Table of Contents
Friction Welding หรือที่เรียกอีกอย่างว่า การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน กระบวนการนี้เป็นวิธีการเชื่อมโลหะที่น่าสนใจซึ่งใช้ความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างชิ้นงานสองชิ้นเพื่อหลอมรวมเข้าด้วยกัน
หลักการทำงานของ Friction Welding
- การสัมผัสและแรงกด: ชิ้นงานสองชิ้นถูกนำมาสัมผัสกันภายใต้แรงกดที่แน่นอน
- การเคลื่อนที่สัมพัทธ์: ชิ้นงานหนึ่งชิ้นจะถูกหมุนหรือเคลื่อนที่เชิงเส้นสัมพันธ์กับชิ้นงานอีกชิ้นหนึ่ง
- การเกิดความร้อนจากแรงเสียดทาน: การเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่บริเวณสัมผัส ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงขึ้นจนถึงจุดหลอมเหลวของโลหะ
- การยุติการเคลื่อนที่และการเชื่อม: เมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลว การเคลื่อนที่จะหยุดลงและแรงกดจะยังคงอยู่ ทำให้โลหะหลอมเหลวจากทั้งสองชิ้นงานผสมกันและแข็งตัวเป็นเนื้อเดียวกันเมื่อเย็นลง
Friction Welding มีกี่แบบ
Friction Welding สามารถแบ่งออกเป็นประเภทหลักๆ ได้ 2 แบบ คือ:
- การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบหมุน (Rotary Friction Welding):
- เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด
- ชิ้นงานหนึ่งจะถูกหมุนด้วยความเร็วสูง ขณะที่อีกชิ้นหนึ่งถูกกดเข้ามาสัมผัส
- แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นทำให้เกิดความร้อนและหลอมละลายผิวสัมผัสของชิ้นงานทั้งสอง
- เมื่อหยุดการหมุนและคงแรงกดไว้ ชิ้นงานทั้งสองจะเชื่อมติดกัน
- การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบเชิงเส้น (Linear Friction Welding):
- ชิ้นงานหนึ่งจะเคลื่อนที่ไปมาในแนวเส้นตรงสัมผัสกับอีกชิ้นหนึ่งภายใต้แรงกด
- ความร้อนจากแรงเสียดทานจะทำให้เกิดการหลอมละลายที่ผิวสัมผัส
- เมื่อหยุดการเคลื่อนที่และคงแรงกดไว้ ชิ้นงานจะเชื่อมติดกัน
นอกจากนี้ ยังมีเทคนิคพิเศษที่พัฒนาขึ้นจาก Friction Welding อีก 2 แบบ:
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/friction-stir-welding
- การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานแบบกวน (Friction Stir Welding):
- ไม่ได้ทำให้เกิดการหลอมละลายของชิ้นงานโดยตรง
- ใช้เครื่องมือหมุนที่มีลักษณะพิเศษกวนและผสมเนื้อโลหะบริเวณรอยต่อให้เป็นเนื้อเดียวกัน
- เหมาะสำหรับเชื่อมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น อะลูมิเนียม
- การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและแรงเฉือน (Friction Stir Spot Welding):
- เป็นการพัฒนาต่อยอดจาก Friction Stir Welding
- ใช้สำหรับการเชื่อมจุด (spot welding)
- เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง และต้องการควบคุมรูปร่างของรอยเชื่อมได้อย่างแม่นยำ
ข้อดีของ Friction Welding
- ไม่ต้องใช้วัสดุเชื่อม: ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุเชื่อมหรือฟลักซ์เพิ่มเติม
- เชื่อมโลหะต่างชนิดได้: สามารถเชื่อมโลหะต่างชนิดที่มีจุดหลอมเหลวต่างกันได้
- แนวเชื่อมแข็งแรง: ให้แนวเชื่อมที่มีความแข็งแรงและคุณภาพสูง
- ความผิดรูปน้อย: เกิดความผิดรูปของชิ้นงานน้อยมาก
- กระบวนการรวดเร็วและอัตโนมัติ: เป็นกระบวนการที่รวดเร็วและสามารถทำแบบอัตโนมัติได้
การใช้งาน
Friction Welding ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมอากาศยาน และอุตสาหกรรมการผลิตทั่วไป เพื่อเชื่อมชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เพลา ท่อ และส่วนประกอบอื่นๆ
วัสดุอะไรที่เชื่อมแบบ Friction Welding ได้บ้าง
Friction Welding มีความสามารถในการเชื่อมวัสดุได้หลากหลาย ทั้งโลหะชนิดเดียวกันและต่างชนิดกัน ขึ้นอยู่กับเทคนิคการเชื่อมที่ใช้ โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่สามารถเชื่อมด้วย Friction Welding ได้แก่:
- โลหะชนิดเดียวกัน:
- เหล็กกล้าคาร์บอน
- เหล็กกล้าผสม
- สแตนเลส
- อะลูมิเนียม
- ทองแดง
- ไทเทเนียม
- แมกนีเซียม
- โลหะต่างชนิด:
- อะลูมิเนียมกับทองแดง
- อะลูมิเนียมกับเหล็ก
- ทองแดงกับเหล็ก
- ไทเทเนียมกับเหล็ก
- และอื่นๆ
การเลือกใช้วัสดุในการเชื่อมด้วย Friction Welding จะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น คุณสมบัติของวัสดุ, การใช้งาน, และข้อกำหนดเฉพาะของชิ้นงาน
นอกจากนี้ ยังมีเทคนิคพิเศษอย่าง Friction Stir Welding ที่สามารถเชื่อมวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำหรือวัสดุที่เชื่อมยาก เช่น อะลูมิเนียมบางชนิด และแมกนีเซียม ได้อีกด้วย
วัสดุอะไรที่เชื่อมแบบ Friction Welding ไม่ได้
แม้ว่า Friction Welding จะมีข้อดีหลายประการและสามารถเชื่อมวัสดุได้หลากหลาย แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการที่ทำให้ไม่สามารถเชื่อมวัสดุบางชนิดหรือรูปร่างบางแบบได้:
วัสดุที่เชื่อมไม่ได้:
- วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำมาก: วัสดุบางชนิด เช่น ตะกั่ว หรือ พลาสติกบางชนิด มีจุดหลอมเหลวต่ำเกินไป ทำให้ไม่สามารถทนต่อความร้อนสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมได้
- วัสดุที่เปราะแตกง่าย: วัสดุที่เปราะ เช่น เซรามิก หรือ แก้ว อาจแตกหักได้ง่ายภายใต้แรงกดและความร้อนสูงระหว่างการเชื่อม
- วัสดุที่มีความแตกต่างของคุณสมบัติทางความร้อนสูง: การเชื่อมวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนและการขยายตัวเนื่องจากความร้อนแตกต่างกันมาก อาจทำให้เกิดความเค้นตกค้างสูงในแนวเชื่อมและทำให้เกิดการแตกร้าวได้
ข้อจำกัดด้านรูปร่าง:
- ชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน: Friction Welding เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างหน้าตัดเรียบง่าย เช่น ทรงกระบอก หรือ ท่อ การเชื่อมชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนอาจเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้
- ชิ้นงานที่มีขนาดแตกต่างกันมาก: การเชื่อมชิ้นงานที่มีขนาดแตกต่างกันมาก อาจทำให้เกิดการกระจายความร้อนไม่สม่ำเสมอและทำให้เกิดปัญหาในการควบคุมคุณภาพของแนวเชื่อม
ข้อควรพิจารณาอื่นๆ:
- ความสะอาดของพื้นผิว: พื้นผิวของชิ้นงานที่เชื่อมต้องสะอาดและปราศจากสิ่งปนเปื้อน เช่น น้ำมัน หรือ สนิม เพื่อให้ได้แนวเชื่อมที่มีคุณภาพดี
- การควบคุมพารามิเตอร์: การควบคุมพารามิเตอร์การเชื่อม เช่น แรงกด ความเร็วในการหมุน และเวลา เป็นสิ่งสำคัญ เพื่อให้ได้แนวเชื่อมที่มีคุณภาพและความแข็งแรงตามต้องการ