فهم أنواع اللحام الاحتكاكي المختلفة

1. اللحام الاحتكاكي التقليدي

يُصنف اللحام بالاحتكاك وفقًا لشكل الحركة النسبية، وينقسم إلى لحام الاحتكاك الدوار ولحام التحريك بالاحتكاك.

(1) اللحام بالاحتكاك الدوراني

تتمثل خاصية اللحام بالاحتكاك الدوراني في أن قطعة عمل واحدة على الأقل (أو حلقة) تدور حول محور عمودي على سطح الوصلة أثناء عملية اللحام. يُستخدم هذا النوع من اللحام الاحتكاكي بشكل أساسي في لحام قطع العمل ذات المقطع العرضي الدائري (ويمكن استخدامه أيضًا لقطع العمل غير الدائرية المقطع العرضي من خلال التحكم في الطور)، وهو حاليًا أكثر أشكال اللحام الاحتكاكي استخدامًا وتنوعًا.

استنادًا إلى الخصائص الدورانية لقطع العمل، يمكن تقسيم اللحام بالاحتكاك الدوراني إلى لحام الاحتكاك المستمر بالمحرك، ولحام الاحتكاك بالقصور الذاتي، ولحام الاحتكاك الدوار الهجين، إلخ.

1) لحام الاحتكاك الاحتكاكي المستمر.

لحام الاحتكاك بالمحرك المستمر هو أكثر أنواع اللحام الاحتكاكي شيوعًا. وتتمثل خصائصه في أن قطعة العمل الدوارة متصلة مباشرةً بظرف عمود الدوران، ويتم تركيب قطعة العمل غير الدوارة على ظرف لوحة دعم الغُرَاب المتحرك الهيدروليكي. أثناء اللحام، يتم دفع اللوحة الخلفية للغُرَاب المتحرك إلى الأمام، مما يجعل قطع الشُّغْلَة متلامسة تحت ضغط ثابت أو متزايد.

عندما يسخِّن المغزل الدوَّار قطعة العمل إلى درجة حرارة اللحام من خلال الاحتكاك، يتوقف المغزل عن الدوران، ويبدأ التشكيل، ويكتمل اللحام. في اللحام الاحتكاكي بالدفع المستمر، تستمر الشُّغْلَة في الدوران تحت تأثير الجهاز الدوَّار والدفع المستمر حتى قبل بدء التشكيل، كما هو موضَّح في الشكل 5-166 أ.

• أ) لحام الاحتكاك الاحتكاكي المستمر
• ب) اللحام الاحتكاكي بالقصور الذاتي
• ج) اللحام بالاحتكاك الشعاعي
• د) اللحام بالاحتكاك الخطي
• ه) لحام احتكاك الجنزير
• و) اللحام بالتحرير الاحتكاكي

 2) لحام الاحتكاك بالقصور الذاتي.

يتشابه مبدأ اللحام الاحتكاكي بالقصور الذاتي مع اللحام الاحتكاكي بالدفع المستمر، باستثناء أن اللحام الدوّار غير متصل مباشرةً بعمود الدوران، ولكنه متصل بعمود الدوران عبر دولاب الموازنة.

في بداية اللحام، يتم أولاً تسريع دولاب الموازنة والطرف الدوار للحام أولاً إلى سرعة معينة، ثم يتم فصل دولاب الموازنة عن المحرك الرئيسي، وفي نفس الوقت، يتحرك الطرف المتحرك للحام إلى الأمام. بمجرد تلامس اللحامات، يبدأ التسخين بالاحتكاك. أثناء عملية التسخين بالاحتكاك، يتم كبح دولاب الموازنة بواسطة عزم الاحتكاك، مما يقلل من سرعته تدريجيًا حتى يصل إلى الصفر، وعند هذه النقطة تنتهي عملية اللحام.

يستخدم اللحام الاحتكاكي بالقصور الذاتي طريقة تخزين الطاقة بالقصور الذاتي (مثل دولاب الموازنة) لتجميع الطاقة لتسخين الوصلة، كما هو موضح في الشكل 5-166 ب، حيث توفر الطاقة الحركية لدولاب الموازنة الذي يدور بحرية كل الحرارة المطلوبة للحام.

 3) اللحام بالاحتكاك الدوّار الهجين.

اللحام بالاحتكاك الدوّار الهجين هو مزيج من اللحام بالاحتكاك بالدفع المستمر واللحام بالاحتكاك بالقصور الذاتي. ويتميز هذا النوع من ماكينات اللحام بالقدرة على تطبيق قوة الكبح وعدم تطبيقها بعد فصل مصدر الدفع.

 (2) اللحام بالتحريك الاحتكاكي (FSW)

اللحام بالتحريك الاحتكاكي هو تقنية جديدة للربط في الحالة الصلبة تم اختراعها في عام 1991، وتعتبر إنجازًا علميًا وتكنولوجيًا هامًا من البحوث الأساسية إلى التطبيق العملي. وقد استُخدمت هذه التقنية في البداية في لحام سبائك الألومنيوم ثم طُبقت على نطاق واسع في لحام السبائك غير الحديدية المعادن مثل سبائك المغنيسيوم والتيتانيوم، وكذلك المواد غير المتشابهة.

الشكل 5-166 و هو رسم تخطيطي للحام بالتحريك الاحتكاكي. أثناء اللحام بالتحريك الاحتكاكي، يتم تثبيت قطعة العمل، ويتم اللحام بشكل أساسي بواسطة رأس التحريك. يتكون رأس التحريك من دبوس تقليب وحامل وأسطوانة.

في بداية اللحام، يدور رأس التحريك بسرعة عالية، ويقوم دبوس التحريك بالحفر بسرعة في درز صفيحة اللحام. يولد المعدن الملامس لدبوس التقليب حرارة بسبب الاحتكاك، مما يشكل طبقة رقيقة جدًا من اللدائن الحرارية.

عندما تخترق إبرة التحريك أسفل سطح اللحام، يتم بثق بعض المعدن من السطح. ونظرًا لتأثير الختم للكتف الأمامي والوسادة الخلفية، فمن ناحية، يحتك الكتف بسطح الصفيحة الملحومة، مما يولد حرارة مساعدة؛ ومن ناحية أخرى، ينتقل المعدن البلاستيكي الحراري المتكون باستمرار أمام رأس التحريك إلى الجزء الخلفي من رأس التحريك، مما يملأ التجويف الموجود خلفه.

طوال عملية اللحام، يكون تكوين وملء التجاويف مستمراً، ويخضع المعدن في منطقة اللحام لعمليات مثل البثق والتسخين الاحتكاكي والتشوه اللدنّي والانتقال والانتشار وإعادة التبلور.

 2. نوع جديد من اللحام بالاحتكاك

(1) لحام الاحتكاك الاحتكاكي من نوع المسار

إن خاصية اللحام بالاحتكاك من نوع المسار هي أن كل نقطة على سطح مفصل اللحام تتحرك في نفس المسار بالنسبة لنقطة على سطح مفصل لحام آخر. يمكن أن يكون مسار الحركة خطيًا أو غير خطي.

أثناء عملية اللحام، يتحرك أحد جانبي اللحام بالنسبة لسطح الجانب الآخر، الذي يتم تثبيته، تحت تأثير آلية من نوع المسار ويتم تطبيق ضغط محوري. مع تقدم حركة الاحتكاك، يتم تنظيف سطح الاحتكاك وتوليد حرارة الاحتكاك، ويصل المعدن الموجود على سطح الاحتكاك تدريجيًا إلى حالة اللزوجة البلاستيكية ويتشوه، ثم تتوقف الحركة ويتم تطبيق قوة التشكيل لإكمال اللحام.

يكسر اللحام الاحتكاكي من نوع المسار قيود اللحام الاحتكاكي الدوّار التقليدي الذي لا يمكنه لحام اللحامات الأسطوانية المقطع فقط، ويمكن لهذا النوع من اللحام الاحتكاكي لحام اللحامات المربعة والدائرية والمضلعة المقطع.

استنادًا إلى مسارات الحركة المختلفة، ينقسم اللحام بالاحتكاك من نوع المسار إلى لحام الاحتكاك الخطي ولحام الاحتكاك بالمسار، كما هو موضح في الشكلين 5-166 د و هـ.

 (2) اللحام الاحتكاكي المدمج

يستخدم اللحام بالاحتكاك المدمج مبدأ اللحام بالاحتكاك لتضمين مادة أكثر صلابة نسبياً في مادة أكثر ليونة.

يوضح الشكل 5-167 مبدأ عمل اللحام بالاحتكاك المدمج. وأثناء التشغيل، تتسبب الحرارة الاحتكاكية الناتجة عن الحركة النسبية بين اللحامين في حدوث تشوه لدن موضعي في المادة اللينة، وتتدفق المادة البلاستيكية عالية الحرارة إلى تجاويف المادة الصلبة المعالجة مسبقاً. يجبر الكتف المقيد المادة البلاستيكية عالية الحرارة على الالتفاف بإحكام حول مفصل المادة الصلبة. وعندما يتوقف الدوران وتبرد اللحامات، تتشكل وصلة موثوقة، ويتشابك جانبا اللحامات ميكانيكيًا.

يُستخدم اللحام بالاحتكاك المدمج حاليًا بشكل أساسي في وصلات المواد المهمة جدًا في صناعات مثل تطبيقات الطاقة والتفريغ والتطبيقات المبردة، مثل الألومنيوم والنحاس والألومنيوم والصلب والصلب والفولاذ والصلب. يمكن أيضًا استخدام اللحام الاحتكاكي المدمج لتصنيع مقاعد صمامات المحرك ونهايات التوصيلات وأغطية الضغط والوصلات الانتقالية للصفائح الأنبوبية، ويمكن استخدامه أيضًا في توصيل المواد المتصلدة بالحرارة والمواد البلاستيكية الحرارية.

 (3) لحام احتكاك الجسم الثالث الاحتكاكي

ويوضح الشكل 5-168 مبدأ عمل اللحام بالاحتكاك بجسم ثالث. تقوم مادة ثالثة ذات نقطة انصهار منخفضة بتوليد حرارة وتشوه بلاستيكي من خلال الاحتكاك في الفجوة بين الأجزاء المتصلة تحت عزم الضغط المحوري. يمكن للحركة الاحتكاكية النسبية أن تنتج تأثير تنظيف كافٍ، دون الحاجة إلى التدفق والجو الواقي الذي يمكن التحكم فيه. بعد التبريد، تتصلب مادة الجسم الثالث، وبالتالي تقفل الجزأين معًا لتشكيل وصلة موثوقة.

تُستخدم طريقة اللحام بالاحتكاك بالجسم الثالث بشكل أساسي للمواد التي يصعب لحامها، مثل السيراميك-السيراميك والسيراميك-المعدني والمركبات الحرارية-البلاستيكية الحرارية وما إلى ذلك، ويمكن استخدامها لتشكيل وصلات عالية القوة.

 (4) اللحام بالاحتكاك المتحكم في الطور

ينطوي اللحام بالاحتكاك المتحكم في الطور على التحكم في طور اللحام بعد اللحام أثناء عملية التسخين بالاحتكاك، من خلال دبوس ميكانيكي متزامن التركيب أو أنظمة القيادة المتزامنة، لمحاذاة الحواف الخلفية للحامات، أو تصحيح الاتجاه، أو تلبية متطلبات الطور. يتم استخدامه في لحام الأجزاء ذات المتطلبات الموضعية المحددة مثل الفولاذ السداسي الأضلاع، والفولاذ المثمن الأضلاع، ورفوف التحكم في السيارات.

 (5) اللحام الاحتكاكي الشعاعي

يتضمن اللحام بالاحتكاك الدوراني المذكور أعلاه ضغطًا محوريًا أثناء عملية اللحام، بينما يطبق اللحام بالاحتكاك الشعاعي ضغطًا شعاعيًا. ينطوي اللحام بالاحتكاك الشعاعي على شطف طرفي الأنبوبين المراد لحامهما، وإدخال مغزل بالداخل، ومحاذاة الأنبوبين وتثبيتهما معًا، ثم وضع حلقة صلبة ذات تركيبة مشابهة لتركيبة الأنبوبين في شطبة الوصلة. تحتوي هذه الحلقة على سطح مخروطي داخلي، وقبل اللحام، يجب أن يلامس السطح المخروطي الداخلي أولاً الجزء السفلي من الشطبة.

أثناء اللحام، تظل قطعة العمل ثابتة أثناء اللحام، وتدور الحلقة بسرعة عالية وتطبق ضغط الاحتكاك الشعاعي على طرفي الأنبوبين. بعد اكتمال تسخين الاحتكاك، يتوقف دوران الحلقة، ويتم تطبيق ضغط الحدادة العلوي على الحلقة للحامها بإحكام على طرفي الأنبوبين، كما هو موضح في الشكل 5-166 ج.

(6) تسطيح الاحتكاك

يوضح الشكل 5-169 مبدأ التسطيح الاحتكاكي في الشكل 5-169. يدور القضيب المعدني للتسطيح بالنسبة لقطعة الشغل n، وتدور المادة الأم (المادة الأساسية) أيضًا بسرعة n2. وتحت تأثير الضغط P، يولد القضيب والمادة الأساسية حرارة بسبب الاحتكاك. نظرًا لأن المادة الأساسية ذات حجم كبير وتبرد بسرعة، ينتقل معدن التسطيح إلى المادة الأساسية مكونًا لحام تسطيح.

 1-تسطيح قضيب معدني 2-تسطيح قطعة العمل 3-تسطيح اللحام

يعتبر التسطيح الاحتكاكي مناسبًا لربط المواد غير المتشابهة، خاصةً أن معدن اللحام السطحي يتميز بتشوه شبكي عالٍ وحبيبات دقيقة وصلابة جيدة، مما يجعله مناسبًا للتسطيح السطحي.

(7) اللحام بالاحتكاك الفائق البلاستيك

يتم تصنيف اللحام بالاحتكاك فوق البلاستيك وفقًا لخصائص عملية اللحام. وهو ينطوي على تدابير تحكم للحفاظ على منطقة اللحام في حالة فائقة البلاستيك أثناء عملية اللحام. وتتمثل ميزته في أنه يمكن أن يتجنب تكوين مركبات بينية معدنية صلبة وهشة في درجات الحرارة العالية ويحافظ على حالة المعالجة الحرارية للمادة الملحومة. وهو مناسب لربط المعادن غير المتشابهة التي يصعب لحامها ويمكن استخدامه أيضًا للربط الفعال للمعادن الخاصة.