การเชื่อมฟิวชั่นกับการเชื่อมโซลิดสเตต: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ประเด็นที่สำคัญ

1. การเชื่อมแบบฟิวชันเกี่ยวข้องกับการหลอมโลหะฐานที่นำมาเชื่อม ในขณะที่การเชื่อมแบบโซลิดสเตตจะไม่ละลายโลหะฐาน เทคนิคการเชื่อมแบบฟิวชัน เช่น MIG, TIG และการเชื่อมแบบแท่งจะละลายโลหะโดยใช้ส่วนโค้งหรือเปลวไฟเพื่อสร้างสระเชื่อมที่เย็นตัวลงเป็นรอยต่อ เช่นเดียวกับการเสียดสีแบบกวนและการเชื่อมแบบอัลตราโซนิก การเชื่อมแบบโซลิดสเตตจะสร้างพันธะผ่านแรงดันและแรงเสียดทานที่รุนแรงโดยไม่หลอมละลาย
2. การเชื่อมฟิวชั่นมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูงกว่าเมื่อเทียบกับการเชื่อมแบบโซลิดสเตต โลหะที่หลอมละลายและผสมในสระเชื่อมจะสร้างพันธะทางโลหะวิทยาและข้อต่อที่เป็นเนื้อเดียวกัน การเชื่อมโซลิดสเตตมีการผสมโลหะต้นกำเนิดน้อยกว่า ส่งผลให้ความแข็งแรงของข้อต่อลดลง
3. การเชื่อมโซลิดสเตตมีข้อได้เปรียบสำหรับวัสดุที่ไวต่อความร้อนสูง เช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียม การไม่มีการหลอมเหลวทำให้สามารถควบคุมโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้มากขึ้น และหลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของโลหะผสม ความพรุน และการเปราะ การเชื่อมแบบฟิวชั่นสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบโลหะผสมในพื้นที่เชื่อมซึ่งนำไปสู่จุดอ่อนได้

การเชื่อมฟิวชั่นคืออะไร?

การเชื่อมแบบฟิวชั่นเป็นกระบวนการเชื่อมประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโลหะสองชิ้นขึ้นไปโดยการหลอมโลหะที่ข้อต่อแล้วปล่อยให้แข็งตัวเป็นชิ้นเดียวต่อเนื่องกัน คำว่า "ฟิวชัน" หมายถึงการหลอมและการผสมวัสดุฐานเพื่อสร้างรอยเชื่อม

ในการเชื่อมฟิวชัน แหล่งความร้อนจะถูกนำไปใช้กับวัสดุเพื่อเพิ่มอุณหภูมิจนถึงจุดที่วัสดุหลอมเหลว แหล่งความร้อนนี้อาจเป็นเปลวไฟเปิด อาร์กไฟฟ้า เลเซอร์ หรือลำแสงอิเล็กตรอน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมเฉพาะ เมื่อวัสดุหลอมเหลว พวกมันก็จะถูกนำมารวมกัน และเมื่อพวกมันเย็นตัวลงและแข็งตัว มันก็จะก่อให้เกิดพันธะที่แข็งแกร่งและเป็นโลหะวิทยา

การเชื่อมโซลิดสเตตคืออะไร?

การเชื่อมแบบโซลิดสเตตคือกลุ่มของกระบวนการเชื่อมที่สร้างพันธะระหว่างวัสดุสองชนิดโดยไม่ทำให้วัสดุทั้งสองกลายเป็นของเหลวโดยสมบูรณ์ การเชื่อมแบบโซลิดสเตตต่างจากการเชื่อมแบบฟิวชันตรงที่วัสดุฐานถูกละลายเพื่อสร้างเป็นแนวเชื่อม การเชื่อมแบบโซลิดสเตตจะเกิดการเชื่อมโดยใช้แรงดัน อุณหภูมิ และเวลาร่วมกัน โดยทั้งหมดนี้อยู่ภายในเฟสโซลิดสเตตของวัสดุที่เกี่ยวข้อง กระบวนการนี้เรียกอีกอย่างว่า "พันธะโซลิดสเตต" หรือ "การรวมโซลิดสเตต"

การไม่มีการหลอมเหลวอย่างสมบูรณ์ในการเชื่อมแบบโซลิดสเตตมีข้อดีหลายประการ รวมถึงการรักษาคุณสมบัติของวัสดุและการเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกันซึ่งอาจเข้ากันไม่ได้กับวิธีการเชื่อมฟิวชันแบบดั้งเดิม กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุต้นกำเนิด ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดข้อบกพร่องและช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการติดได้อย่างแม่นยำ

ความแตกต่างระหว่างการเชื่อมฟิวชั่นและการเชื่อมโซลิดสเตต

1. ความแตกต่างพื้นฐานอยู่ที่สถานะของวัสดุฐานระหว่างกระบวนการเชื่อม ในการเชื่อมแบบฟิวชัน วัสดุจะถูกให้ความร้อนจนมีสถานะหลอมเหลวและละลายจนหมดที่ข้อต่อ ทำให้เกิดการหลอมรวมของวัสดุต้นกำเนิด ในทางตรงกันข้าม การเชื่อมแบบโซลิดสเตตทำให้เกิดการยึดเกาะโดยไม่ทำให้วัสดุหลอมละลายจนกลายเป็นของเหลว โดยยังคงรักษาคุณสมบัติของวัสดุดั้งเดิมเอาไว้
2. การเชื่อมฟิวชั่นต้องใช้อุณหภูมิค่อนข้างสูงในการหลอมวัสดุฐานและสร้างรอยเชื่อม ในการเชื่อมแบบโซลิดสเตต อุณหภูมิจะลดลง เนื่องจากกระบวนการอาศัยการให้ความร้อนเฉพาะจุดผ่านการเสียดสี การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก หรือวิธีการอื่นๆ โดยไม่ถึงจุดหลอมเหลวของวัสดุ
3. การเชื่อมแบบฟิวชั่นอาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวและความเค้นตกค้างในส่วนประกอบที่เชื่อมได้อย่างมากเนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้อง ในทางกลับกัน การเชื่อมแบบโซลิดสเตตทำให้เกิดการบิดเบือนและความเค้นตกค้างในระดับที่ต่ำกว่า เนื่องจากจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าและมีความร้อนเข้าน้อยกว่า
4. การเชื่อมแบบฟิวชั่นทำให้เกิดรอยต่อที่ต่อเนื่องและเป็นเนื้อเดียวกันพร้อมกับการหลอมรวมของวัสดุฐานโดยสมบูรณ์ คุณภาพของข้อต่ออาจแตกต่างกันในการเชื่อมแบบโซลิดสเตต ขึ้นอยู่กับกระบวนการเฉพาะที่ใช้ วิธีการเชื่อมโซลิดสเตตบางวิธี เช่น การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวน สามารถสร้างรอยต่อที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและมีข้อบกพร่องน้อยที่สุด ในขณะที่วิธีอื่นๆ อาจมีข้อจำกัดในการใช้งานเฉพาะ
5. การเชื่อมแบบฟิวชั่นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมวัสดุที่คล้ายคลึงกันโดยมีจุดหลอมเหลวที่เข้ากันได้ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกันอย่างมีประสิทธิภาพอาจเป็นเรื่องยากเนื่องจากคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกัน ในทางกลับกัน การเชื่อมแบบโซลิดสเตตมีข้อดีในการเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกัน เนื่องจากจะหลีกเลี่ยงการหลอมละลายทั้งหมด จึงสามารถเชื่อมวัสดุที่มีลักษณะแตกต่างกันอย่างมากได้

การเปรียบเทียบระหว่างการเชื่อมฟิวชั่นและการเชื่อมโซลิดสเตต

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	การเชื่อมฟิวชั่น	การเชื่อมโซลิดสเตต
อินพุตความร้อน	การป้อนความร้อนสูงทำให้เกิดการหลอมละลายของวัสดุโดยสมบูรณ์	การป้อนความร้อนต่ำ ลดความเสี่ยงของการบิดเบี้ยวและรักษาคุณสมบัติของวัสดุ
ความแข็งแรงร่วม	ข้อต่อโดยทั่วไปมีความแข็งแรงเนื่องจากการหลอมรวมของวัสดุอย่างสมบูรณ์	ข้อต่อที่แข็งแรง โดยเฉพาะในกระบวนการโซลิดสเตตบางอย่าง
การบังคับใช้ที่ไม่เหมือนกัน	ความท้าทายในการเชื่อมวัสดุที่ไม่เหมือนกันเนื่องจากจุดหลอมเหลวต่างกัน	ข้อดีสำหรับการติดวัสดุที่ไม่เหมือนกันแต่มีคุณสมบัติต่างกัน
การเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยา	สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้	การเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาน้อยที่สุดหรือไม่มีเลยเนื่องจากไม่มีการหลอมละลายเต็มที่
ข้อบกพร่องร่วมกัน	มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น ความพรุน รอยแตกร้าว และการรวมตัว	โดยทั่วไปแล้วจะทำให้เกิดข้อบกพร่องน้อยลงเนื่องจากการป้อนความร้อนและกระบวนการควบคุมที่ต่ำกว่า

อ้างอิง

1. https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/phenomenological-modeling-of-fusion-welding-processes/04984333CB143DBF4886530F36102D5E
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013617304181

อัพเดตล่าสุด : 27 สิงหาคม 2023