اللحام الاحتكاكي الحركي (إف إس دبليو) أواللحام الاصطكاكي: عملية ربط في الحالة الصلبة تستخدم أداة لا تُستهلك لضم مشغولتين متقابلتين دون صهر مادة المشغولة. تتولد الحرارة بالاحتكاك بين الأداة الدوارة ومادة المشغولة، ما ينتج منطقة طرية قرب أداة اللحام الاحتكاكي الحركي. مع انتنطق الأداة على امتداد خط الوصل، تمزج ميكانيكيًّا بترتي المعدن، وتشكل المعدن الساخن المطرّى بالضغط الميكانيكي المطبق بواسطة الأداة، بشكل مشابه لضم الصلصال أوالعجين. استُخدمت العملية بشكل أساسي على الألمنيوم المبثوق وخاصةً في الهياكل التي بحاجة قوى لحام كبيرة جدًّا. يستطيع اللحام الاحتكاكي الحركي ربط خلائط الألمنيوم، وخلائط النحاس، وخلائط التيتانيوم، والفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ المقاوم للصدأ، وخلائط المغنيسيوم. وصار يُستخدم حديثًا بنجاح في لحام البوليمرات. أيضًا، تحقق حديثًا ربط المعادن غير المتشابهة كالألمنيوم مع خلائط المغنيزيوم بواسطة اللحام الاحتكاكي الحركي. يمكن إيجاد تطبيقات اللحام الاحتكاكي الحركي في بناء السفن الحديثة، والقطارات، وفي مجال الطيران.

اختُرع وأُثبت تجريبيًّا في معهد اللحام (تي دبليوآي) في المملكة المتحدة في ديسمبر عام 1991. امتلك معهد اللحام براءات اختراع العملية، التي كانت أولاها أكثر تفصيلًا في الشرح.

مبدأ العمل

تغذى أداة أسطوانية دوارة ذات مسبر مشطوف على وصلة تناكبية بين مشغولتين متلاصقتين، حتى يلامس «الكتف» -الذي يملك قطرًا أكبر من رأس المسبر- سطح المشغولتين.قد يكون المسبر أقصر بقليل من عمق اللحام المطلوب، عند ركوب كتف الأداة على سطح المشغولة. بعد فترة توقف قصيرة، تُحرك الأداة إلى الأمام على امتداد خط الوصل وفق سرعة اللحام المحددة مسبقًا.

تتولد حرارة الاحتكاك بين الأداة المقاومة للاهتراء والمشغولتين. تسبب هذه الحرارة -إلى جانب الحرارة المتولدة من عملية المزج الميكانيكي والحرارة الكظيمة (الأديباتية) ضمن المادة- تطرية المواد المصطكة دون انصهار. بتحرك الأداة إلى الأمام، يجبر الشكل الجانبي الخاص للمسبر المادة المتلدنة على الانتنطق من الوجه القائد إلى الخلف، حيث تساعد القوى الكبيرة في تعزيز منطقة اللحام المشكلة.

تؤدي عملية انتنطق الأداء هذه على خط اللحام في محور أنبوبي من المعدن الملدن إلى تشوه كبير في الحالة الصلبة يتضمن إعادة تبلور ديناميكية لمادة الأساس.

خواص البنية الصغرية

بسبب طبيعة الحالة الصلبة في عملية اللحام الاحتكاكي الحركي، بالإضافة إلى شكل الأداة غير المعتاد ونظام السرعة غير المتناظر، تنتج بنية صغرية شديدة التميز. يمكن تفصيل البنية الصغرية بتقسيمها إلى المناطق التالية:

• منطقة التحريك (تعهد أيضًا باسم منطقة إعادة التبلور الديناميكي): هي منطقة من المادة المشوهة بشدة، توافق إلى حد ما مسقط رأس الأداة أثناء اللحام. تكون الحبيبات في منطقة التحريك متساوية الأبعاد تقريبًا في جميع الاتجاهات، وغالبًا ما تكون أصغر بمرتبة عددية من حبيبات في المادة الأم. من خصائص منطقة التحريك الفريدة شيوع وجود عدة حلقات متحدة المركز. وهوما يسمى أحيانًا بنية «حلقات البصل». لم يُعهد بدقة أصل هذه الحلقات. مع حتى هناك من اقترح تغيرات كثافة عدد الجزيئات، وحجم الحبيبة، والبنية السطحية (الملمس) باعتبارها أسبابًا محتملة.

• تقع منطقة ذراع التدفق على السطح العلوي للحام، وتتألف من المادة المزاحة بواسطة الكتف من الجانب المتأخر من الوصلة اللحامية، حول خلف الأداة، إلى الجانب المتقدم.

• تحدث المنطقة المتأثرة ترموميكانيكيًّا على أي من جانبي منطقة التحريك. في هذه المنطقةقد يكون جميع من الانفعال ودرجة الحرارة أقل؛ لذاقد يكون أثر اللحام على البنية الصغرية أقل. على عكس منطقة التحريك، من الممكن ملاحظة حتى البنية الصغرية هي نفسها للمادة الأم، غير أنها مشوهة بشكل ملحوظ ومُدارة. مع حتى مصطلح المنطقة المتأثرة ترموميكانيكيًّا يشير عمليًّا إلى المنطقة المشوهة بأكملها، فإنه يستخدم غالبًا لوصف المنطقة خارج منطقتي التحريك وذراع التدفق.

• المنطقة المتأثرة حراريًّا شائعة في جميع عمليات اللحام. وكما يشير الاسم، تخضع هذه المنطقة لدورة حرارية لكنها لا تتشوه أثناء اللحام. درجات الحرارة أقل منها في المنطقة المتأثرة ترموميكانيكيًّا لكن يمكن حتىقد يكون لها أثر فعال إذا كانت البنية الصغرية غير مستقرة حراريًّا. في الواقع، في خلائط الألمنيوم المقساة جزيئيًّا تملك هذه المنطقة عادةً أسوأ الخواص الميكانيكية.

المزايا والحدود

تؤدي طبيعة الحالة الصلبة للحام الاحتكاكي الحركي إلى مزايا عديدة عن طرق اللحام بالصهر، إذ تتفادى هذه الطريقة مشاكل التبريد من الحالة السائلة. لا تنشأ مشاكل كظاهرة المسامية وإعادة توزيع المحاليل والتصدع الناتج عن التصلب والتصدع الناتج عن الإسالة في اللحام الاحتكاكي الحركي. عمومًا، وُجد حتى اللحام الاحتكاكي الحركي ينتج عيوبًا بتراكيز قليلة، وهوشديد القابلية لتغير البارامترات والمواد.

لكن، يترافق اللحام الاحتكاكي الحركي مع عدد من العيوب الفريدة إذا لم يتم بشكل سليم. تؤدي درجات الحرارة غير الكافية عند اللحام، بسبب سرعات الدوران أوزيادة سرعة الانتنطق الخطي -على سبيل المثال- إلى عدم قابلية مادة الوصلة اللحامية للتكيف مع التشوه المكثف أثناء اللحام. يمكن حتى يؤدي ذلك إلى عيوب بأشكال أخدودية طويلة تسري على امتداد الوصلة اللحامية، وهي من الممكن حتى تحدث على السطح الخارجي أوتحت السطح. يمكن حتى تحد درجات الحرارة المنخفضة أيضًا من عملية الطرق المعدني التي تقوم بها الأداة؛ فتقلل استمرارية الرابطة بين المادة على جميع جانب من جوانب الوصلة اللحامية. أدى التلامس الخفيف للمادة على الجانبين إلى ظهور مصطلح «رابطة القبلة». هذا العيب مقلق بشكل خاص؛ لأنه قاسي الملاحظة باستخدام الطرق غير الهادمة كأشعة إكس أوالفحص بواسطة الأمواج فوق الصوتية. إذا لم يكن رأس الأداة طويلًا بما يكفي أوإذا ظهرت الأداة من فوق الصفيحة، فقد لا يحدث أي اضطراب على القابلة في أسفل الوصلة اللحامية ولا يحدث لها تشكيل معدني من قبل الأداة، ما يؤدي إلى عيب يدعى عدم الاختراق. وهذا يعني بشكل أساسي، يمكن حتى يشكل وجودُ ثلم في المادة -في ما بعد- مصدرًا محتملًا للشقوق الناتجة عن التعب.

يمكن تعريف عدد من المحاسن المحتملة للحام الاحتكاكي الحركي التي تجعله متفوقًا على عمليات لحام الصهر التقليدية:

• خواص ميكانيكية جيدة دون عمليات تالية للحام.
• تحسن في شروط السلامة لعدم وجود أبخرة سامة أوتناثر مواد منصهرة.
• عدم وجود مستهلكات، رأس ملولب خارجيًّا مصنوع من فولاذ الأدوات التقليدي، مثلًا فولاذ مقسى إتش 13، يمكنه لحام أكثر من كيلومتر (0.62 ميل) من الألمنيوم، دون الحاجة إلى مادة ملء ولا غلاف غازي للألمنيوم.
• يمكن أتمتتها بسهولة على آلات التفريز البسيطة، كلفة تأسيسية أقل وتدريب خاص أقل.
• يمكن حتى تعمل في جميع الوضعيات (أفقية، عمودية، ...إلخ) إذ لا توجد بركة لحام.
• يمكن حتى تستخدم مواد أرق مع الحصول على نفس قوة الوصلة.
• أثر بيئي منخفض.
• منافع عامة تخص الأداء والكلفة بسبب الانتنطق من الصهر إلى الاحتكاك.

لكن، هناك بعض المساوئ أيضًا للعملية:

• هجر ثقب خروج عند سحب الأداة.
• تتطلب العملية قوى ضغط كبيرة مع ملزمة قوية ضرورية لإبقاء الصفائح على تلاصق.
• أقل مرونة من العمليات اليدوية وعمليات اللحام بالقوس (صعوبات عند تغير السماكات والوصلات غير المستقيمة).
• غالبًا ما تكون معدلات التغذية أبطأ من بعض تقنيات اللحام بالانصهار، مع حتى ذلك يمكن حتى تعوضه الحاجة إلى أشواط لحام أقل.

انظر أيضًا

• لحام احتكاكي

مراجع

لحام احتكاكي حركي في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز