forge-welding

فرآیند جوش فورجینگ چیست؟

جوش فورجینگ (forge welding) یک فرایند اتصال فلزات در حالت جامد است. در این روش اتصال، دو قطعه فلز تا دمای بالا حرارت داده شده و سپس با اعمال فشار به هم متصل می شوند. در این مقاله به بررسی تاریخچه، روش انجام فرآیند، کاربردها و عوامل موثر برای جوش فورجینگ می پردازیم.

جوش فورجینگ چیست؟

جوش فورجینگ فرایندی است که با ترکیب دو عمل جوشکاری و فورجینگ (آهنگری) باعث اتصال دو قطعه فلزی می شود. جوشکاری به دو دسته ذوبی و غیرذوبی تقسیم می شود. جوش فورجینگ زیرمجموعه جوشکاری غیرذوبی است. در جوشکاری غیرذوبی، فرایند اتصال دو قطعه با استفاده از اعمال فشار انجام می شود. در این روش نیازی به افزایش شدید دما نیست و عمدتا از آن در اتصال فلزات نرم مانند نقره و آلومینیوم استفاده می شود. به علت سختی و نقطه ذوب بالای فولاد، هنگام استفاده از این روش در اتصال قطعات فولادی، دما تا 400 الی 500 درجه سانتیگراد افزایش یافته و سپس عملیات مکانیکی روی آن انجام می شود. جوش فورجینگ یا جوشکاری پتکه ای قدیمی ترین متد جوشکاری غیرذوبی است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فرایند جوشکاری و روش های آن روی لینک مشخص شده کلیک کنید.

این روش از ساده ترین و قدیمی ترین متدهای مورد استفاده در اتصال قطعات است که قدمت استفاده از آن به دوران باستانی بازمی گردد. پس از افزایش دما، اعمال نیروی مکانیکی مانند پرس یا فورجینگ سبب می شود تغییر شکل پلاستیک در قطعه ایجاد شود. تغییر شکل در سطح جوش جوشکاری منجر به ایجاد پیوند فلزی میان اتم ها و اتصال آن ها به هم می شود. در نهایت دو قطعه به هم متصل می شوند. میزان فشار اعمال شده به قطعات به عوامل مختلفی از جمله دما، جنس مواد، استحکام و سختی آلیاژهای مورد استفاده بستگی دارد.

در گذشته از روش های دستی برای جوش فورجینگ استفاده می شود. اما پس از انقلاب صنعتی اروپا روش های اتوماتیک جایگزین متدهای قدیمی و دستی شدند. از مزایای جوش فورجینگ می توان به قابل استفاده بودن آن برای اتصال هر نوع فلزی اشاره کرد.

تاریخچه جوش فورجینگ

اولین فرایند جوشکاری همزمان با استفاده از آهن انجام شد. نخستین فرایند جوشکاری، جوش فورجینگ یا جوشکاری پتکه ای بود. در 1800 سال پیش از میلاد مسیح، در آناتولیا (ترکیه) برای اولین بار استخراج آهن از سنگ آهن صورت گرفت. به دلیل تخلخل های موجود در این نوع آهن به آهن اسفنجی شهرت یافت. برای حذف تخلخل‌های موجود، آهن را تا بالای نقطه ذوب حرارت داده و با پتک به آن ضربه می زدند تا هوا از ساختار آن خارج شود و آهن یک دست و بدون تخلخل با استحکام بالا تولید شود. از 1000 سال پیش از میلاد استفاده از جوش فورجینگ شدت بیشتری گرفت.

در آن دوران آهن در ابعاد کوچک تولید می شد و برای تولید قطعات بزرگ، استفاده از جوش فورجینگ متداول بود. پیشرفت‌های صورت گرفته در این فرایند از روش آزمون و خطا حاصل می شد. به دلیل کمبود دانش در زمینه آلیاژهای مختلف و روش تهیه آن ها، از ترکیب فلزات مختلف با یکدیگر به کاربرد مورد نظر می رسیدند. به عنوان مثال فولاد پرکربن را به علت استحکام بالا با فولاد کم کربن که انعطاف پذیری خوبی داشت به روش جوش فورجینگ ترکیب می کردند. این روش در سال 700 پیش از میلاد ابداع شد و از آن به صورت گسترده برای تولید شمشیر و ادوات جنگی استفاده می شد.

مراحل انجام جوش فورجینگ را می‌توانید در ویدیوی زیر مشاهده کنید.

 

 

جوش فورجینگ برای چه موادی کاربرد دارد؟

بسیاری از مواد قابلیت جوش فورجینگ را دارند. متداول ترین فلزات مورد استفاده در این فرایند، فولادهای کم کربن و پر کربن هستند. با وجود شکنندگی و تردی بالا، برخی از چدن های هایپویوتکتوئید نیز قابلیت جوش فورجینگ را دارند. این فرایند روی برخی آلیاژهای آلومینیوم نیز انجام می شود. این روش به راحتی روی فلزاتی مانند مس، برنز و برنج انجام نمی شود. با وجود اینکه جوش فورجینگ روی آلیاژهای پایه مس قابل انجام است اما انجام این فرایند با سختی بسیار زیادی همراه است. علت این امر، تمایل بالای مس به جذب اکسیژن در دمای بالا است. وجود مقادیر کم مس در آلیاژهای متفاوت باعث کاهش شدید قابلیت شکل پذیری آن است.

در اتصال تیتانیوم، عمدتا از جوش فورجینگ استفاده می شود. تیتانیوم در حالت مذاب اکسیژن را جذب می کند به همین علت در اتصال آن از جوشکاری غیرذوبی مانند جوش فورجینگ استفاده می شود.

قیمت میلگرد

کاربرد جوش فورجینگ

جوش فورجینگ در طول تاریخ برای تولید ابزارآلات مختلف بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. مخصوصا برای اتصال و شکل دهی قطعاتی که از آهن و فولاد ساخته شده اند کاربرد بسیار زیادی دارد. جوش فورجینگ در صنایع مختلف از دوران گذشته در ساخت مواردی مانند ابزار کشاورزی، پخت و پز، فنس، درهای محافظ و سلول های زندان کاربرد داشته است. پس از انقلاب صنعتی از جوش فورجینگ به صورت گسترده در ساخت محفظه های فشار و بویلرها استفاده می شد. همچنین در قرون وسطی، جوش فورجینگ در ساخت زره ها و ادوات جنگی مورد استفاده قرار می گرفت.

امروزه نیز از جوش فورجینگ در ساخت لوله شاتگان استفاده می شود. همچنین در ساختمان سازی از این فرایند برای اتصال سر به سر میلگردها در قسمت های مختلف استفاده می شود. علاوه بر این در اتصال مقاطع تیر برق ها، اتصالات فونداسیون و اتصال میلگرد ستون ها و شمع ها از جوش فورجینگ استفاده می شود.

با وجود ویژگی های خوب جوش فورجینگ، محدودیت های زیادی برای این روش وجود دارد. یکی از محدودیت های موجود سایز و ابعاد قطعه مورد استفاده است. اگر قطعه بزرگ باشد انرژی بسیار زیادی برای گرم کردن آن لازم است. همچنین در قطعات بزرگ امکان جوشکاری دستی بسیار دشوار است چون قطعه به سرعت سرد می شود.

جوشکاری سر به سر میلگرد

در اتصال میلگردها به هم از جوش فورجینگ استفاده می شود. در این روش دو میلگرد آجدار یا ساده به صورت سر به سر در کنار هم قرار می گیرند و با کمک حرارت حاصل از سوختن استیلن و اکسیژن به ناحیه خمیری می رسند و سپس به کمک نیروی مکانیکی حاصل از فشار سیلندر هیدرولیک به هم وصل می شوند و سپس در هوا سرد می شوند. مدت زمان تقریبی برای اتصال دو میلگرد به هم یک دقیقه در نظر گرفته شده است. (برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد اتصال میلگرد ، روی لینک کلیک کنید.)

استفاده از جوش فورجینگ در اتصال میلگردها مزایایی دارد که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می کنیم:

  • افزایش مقاومت سازه در مقابل زلزله
  • در محل اتصال دو میلگرد قطر افزایش می یابد و همین موضوع سبب افزایش مقاومت در محل اتصال می شود.
  • کاهش حجم میلگرد مصرفی
  • کاهش وزن سازه
  • حمل و نقل آسان تر و کاهش هزینه ها
  • امکان اتصال سایزهای مختلف میلگرد
  • امکان اتصال میلگردهای ضایعاتی
  • سرعت اجرا بالا و هزینه کم
  • عدم نیاز به برق سه فاز

جوش فورجینگ از سال 1952 برای اتصال ریل ها در کانادا مورد استفاده قرار گرفته است. در دهه 50 شمسی از این روش اتصال در راه آهن سراسری کشور به کار برده شد. جوش فورجینگ یکی از محکم ترین اتصالات است که تحت استاندارد JIS ژاپن انجام می شود.

در کنار همه مزایای ذکر شده، جوش فورجینگ معایبی نیز دارد:

  • امکان کنترل اشعه و حرارت حاصل از اکسی استیلن وجود ندارد.
  • اعمال نظر شخصی اپراتور در زمان حرارت دهی و احتمال بروز مشکل
  • یکنواخت نبودن مراحل تولید

در آخر برای بررسی کیفیت جوش های انجام شده تست های مخرب و غیر مخرب روی آن ها انجام می شود. تست های انجام شده در این مرحله شامل اولتراسونیک، تست خمش و کشش است. برای اطلاع از نحوه انجام انواع تست‌ها می‌توانید به بخش وبلاگ سایت آیرومارت مراجعه فرمایید.

روش جوش فورجینگ یکی از متدهای پرکاربرد و قدیمی در صنایع مختلف است. در اتصال میلگرد آجدار یا ساده با توجه به کاربرد نهایی سازه و شرایطی که باید تحمل کند، استفاده یا عدم استفاده از این روش مشخص می شود. شما میتوانید قیمت به روز میلگرد آجدار را با کلیک روی لینک زیر مشاهده کنید:

قیمت میلگرد آجدار

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *