اللحام بالاحتكاك والتحريك

لحام التحريك الاحتكاكي ( FSW ) هو عملية ربط في الحالة الصلبة تستخدم أداة غير قابلة للاستهلاك لربط قطعتي عمل متقابلتين دون إذابة مادة قطعة العمل. ^{[1] [2]} تتولد الحرارة عن طريق الاحتكاك بين الأداة الدوارة ومادة قطعة العمل، مما يؤدي إلى منطقة لينة بالقرب من أداة لحام التحريك الاحتكاكي. أثناء مرور الأداة على طول خط الوصل، فإنها تختلط ميكانيكيًا بين قطعتي المعدن، وتشكل المعدن الساخن واللين بالضغط الميكانيكي الذي تطبقه الأداة، تمامًا مثل ربط الطين أو العجين. ^[2] يتم استخدامه في المقام الأول على الألومنيوم المطاوع أو المبثوق وخاصة للهياكل التي تحتاج إلى قوة لحام عالية جدًا. لحام التحريك الاحتكاكي قادر على ربط سبائك الألومنيوم وسبائك النحاس وسبائك التيتانيوم والفولاذ الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك المغنيسيوم. في الآونة الأخيرة، تم استخدامه بنجاح في لحام البوليمرات. ^[3] بالإضافة إلى ذلك، تم مؤخرًا تحقيق ربط المعادن غير المتشابهة، مثل سبائك الألومنيوم إلى المغنيسيوم، بواسطة لحام التحريك الاحتكاكي. ^[4] يمكن العثور على تطبيق FSW في بناء السفن الحديثة والقطارات وتطبيقات الفضاء الجوي. ^{[5] [6] [7] [8] [9] [10]}

تم تسجيل براءة اختراع هذا المفهوم في الاتحاد السوفييتي بواسطة يو. كليمنكو في عام 1967، ^[11] ولكن لم يتم تطويره إلى تقنية تجارية في ذلك الوقت. تم إثباته تجريبياً وتسويقه في معهد اللحام (TWI) في المملكة المتحدة في عام 1991. حصل معهد اللحام ( TWI) على براءات اختراع على العملية، وكانت الأولى هي الأكثر وصفًا. ^[12]

يتم إجراء اللحام بالتحريك الاحتكاكي باستخدام أداة أسطوانية دوارة بها دبوس مُصمم (يُعرف أيضًا باسم المسبار) بقطر أصغر من قطر كتفه. أثناء اللحام، يتم تغذية الأداة في وصلة مؤخرة بين قطعتي عمل مثبتتين، حتى يخترق المسبار قطعة العمل ويلمس كتفه سطح قطعتي العمل. ^[13] يكون المسبار أقصر قليلاً من عمق اللحام المطلوب، مع وجود كتف الأداة فوق سطح العمل. ^[14] بعد فترة توقف قصيرة، يتم تحريك الأداة للأمام على طول خط الوصلة بسرعة اللحام المحددة مسبقًا. ^[15]

تتولد حرارة احتكاكية بين الأداة المقاومة للتآكل وقطع العمل. تتسبب هذه الحرارة، إلى جانب الحرارة الناتجة عن عملية الخلط الميكانيكية والحرارة الأدياباتية داخل المادة، في تليين المواد المخلوطة دون ذوبان . ومع تحريك الأداة للأمام، يفرض ملف تعريف خاص على المجس المادة البلاستيكية من الوجه الأمامي إلى الخلف، حيث تساعد القوى العالية في تثبيت اللحام بالطرق.

تؤدي هذه العملية التي تمر بها الأداة على طول خط اللحام في عمود أنبوبي معدني مُلدَّن إلى تشوه شديد في الحالة الصلبة يتضمن إعادة تبلور ديناميكي للمادة الأساسية. ^[16]

إن طبيعة الحالة الصلبة لعملية FSW، جنبًا إلى جنب مع شكل الأداة غير المعتاد وملف السرعة غير المتماثل، تؤدي إلى بنية دقيقة مميزة للغاية . يمكن تقسيم البنية الدقيقة إلى المناطق التالية:

• منطقة التحريك (المعروفة أيضًا باسم المنطقة المعاد تبلورها ديناميكيًا) هي منطقة من مادة مشوهة بشدة تتوافق تقريبًا مع موقع الدبوس أثناء اللحام. تكون الحبيبات داخل منطقة التحريك متساوية المحاور تقريبًا وغالبًا ما تكون أصغر بمقدار مرتبة من الحبيبات الموجودة في المادة الأم. ^[17] من السمات الفريدة لمنطقة التحريك حدوث العديد من الحلقات المتحدة المركز بشكل شائع، والتي يشار إليها باسم بنية "حلقة البصل". ^[18] لم يتم تحديد الأصل الدقيق لهذه الحلقات بشكل قاطع، على الرغم من اقتراح اختلافات في كثافة عدد الجسيمات وحجم الحبيبات والملمس.
• تقع منطقة ذراع التدفق على السطح العلوي من اللحام وتتكون من مادة يتم سحبها بواسطة الكتف من الجانب المتراجع من اللحام، حول الجزء الخلفي من الأداة، وترسبت على الجانب المتقدم. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• تحدث المنطقة المتأثرة حرارياً وميكانيكياً (TMAZ) على جانبي منطقة التحريك. في هذه المنطقة يكون الضغط ودرجة الحرارة أقل ويكون تأثير اللحام على البنية الدقيقة أصغر تبعاً لذلك. وعلى عكس منطقة التحريك، يمكن التعرف على البنية الدقيقة على أنها نفس بنية المادة الأصلية، وإن كانت مشوهة ومدورة بشكل كبير. على الرغم من أن مصطلح TMAZ يشير تقنيًا إلى المنطقة المشوهة بالكامل، إلا أنه غالبًا ما يستخدم لوصف أي منطقة غير مغطاة بالفعل بمصطلحي منطقة التحريك وذراع التدفق. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) هي منطقة مشتركة بين جميع عمليات اللحام. وكما يشير الاسم، تخضع هذه المنطقة لدورة حرارية ولكنها لا تتشوه أثناء اللحام. تكون درجات الحرارة أقل من تلك الموجودة في منطقة TMAZ ولكن قد يكون لها تأثير كبير إذا كانت البنية الدقيقة غير مستقرة حرارياً. في الواقع، في سبائك الألومنيوم المقواة بالعمر، تظهر هذه المنطقة عادةً أضعف الخصائص الميكانيكية. ^[19]

تؤدي طبيعة الحالة الصلبة لعملية اللحام بالصهر إلى العديد من المزايا مقارنة بطرق اللحام بالصهر، حيث يتم تجنب المشاكل المرتبطة بالتبريد من الطور السائل. لا تنشأ مشكلات مثل المسامية وإعادة توزيع المذاب وتشقق التصلب وتشقق التميع أثناء اللحام بالصهر. بشكل عام، وجد أن اللحام بالصهر ينتج تركيزًا منخفضًا من العيوب ويتحمل بشكل كبير الاختلافات في المعلمات والمواد.

ومع ذلك، يرتبط اللحام بالقوس بعدد من العيوب الفريدة إذا لم يتم بشكل صحيح. فدرجات حرارة اللحام غير الكافية، بسبب سرعات الدوران المنخفضة أو سرعات العبور العالية، على سبيل المثال، تعني أن مادة اللحام غير قادرة على استيعاب التشوه الشديد أثناء اللحام. وقد يؤدي هذا إلى عيوب طويلة تشبه الأنفاق تمتد على طول اللحام، والتي قد تحدث على السطح أو تحت السطح. وقد تحد درجات الحرارة المنخفضة أيضًا من عمل التشكيل بالأداة وبالتالي تقلل من استمرارية الرابطة بين المادة من كل جانب من جوانب اللحام. وقد أدى التلامس الخفيف بين المادة إلى ظهور اسم "الرابطة القبلية". هذا العيب مقلق بشكل خاص، لأنه من الصعب جدًا اكتشافه باستخدام طرق غير مدمرة مثل الأشعة السينية أو الاختبار بالموجات فوق الصوتية . إذا لم يكن الدبوس طويلاً بما يكفي أو ارتفعت الأداة من اللوحة، فقد لا يتم تعطيل الواجهة الموجودة في أسفل اللحام وتشكيلها بواسطة الأداة، مما يؤدي إلى عيب عدم الاختراق. يعتبر هذا في الأساس شقًا في المادة، والذي يمكن أن يكون مصدرًا محتملًا لشقوق التعب .

تم تحديد عدد من المزايا المحتملة لـ FSW مقارنة بعمليات اللحام بالدمج التقليدية: ^{[20] [15]}

• خصائص ميكانيكية جيدة في حالة اللحام.
• تحسين السلامة بسبب عدم وجود أبخرة سامة أو تناثر المواد المنصهرة.
• لا توجد مواد استهلاكية — يمكن للدبوس الملولب المصنوع من الفولاذ التقليدي للأدوات ، مثل H13 المقوى، أن يلحم أكثر من 1 كيلومتر (0.6 ميل) من الألومنيوم، ولا يتطلب وجود حشو أو درع غاز للألومنيوم.
• يمكن أتمتتها بسهولة على آلات الطحن البسيطة - تكاليف إعداد أقل وتدريب أقل.
• يمكن تشغيلها في جميع المواضع (أفقي، رأسي، إلخ)، حيث لا يوجد حوض لحام.
• مظهر لحام جيد بشكل عام وسماكة أقل من التطابق أو أكثر من التطابق، وبالتالي تقليل الحاجة إلى التشغيل المكلف بعد اللحام.
• يمكن استخدام مواد أرق بنفس قوة الوصلة.
• تأثير بيئي منخفض.
• الأداء العام وفوائد التكلفة من التحول من الاندماج إلى الاحتكاك.

ومع ذلك، تم تحديد بعض عيوب هذه العملية:

• فتحة الخروج تترك عند سحب الأداة.
• تتطلب قوى سفلية كبيرة مع المشابك الثقيلة اللازمة لربط الألواح معًا.
• أقل مرونة من العمليات اليدوية والقوسية (صعوبات مع اختلافات السمك واللحامات غير الخطية).
• غالبًا ما يكون معدل النقل أبطأ من بعض تقنيات اللحام بالاندماج، على الرغم من أنه قد يتم تعويض ذلك إذا كانت هناك حاجة إلى عدد أقل من عمليات اللحام.

يعد تصميم الأداة ^[21] عاملاً بالغ الأهمية، حيث يمكن للأداة الجيدة تحسين جودة اللحام وأقصى سرعة لحام ممكنة.

من المستحسن أن تكون مادة الأداة قوية ومتينة ومقاومة للتآكل بدرجة كافية عند درجة حرارة اللحام. علاوة على ذلك، يجب أن تتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة وموصلية حرارية منخفضة لتقليل فقدان الحرارة والتلف الحراري للآلات أعلى مجموعة القيادة. لقد ثبت أن الفولاذ المصنوع من الأدوات الساخنة مثل AISI H13 مقبول تمامًا في لحام سبائك الألومنيوم في نطاقات سمك تتراوح من 0.5 إلى 50 مم ^[22] ولكن هناك حاجة إلى مواد أداة أكثر تقدمًا للتطبيقات الأكثر تطلبًا مثل مركبات مصفوفة معدنية شديدة الكشط ^[23] أو مواد ذات نقطة انصهار أعلى مثل الفولاذ أو التيتانيوم.

لقد ثبت أن التحسينات في تصميم الأدوات تؤدي إلى تحسينات كبيرة في الإنتاجية والجودة. وقد طورت شركة TWI أدوات مصممة خصيصًا لزيادة عمق الاختراق وبالتالي زيادة سمك اللوحة التي يمكن لحامها بنجاح. ومن الأمثلة على ذلك تصميم "الدوامة" الذي يستخدم دبوسًا مدببًا بخصائص إعادة الدخول أو خيطًا متغير الخطوة لتحسين تدفق المواد إلى الأسفل. وتشمل التصميمات الإضافية سلسلة Triflute وTrivex. يتميز تصميم Triflute بنظام معقد من ثلاثة أخاديد مدببة ملولبة لإعادة الدخول والتي يبدو أنها تزيد من حركة المواد حول الأداة. تستخدم أدوات Trivex دبوسًا أبسط وغير أسطواني وقد وجد أنها تقلل من القوى المؤثرة على الأداة أثناء اللحام.

تتميز أغلب الأدوات بملف كتف مقعر يعمل كحجم هروب للمواد التي تحركها الدبوس، ويمنع المواد من الخروج من جوانب الكتف ويحافظ على الضغط لأسفل وبالتالي التشكيل الجيد للمواد خلف الأداة. تستخدم أداة Triflute نظامًا بديلًا بسلسلة من الأخاديد المتحدة المركز التي يتم تشكيلها في السطح، والتي تهدف إلى إنتاج حركة إضافية للمواد في الطبقات العليا من اللحام.

إن التطبيقات التجارية الواسعة النطاق لعملية اللحام بالاحتكاك للصلب وغيره من السبائك الصلبة مثل سبائك التيتانيوم سوف تتطلب تطوير أدوات فعالة من حيث التكلفة ومتينة. ^[24] إن اختيار المواد وتصميمها وتكلفتها من الاعتبارات المهمة في البحث عن أدوات مفيدة تجاريًا للحام المواد الصلبة. ويستمر العمل لفهم أفضل لتأثيرات تركيبة مادة الأداة وبنيتها وخصائصها وهندستها على أدائها ومتانتها وتكلفتها. ^[25]

هناك سرعتان للأداة يجب مراعاتهما في اللحام بالاحتكاك والتحريك؛ ^[26] مدى سرعة دوران الأداة ومدى سرعتها في عبور الواجهة. تتمتع هاتان المعلمتان بأهمية كبيرة ويجب اختيارهما بعناية لضمان دورة لحام ناجحة وفعالة. العلاقة بين سرعة الدوران وسرعة اللحام ومدخلات الحرارة أثناء اللحام معقدة، ولكن بشكل عام، يمكن القول إن زيادة سرعة الدوران أو تقليل سرعة العبور سيؤدي إلى لحام أكثر سخونة. من أجل إنتاج لحام ناجح، من الضروري أن تكون المادة المحيطة بالأداة ساخنة بدرجة كافية لتمكين التدفق البلاستيكي المكثف المطلوب وتقليل القوى المؤثرة على الأداة. إذا كانت المادة باردة جدًا، فقد توجد فراغات أو عيوب أخرى في منطقة التحريك وفي الحالات القصوى قد تنكسر الأداة.

من ناحية أخرى، قد يكون ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط ضارًا بالخصائص النهائية للحام. من الناحية النظرية، قد يؤدي هذا حتى إلى عيوب بسبب تسييل المراحل ذات نقطة الانصهار المنخفضة (على غرار تشقق التسييل في اللحامات الانصهارية). تؤدي هذه المطالب المتنافسة إلى مفهوم "نافذة المعالجة": مجموعة من معلمات المعالجة مثل دوران الأداة وسرعة العبور، والتي ستنتج لحامًا عالي الجودة. ^[27] داخل هذه النافذة، سيكون اللحام الناتج عن مدخلات حرارية عالية بما يكفي لضمان مرونة المواد الكافية ولكن ليس عالية جدًا بحيث تتدهور خصائص اللحام بشكل مفرط.

يتم تعريف عمق الانغماس على أنه عمق أدنى نقطة في الكتف أسفل سطح اللوحة الملحومة وقد وجد أنه معلمة حاسمة لضمان جودة اللحام. ^[28] يؤدي انغماس الكتف أسفل سطح اللوحة إلى زيادة الضغط أسفل الأداة ويساعد في ضمان التشكيل المناسب للمادة في الجزء الخلفي من الأداة. وقد وجد أن إمالة الأداة بمقدار 2-4 درجات، بحيث يكون الجزء الخلفي من الأداة أقل من الجزء الأمامي، يساعد في عملية التشكيل هذه. يجب ضبط عمق الانغماس بشكل صحيح، لضمان تحقيق الضغط السفلي اللازم ولضمان اختراق الأداة بالكامل للحام. ونظرًا للأحمال العالية المطلوبة، فقد تنحرف آلة اللحام وبالتالي تقلل من عمق الانغماس مقارنة بالإعداد الاسمي، مما قد يؤدي إلى عيوب في اللحام. من ناحية أخرى، قد يؤدي عمق الانغماس المفرط إلى احتكاك الدبوس بسطح اللوحة الداعمة أو عدم تطابق كبير في سمك اللحام مقارنة بالمادة الأساسية. تم تطوير اللحامات ذات الحمل المتغير للتعويض تلقائيًا عن التغييرات في إزاحة الأداة، في حين أظهرت شركة TWI نظام أسطوانة يحافظ على موضع الأداة فوق لوحة اللحام.

أثناء اللحام، سوف تؤثر مجموعة من القوى على الأداة: ^[29]

• إن القوة الموجهة للأسفل ضرورية للحفاظ على موضع الأداة عند سطح المادة أو أسفله. تعمل بعض آلات اللحام بالاحتكاك والتحريك تحت التحكم في الحمل، ولكن في العديد من الحالات يكون الموضع الرأسي للأداة محددًا مسبقًا، وبالتالي يتغير الحمل أثناء اللحام.
• تعمل القوة العرضية بالتوازي مع حركة الأداة وتكون موجبة في اتجاه العرض. ونظرًا لأن هذه القوة تنشأ نتيجة لمقاومة المادة لحركة الأداة، فمن المتوقع أن تقل هذه القوة مع زيادة درجة حرارة المادة المحيطة بالأداة.
• يمكن للقوة الجانبية أن تعمل بشكل عمودي على اتجاه عرض الأداة ويتم تعريفها هنا بأنها إيجابية تجاه الجانب المتقدم من اللحام.
• يلزم وجود عزم دوران لتدوير الأداة، وتعتمد كمية هذا العزم على القوة السفلية ومعامل الاحتكاك (الاحتكاك الانزلاقي) و/أو قوة تدفق المادة في المنطقة المحيطة ( الاحتكاك ).

من أجل منع كسر الأداة وتقليل التآكل المفرط للأداة والآلات المرتبطة بها، يتم تعديل دورة اللحام بحيث تكون القوى المؤثرة على الأداة منخفضة قدر الإمكان، ويتم تجنب التغييرات المفاجئة. من أجل العثور على أفضل مجموعة من معلمات اللحام، من المحتمل أن يتم التوصل إلى حل وسط، حيث أن الظروف التي تفضل القوى المنخفضة (مثل المدخلات الحرارية العالية، وسرعات السفر المنخفضة) قد تكون غير مرغوبة من وجهة نظر الإنتاجية وخصائص اللحام.

استخدم العمل المبكر على طريقة تدفق المواد حول الأداة إدخالات من سبيكة مختلفة، والتي كان لها تباين مختلف عن المادة العادية عند عرضها من خلال المجهر، في محاولة لتحديد مكان تحرك المادة أثناء مرور الأداة. ^{[30] [31]} تم تفسير البيانات على أنها تمثل شكلًا من أشكال البثق في الموقع ، حيث تشكل الأداة ولوحة الدعم والمادة الأساسية الباردة "غرفة البثق"، والتي يتم من خلالها إجبار المادة البلاستيكية الساخنة. في هذا النموذج، يسحب دوران الأداة القليل من المواد أو لا يسحبها على الإطلاق حول مقدمة المجس؛ بدلاً من ذلك، تقطع المادة أمام الدبوس وتمر إلى أسفل على أي جانب. بعد أن تمر المادة بالمجس، فإن الضغط الجانبي الذي تمارسه "القالب" يجبر المادة على العودة معًا، ويحدث توحيد المفصل، حيث يمر الجزء الخلفي من كتف الأداة فوق الرأس وتقوم القوة السفلية الكبيرة بتشكيل المادة.

في الآونة الأخيرة، تم طرح نظرية بديلة تدعو إلى حركة مادية كبيرة في مواقع معينة. ^[32] وتزعم هذه النظرية أن بعض المواد تدور حول المجس، لدورة واحدة على الأقل، وأن حركة المواد هذه هي التي تنتج بنية "حلقة البصل" في منطقة التحريك. استخدم الباحثون مزيجًا من إدخالات شرائط النحاس الرقيقة وتقنية "الدبوس المجمد"، حيث يتم إيقاف الأداة بسرعة في مكانها. واقترحوا أن حركة المواد تحدث من خلال عمليتين:

1. تدخل المادة الموجودة على الجانب المتقدم من اللحام إلى منطقة تدور وتتقدم مع المجس المرسوم. كانت هذه المادة مشوهة للغاية وتتساقط خلف الدبوس لتشكل سمات على شكل قوس عند النظر إليها من أعلى (أي أسفل محور الأداة). وقد لوحظ أن النحاس دخل منطقة الدوران حول الدبوس، حيث انكسر إلى شظايا. ولم يتم العثور على هذه الشظايا إلا في السمات على شكل قوس للمادة خلف الأداة.
2. جاءت المادة الأخف وزناً من الجانب المتراجع أمام الدبوس وتم سحبها إلى الجزء الخلفي من الأداة وملأت الفجوات بين أقواس المادة الجانبية المتقدمة. لم تدور هذه المادة حول الدبوس، وأدى المستوى الأدنى من التشوه إلى حجم حبيبات أكبر.

الميزة الأساسية لهذا التفسير هي أنه يوفر تفسيرا معقولا لإنتاج بنية حلقات البصل.

توفر تقنية العلامة في اللحام بالتحريك الاحتكاكي بيانات عن المواضع الأولية والنهائية للعلامة في المادة الملحومة. ثم يتم إعادة بناء تدفق المواد من هذه المواضع. يمكن أيضًا حساب مجال تدفق المواد التفصيلي أثناء اللحام بالتحريك الاحتكاكي من الاعتبارات النظرية القائمة على المبادئ العلمية الأساسية. تُستخدم حسابات تدفق المواد بشكل روتيني في العديد من التطبيقات الهندسية. يمكن إجراء حساب مجالات تدفق المواد في اللحام بالتحريك الاحتكاكي باستخدام محاكاة رقمية شاملة ^{[33] [34] [35]} أو معادلات تحليلية بسيطة ولكنها ثاقبة. ^[36] توفر النماذج الشاملة لحساب مجالات تدفق المواد أيضًا معلومات مهمة مثل هندسة منطقة التحريك وعزم الدوران على الأداة. ^{[37] [38]} أظهرت المحاكاة الرقمية القدرة على التنبؤ بشكل صحيح بالنتائج من تجارب العلامة ^[35] وهندسة منطقة التحريك الملحوظة في تجارب اللحام بالتحريك الاحتكاكي. ^{[37] [39]}

بالنسبة لأي عملية لحام، من المستحسن بشكل عام زيادة سرعة الحركة وتقليل مدخلات الحرارة، حيث سيؤدي هذا إلى زيادة الإنتاجية وربما تقليل تأثير اللحام على الخصائص الميكانيكية للحام. في الوقت نفسه، من الضروري التأكد من أن درجة الحرارة حول الأداة مرتفعة بما يكفي للسماح بتدفق المواد بشكل كافٍ ومنع العيوب أو تلف الأداة.

عندما يتم زيادة سرعة الحركة، بالنسبة لمدخلات حرارية معينة، يكون هناك وقت أقل للحرارة للتوصيل أمام الأداة، وتكون التدرجات الحرارية أكبر. في مرحلة ما، ستكون السرعة عالية جدًا بحيث تكون المادة أمام الأداة باردة جدًا، وإجهاد التدفق مرتفعًا جدًا، للسماح بحركة كافية للمادة، مما يؤدي إلى عيوب أو كسر الأداة. إذا كانت "المنطقة الساخنة" كبيرة جدًا، فهناك مجال لزيادة سرعة الحركة وبالتالي الإنتاجية.

يمكن تقسيم دورة اللحام إلى عدة مراحل، وخلالها يكون تدفق الحرارة والشكل الحراري مختلفين: ^[40]

• السكون . يتم تسخين المادة مسبقًا بواسطة أداة ثابتة دوارة لتحقيق درجة حرارة كافية أمام الأداة للسماح بالتحرك. قد تتضمن هذه الفترة أيضًا غمر الأداة في قطعة العمل.
• التسخين المؤقت . عندما تبدأ الأداة في التحرك، ستكون هناك فترة مؤقتة حيث يتغير إنتاج الحرارة ودرجة الحرارة حول الأداة بطريقة معقدة حتى يتم الوصول إلى حالة مستقرة بشكل أساسي.
• حالة شبه ثابتة . على الرغم من حدوث تقلبات في توليد الحرارة، إلا أن المجال الحراري حول الأداة يظل ثابتًا بشكل فعال، على الأقل على النطاق الكلي.
• بعد حالة الثبات . بالقرب من نهاية اللحام، قد "تنعكس" الحرارة من نهاية اللوحة، مما يؤدي إلى تسخين إضافي حول الأداة.

تنشأ الحرارة الناتجة أثناء اللحام بالاحتكاك والتحريك من مصدرين رئيسيين: الاحتكاك على سطح الأداة وتشوه المادة المحيطة بالأداة. ^[41] غالبًا ما يُفترض أن الحرارة الناتجة تحدث بشكل أساسي تحت الكتف، نظرًا لمساحتها السطحية الأكبر، وأنها تساوي القوة المطلوبة للتغلب على قوى التلامس بين الأداة وقطعة العمل. يمكن وصف حالة التلامس تحت الكتف بالاحتكاك الانزلاقي، باستخدام معامل الاحتكاك μ وضغط الواجهة P ، أو الاحتكاك اللاصق، بناءً على قوة القص بين الواجهة عند درجة حرارة ومعدل إجهاد مناسبين. تم تطوير تقريبات رياضية للحرارة الكلية الناتجة عن كتف الأداة Q _total باستخدام كل من نماذج الاحتكاك الانزلاقي والالتصاقي: ^[40]

${\displaystyle Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi P\mu \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)}$ (انزلاق)

${\displaystyle Q_{\text{total}}={\frac {2}{3}}\pi \tau \omega \left(R_{\text{shoulder}}^{3}-R_{\text{pin}}^{3}\right)}$ (الالتصاق)

حيث ω هي السرعة الزاوية للأداة، و R _shoulder هو نصف قطر كتف الأداة، و R _pin هو نصف قطر الدبوس. وقد تم اقتراح العديد من المعادلات الأخرى لتوضيح عوامل مثل الدبوس، لكن النهج العام يظل كما هو.

إن الصعوبة الرئيسية في تطبيق هذه المعادلات تكمن في تحديد القيم المناسبة لمعامل الاحتكاك أو إجهاد القص على السطح البيني. فالظروف تحت الأداة قاسية للغاية ويصعب قياسها. وحتى الآن، تم استخدام هذه المعلمات كـ "معلمات ملائمة"، حيث يعمل النموذج على الرجوع إلى البيانات الحرارية المقاسة للحصول على مجال حراري محاكى معقول. وفي حين أن هذا النهج مفيد لإنشاء نماذج عملية للتنبؤ، على سبيل المثال، بالإجهادات المتبقية، فإنه أقل فائدة لتوفير رؤى حول العملية نفسها.

تم تسجيل براءة اختراع عملية اللحام بالاحتكاك في البداية بواسطة TWI في معظم البلدان الصناعية وتم ترخيصها لأكثر من 183 مستخدمًا.  تُستخدم عملية اللحام بالاحتكاك والتحريك ومتغيراتها - اللحام النقطي بالاحتكاك والمعالجة بالاحتكاك والتحريك - في التطبيقات الصناعية التالية: ^[42] بناء السفن والبحرية، ^[43] الفضاء، ^{[44] [45]} السيارات، ^[46] عربات السكك الحديدية، ^{[47] [48]} التصنيع العام، ^[49] الروبوتات، وأجهزة الكمبيوتر.

كانت شركتان اسكندنافيتان متخصصتان في بثق الألمنيوم أول من طبقا تقنية اللحام بالاحتكاك تجاريًا في تصنيع ألواح تجميد الأسماك في سابا في عام 1996، بالإضافة إلى ألواح السطح ومنصات هبوط المروحيات في شركة مارين ألمنيوم أنينسن. اندمجت شركة مارين ألمنيوم أنينسن لاحقًا مع شركة هيدرو ألمنيوم ماريتيم لتصبح شركة هيدرو مارين ألمنيوم . يتم إنتاج بعض ألواح التجميد هذه الآن بواسطة شركتي ريفتيك وباياردز. في عام 1997، تم إنتاج اللحامات الاحتكاكية ثنائية الأبعاد في قسم القوس المتسع هيدروديناميكيًا من بدن سفينة مشاهدة المحيط ذا بوس في معهد مؤسسة الأبحاث باستخدام أول آلة لحام احتكاكية محمولة. تعد سفينة سوبر لاينر أوغاساوارا في شركة ميتسوي للهندسة وبناء السفن أكبر سفينة يتم لحامها بالاحتكاك حتى الآن. ^{[ بحاجة لمصدر ] تحتوي} سفينة سي فايتر من شركة نيكولز بروس وسفن القتال الساحلية من فئة فريدوم على ألواح مسبقة الصنع من قبل مصنعي اللحام بالاحتكاك شركتي أدفانسد تكنولوجي وفريكشن ستير لينك، على التوالي. ^[6] تحتوي قوارب الصواريخ من فئة Houbei على حاويات إطلاق صواريخ ملحومة بالاحتكاك من مركز التحريك بالاحتكاك الصيني. تحتوي سفينة HMNZS Rotoiti في نيوزيلندا على ألواح FSW مصنوعة بواسطة Donovans في آلة طحن معدلة. ^{[50] [51]} تطبق شركات مختلفة FSW على دروع السفن الهجومية البرمائية . ^{[52] [53]}

تطبق United Launch Alliance تقنية FSW على مركبات الإطلاق القابلة للتصرف Delta II و Delta IV و Atlas V ومركبات الإطلاق الجديدة Vulcan جنبًا إلى جنب مع المراحل العلوية المبردة ، وأول هذه المركبات مع وحدة المرحلة المتوسطة الملحومة بالاحتكاك تم إطلاقها في عام 1999. كما تم استخدام هذه العملية أيضًا في الخزان الخارجي للمكوك الفضائي ، ولـ Ares I حتى تم إلغاء المشروع في عام 2012، ونواة SLS التي حلت محل Ares، ومقالة اختبار مركبة Orion Crew Vehicle والنموذج الحالي لـ Orion في وكالة ناسا ، بالإضافة إلى صواريخ Falcon 1 و Falcon 9 في SpaceX . ^[54] كانت مسامير منحدر طائرة الشحن Boeing C-17 Globemaster III بواسطة Advanced Joining Technologies ^[7] وعوارض حاجز الشحن لطائرة الشحن الكبيرة Boeing 747 ^[7] أول أجزاء طائرات يتم إنتاجها تجاريًا. تم تصنيع الأجنحة وألواح جسم الطائرة المعتمدة من إدارة الطيران الفيدرالية لطائرة إكليبس 500 في شركة إكليبس للطيران ، وقد سلمت هذه الشركة 259 طائرة نفاثة تجارية ملحومة بالاحتكاك، قبل أن تُضطر إلى التصفية بموجب الفصل السابع من الإفلاس. تُصنع الألواح الأرضية لطائرات إيرباص A400M العسكرية الآن بواسطة شركة Pfalz Flugzeugwerke وتستخدم شركة Embraer اللحام بالاحتكاك لطائرات Legacy 450 و500 ^[8] كما يتم استخدام اللحام بالاحتكاك للألواح الجسمية لطائرات إيرباص A380 . ^[55] تستخدم شركة BRÖTJE-Automation اللحام بالاحتكاك لآلات إنتاج الرافعات الجسرية المطورة لقطاع الطيران، بالإضافة إلى التطبيقات الصناعية الأخرى. ^[56]

كانت حوامل المحرك المصنوعة من الألومنيوم ودعامات التعليق لسيارات لينكولن تاون كارز الممتدة هي أول أجزاء السيارات التي تم لحامها بالاحتكاك في شركة تاور أوتوموتيف ، والتي تستخدم هذه العملية أيضًا في نفق محرك فورد جي تي . تُسمى إحدى الشركات الفرعية لهذه الشركة Friction Stir Link, Inc. وتستغل بنجاح عملية FSW، على سبيل المثال للمقطورة المسطحة "Revolution" من Fontaine Trailers. ^[57] في اليابان، يتم تطبيق FSW على دعامات التعليق في شركة Showa Denko ولربط صفائح الألومنيوم بأقواس فولاذية مجلفنة لغطاء صندوق السيارة (الصندوق) لسيارة Mazda MX-5 . يتم استخدام اللحام النقطي بالاحتكاك والتحريك بنجاح لغطاء المحرك والأبواب الخلفية لسيارة Mazda RX-8 وغطاء صندوق السيارة لسيارة Toyota Prius . يتم لحام العجلات بالاحتكاك والتحريك في Simmons Wheels وUT Alloy Works وFundo. ^[58] المقاعد الخلفية لسيارة فولفو V70 ملحومة بطريقة التحريك الاحتكاكي في سابا، ومكابس التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في هالا للتحكم في المناخ ومبردات إعادة تدوير غاز العادم في بيربرج. تم لحام الفراغات الملحومة حسب الطلب ^[59] بواسطة طريقة التحريك الاحتكاكي لسيارة أودي R8 في ريفتيك. ^[60] العمود B لسيارة أودي R8 سبايدر ملحوم بطريقة التحريك الاحتكاكي من اثنين من القوالب في هاميرر ألمنيوم إندستريز في النمسا. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تم لحام الهيكل الفرعي الأمامي لسيارة هوندا أكورد 2013 بواسطة طريقة التحريك الاحتكاكي لربط نصفي الألومنيوم والفولاذ. ^[61]

منذ عام 1997، كانت ألواح السقف تُصنع من قوالب الألمنيوم في شركة Hydro Marine Aluminium باستخدام آلة FSW بطول 25 مترًا، على سبيل المثال لقطارات SA-SD من فئة DSB من شركة Alstom LHB . ^[9] تُصنع الألواح الجانبية والسقفية المنحنية لقطارات خط فيكتوريا في مترو أنفاق لندن ، والألواح الجانبية لقطارات Bombardier Electrostar ^[10] في مجموعة Sapa والألواح الجانبية لقطارات Alstom's British Rail Class 390 Pendolino في مجموعة Sapa. ^{[ فشل التحقق ] [62]} يتم لحام قطارات الركاب اليابانية والقطارات السريعة A ، ^[63] وقطارات British Rail Class 395 بواسطة شركة Hitachi ، ^[64] بينما تطبق شركة Kawasaki لحام البقعة بالتحريك الاحتكاكي على ألواح السقف وتنتج شركة Sumitomo Light Metal ألواح أرضية Shinkansen . يتم تصنيع ألواح الأرضيات FSW المبتكرة بواسطة شركة Hammerer Aluminium Industries في النمسا لعربات السكك الحديدية ذات الطابقين Stadler Kiss ، للحصول على ارتفاع داخلي يبلغ 2 متر في كلا الطابقين ولأجسام العربات الجديدة لسكة حديد Wuppertal Suspension Railway . ^[65]

يتم تصنيع مشعات الحرارة لتبريد الإلكترونيات عالية القدرة في القاطرات في Sykatek وEBG وAusterlitz Electronics وEuroComposite وSapa ^[66] وRapid Technic AG، وهي التطبيق الأكثر شيوعًا لـ FSW بسبب نقل الحرارة الممتاز.

يتم لحام الألواح الأمامية وألواح الكاثود بطريقة التحريك الاحتكاكي في AMAG وHammerer Aluminium Industries، بما في ذلك اللحامات الاحتكاكية بين النحاس والألمنيوم. يتم لحام شرائح اللحوم Bizerba ووحدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء Ökolüfter والأوعية الفراغية بالأشعة السينية Siemens بطريقة التحريك الاحتكاكي في Riftec. تصنع صمامات والأوعية الفراغية بواسطة FSW في شركات يابانية وسويسرية. كما تستخدم FSW لتغليف النفايات النووية في SKB في عبوات نحاسية بسمك 50 مم. ^{[67] [68]} أوعية الضغط من المسبوكات نصف الكروية بقطر 1 متر من سبيكة الألومنيوم 2219 بسمك 38.1 مم في Advanced Joining Technologies وLawrence Livermore Nat Lab. ^{[69] يتم تطبيق} معالجة التحريك الاحتكاكي على مراوح السفن في Friction Stir Link، Inc. وعلى سكاكين الصيد بواسطة DiamondBlade. تستخدمها شركة Bosch في Worcester لإنتاج المبادلات الحرارية. ^[70]

قامت مجموعة روبوتات KUKA بتكييف روبوتها عالي التحمل KR500-3MT للحام التحريك الاحتكاكي من خلال أداة DeltaN FS. ظهر النظام لأول مرة علنًا في معرض EuroBLECH في نوفمبر 2012. ^[71]

استخدمت شركة Apple تقنية اللحام بالاحتكاك على جهاز iMac 2012 لربط الجزء السفلي بالجزء الخلفي من الجهاز بشكل فعال. ^[72]

ثبت أن اللحام بالقوس المعدني يمكن استخدامه كواحدة من الطرق لربط مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية. من خلال استخدام أدوات اللحام بالقوس المعدني المناسبة وضبط المعلمات بشكل صحيح، يمكن إنتاج لحام سليم وخالٍ من العيوب من أجل ربط مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية. إلى جانب ذلك، يجب أن تكون أدوات اللحام بالقوس المعدني أكثر صلابة من المواد التي تحتاج إلى اللحام. أهم المعلمات في اللحام بالقوس المعدني هي دوران المجس وسرعة الدوران وزاوية إمالة المغزل وعمق الهدف. يمكن أن تصل كفاءة اللحام بالقوس المعدني على المعدن المستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى 83.3% مقارنة بقوة المواد الأساسية. ^[73]

• لحام التحريك الاحتكاكي غير المتشابه
• معالجة عمود الاحتكاك الهيدروليكي ^{[74] [75]}
• معالجة التحريك بالاحتكاك
• اللحام بالاحتكاك
• الفئة:خبراء اللحام بالاحتكاك والتحريك

• الوسائط المتعلقة بـ اللحام بالاحتكاك والتحريك في ويكيميديا ​​كومنز
• اللحام بالاحتكاك والتحريك في TWI
• أبحاث اللحام بالاحتكاك والتحريك في جامعة كامبريدج
• اللحام بالاحتكاك والتحريك لسبائك الألومنيوم بالفولاذ؛ مقال أكاديمي من مجلة اللحام 2004
• أبحاث اللحام بالاحتكاك والتحريك في مختبر أتمتة اللحام بجامعة فاندربيلت أرشيف 2012-12-16 على موقع واي باك مشين
• الحسابات الخلفية في اللحام بالاحتكاك والتحريك
• مجموعة أبحاث نظرية معالجة المواد/اللحام في جامعة ولاية بنسلفانيا
• آلات اللحام بالاحتكاك والتحريك: التطبيقات والميزات الرئيسية
• أبحاث اللحام بالاحتكاك والتحريك في المعهد الهندي للتكنولوجيا في غانديناجار، الهند