دستگاه جوش سر به سر میلگرد -کاربرد ها

کاربردهای جوش سربه سر میلگرد:

-اتصال میلگرد های ستونها در سازه های بتنی

-اتصال میلگرد های فونداسیونها

-اتصال میلگرد ها در سبد بافی وشمع ها در طول و تیپهای گوناگون

-اتصال میلگرد های ضایعاتی وپرت

-اصلاح واتصال بولتهای شکسته و آسیب دیده

-اتصال میلگرد های دیوارهای برشی

-اصلاح و افزایش طول ریشه های کوتاه

-اتصال میلگرد های به کار رفته در تیر برق ها

جوش اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:

الف) جوشکاری اصطکاکی لحظه ای Inertia friction

ب) جوشکاری اصطکاکی مداوم Continuous drive friction

البته امروز روش های پیشرفته که ترکیبی از دو تکنیک بالاست به کار می رود هر دو نوع جوشکاری می تواند بدون توقف و به طور کامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود.

جوشکاری اصطکاکی لحظه ای:

فرم لحظه ای جوشکاری اصطکاکی چرخشی شامل یک قطعه کار گیرداده شده به یک سه نظام متصل به چرخ دوار سنگین می باشد سرعت چرخش چرخ دوار به وسیله جوش های آزمایشی و استاندارد و یا از طریق فرمول های در دسترس بدست می آید. بعد از رسیدن به سرعت موردنیاز چرخ دوار از موتورها جدا می شود و قطعه کار در حال چرخش تحت نیروی فشاری به قطعه کار ساکن متصل می شود. با تماس دو سطح انرژی جنبشی چرخ دوار از طریق اصطکاک به حرارت تبدیل می شود و به محض اینکه سرعت کاهش یافت گرمای تولیدی در سطوح هم کاهش می یابد و بجای آن گرما از طریق رسانش در قطعات پراکنده می شود با افزایش سطح مقطع تماس گشتاور در جهت مخالف شروع به افزایش می کند و سبب توقف ناگهانی حرکت دورانی چرخ دوار می شود و جوش در حالت جامد تشکیل می گردد در این مرحله یک نیروی اضافی باعث افزایش سطح مقطع اتصال شده و کیفیت خواص مکانیکی جوش را بهبود می بخشد، انرژی موردنیاز برای یک عملیات به اندازه، شکل، وزن قطعه و سرعت چرخش چرخ دوار بستگی خواهد داشت اثر انرژی کل چرخ دوار، نیرو، سرعت بر الگوی گرمایی ایجاد شده در سطوح اتصال در شکل 1 نشان داده شده است.

جوشکاری اصطکاکی به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:

الف) جوشکاری اصطکاکی لحظه ای Inertia friction

ب) جوشکاری اصطکاکی مداوم Continuous drive friction

البته امروز روش های پیشرفته که ترکیبی از دو تکنیک بالاست به کار می رود هر دو نوع جوشکاری می تواند بدون توقف و به طور کامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود.

جوشکاری اصطکاکی لحظه ای:

فرم لحظه ای جوشکاری اصطکاکی چرخشی شامل یک قطعه کار گیرداده شده به یک سه نظام متصل به چرخ دوار سنگین می باشد سرعت چرخش چرخ دوار به وسیله جوش های آزمایشی و استاندارد و یا از طریق فرمول های در دسترس بدست می آید. بعد از رسیدن به سرعت موردنیاز چرخ دوار از موتورها جدا می شود و قطعه کار در حال چرخش تحت نیروی فشاری به قطعه کار ساکن متصل می شود. با تماس دو سطح انرژی جنبشی چرخ دوار از طریق اصطکاک به حرارت تبدیل می شود و به محض اینکه سرعت کاهش یافت گرمای تولیدی در سطوح هم کاهش می یابد و بجای آن گرما از طریق رسانش در قطعات پراکنده می شود با افزایش سطح مقطع تماس گشتاور در جهت مخالف شروع به افزایش می کند و سبب توقف ناگهانی حرکت دورانی چرخ دوار می شود و جوش در حالت جامد تشکیل می گردد در این مرحله یک نیروی اضافی باعث افزایش سطح مقطع اتصال شده و کیفیت خواص مکانیکی جوش را بهبود می بخشد، انرژی موردنیاز برای یک عملیات به اندازه، شکل، وزن قطعه و سرعت چرخش چرخ دوار بستگی خواهد داشت اثر انرژی کل چرخ دوار، نیرو، سرعت بر الگوی گرمایی ایجاد شده در سطوح اتصال در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1

جوشکاری اصطکاکی پیوسته:

در این نوع جوشکاری مانند جوشکاری اصطکاکی لحظه ای یک قطعه کار به یک سه نظام متصل به موتور گیر داده شده است که به طور پیوسته با یک سرعت ثابت و زمان مشخص می چرخد به طور معمول یک نیروی فشاری کنترل شده اولیه برای ایجاد اصطکاک بر سطوح تماس وارد می شود. هنگامی که حرارت کافی تولید شد قطعه کار در حال چرخش به وسیله ترمز متوقف می شود و نیروی بیشتر نهایی برای افزایش سطح مقطع تماس اعمال می گردد به دلیل گستره وسیع تغییرات پارامترهای عملیاتی جوشکاری اصطکاکی مداوم، برای اتصال مقاطع خیلی بزرگ و یا بی نهایت کوچک کاربرد دارد به عنوان مثال ماشینی که برای جوشکاری شفت ها و تیوپ های با قطر بزرگ با سطح مقطع در حدود 1480cm² استفاده می شود دارای ظرفیت نیروی20MN می باشد و برعکس وقتی جوشکاری اصطکاکی در مقیاس میکرو باشد پارامترها به سمت مقادیر متفاوت سوق می یابد به عنوان مثال سرعت زاویه ای باید چندین برابر سرعت مورد نیاز برای قطعات با اندازه متوسط باشد (اغلب در حدود 300 m/min) وقتی وایرها با سطح مقطع بسیار کم جوشکاری سر به سر می شوند (با قطر 2mm) سرعت چرخشی باید در حدود 47000rpm باشد همچنین وایرها با قطر کوچکتر از 1mm به طور موفقیت آمیز جوشکاری اصطکاکی می شوند ولی سرعت چرخش باید تا حدود 125000rpm باشد.

برای رسیدن به سرعت چرخشی مورد نیاز در جوشکاری اصطکاکی با مقیاس میکرو در ماشین ها از یک توربین هوایی برای چرخاندن سه نظام استفاده می شود نیروی فشاری در اتصالات با اندازه میکرو سیر صعودی دارد که نیروی نهایی فورج ممکن است فقط 135 lbs. باشد کل زمان گرمادهی و جوشکاری برای انجام یک جوش میکرو معمولاً کمتر از یک ثانیه است.

جوشکاری اصطکاکی شعاعی:

برای اتصال درزها و لوله و میله های فولادی این روش با استفاده از حلقه های فولادی مصرف شدنی انجام می شود که در شکل 2 نشان داده شده است. در این روش لازم نیست که دو قطعه که به هم اتصال می یابند دوران کنند و تنها حلقه می چرخد بعد از آن که حلقه شروع به چرخش کرد خودش و سطوح آماده قطعه کار که در تماس هستند به دمای ذوب می رسند پس یک نیروی فشاری بالا به طور شعاعی بر حلقه اعمال می شود. که موجب جوش اصطکاکی این فلز با دو قطعه کار می شود حلقه می تواند در شیارهای درز از بیرون فورج شود( شکل 2) و یا می تواند درون درز اتصال در لوله ها و تیوپ نصب شود و دوران کند که این امر مستلزم انبساط شعاعی است. این تکنیک FRW در واقع اتصال طول های بلند به خصوص زمانی که دو راستا نیاز دارند که با سرعت های بالا دوران کند با صرفه است. اگر راستای قطعات کار مستقیم و راست نباشد یا قطعات دچار تغییر فرم هایی به اشکال خاص و ویژه در راستای طولشان شوند باز هم امکان وارد کردن و قرار دادن یک توپی قابل انبساط داخلی برای بالا بردن نیروی فشار شعاعی در مدت عملیات وجود دارد.

شکل 2

شکل های دیگری از جوشکاری اصطکاکی:

مزایا جوشکاری اصطکاکی باعث شده است تا لابلاتوآرهای توسعه دهنده ماشین های جوشکاری اصطکاکی شروع به آزمایش با فرم های مختلف از حرکت لغزشی(sliding motion) برای تولید حرارت اصطکاکی برای جوشکاری کنند. این کوشش ها معطوف به مواردی بوده که شکل فیزیکی یا طول قطعه کار را با اشکال "inertia – drive" و "direct – drive" نمی توان تطبیق داد. آزمایش هایی که در این زمینه انجام شده در حدود نیم دوجین "half –dozen" حرکت مختلف را که در زیر تعدادی نام برده می شود، را نشان می دهد. " شعاعی radial"، مداری orbital"، سطحی surfacing"، رفت و برگشت خطی reciprocating linear ، "Co – extrusion" و "hydropillar". توسعه این حرکت ها به خاطر مشکلات عملی طراحی ماشین و عملیات به کندی صورت می گیرد. یک پروسه جدید که بطور اقتصادی به کار گرفته شده است "radial Fraction welding" نامیده می شود.  بعضی دیگر نزدیک به تکمیل عملیات هستند و ماشین های آنها در حال ساخت است.

قابلیت FRW برای جوش فلزات غیرمتشابه:

قابلیت جوشکاری اصطکاکی در جوش دادن قطعات غیرهم جنس سبب استفاده وسیع آن در صنعت شده است . در مورد جوش بعضی از فلزات به فولاد ممکن است برخی ترکیبات متالورژیکی مضر در حین انجام پروسه به وجود آید. چون پروسه جوشکاری در حالت جامد است و در فصل مشترک مذاب نداریم لذا این پروسه برای جوش دادن فلزات و آلیاژها به فولاد مناسب است.  به عنوان مثال می توان از توانایی جوش FRWآلومینیم به فولاد نام برد. از آنجا که ذوب و در نتیجه نفوذ وجود ندارد پس ترکیبات بین فلزی مضر هم نداریم در مورد بعضی از فلزات نامتشابه این پروسه به وسیله یک لایه بافر یا میانی سازگار با هر دو فلز انجام می شود. لایه بافر از جنس کروم، نیکل و نقره در مورد جوش فلزات به فولاد به خوبی مورد استفاده قرار گرفته است. لایه بافر را می توان توسط electroplating و یا اعمال تکه جامد به انتهای یکی از قطعات اعمال کرد. در مورد جوشکاری فولادهای سختی پذیر ،پیش گرم کردن می تواند راه حل مناسب جهت افزایش خواص مکانیکی (داکتیلیتی و انعطاف پذیری) در شرایط جوش باشد اما بیشتر ترجیح داده می شود که قطعات را پس از جوشکاری عملیات حرارتی کنیم به علت آن که باعث بازیابی ساختار اولیه می شود. این عملیات حرارتی به طور موضعی در منطقه جوش صورت می گیرد.

ترک های سرد احتمالی که در فرآیند FRW ممکن است بروز کند به دو دلیل است:

1-     به علت افزایش هیدروژن در مناطق جوشکاری شده که باعث بروز ترک هیدروژنی سرد می شود.

2-     ساختارهای منجمد شده که پس از جوشکاری مستعد به ترک سرد هستند.

این ترک های هیدروژنی از مرکز جوش شروع شده و به طور متعامد به سمت خارج منطقه جوش گسترش می یابند.

منطقه جوش حاصل از فرآیند FRW باریکتر از منطقه جوش حاصل از سایر مکانیزم های جوشکاری است که دلیل آن زمان جوشکاری کوتاه تر در اثر تبدیل انرژی مکانیکی به حرارتی در منطقه جوشکاری است.

مواد مناسب برای قرار گرفتن تحت جوشکاری اصطکاکی:

به طور کلی جوشکاری اصطکاکی پروسه مناسب برای اتصال فولادها می باشد و مزایای متالوژیکی مناسبی از خواص را ارائه می دهد. هر فولادی که قابلیت فورج داغ داشته باشد می‌تواند جوشکاری اصطکاکی شود همچنین بسیاری از فلزات غیرمتشابه می تواند به فولاد جوش داده شود اگر فولاد مقادیر بیشتری از میزان معینی عناصر آلیاژی و عناصر باقی مانده داشته باشد سختی، نرمی خمشی و تافنس شکست مناسب در شرایط جوش ایجاد می شود البته تاکنون فرمول مشخصی برای ارزیابی ترکیبات مناسب فولادی برای تأمین خواص استحکام، سختی، نرمی و چقرمگی مناسب ارائه نشده است.

خصوصیات مکانیکی جوش های اصطکاکی:

خصوصیات مکانیکی جوش های اصطکاکی در فولادها به گستردگی سایر فرآیندها مورد بررسی و آزمایش قرار نگرفته است. از جمله خصوصیات جوش FRW می توان به استحکام، کیفیت خوب که البته وابسته به ترکیب فولاد و ریزساختار حاصل از سرعت سرد شدن پس از جوشکاری است اشاره کرد. به طور معمول استحکام جوش های ایجاد شده مناسب بوده ولی چقرمگی گاهی اوقات نگران کننده است شکل  3نمایی از پارامترهای اصلی فرآیند برای هر نوع جوش اصطکاکی را نشان می دهد:‌

شکل 3

تجهیزات بیشتری که امروزه برای بدست آوردن جزئیات اطلاعات در زمان جوشکاری که شامل مقدار گشتاور، سرعت مصرف انرژی و کاهش سرعت ،موجود است. استفاده از داده های کامپیوتری در همان زمان اجازه آنالیز فوری را می دهد و یک میکروپروسور در مورد قطعات ویژه، تابع بحرانی را کنترل می کند که با این روش خواص مکانیکی قطعات جوش خورده بهینه می شود (optimaized) اطلاعات بوسیله تجهیزات ماشین "direct – drive" جمع آوری می شوند که دستورات اولیه برای ساخت یک جوش با انعطاف پذیری و تافنس قابل قبول به آن داده شده است.

مقدار انرژی ضربه ای جذب شده را با جوشکاری با سرعت چرخش پایین و کاهش شتاب از زمان رها کردن کلاچ تا توقف کامل می توان بهبود بخشید.

این بهسازی در تکنیک عملیات به صورت تأثیر یک کار داغ ناچیز ظاهر می شود که منجر به یک میکروساختار آستنیته شده،‌ که در هنگام سرد شدن تبدیل به یک میکروساختار ریز می شود بنابراین تافنس بهبود می یابد. نوآوری دیگری در تکنیک FRW که موجب بهبود تافنس جوش در فولاد می شود "twist post rotational" نامیده می شود بررسی ها نشان می دهد که "twisting" در یک قطعه تازه جوش داده شده،‌ یک مقدار کم،‌ کار پلاستیک اعمال می کند. این تغییر شکل کوچک منجر به استحاله آستنیت به ساختار فریت ریز سوزنی در هنگام سرد کردن می شود.توسعه بهبود بخشی تافنس با این نوع از ریز ساختار؛ برای این که مقدار فاق "V-sharpy" به بالای مینیمم تهیه شده ،در این نوع فولاد نورد گرم شده برسد؛ می تواند کافی باشد اما فولاد باید ترکیبی را که برای جوشکاری اصطکاکی مطلوب است، را داشته باشد مقدار "twisting" مورد نیاز برای ایجاد بهبودی تافنس، کم و در حدود 15 درجه است. این پروسه باید فوراً بعد از جلوگیری از چرخش قطعه کار، زمانی که هنوز ساختار آستنیته داریم انجام شود. تأخیر بیش از چند ثانیه عمل را بی ارزش می کند و منجر به ساختاری دوگانه در برخی از فولادها می شود twisting. در حدود 85 درجه بدون هیچ مشکلی در مطالعات انجام شده است