फ्रिक्शन स्टिर वेल्डिंग: स्टील प्लेटसारख्या उच्च वितळबिंदूच्या पदार्थांचे कमी खर्चात वेल्डिंग

प्रकाशनाची वेळ:

2025-06-11

होंडाने मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी घर्षण ढवळ वेल्डिंगद्वारे स्टील व ॲल्युमिनियम मिश्रधातू जोडण्याचे तंत्रज्ञान विकसित केले. जपानच्या तोहोकू विद्यापीठाने व हिताचीने स्टील व टायटॅनियमसारख्या उच्च वितळबिंदूच्या धातूंचे वेल्डिंग करू शकणारे कोबाल्ट मिश्रधातूचे स्टिर टूल विकसित केले. पूर्वी मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनात फक्त ॲल्युमिनियम, तांबे व मॅग्नेशियम मिश्रधातूंसारख्या कमी वितळबिंदूच्या धातूंपुरता मर्यादित असलेला घर्षण ढवळ वेल्डिंगचा (FSW: Friction Stir Welding) वापर आता स्टीलसारख्या अधिक वितळबिंदूच्या धातूंपर्यंत वाढू लागला आहे*1.

*1 प्रमाणित वातावरणीय दाबात ॲल्युमिनियमचा वितळबिंदू 660℃, तांब्याचा 1083℃ आणि मॅग्नेशियमचा 651℃ असतो; लोखंडाचा 1539℃ आणि टायटॅनियमचा 1727℃ इतका उच्च असतो.

घर्षणाच्या उष्णतेने धातू चिकट द्रवाप्रमाणे मऊ होतो

घर्षण ढवळण वेल्डिंगमध्ये दंडगोलाकार टोकावर उभार असलेली स्टिरिंग पिन वापरली जाते. समोरासमोर जोडलेल्या किंवा एकावर एक ठेवलेल्या दोन प्लेटांच्या मूळ पदार्थाच्या वेल्डिंग भागावर टोक फिरवत दाबले जाते आणि दोन्ही प्लेटा जोडल्या जातात.

फिरणारी स्टिरिंग पिन व प्लेट यांतील घर्षण उष्णतेमुळे पिनभोवतीचा धातू चिकट द्रवाप्रमाणे मऊ होतो आणि पिन प्लेटमध्ये शिरते. मऊ झालेला धातू मिसळतो, म्हणजे प्लास्टिक प्रवाह होतो, आणि दोन्ही प्लेटा एकसंध होतात; किंवा त्यांच्या जोडपृष्ठावर धातवीय बंध तयार होऊन त्या एकजीव होतात.

पूर्वी उच्च तापमान सहन करणारी स्टिरिंग टोके उपलब्ध नव्हती

घर्षण ढवळण वेल्डिंगचे चार फायदे आहेत: （1）मूळ पदार्थ न वितळवता घनावस्थेत जोडता येत असल्याने विकृती व दोष कमी होतात; गुणवत्ता वाढते व खर्च कमी होतो. （2）फ्युजन वेल्डिंगपेक्षा ऊर्जा कमी लागते. （3）संरक्षक वायू लागत नाही. （4）आवाज कमी असून धूळ तयार होत नाही. भिन्न पदार्थ जोडण्यासाठीही ते प्रभावी असल्याने उद्योगाचे लक्ष वेधले आहे. प्रत्येक भागासाठी योग्य पदार्थ निवडून वजन कमी करणे शक्य होईल, अशी अपेक्षा आहे*2. मात्र लेखाच्या सुरुवातीप्रमाणे पूर्वी मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनात फक्त कमी वितळबिंदूचे धातू वापरता येत.

*2 मूळ पदार्थ वितळवणाऱ्या द्रवावस्था म्हणजे फ्युजन वेल्डिंगच्या तुलनेत घर्षण ढवळण वेल्डिंगचे तापमान कमी असते आणि वेल्डिंगच्या अटी ठरवून दिलेली उष्णता नियंत्रित करणे सोपे असते. त्यामुळे जोडणीचे सामर्थ्य कमी करणाऱ्या आंतरधातवीय संयुगांची निर्मिती सहज घटवता येते. त्यांचा थर पातळ करून जोडणीचे सामर्थ्य वाढते. मात्र घर्षण ढवळण वेल्डिंगमध्ये अतिढवळण झाल्यासही ही संयुगे मोठ्या प्रमाणात तयार होतात.

घर्षण ढवळण वेल्डिंग पूर्वी कमी वितळबिंदूच्या धातूंपुरते मर्यादित होते, कारण मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनासाठी स्वस्त व उच्च तापमान सहन करणारी स्टिरिंग टोके उपलब्ध नव्हती. ॲल्युमिनियम मिश्रधातूसाठी साधारणतः टूल स्टीलसारख्या पोलादी पदार्थांचे टोक वापरतात. त्याने पोलाद किंवा टायटॅनियम मिश्रधातू जोडताना ते धातू मऊ होतात अशा उच्च तापमानात टोकही मऊ होऊन खूप झिजते आणि वापरण्यायोग्य राहत नाही. सिरॅमिक व टंगस्टन-रेनियम मिश्रधातूची अपोलादी टोके विकसित झाली असली तरी ती खूप महाग असल्याने मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनाला योग्य नाहीत.

ढवळल्याशिवाय पोलादाचा ताजा पृष्ठभाग उघड करता येतो

होंडाने विकसित केलेले घर्षण ढवळण वेल्डिंग तंत्रज्ञान एकावर एक ठेवलेले पोलाद व ॲल्युमिनियम मिश्रधातूचे मूळ तुकडे जोडते. त्याचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे केवळ ॲल्युमिनियम ढवळला जातो, पोलाद नाही — चित्र 1 मधील खालचे चित्र. त्यामुळे स्टिरिंग टोकाचे तापमान जास्त होणे टाळता येते.

पोलाद न ढवळताही पोलाद व ॲल्युमिनियम मिश्रधातू जोडता येतात, कारण दोघांमध्ये धातवीय बंध तयार होतात. तंत्रज्ञान पोलाद ढवळण्याऐवजी त्याचा रंगाचा व ऑक्साइडचा थर काढते. त्यामुळे पोलादाचा ताजा पृष्ठभाग उघडतो आणि ढवळल्याने अधिक सक्रिय झालेल्या ॲल्युमिनियम मिश्रधातूशी धातवीय बंध बनतो. या बंधामुळे पोलाद व ॲल्युमिनियम मिश्रधातू एकजीव होतात*3.

*3 पोलाद व ॲल्युमिनियम मिश्रधातूमध्ये पाणी गेल्यास द्विधातवीय गंज म्हणजे विद्युत गंज होतो. या तंत्रात दोघांमध्ये सिलिकॉनचा पातळ थर घालून ही घटना रोखली जाते.

होंडाने उत्तर अमेरिकी बाजारातील नव्या “Accord” च्या पुढील सबफ्रेममध्ये हे तंत्रज्ञान वापरून अनेक परिणाम मिळवले — चित्र 2. मूळ पोलादी सबफ्रेमपेक्षा वजन 25％ कमी झाले आणि वेल्डिंगचा वीज वापर सुमारे 50％ घटला. सबफ्रेम व सस्पेन्शनच्या बसवणीच्या भागाची रचनाही बदलून त्या भागाची कडकता 20％ वाढली; यामुळे वाहनाच्या गतिशील कामगिरीत सुधारणा झाली.

नवीन पदार्थांनी उपयोगक्षेत्र विस्तारते

दुसरीकडे तोहोकू विद्यापीठ, हिताची आणि हिताची मेटल्स प्रिसिजन इन्स्ट्रुमेंट्स यांनी उच्च तापमान सहन करणारे तुलनेने स्वस्त स्टिरिंग टोक विकसित करून उपयोगक्षेत्र वाढवले — चित्र 3. टोकाचा पदार्थ तोहोकू व हिताची यांनी संयुक्तपणे विकसित केला; पदार्थ व ओतीव टोकांच्या मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनाचे तंत्रज्ञान हिताची व हिताची मेटल्स प्रिसिजन यांनी मिळून विकसित केले. टोकाने पोलाद, टायटॅनियम व झिरकोनियम मिश्रधातूंसारखे उच्च वितळबिंदूचे धातू जोडता येतात. 2013 च्या शरद ऋतूत विक्री सुरू करण्याचे नियोजन होते. हिताची मेटल्स प्रिसिजन इन्स्ट्रुमेंट्सने किंमत पुढे चर्चिली जाईल असे म्हटले; मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनात वापरता येईल अशा किमतीची अपेक्षा होती.

तोहोकू विद्यापीठ व इतरांनी घर्षण ढवळण वेल्डिंगच्या टोकासाठी कोबाल्ट मिश्रधातू विकसित केली. तिच्यात उच्च तापमानातही उच्च सामर्थ्य राखणारी आंतरधातवीय संयुगे विखुरलेली असतात. विशेषतः कोबाल्ट-आधारित मिश्रधातूत Co3（Al，W） असते. Co3（Al，W） चे एकसमान सूक्ष्म वितरण साधणे आणि त्याचे प्रमाण व धान्यसीमांचा आकार अपेक्षित स्थितीच्या जवळ ठेवणे महत्त्वाचे आहे. त्यासाठी अधिक योग्य संघटन व उष्मोपचार वापरले गेले.

सध्या या स्टिरिंग टोकासाठी विचारात घेतलेले पदार्थ कार्बन पोलाद, उच्च ताणसामर्थ्याचे पोलाद, Ti-6Al-4V सारख्या टायटॅनियम मिश्रधातू, शुद्ध टायटॅनियम व तांब्याच्या मिश्रधातू आहेत. काही पदार्थांच्या सामर्थ्य व जाडीमुळे हे टोक वापरणे कठीण असते; सर्वसाधारणपणे घर्षण ढवळण वेल्डिंगवेळी टोकाचे किंवा जोडणीचे कमाल तापमान सुमारे 1000℃ असणारे पदार्थ त्याच्या कक्षेत येतात.

मागील पान

धातूच्या यंत्रभागांचे आयुष्य वाढवणारे स्वदुरुस्ती गंजरोधक Jufu Shield याचे संशोधन यशस्वी

FCSE | अग्रगण्य संशोधन: सूर्यप्रकाशाने चालणारे “स्वदुरुस्ती” गंजरोधक कोटिंग

पुढील पान

मागील पान:

धातूच्या यंत्रभागांचे आयुष्य वाढवणारे स्वदुरुस्ती गंजरोधक Jufu Shield याचे संशोधन यशस्वी

पुढील पान:

FCSE | अग्रगण्य संशोधन: सूर्यप्रकाशाने चालणारे “स्वदुरुस्ती” गंजरोधक कोटिंग

संबंधित बातम्या

2026 सालच्या मशीनिंग उत्पादनांची ओळख — Wuhan Kaiming High-Tech कडून यंत्रसामग्रीच्या धातू पृष्ठभाग दुरुस्तीचे व्यावसायिक उपाय

2026-08-15

2026 मधील मशीनिंगच्या कार्यतत्त्वांचे स्पष्टीकरण — यंत्रसामग्रीच्या धातू पृष्ठभाग दुरुस्तीविषयी उपयुक्त तांत्रिक माहिती

2026-07-31

2026 सालच्या मशीनिंगमधील सामान्य प्रश्नांचे सविस्तर निराकरण — प्रक्रियेतील बिघाड निवारण व कार्यक्षम सुधारणा यांसाठी व्यावहारिक मार्गदर्शक

2026-07-16

2026 सालच्या संपूर्ण मशीनिंग प्रक्रियेतील दक्षता — खर्च कमी करणे, गुणवत्ता वाढवणे व बिघाड टाळण्यासाठी व्यावहारिक मार्गदर्शक

2026-07-01

2026 मध्ये सर्व उद्योगांतील मशीनिंगच्या उपयोगक्षेत्रांचा आढावा: पूरक धातूच्या पृष्ठभाग दुरुस्तीद्वारे खर्च कमी करणे व कार्यक्षमता वाढवण्याचा मार्गदर्शक

2026-06-16

2026 मधील मशीनिंग उद्योगाच्या ताज्या घडामोडी: उत्पादक कंपन्यांच्या तांत्रिक उन्नयनाचे, खर्च कपातीचे व कार्यक्षमता वाढीचे सविस्तर विश्लेषण

2026-06-01

येथे सामायिक करा

सूचीकडे परत