رول باندینگ سرد، گرم و انباشتی در صنعت

نورد به صرفه‌ترین فرآیند فلزکاری برای تولید انبوه مواد حجیم مثل ورق و میله است. عملیات نورد به خودی خود تغییر شکل پلاستیکی شدیدی را روی یک ماده اعمال می‌کند. فرآیند رول باندینگ (به اختصار RB) شامل اتصال دو یا چند ورق رول از جنس مشابه یا غیر مشابه در دماهای مختلف است. این فرآیند از طریق غلتش یک جفت غلتک تحت فشار کافی صورت می‌گیرد. دوران غلتک های تحت فشار منجر به اتصال ورق‌ها می‌گردد. فرایند RB در دستۀ فرایندهای اتصال جامد طبقه بندی می‌شود که در آن بدون اعمال گرمایی که بخواهد ریزساختار فلز را تحت تأثیر قرار دهد، تغییر شکل مکانیکی گسترده صورت می‌گیرد. شکل مورفولوژی اتصال و وسعت اتصال به دمای نورد و تعداد چرخه‌های نورد بستگی دارد. این روش یک پیوند یکنواخت و مقاوم ایجاد می‌کند و از آن به عنوان یک جوشکاری مقرون به صرفه حالت جامد نیز یاد می‌شود.

رول باندینگ روشی ارجح برای برای تولید ورق ساندویچ (sandwich sheet) یا همان ورق‌های مرکب یا چند لایه است. با این حال یک کاستی دارد. آن هم این است که هنگامی که ضخامت آستر زیاد می‌شود، در لایه های ورق تغییر شکل ایجاد می‌شود اما پیوندی بین آن‌ها حاصل نمی‌شود. در مقابل، زمانی که ضخامت لایه آستر نازک است، پیوندی با استحکام خوب شکل می‌گیرد.

همانطور که قبلاً هم گفته شد، roll bonding یک روش مؤثر برای ساخت کامپوزیت‌های فلزی چند لایه (LMCs) غیر مشابه است. برخی از مزایای رول باندینگ نسبت به سایر روش‌های رایج اتصال (مثل جوشکاری) عبارتست از:

• سادگی و سهولت عملیات.
• صرفۀ اقتصادی و صرفه جویی در هزینه‌ها.
• حفظ شدن خواص مکانیکی مطلوب فلز.
• قابلیت کاربرد در موادی با جنس غیر مشابه؛ به عبارت دیگر، اتصال دو ورق فلزی با دو جنس متفاوت.
• تولید و توسعه صفحات کامپوزیتی ضخیم و فوق ضخیم.
• توانایی اتصال فلزات غیرمشابه که نمی‌توانند توسط فرآیندهای معمولی جوش داده شوند، مانند اتصال استنلس استیل و فولاد به نیکل، تیتانیوم، مس و آلیاژهای آلومینیوم.
• رول باندینگ گرم روشی عالی برای اتصال آلیاژهای آلومینیوم است و در از بین بردن حفره‌ها و عیوب ریخته‌گری شمش مؤثر است.

کاستی

در ضخامت های زیاد، اتصال و پیوند مناسب بین صفحات فلزی ایجاد نمی‌شود.

برخی از کاربردهای صفحات تولید شده به روش roll bonding در موارد زیر است:

• ساخت ماشین ابزار.
• ساخت بشکه ها و مخازن فشار قوی.
• ساخت سازه های هواپیماها و موشک‌ها.
• تولید صفحاتی که در ساخت مبدل‌های حرارتی کلکتورها و یخچال‌ها استفاده می‌شوند.

بر اساس محدوده دمای پردازش که به نوبه خود به دمای تبلور مجدد مربوط می‌شود، رول باندینگ در سه دسته طبقه‌بندی می‌شود:

1. اتصال رولی سرد (Cold roll bonding).
2. اتصال رولی گرم (Hot roll bonding).
3. اتصال رولی انباشتی (Accumulative roll bonding).

اتصال متریال فلزی در اشکال مختلف از جمله ورق، لوله، میلگرد، سیم، تسمه و تولید انواع کامپوزیت این مقاطع با روش اتصال سرد و گرم قابل انجام است.

پیشرفته‌ترین حالت اتصال رولی، رول باندینگ سرد است. از این روش معمولاً برای تولید ورق‌های نورد سردی به کار می‌رود که می‌بایست در برابر خوردگی و سایش مقاوم باشند.

روش کار درفرایند Roll bonding به طور کلی و به اختصار به شرح زیر است:

1. دو کویل ورق فلزی از طریق رول باز کن باز می‌شود.
2. سپس کویل‌ها توسط یک پایه غلتکی مناسب تراز می‌شوند.
3. ورق‌ها به دقت تمیز می‌شوند.
4. پس از تمیز کردن ورق‌ها، از پودر گرافیت استفاده می‌شود. این پودر بر سطح صفحات اعمال می‌گردد. گرافیت به عنوان یک عامل لغزنده عمل می‌کند. بنابراین، اجازه نمی‌دهد تا این دو تخته دائماً با هم اتصال پیدا کنند.
5. در مرحلۀ بعد، کویل‌ها گرم می‌شوند و سپس توسط غلتک‌های فشار قوی به هم فشرده می‌شوند. در اینجا، دو ورق با ضخامت حدود 1.5 میلی‌متر نورد می‌شوند تا ضخامت مجموع آن‌ها مجدداً 1.5 میلی‌متر شود.
6. از آب به عنوان عامل خنک کننده برای خنک کردن مقاطع تولید شده استفاده می‌شود.
7. در نهایت، ورق‌ها به طول دلخواه برش زده می‌شود.

رول باندینگ انباشتی (به اختصار ARB) را با یک مثال توضیح می‌دهیم.

یک ورق با ضخامت 2 میلی‌متر را در نظر بگیرید. این ورق ابتدا با کاهش 50 درصدی ضخامت نورد می‌شود. ورق‌های نورد شده به ضخامت 1 میلی‌متر را به دو قسمت برش می‌دهند و قبل از اولین نورد به ابعاد اولیه، روی هم قرار می‌دهند و دوباره رول می‌کنند.

 فرآیند ARB نه تنها یک فرآیند تغییر شکل است، بلکه یک فرآیند پیوند نیز محسوب می‌شود. رول باندینگ انباشتی برای تولید ورق‌های مرکب (مثل ورق گالوانیزه، روغنی، رنگی) استفاده می‌شود. برای اینکه اتصال مواد (رنگ، روغن و ...) با سطح پلیت‌ها به خوبی صورت گیرد، لازم است سطح صفحات چربی‌زدایی شده و با برس‌های سیمی تمیز شود. گاه رول باندینگ در دمای تبلور مجدد مواد انجام می‌شود تا هم اتصال بهتر صورت گیرد و هم کاهش نیروی غلتش را داشته باشیم. با تکرار این روش، می‌توان بدون تغییر ابعاد، کرنش پلاستیکی بسیار بالایی را به مواد اعمال کرد.

رول باندینگ انباشتی برای دستیابی به کرنش فوق‌العاده بالا در مقاطع فلزی حجیم، بدون تغییر ابعاد نمونه پیشنهاد شده است. در این فرایند، مواد نورد شده بریده می‌شود، سپس روی هم چیده شده و دوباره نورد می‌شود. ورق‌های انباشته در طول نورد به هم متصل می‌شوند (رول باندینگ). بنابراین نتیجۀ کار، یک محصول حجیم است. با همۀ این‌ها، ARB هنوز به عنوان یک فرآیند فلزکاری صنعتی استفاده نشده است. هدف از اجرای این روش، پالایش ساختار دانه آلیاژهای فلزی و در نتیجه افزایش قدرت تسلیم آن است.

مزیت رول باندینگ انباشتی

• روشی موفق برای تولید آلومینیوم خالص تجاری با استحکام بالاست.
• وشی موفق در تولید آلیاژ Al-Mg و ورق های فولادی IF است.
• به بهبود استحکام فولاد بدون اکسیژن با رسانایی بالا Cu, Ni, SS400 کمک می‌کند.
• در مقایسه با سایر روش‌های نورد،ARB درجه بالاتری از تغییر شکل را ارائه می‌دهد.
• از آنجا که مواد پردازش شده توسط ARB عمدتاً مواد دانه‌ای بسیار ریز هستند، در دمای محیط استحکام فوق العاده‌ای دارند.
• محصولات حاصل از نورد انباشتی، در دماهای بالا، قابلیت تغییر شکل پلاستیکی فوق العاده‌ای دارند.

نتیجه اتصال رولی به روش انباشتی

• یک اصلاح چشمگیر در اندازه دانه‌ها ایجاد می‌کند.
• اندازه دانه در محدودۀ کمتر از میکرون را می‌توان تنها پس از یک پاس ARB با 66% کاهش ضخامت به دست آورد. در هر پاس که اندازۀ دانه‌ها کوچک‌تر می‌شود، باعث می‌شود تا ریزساختارها همگن‌تر شوند.
• در شرایط پردازش مطلوب، درجۀ اتصال بین لایه‌های مختلف رول باندینگ، تنها حدود 50% است.
• در طول نورد، دو ورقه فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک بدنه جامد واحد را تشکیل دهند و یک بار دیگر می‌توان آنها را نصف کرد، سیم برس زد و رول کرد. این فرآیند را می‌توان چندین بار تکرار کرد. در بیشتر موارد، این روند تا 10 بار تکرار می‌شود.

مقالۀ پیشنهادی: برش لیزر CNC