اللحام بالاحتكاك والتحريك: لحام منخفض التكلفة للصفائح الفولاذية وغيرها من المواد عالية الانصهار

وقت النشر:

2025-06-11

طورت هوندا تقنية تلائم المنتجات المنتجة بكميات كبيرة للحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم بالاحتكاك والتحريك، وطورت جامعة توهوكو اليابانية وهيتاشي أداة تحريك من سبيكة كوبالت تستطيع لحام المعادن ذات درجات الانصهار المرتفعة كالفولاذ والتيتانيوم. وبدأت تطبيقات اللحام بالاحتكاك والتحريك (FSW: اللحام بالاحتكاك والتحريك)، التي كانت سابقًا على مستوى الإنتاج الكمي مقتصرة على المعادن منخفضة الانصهار كسبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم، تتوسع إلى معادن أعلى انصهارًا كالفولاذ*1.

*1 عند الضغط الجوي القياسي، ينصهر الألومنيوم عند 660℃ والنحاس عند 1083℃ والمغنيسيوم عند 651℃، بينما يبلغ الحديد 1539℃ والتيتانيوم 1727℃.

حرارة الاحتكاك تلين المعدن ليصبح ذا قوام لزج

اللحام بالاحتكاك والتحريك تقنية تستخدم رأسًا أسطوانيًا ذا بروز طرفي (مسمار التحريك)، يدور ويضغط من فوق موضع اللحام للوحين متقابلين أو متراكبين (المعدن الأساس) لوصلهما.

تؤدي حرارة الاحتكاك الناتجة بين مسمار التحريك الدوار واللوح إلى تليين المعدن المحيط بالمسمار ليصبح ذا قوام سائل لزج، وبذلك يدخل المسمار الدوار في اللوح. وعندئذ يمتزج المعدن اللين المحيط بالمسمار (فيحدث تدفق لدن)، فيندمج اللوحان المعدنيان في جسم واحد، أو تتشكل روابط معدنية على سطح اتصال اللوحين فتدمجهما في جسم واحد.

كان ينقص سابقًا رأس خلط مقاوم للحرارة العالية

للحام بالاحتكاك والتحريك أربع مزايا: (1) إمكان اللحام دون صهر المعدن الأساس (لحام الطور الصلب)، ما يقلل كثيرًا التشوه بعد اللحام وعيوبه، فيحسن جودة المنتج ويخفض التكلفة؛ (2) توفير الطاقة مقارنة باللحام الانصهاري؛ (3) عدم الحاجة إلى غاز حماية؛ (4) انخفاض الضوضاء وعدم إنتاج غبار. كما أن التقنية فعالة جدًا في لحام المواد المختلفة، ولذلك تحظى باهتمام كبير في القطاع، ويُتوقع تحقيق خفض الوزن وغيره من الآثار باختيار المادة المناسبة لكل موضع*2. لكن كما ذُكر في مطلع المقالة، كانت المواد التي يمكن لحامها بالاحتكاك والتحريك على مستوى الإنتاج الكمي سابقًا مقتصرة على المعادن منخفضة الانصهار.

*2 مقارنة بلحام الطور السائل الذي يصهر المعدن الأساس، أي اللحام الانصهاري، تكون درجة حرارة اللحام بالاحتكاك والتحريك منخفضة، ويسهل ضبط الحرارة المدخلة إلى اللحام بتحديد شروطه. ولذلك، يمكن بسهولة تقليل تكوّن المركبات بين الفلزية، وهي السبب الرئيسي لانخفاض قوة اللحام. ويمكن رفع قوة موضع اللحام بتقليل سماكة طبقة هذه المركبات. وعند اللحام بالاحتكاك والتحريك، يؤدي التحريك المفرط أيضًا إلى تكوّن كميات كبيرة من المركبات بين الفلزية.

كان اقتصار تطبيقات اللحام بالاحتكاك والتحريك سابقًا على المعادن منخفضة الانصهار ناجمًا عن نقص أدوات تحريك منخفضة السعر ومقاومة للحرارة العالية وتلائم الإنتاج الكمي. وعند لحام سبائك الألومنيوم بالاحتكاك والتحريك، تُستخدم عادةً أدوات تحريك مصنوعة من مواد حديدية كفولاذ العدد. وعند استخدامها للحام معادن عالية الانصهار كالفولاذ وسبائك التيتانيوم، تلين الأداة أيضًا في نطاق الحرارة العالية الذي يُليّن هذه المعادن، فتتآكل بشدة ولا تعود صالحة للاستخدام. ورغم تطوير أدوات تحريك من مواد غير حديدية كالسيراميك وسبائك التنغستن والرينيوم، فإن أسعارها مرتفعة جدًا ولا تلائم الإنتاج الكمي.

إظهار سطح فولاذي جديد دون الحاجة إلى الخلط

طورت هوندا تقنية لحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم بالاحتكاك والتحريك لوصل المعدنين الأساسين المتراكبين. وأبرز خصائصها تحريك الألومنيوم وحده دون الفولاذ (أسفل الشكل 1)، لمنع ارتفاع حرارة رأس التحريك كثيرًا.

يمكن لحام الفولاذ وسبائك الألومنيوم معًا دون تحريك الفولاذ لأن روابط معدنية تتشكل بينهما. أي إن هذه التقنية لا تحرك الفولاذ، بل تزيل غشاء الطلاء وغشاء الأكسيد عن سطحه. وتكشف هذه الطريقة سطحًا فولاذيًا جديدًا، وتجعله يشكل روابط معدنية مع سبيكة الألومنيوم التي ازدادت فعاليتها بفعل التحريك. وتجعل هذه الروابط المعدنية الفولاذ وسبيكة الألومنيوم يندمجان في جسم واحد*3.

*3 يحدث تآكل ثنائي المعدن (تآكل كهربائي) عند دخول الماء وغيره بين الفولاذ وسبائك الألومنيوم؛ وتمنعه هذه التقنية بإدخال غشاء سيليكون بينهما.

استخدمت هوندا هذه التقنية في الهيكل الفرعي الأمامي لطراز «أكورد» الجديد الموجّه إلى سوق أمريكا الشمالية، وحققت نتائج متعددة (الشكل 2). وبالتحديد، انخفض الوزن بنسبة 25% مقارنة بالهيكل الفرعي الفولاذي السابق، وانخفض استهلاك الكهرباء أثناء اللحام بنحو 50%. كما استُخدمت التقنية لتغيير بنية مواضع تثبيت الهيكل الفرعي ونظام التعليق، فارتفعت صلابة مواضع التثبيت بنسبة 20%، ما أسهم في تحسين الأداء الحركي للمركبة.

توسيع مجالات التطبيق باستخدام مواد جديدة

من جهة أخرى، طورت جامعة توهوكو وهيتاشي وهيتاشي ميتالز للأجهزة الدقيقة أداة تحريك منخفضة السعر نسبيًا تتحمل الحرارة العالية، ما وسّع نطاق تطبيق اللحام بالاحتكاك والتحريك (الشكل 3). وطورت جامعة توهوكو وهيتاشي معًا المادة المستخدمة في الأداة، بينما طورت هيتاشي وهيتاشي ميتالز للأجهزة الدقيقة بنجاح تقنيات الإنتاج الكمي للمادة ولأداة التحريك (المسبوكة) بصورة مشتركة. وتستطيع الأداة لحام المعادن عالية الانصهار كالفولاذ وسبائك التيتانيوم وسبائك الزركونيوم بالاحتكاك والتحريك، وكان مقررًا بدء بيعها في خريف 2013. ورغم قول هيتاشي ميتالز للأجهزة الدقيقة إن «السعر سيُناقَش لاحقًا»، فمن المتوقع تحديده ضمن فئة سعرية تسمح باستخدامها على مستوى الإنتاج الكمي.

المادة التي طورتها جامعة توهوكو وجهات أخرى لأداة اللحام بالاحتكاك والتحريك هي سبيكة كوبالت تتوزع داخلها مركبات بين فلزية تحتفظ بقوة عالية حتى عند درجات الحرارة المرتفعة. وبالتحديد، يتوزع Co3（Al，W） داخل السبيكة القائمة على الكوبالت. وتكمن النقطة الأساسية في تحقيق توزيع دقيق ومتجانس لـ Co3（Al，W） وجعل كميته الموزعة وشكل حدود الحبيبات قريبين من الحالة المطلوبة. ولهذا، استُخدمت تركيبة وطريقة معالجة حرارية أكثر ملاءمة.

المواد المتصورة للرأس هي الفولاذ الكربوني وعالي الشد وسبائك التيتانيوم (Ti-6Al-4V وغيرها) والتيتانيوم النقي وسبائك النحاس. ورغم صعوبة بعض المواد لقوتها وسمكها، يستهدف عمومًا ما تبلغ حرارة رأس التحريك (الربط) أثناء اللحام الاحتكاكي بالتحريك نحو 1000℃ كحد أقصى.

الصفحة السابقة

إطالة عمر الأجسام المعدنية، نجاح تطوير مانع التآكل ذاتي الإصلاح جوفودون

FCSE | أبحاث متقدمة: طلاء مضاد للتآكل «ذاتي الإصلاح» يعمل بضوء الشمس

الصفحة التالية

الصفحة السابقة:

إطالة عمر الأجسام المعدنية، نجاح تطوير مانع التآكل ذاتي الإصلاح جوفودون

الصفحة التالية:

FCSE | أبحاث متقدمة: طلاء مضاد للتآكل «ذاتي الإصلاح» يعمل بضوء الشمس

أخبار ذات صلة

تعريف بمنتجات التشغيل الميكانيكي لعام 2026: حلول ووهان كايمينغ للتكنولوجيا المتقدمة المتخصصة في ترميم الأسطح المعدنية للمعدات الميكانيكية

2026-08-15

شرح تفصيلي لمبادئ عمل التشغيل الميكانيكي في 2026: معارف عملية متخصصة في ترميم الأسطح المعدنية للمعدات الميكانيكية

2026-07-31

تحليل شامل للمشكلات الشائعة في التشغيل الميكانيكي لعام 2026: دليل عملي لمعالجة أعطال العمليات وتحسينها بكفاءة

2026-07-16

احتياطات جميع مراحل التشغيل الميكانيكي لعام 2026: دليل عملي لخفض التكلفة وتحسين الجودة وتجنب الأعطال

2026-07-01

استعراض تطبيقات التشغيل الميكانيكي في مختلف القطاعات لعام 2026: دليل لخفض التكلفة ورفع الكفاءة باستخدام ترميم الأسطح المعدنية المساند

2026-06-16

أحدث مستجدات قطاع التشغيل الميكانيكي لعام 2026: تحليل شامل للتحديث التقني وخفض التكلفة وزيادة الكفاءة لدى شركات التصنيع

2026-06-01

مشاركة على

العودة إلى القائمة