & Diffusion Bonded Titanium Heat Exchanger
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 211
Nickel Diffusion Welding(More Difficult to Weld)
• Temp close to MP• High Pressure (because High hot strength)• Clean Surfaces - Ambient Atmosphere Control
(Surface Oxides Do Not Dissolve)• Nickel Filler often used (especially for rough surface)
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 212
71
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 213
AWS Welding Handbook
Without Nickel Filler MetalFine Ti(C,N) and NiTiO3Forms Reducing Strength
With Ni Filler Metal No Precipitates FormedGrain Boundary MigrationBut Excessive Ni3Al ppt.
With Ni-35% CoGood Joint Obtained
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 214
Diffusion Welding of Dissimilar Metals
Some Potential Problems
• An intermetallic phase or a brittle intermetallic compound may form at the weld interface. Selection of an appropriate filler metal can usually prevent such problems. Joint designs can help also.
• Low melting phases may form. Sometime this effect is beneficial
• Porosity may form due to unequal rates of metal transfer by diffusion in the region adjacent to the weld (Kirkendall Porosity). Proper welding conditions or the use of and appropriate filler metal or both may prevent this problem.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 215
72
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 216
Some Specific
ApplicationsOf
DiffusionWelding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 217
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 218
73
AWS Welding Handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 219
Diffusion Welding and Superplastic Forming for Aircraft StructureDiffusion Welding and Superplastic Forming for Aircraft Structure
Sheets of superplastic material (ex. Al) stacked with stop-off material (silica) painted on specific areas
Diffusion bonding at 14 (stop-off areas 12)
Pressure gas expands stop-off areasTop cut off if required
Collier et al, “Method of Manufacturing Structural Parts, Particularly for use in Aircraft” US Patent 6,039,239 Mar 21, 2000
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 220
Ceramic Turbocharger Rotor (Diffusion bonded to Intermediate & Friction Welded to Shaft)
Ceramic Intermediate Member
Diffusion Layer
MetalShaft
Ito, M, et al, “Ceramic-Metal Composite Assembly” Patent 5,881,607 Mar 16, 1999
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 221
74
Diffusion Brazing
• Low Melting inter-layer• Melts & then diffuses into substrate• Generally more rapid diffusion
Some Applications
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 222
Liquid Phase Diffusion Bonding for Clad Steel Plates
Sheets Stacked (2 sets) with bonding activator between sheets and separator between clad platesEvacuated & Diffusion Bonded
Steel SubstrateBonding Activator (Ni4P)
Nickel Clad Material
Separator Compound (silica)
Turner, W. “Method of Manufacturing Clad Metal Plates” US Patent 6,015,080 Jan 18, 2000 حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 223
AWS Welding Handbook
Diffusion Brazing of Aluminum
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 224
75
A Titanium Alloy Stiffened Sheet StructureFabricated by Continuous Seam Diffusion Braze
Courtesy AWS handbookحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 225
TitaniumCopper Film
Copper Film
Titanium
ElectrolyticallyPlatedCopper Film
Copper LayersReact with Tito form EutecticBraze Alloy
Use SimilarParameters asDiffusion Weld
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 226
AWS Welding Handbook
Titanium BrazePlated Copper
A Widmanstaatten structure formed at the braze interface because the plated filler metal stabilized the beta phase.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 227
76
Nickel Brazing
Braze AlloyNickel with melting Point Depressants (Silicon, Boron, Manganese, Aluminum, Titanium or Columbium
Melt Braze MetalAnd Hold At
Temp
Temp DepressingElements DiffuseInto Base Metal
IsothemalSolidification
Melt Braze MetalAnd Hold At
Temp
SolidifyBraze Alloy
Reheat BelowMelting Temp
to Diffuse Alloy
Method 1
Method 2
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 228
Nickel Braze - Isothermal SolidificationAWS Welding Handbook
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 229
AWS Welding Handbook
Nickel Braze - Reheat for Diffusionحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 230
77
نفوذيفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 231
نفوذيفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 232
نفوذيفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 233
78
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته
Activated Diffusion Bonding• Surface coating changes difficult to bond interface into
easier to bond interface
M. Obrien et al. Weld J. Jan 1976 p.26
234
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته
Activated Diffusion Bonding• Achieve bond between high-strength iron with silver layer in
between– Plated iron with silver in a chemical process, so this was just a
silver-silver bond. Silver is easy to bond because silver oxide is not stable at elevated temperature
– Bond strength is 100 ksi, which is higher than 20 ksi yield strength of silver. Phenomena is called contact strengthening
235
Diffusion Bonding/Superplastic Forming
The sequence of operations in the fabrication of various structures by diffusion bonding and then superplastic forming of (originally) flat sheets.حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 251
79
Diffusion Bonding Applications
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 252
Friction welding-Friction heat caused by the motion of one surface against another enables plastic deformation and atomic diffusion at the interface
-Used by the automotive industry for decades in the manufacture of a range of components
-The weld is formed across the entire cross-sectional area of the interface in a single shot process
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 253
Advantages of friction welding• Narrow HAZ• Dissimilar metals can be joined• No fusion zone• Can be used under water • Very high reproducibility - an essential requirement for a mass production
industry• Excellent weld quality, with none of the porosity that can arise in fusion welding • environmentally friendly, because no fumes or spatter are generated, and there is
no arc glare or reflected laser beams with which to contend
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 254
80
اصطکاکی جوشکاري §جوشکاري حالت جامداز دو قطعه، یکی ساکن و دیگري در حال گردش حول محور خود است §در حین جوشکاري و با ایجاد اصطکاك بین سطوح درکیر دو قطعه، باید در §
زمان هاي مناسب فشار کافی اعمال شود
§ HAZ جوشکاري ریزدانه استبه دلیل زمان سرد شدن کوتاه، سختی باال در فوالدهاي سختی پذیر، قابل §
دستیابی است
ناحیه جوشکاري باریک است، ناحیه ذوبی وجود ندارد و فلزات غیر مشابه به §راحتی قابل جوشکاري است
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 255
اصطکاکی جوشکاري §جوشکاري حالت جامد
سه نوع جوشکاري اطصکاکی وجود دارد؛ §§ direct drive FRW
§ inertia FRW
§ combined FRW
پارامترهاي جوشکاري؛ شود انتخاب مدور و متقارن هاي لبه باید جوش طراحی در §باشد مناسب اندازه داراي و قوي باید قطعات نگهدارنده §شود می جوش شدن عریض موجب قطعات گردش سرعت کاهش §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 256
اصطکاکیفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 257
81
اصطکاکیفرایند جوشکاري
مزایا؛
اتصال مواد غیر مشابه§منطقه متاثر از حرارت باریک§صرفه جویی در مصرف مواد اولیه§عدم نیاز به فالکس، گاز محافظ و فلز پرکننده§سرعت تولید باال§حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفتهقابلیت اتوماتیک کردن فرآیند§ 258
اصطکاکیشمایی از مراحل فرآیند جوشکاري§
اصطکاکیفرایند جوشکاري تغییرات پارامترهاي مؤثر در طی §
جوشکاري اصطکاکی
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 259
اصطکاکیفرایند جوشکاري vمراحل مختلف در طی ایجاد حرارت در جوشکاري اصطکاکی
اصطکاك در فصل مشترك سطوح در تماس و ایجاد منطقه خمیري§
ماده خمیري رفتاري نظیر ماده ویسکوز نشان می دهد §
افزایش وسعت منطقه ویسکوز و جابجا شدن شعاعی بطرف داخل §
قطعه متحرك متوقف شده و الیه ویسکوز بیشتر سطح تماس را می پوشاند §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 260
82
اصطکاکیفرایند جوشکاري کاربرد جوشکاري اصطکاکی §
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 261
اصطکاکیفرایند جوشکاري
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 262
اصطکاکیفرایند جوشکاري کاربرد جوشکاري اصطکاکی §
در صنعت خودروجوشکاري اصطکاکی اغتشاشی§
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 263
83
جوشکاري اصطکاکی
. است استوار گرمایی انرژي به مکانیکی انرژي تبدیل اساس بر روش این روي بر آنها از یکی سریع دورانی حرکت ایجاد با و کرده نزدیک هم به را اتصال مورد قسمت دو روش این در
اتصال هاي لبه در پالستیسیته حالت موجب که شده تولید زیادي گرماي قطعه، دو اصطکاك و مالش و دیگري . شود می. شود می ایجاد اتصال و روند می فرو هم در قطعات نهایی شده اعمال فشار با حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 264
برآمدگی داراي میکروسکوپی مقیاس در سطوح الیه آن بر عالوه و هستند هایی فرورفتگی و ها
روي بر دیگر هاي ناخالصی یا و نازك اکسیدي طور به سطوح هرگاه . است شده پوشیده سطح چسبندگی نیروينگیرند قرار هم کنار در کامل نتیجه در و نشده برقرار آنها بین مولکولی بین
جوشکاري در اصلی هدف گیرد نمی انجام اتصال و ها ناهمواري این نمودن برطرف اصطکاکی سطح دو اتصال براي فشار اعمال و ها ناخالصی.است
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 265
همزمان روند، می بین از و کرده برخورد بهم بلند نقاط شوند می مالیده هم روي بر معین فشار با سطح دو که هنگامی چسبندگی یا باند یک ترتیب بدین و می گیرند قرار یکدیگر با تماس در فلز سطح دو و شده برداشته اکسیدي الیه می وجود به تر تازه باند یک و شده بریده چسبندگی ،این حرکت ادامه با آید می وجود به ) (Seizures موقت. یابد می افزایش سطح حرارت درجه تدریج به و شده تبدیل حرارتی به مکانیکی انرژي ترتیب بدین آید
فرم تغییر و یافته کاهش فشاري استحکام بنابراین سرعت به برآمده نقاط گیرد، می انجام تر راحت پذیري می قرار کامل چسبندگی حالت در سطوح و شده محو از بیشتر تولیدي حرارت نرخ که این فرض با گیرند حالت و رفته باالتر حرارت درجه باشد فروکشی حرارت
استحکام که جایی تا ،شود می بیشتر نیز پالستیکی زیر سطح و نیست فشاري نیروي تحمل به قادر فشاري و روند می فرو هم در ها لبه و شده تر گسترده فشار.گردند می بر بیرون به کمی حتی در قطعه دو از یکی کم دسته چرخشی حرکت خاطر به
داشته اي دایره مقطع سطح بایست می اتصال محلحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته . باشد 266
84
:جوشکاري اصطکاکی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شودInertia friction جوشکاري اصطکاکی لحظه اي) الفContinuous drive friction جوشکاري اصطکاکی مداوم) ب
البته امروز روش هاي پیشرفته که ترکیبی از دو تکنیک باالست به کار می رود هر دو نوع جوشکاري می تواند. بدون توقف و به طور کامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهاي عملیاتی را از قبل برنامه ریزي نمود
FRW ماده هیچ زیرا باشد می جالب اي پروسه داد تطبیق اصطکاکی جوش ماشین با شکل و اندازه نظر از را آنها بتوان که قطعاتی براي filler باشد نمی الزم گاز با حفاظت آلیاژي و ساده کربنی فوالد جوشکاري براي مثالً و ندارد الزم کننده پر یا.
.است صرفه به مقرون انبوه تولیدات براي و دارد باالیی کیفیت روش این از آمده بدست جوش تطبیق و پروسه این گسترش باعث که داد انجام حرکت با چرخش جاي به را اصطکاکی جوشکاري توان می شده انجام هاي پیشرفت با
. است شده پروسه این با متنوع قطعاتحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 267
می زمان و چرخش سرعت اعمالی، نیروي قبیل از عملیاتی پارامترهاي قبول قابل جوش یک تولید براي با تماس در را سطوحتا باشد بزرگ کافی مقدار به باید اعمالی نیروي . کند تغییر اي گسترده رنج در تواند
نیروي . برسد حداقل به سطوح اکسیداسیون که باشد اي گونه به باید هم عملیات زمان . دارد نگه یکدیگر نیروي دیگر طرف از گردد میسطوح مناسب اتصال عدم به منجر که کند می ایجاد کمتري حرارت ناکافی .شود می فلز دو شدن ذوب به منجر که کند می تولید زیادي حرارت اندازه از بیش
اجازه تا باشد کافی اندازه به باید زمان مرکزي هاي بخش به گرمایی رسانش کمتري نسبی حرکت داراي که سطوح از بدهد را باشند می حرارت تولید براي منجر گرمادهی زمان افزایش دیگر طرف گسترش و اتصال مقطع سطح افزایش به
طور به جوش طرف دو درHAZمنطقه.شود میغیرعادي
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 268
انرژي کلی طور به و کمتر الکتریکی انرژي مصرف ، محافظ گاز و کننده پر ماده ، ) روانساز ( فالکس به نیاز عدم تر ریز هاي دانه داراي و باریک Haz منطقه ، الکتریکی قوس بدون و تمیز نسبتا جوشکاري عملیات ، نیاز مورد. شود می محسوب روش این مزایاي از اصلی فلز به نسبت حتی
.باال از محدودیتهاي این روش است مصرفی نسبتااي ه هزینه گرد بودن یکی از قطعات وحمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 269
85
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 270
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 271
Variations of friction welding
• Rotary Friction Welding• Linear Friction Welding• Friction stir welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 272
86
Direct or continuous drive
Pre-determined time of motion determined by the size and type of material
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 273
Inertia friction weldingOne of the work pieces is connected to a flywheel and the other is restrained from rotating
Flywheel used to provide energy and is disengaged before the work pieces are pushed together
Less drive power required than with direct drive welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 274
Linear friction welding
±1-3mm
Frequency 25-125Hz
Maximum axial force150kN
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 275
87
Friction surface / Friction stir welding
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 276
Steps in friction stir welding• A non-consumable rotating tool is pushed into the
materials to be welded and then the central pin, or probe, followed by the shoulder, is brought into contact with the two parts to be joined.
• The rotation of the tool heats up and plasticises the materials it is in contact with and, as the tool moves along the joint line, material from the front of the tool is swept around this plasticised annulus to the rear, so eliminating the interface.
حمید منتظرالقائم -جوشکاري پیشرفته 277