اللحام بالاحتكاك والتحريك: لحام منخفض التكلفة لألواح الفولاذ وغيرها من المواد عالية نقطة الانصهار

تاريخ النشر:

2025-06-11

طورت هوندا تقنية مناسبة للإنتاج الكمي للحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم بطريقة اللحام بالاحتكاك والتقليب، وطورت جامعة توهوكو اليابانية وشركة هيتاشي رأس تقليب من سبائك الكوبالت قادر على لحام الفولاذ والتيتانيوم والمعادن عالية نقطة الانصهار. في السابق، كان استخدام اللحام بالاحتكاك والتقليب (FSW: Friction Stir Welding) على مستوى الإنتاج الكمي مقتصراً فقط على المعادن منخفضة نقطة الانصهار مثل سبائك الألومنيوم وسبائك النحاس وسبائك المغنيسيوم، وقد بدأ الآن يتوسع ليشمل الفولاذ والمعادن الأعلى نقطة انصهار*1.

*1 تحت الضغط الجوي القياسي، نقطة انصهار الألومنيوم هي 660°م، والنحاس 1083°م، والمغنيسيوم 651°م. بينما الحديد يصل إلى 1539°م، والتيتانيوم يصل إلى 1727°م.

حرارة الاحتكاك تلين المعدن ليصبح لزجًا

اللحام بالاحتكاك والتحريك يعني استخدام رأس تحريك مزود بنتوء (إبرة تحريك) في الطرف العلوي الأسطواني، من فوق الجزء المراد لحامه من لوحين متقابلين (معدن أساس) أو لوحين متراكبين، بحيث يضغط رأس التحريك أثناء دورانه، للحام اللوحين معًا.

الحرارة الناتجة عن الاحتكاك بين إبرة التحريك الدوارة واللوح تجعل المعدن المحيط بإبرة التحريك يلين ويصبح لزجًا، وتُدخل إبرة التحريك الدوارة بذلك في اللوح. وبهذه الطريقة، يختلط المعدن الملدن حول إبرة التحريك معًا (يحدث تدفق لدن)، فيندمج لوحا المعدن في واحد، أو تتشكل رابطة معدنية على سطح التلامس بين لوحي المعدن، فيندمجان في واحد.

في السابق كان ينقص رأس التحريك المقاوم لدرجات الحرارة العالية

مزايا لحام الاحتكاك بالتحريك الأربع هي: (1) لأنه يمكن اللحام دون صهر المعدن الأم (لحام طور صلب)، فإن التشوه وعيوب اللحام بعد اللحام قليلة، وبالتالي يمكن رفع جودة المنتج وخفض التكلفة؛ (2) يوفر طاقة أكثر من لحام الصهر؛ (3) لا يحتاج إلى غاز حماية؛ (4) الضجيج منخفض ولا ينتج غبار. علاوة على ذلك، فإن هذه التقنية فعالة جدًا في لحام المواد غير المتجانسة، ولذلك تحظى باهتمام كبير في القطاع، ويُتوقع من خلال اختيار المادة المناسبة لكل موضع تحقيق تأثيرات مثل تخفيف الوزن*2. لكن كما ذُكر في مقدمة المقال، فإن المواد التي كان يمكن استخدام لحام الاحتكاك بالتحريك معها على مستوى الإنتاج الكمي كانت محدودة بالمعادن منخفضة نقطة الانصهار.

*2 لحام الاحتكاك بالتحريك مقارنة باللحام بالطور السائل الذي يصهر المعدن الأساسي — اللحام بالصهر، درجة حرارة اللحام منخفضة، ويسهل التحكم في حرارة الإدخال للحام عن طريق ضبط ظروف اللحام. لذلك، يمكن بسهولة تقليل تكوين المركبات البين معدنية — العامل الرئيسي المسبب لانخفاض قوة اللحام. عن طريق تقليل سمك طبقة المركبات البين معدنية، يمكن زيادة قوة منطقة اللحام. عند إجراء لحام الاحتكاك بالتحريك، إذا كانت التحريك مفرطاً، فإنه أيضاً يولد كمية كبيرة من المركبات البين معدنية.

سبب اقتصار استخدام اللحام بالاحتكاك والتحريك سابقًا على المعادن منخفضة نقطة الانصهار هو نقص رؤوس التحريك المقاومة للحرارة منخفضة التكلفة والمناسبة للإنتاج الكمي. عند تنفيذ اللحام بالاحتكاك والتحريك على سبائك الألومنيوم، يُستخدم عادةً رأس تحريك مصنوع من مواد حديدية مثل فولاذ الأدوات. عند لحام معادن عالية نقطة الانصهار مثل الفولاذ وسبائك التيتانيوم بهذا الرأس، فإن رأس التحريك يلين أيضًا في منطقة الحرارة العالية التي تلين فيها هذه المعادن، مما يؤدي إلى تآكل شديد لرأس التحريك وعدم إمكانية استخدامه. على الرغم من تطوير رؤوس تحريك من مواد غير حديدية مثل السيراميك وسبائك التنغستن والرينيوم، إلا أن أسعار هذه الرؤوس مرتفعة جدًا ولا تناسب الإنتاج الكمي.

بدون تحريك يمكن كشف سطح جديد للفولاذ

التقنية التي طورتها هوندا للحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم بطريقة الاحتكاك والتقليب تُستخدم لربط المواد الأساسية المتراكبة من الفولاذ وسبائك الألومنيوم. السمة الأبرز هي أنها تقلب سبائك الألومنيوم فقط دون تقليب الفولاذ (الشكل السفلي في الشكل 1). وبذلك يمكن منع ارتفاع درجة حرارة رأس التقليب بشكل مفرط.

إمكانية لحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم معًا دون تحريك الفولاذ ترجع إلى تكوّن رابطة معدنية بين الفولاذ وسبائك الألومنيوم. أي أن هذه التقنية لم تقم بتحريك الفولاذ، بل أزالت طبقة الطلاء وطبقة الأكسيد من سطح الفولاذ. وبهذه الطريقة، يتم كشف السطح الجديد للفولاذ، وتتشكل رابطة معدنية بينه وبين سبائك الألومنيوم التي زاد نشاطها بفعل التحريك. وجود هذه الرابطة المعدنية يجعل الفولاذ وسبائك الألومنيوم يندمجان في واحد*3.

*3 عندما يدخل الماء وغيرها بين الفولاذ وسبائك الألومنيوم يحدث تآكل ثنائي المعدن (تآكل كهربائي)، وتقوم هذه التقنية بمنع هذه الظاهرة عن طريق إدخال طبقة سيليكون بين الفولاذ وسبائك الألومنيوم.

اعتمدت هوندا هذه التقنية في الإطار الفرعي الأمامي لطراز «أكورد» الجديد الموجه لسوق أمريكا الشمالية، وحققت بذلك تأثيرات متعددة (الشكل 2). فعلى وجه التحديد، لم ينخفض الوزن بنسبة 25٪ مقارنة بالإطار الفرعي الفولاذي السابق فحسب، بل انخفض استهلاك الكهرباء أثناء اللحام بنحو 50٪. كما استُخدمت هذه التقنية لتغيير بنية مواضع تركيب الإطار الفرعي ونظام التعليق، ما رفع صلابة مواضع التركيب بنسبة 20٪، وأسهم بذلك في تحسين أداء حركة السيارة.

توسيع مجالات التطبيق من خلال مواد جديدة

من ناحية أخرى، طورت جامعة توهوكو وشركة هيتاشي المحدودة وشركة هيتاشي للمعادن الدقيقة أدوات لحام احتكاكي قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية وبسعر أقل، مما وسع نطاق تطبيق اللحام الاحتكاكي بالتحريك (الشكل 3). المادة المستخدمة في أداة اللحام هذه طورتها جامعة توهوكو وشركة هيتاشي المحدودة بشكل مشترك، وتقنية الإنتاج الكمي لهذه المادة وأداة اللحام (المسبوكة) طورتها بنجاح شركة هيتاشي المحدودة وشركة هيتاشي للمعادن الدقيقة بشكل مشترك. يمكن استخدام أداة اللحام هذه لإجراء اللحام الاحتكاكي بالتحريك على معادن عالية نقطة الانصهار مثل الفولاذ وسبائك التيتانيوم وسبائك الزركونيوم، ومن المقرر بدء بيعها في خريف 2013. ورغم أن شركة هيتاشي للمعادن الدقيقة صرحت بأن «السعر سيُناقش لاحقاً»، إلا أنه يُتوقع تحديده في نطاق سعري يمكن استخدامه على مستوى الإنتاج الكمي.

المواد التي طورتها جامعة نورث إيسترن وغيرها لرؤوس اللحام بالاحتكاك والتحريك هي سبيكة كوبالت، تتوزع داخلها مركبات بين معدنية تحافظ على قوتها العالية حتى في درجات الحرارة المرتفعة. على وجه التحديد، في السبائك القائمة على الكوبالت يتوزع Co3(Al,W). يكمن المفتاح في كيفية تحقيق توزيع دقيق ومتجانس لـ Co3(Al,W)، وجعل كمية التوزيع وشكل حدود الحبيبات قريبين من الحالة المرغوبة. لهذا الغرض، تم اعتماد تركيبة وطريقة معالجة حرارية أكثر منطقية.

المواد المقترحة حالياً لرأس التحريك هذا هي الفولاذ الكربوني، الفولاذ عالي الشد، سبائك التيتانيوم (Ti-6Al-4V وغيرها)، التيتانيوم النقي وسبائك النحاس. على الرغم من أن بعض المواد يصعب استخدام رأس التحريك هذا بسبب Strength والسمك وغيرها، إلا أنه بشكل عام، المواد التي تكون درجة حرارة رأس التحريك (درجة حرارة الربط) عند لحامها بالاحتكاك والتحريك بحد أقصى حوالي 1000℃.

الصفحة السابقة

إطالة عمر الجسم المعدني، نجح تطوير مادة الحماية من التآكل ذاتية الإصلاح جوفودون

FCSE | بحث متقدم: طلاء مضاد للتآكل "ذاتي الترميم" مدفوع بضوء الشمس

الصفحة التالية

الصفحة السابقة:

إطالة عمر الجسم المعدني، نجح تطوير مادة الحماية من التآكل ذاتية الإصلاح جوفودون

الصفحة التالية:

FCSE | بحث متقدم: طلاء مضاد للتآكل "ذاتي الترميم" مدفوع بضوء الشمس

أخبار ذات صلة

تعريف منتجات التشغيل الميكانيكي لسنة 2026 حلول Wuhan Kaiming High-Tech المتخصصة لإصلاح الأسطح المعدنية للمعدات الميكانيكية

2026-08-15

شرح مفصل لمبدأ عمل التصنيع الميكانيكي لعام 2026 معلومات تخصصية مبسطة عن إصلاح الأسطح المعدنية للمعدات الميكانيكية

2026-07-31

تحليل شامل للمشكلات الشائعة في التصنيع الآلي لعام 2026 دليل عملي لمعالجة أعطال العمليات والتحسين عالي الكفاءة

2026-07-16

ملاحظات على كامل مسار التصنيع الآلي لعام 2026 دليل عملي لخفض التكاليف ورفع الجودة وتجنب الأعطال

2026-07-01

جرد سيناريوهات التطبيق في قطاع التشغيل الآلي بأكمله لعام 2026 | دليل خفض التكاليف ورفع الكفاءة في العمليات المساندة لإصلاح الأسطح المعدنية

2026-06-16

آخر أخبار قطاع التشغيل الميكانيكي لعام 2026: تحليل شامل لتحديث تقنيات شركات التصنيع وخفض التكاليف ورفع الكفاءة

2026-06-01

مشاركة إلى

العودة إلى القائمة