جوشکاری فرکانس بالا

فرآیندی است که در آن منبع حرارتی برای ذوب سطوح اتصال از طریق جریان متناوب (AC) با فرکانس بالا (HF) تامین می شود. برخلاف جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب فرکانس پایین، جریان فرکانس بالا با چگالی بالایی در طول سطوح (اثر پوسته ای)[2] جریان یافته و از سطوح موازی مجاور نیز بازگشت می نماید.  (اثر نزدیکی[3]). این دو اثر به معنی آن است که گرم شدن و در نتیجه آن ذوب شدن می تواند بصورت کاملاً مشخصی بر روی مناطقی که نیاز است متمرکز شود.

جوشکاری فرکانس بالا جریان فرکانس بالا می تواند از طریق یک سیم پیچ (جوشکاری فرکانس بالای القایی[4]) (HFIW) یا تماس الکتریکی (جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا[5]) (HFRW) تامین شود.

در فرآیند جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا القائی، جریان از طریق یک سیم پیچ به قطعه کار (معمولا لوله یا تیوپ) القاء می شود.

و به دلیل اثرات پوسته ای و نزدیکی جریان، فلوی جریان در لبه های ورق در قسمت V شکل و در جهت ضخامت متمرکز شده و باعث ذوب سطوح و در نتیجه اتصال آن می شود (شکل (1-12)).

در برخی فلزات فعال، نیاز به یک گاز محافظ برای جلوگیری از اکسیداسیون منطقه جوش و HAZ نیز وجود دارد.

شکل 1-12

فرآیند مقاومتی فرکانس بالا

تقریباً شبیه فرآیند قبلی است با این تفاوت که جریان الکتریکی با فرکانس بالا (kHz450) توسط دو کفشک مطابق شکل (1-13) به سطح ورق نزدیک محل تماس دو لبه وارد شده و مدار بسته ای از جریان الکتریکی ایجاد شود. حرارت حاصل مذاب لازم در محل تماس دو لبه را بوجود می آورد. (با توجه به اثرات پوسته ای و نزدیکی). میزان وسرعت عملیات بستگی به ضخامت و جنس مواد مورد جوش و پارامترهای فرآیند دارد.

به عنوان مثال با استفاده از یک منبع قدرت KW 60 می توان درز لوله هایی با ضخامت 6/0 میلیمتر را تا سرعت 90 متر در دقیقه جوش داد.

شکل 1-13

موادی که می توانند به طور موفقیت آمیزی جوشکاری فرکانس بالا شوند عبارتند از:

فولادهای کربنی، فولادهای زنگ نزن، آلومینیوم، مس، برنج و تیتانیوم. موادی که قابلیت کار گرم پذیری ضعیفی دارند در دماهای جوشکاری ناپایدار هستند یا تضعیف برخی خواص آنها (در حین جوشکاری فرکانس بالا) در مراحل بعدی نمی تواند بازیابی شود، قابلیت جوشکاری کمتری با این فرآیند دارند.

مزایای جوشکاری فرکانس بالا عبارت است از

– سرعت بالا و دارا بودن تنوع گسترده در اندازه و نوع مواد.

– کیفیت جوش در بسیاری موارد به حضور هوا بستگی ندارد و اتمسفرهای خاصی نیز برای جوشکاری مورد نیاز نیست (مگر برای فلزات فعال)

– کیفیت جوش نیز وابستگی کمی به اکسیدها و آلودگی های سطحی دارد.

از معایب این فرآیند نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد

– برای جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا با سرعت پایین و در تولید با حجم پایین مناسب نیست.

– این روش باید بصورت پیوسته انجام شود. در جوشکاری پیوسته نمی توان توقف / شروع مجدد داشته باشد، زیرا باعث ایجاد ناپیوستگی در جوش می شود.

جوشکاری فرکانس بالا بیشتر در جاهای مناسب است که اتصال لبه هایی پیوسته یا سر به سر[6] فلزات مورد نظر باشد. بزرگترین استفاده از جوشکاری HF در ساخت تیوپ و لوله های درزدار است.  این فرآیند برای ساخت انواع مشخصی از تیوپ های مبدلهای حرارتی[7] نیز مناسب است که از جنس هایی مختلف ساخته می شود. همچنین برای تولید اشکال ساختمانی مانند مقاطع T شکل، میله های H و I شکل می توان از این فرآیند استفاده کرد. واضح است که این فرآیند برای اتصالات طولانی نبش و سپری نیز بکار گرفته می شود.

[1] – High-Frequency

[2] – Skin Effect

[3] – Proximity Effect

[4] – High-Frequency Induction Welding

[5] – High-Frequency Resistance Welding

[6] – Butt

[7] – Heat-Exchanger