Weldio drwy ffrithiant a throi: weldio platiau dur a deunyddiau eraill â phwynt toddi uchel am gost isel

Amser cyhoeddi:

2025-06-11

Mae Honda wedi datblygu technoleg sy'n addas ar gyfer masgynhyrchu ac sy'n uno dur ac aloi alwminiwm drwy weldio ffrithiant a throi. Mae Prifysgol Tohoku yn Japan a Hitachi wedi datblygu pen troi o aloi cobalt sy'n gallu weldio metelau â phwynt toddi uchel, megis dur a thitaniwm. Yn flaenorol, ar lefel masgynhyrchu, roedd weldio ffrithiant a throi (FSW: Friction Stir Welding) wedi'i gyfyngu i fetelau â phwynt toddi isel, megis aloion alwminiwm, copr a magnesiwm. Bellach mae ei ddefnydd yn dechrau ehangu i fetelau â phwynt toddi uwch, megis dur*1.

*1 Dan bwysedd atmosfferig safonol, ymdoddbwynt alwminiwm yw 660℃, copr 1083℃ a magnesiwm 651℃. Mae haearn, fodd bynnag, mor uchel â 1539℃ a thitaniwm mor uchel â 1727℃.

Mae gwres ffrithiant yn meddalu'r metel i gyflwr tebyg i hylif gludiog

Mae weldio drwy ffrithiant a throi yn dechnoleg sy’n defnyddio pen troi silindrog ag ymwthiad (pin troi) ar ei ben. O uwchben y rhan sydd angen ei weldio ar ddau blât sy’n cyffwrdd ymyl wrth ymyl (y metel sylfaenol), neu ddau blât sy’n gorgyffwrdd, mae’r pen troi yn cylchdroi ac yn cael ei wthio i lawr ar yr un pryd, gan weldio’r ddau blât ynghyd.

Mae’r gwres ffrithiant a gynhyrchir rhwng y pin troi sy’n cylchdroi a’r plât yn meddalu’r metel o amgylch y pin i gyflwr tebyg i hylif gludiog, gan ganiatáu i’r pin sy’n cylchdroi fynd i mewn i’r plât. O ganlyniad, mae’r metel meddal o amgylch y pin yn cymysgu (mae llif plastig yn digwydd), gan uno’r ddau blât metel yn un, neu mae bondiau metelaidd yn ffurfio ar ryngwyneb cysylltu’r ddau blât metel, gan eu huno’n un.

Yn flaenorol, roedd diffyg pen cymysgu a allai wrthsefyll tymereddau uchel

Mae gan weldio drwy ffrithiant a throi y pedair mantais ganlynol: (1) gan y gellir weldio heb doddi’r metel sylfaenol (weldio cyflwr solet), ychydig iawn o anffurfiad ar ôl weldio a diffygion weldio a geir, felly gellir gwella ansawdd cynnyrch a lleihau costau; (2) mae’n arbed ynni o gymharu â weldio ymasiad; (3) nid oes angen nwy cysgodi; (4) mae’r sŵn yn isel ac ni chynhyrchir llwch. At hynny, mae’r dechnoleg hon yn effeithiol iawn hefyd wrth weldio deunyddiau annhebyg, felly mae’n cael llawer o sylw gan y diwydiant, a disgwylir y gall dewis deunyddiau priodol ar gyfer pob rhan sicrhau effeithiau megis lleihau pwysau*2. Ond, fel y cyflwynwyd ar ddechrau’r erthygl, yn flaenorol dim ond ar fetelau â phwynt toddi isel y gellid defnyddio weldio drwy ffrithiant a throi ar lefel masgynhyrchu.

*2 O gymharu â weldio cyflwr hylifol sy’n toddi’r metel sylfaenol — weldio ymasiad — mae tymheredd weldio drwy ffrithiant a throi yn is, ac mae’n hawdd rheoli’r mewnbwn gwres drwy osod yr amodau weldio. Felly, gellir lleihau’n rhwydd ffurfio cyfansoddion rhyngfetelaidd, sef y prif achos o ostyngiad yng nghryfder y weldiad. Drwy leihau trwch yr haen cyfansoddion rhyngfetelaidd, gellir cynyddu cryfder yr uniad wedi’i weldio. Wrth weldio drwy ffrithiant a throi, os ceir gormod o droi, cynhyrchir llawer o gyfansoddion rhyngfetelaidd yn yr un modd.

Y rheswm pam yr oedd defnydd weldio drwy ffrithiant a throi yn gyfyngedig gynt i fetelau â phwynt toddi isel oedd diffyg pennau troi rhad sy’n gwrthsefyll tymheredd uchel ac sy’n addas ar gyfer masgynhyrchu. Wrth weldio aloion alwminiwm drwy ffrithiant a throi, defnyddir yn gyffredinol bennau troi wedi’u gwneud o ddeunyddiau dur megis dur offer. Wrth ddefnyddio pen troi o’r fath i weldio metelau â phwynt toddi uchel megis dur ac aloion titaniwm, yn y parth tymheredd uchel sy’n gallu meddalu’r metelau hyn, bydd y pen troi hefyd yn meddalu, gan arwain at draul mor ddifrifol fel na ellir ei ddefnyddio. Er bod pennau troi o ddeunyddiau nad ydynt yn ddur, megis cerameg ac aloion twngsten-rheniwm, wedi’u datblygu, mae eu prisiau’n uchel iawn ac nid ydynt yn addas ar gyfer masgynhyrchu.

Gellir gwneud i'r dur ddatgelu arwyneb newydd ei ffurfio heb ei gymysgu

Defnyddir y dechnoleg a ddatblygwyd gan Honda ar gyfer weldio dur ac aloi alwminiwm drwy ffrithiant a throi i uno deunyddiau sylfaen dur ac aloi alwminiwm sy'n gorgyffwrdd. Ei phrif nodwedd yw mai dim ond yr aloi alwminiwm sy'n cael ei droi a'i gymysgu, heb droi na chymysgu'r dur (y ddelwedd isaf yn Ffigur 1). Mae hyn yn atal tymheredd y pen troi rhag mynd yn rhy uchel.

Y rheswm y gellir weldio dur ac aloi alwminiwm ynghyd heb droi’r dur yw bod bondiau metelaidd yn ffurfio rhwng y dur a’r aloi alwminiwm. Hynny yw, nid yw’r dechnoleg hon yn troi’r dur, ond yn tynnu’r haen orchudd a’r ffilm ocsid oddi ar arwyneb y dur. Drwy’r dull hwn, datguddir arwyneb ffres y dur, a ffurfir bondiau metelaidd rhyngddo a’r aloi alwminiwm y mae ei actifedd wedi cynyddu drwy droi. Bodolaeth y bondiau metelaidd hyn sy’n uno’r dur a’r aloi alwminiwm yn un*3.

*3 Mae cyrydiad deufetel (cyrydiad galfanig) yn digwydd ar ôl i ddŵr neu bethau tebyg fynd rhwng dur ac aloi alwminiwm; mae'r dechnoleg hon yn atal hyn drwy fewnosod ffilm silicon rhwng y dur a'r aloi alwminiwm.

Mabwysiadodd Honda y dechnoleg hon yn is-siasi blaen model newydd "Accord" ar gyfer marchnad Gogledd America, a chafwyd amryw o effeithiau (Ffigur 2). Yn benodol, nid yn unig y gostyngwyd y pwysau 25% o gymharu â'r is-siasi dur gwreiddiol, ond hefyd gostyngwyd y defnydd trydan wrth weldio tua 50%. Yn ogystal, mabwysiadwyd y dechnoleg i newid strwythur y man gosod ar gyfer yr is-siasi a'r crogwaith, gan gynyddu anhyblygedd y man gosod 20%, a thrwy hynny gyfrannu at wella perfformiad symudiad y cerbyd.

Ehangu meysydd defnydd drwy ddeunyddiau newydd

Ar y llaw arall, mae Prifysgol Tohoku, Hitachi, Ltd. a Hitachi Metals Precision Instruments Co., Ltd. wedi datblygu pen cymysgu cost isel sy'n gallu gwrthsefyll tymheredd uchel, gan ehangu cwmpas cymhwyso weldio ffrithiant cymysgu (Ffigur 3). Datblygwyd y deunydd a ddefnyddir yn y pen cymysgu ar y cyd gan Brifysgol Tohoku a Hitachi, Ltd., a datblygwyd technoleg masgynhyrchu'r deunydd hwn a'r pen cymysgu (castiad) yn llwyddiannus ar y cyd gan Hitachi, Ltd. a Hitachi Metals Precision. Gellir defnyddio'r pen cymysgu hwn ar gyfer weldio ffrithiant cymysgu ar fetelau â phwynt toddi uchel fel dur, aloion titaniwm ac aloion sirconiwm, ac roedd disgwyl iddo ddechrau cael ei werthu yn hydref 2013. Er bod Hitachi Metals Precision Instruments yn dweud “bydd y pris yn cael ei drafod yn y dyfodol”, disgwylir iddo gael ei osod mewn band prisiau sy'n addas i'w ddefnyddio mewn masgynhyrchu.

Mae'r deunydd a ddatblygwyd gan Brifysgol Tohoku ac ati ar gyfer pen weldio ffrithiant cynnwrf yn aloi cobalt, gyda chyfansoddion rhyngfetel sy'n gallu cadw cryfder uchel hyd yn oed ar dymheredd uchel wedi'u dosbarthu ynddo. Yn benodol, mewn aloi cobalt y dosberthir Co3(Al, W). Yr allwedd yw sut i gyflawni dosbarthiad mân unffurf o Co3(Al, W), a gwneud y swm dosbarthu a siâp y ffin grawn yn agos at y cyflwr a ddymunir. I'r perwyl hwn, mabwysiadwyd cyfansoddiad a dull trin gwres mwy rhesymol.

Ar hyn o bryd, y deunyddiau cymwys a ragwelir ar gyfer y pen cymysgu hwn yw dur carbon, dur tyndra uchel, aloi titaniwm (Ti-6Al-4V ac ati), titaniwm pur a aloi copr. Er bod rhai deunyddiau'n anodd eu defnyddio gyda'r pen cymysgu hwn oherwydd cryfder a thrwch, yn fras, y deunyddiau yw'r rhai y mae eu tymheredd pen cymysgu (tymheredd cyfuno) yn cyrraedd tua 1000℃ ar y mwyaf wrth weldio ffrithiant cymysgu.

Tudalen flaenorol

Ymestyn oes gwasanaeth offer metel: datblygwyd Jufudun, atalydd cyrydiad hunanatgyweiriol, yn llwyddiannus

FCSE | Ymchwil flaenllaw: cotiau gwrthgyrydol "hunan-atgyweiriol" a yrrir gan olau'r haul

Tudalen nesaf

Tudalen flaenorol:

Ymestyn oes gwasanaeth offer metel: datblygwyd Jufudun, atalydd cyrydiad hunanatgyweiriol, yn llwyddiannus

Tudalen nesaf:

FCSE | Ymchwil flaenllaw: cotiau gwrthgyrydol "hunan-atgyweiriol" a yrrir gan olau'r haul

Newyddion cysylltiedig

Cyflwyniad i gynhyrchion peiriannu 2026 Wuhan Kaiming High-Tech atebion proffesiynol ar gyfer atgyweirio arwyneb metel offer mecanyddol

2026-08-15

Esboniad manwl o egwyddorion gwaith peiriannu 2026: gwybodaeth broffesiynol am atgyweirio arwyneb metel offer mecanyddol

2026-07-31

Dadansoddiad llawn o gwestiynau cyffredin peiriannu yn 2026: canllaw ymarferol ar gyfer trin diffygion prosesau ac optimeiddio effeithlon

2026-07-16

Canllaw ymarferol ar gyfer holl broses peiriannu 2026: lleihau costau, gwella ansawdd ac osgoi methiannau

2026-07-01

Arolwg o senarios cymhwyso diwydiant peiriannu peirianyddol cyfan 2026, ynghyd â chanllaw ar gyfer arbed costau a chynyddu effeithlonrwydd wrth atgyweirio arwynebau metel

2026-06-16

Newyddion diweddaraf diwydiant peiriannu metel ar gyfer 2026: dadansoddiad llawn o uwchraddio technolegol a chostau is a chynhyrchiant uwch ar gyfer mentrau gweithgynhyrchu

2026-06-01

Rhannu i

Yn ôl i'r rhestr