Materiens atomer er i konstant bevegelse, og derfor kan væsker og gasser blandes. Faste stoffer har også mobile elementærpartikler, men de har et mer stivt krystallgitter. Og likevel, hvis to faste legemer bringes nærmere avstanden for interaksjon av atomkrefter, vil partikler av ett stoff trenge inn i et annet ved kontaktpunktet og omvendt. En slik gjensidig penetrering av stoffer ble k alt diffusjon, og effekten var grunnlaget for en av metodene for sammenføyning av metaller. Det er det det heter - diffusjonssveising av metaller.
Hva kan sammenføyes ved diffusjonssveising
Diffusjonssveising i vakuum har enorme teknologiske muligheter. Med den kan du koble til:
- Metaller med homogen og inhomogen struktur, samt deres legeringer. Ildfaste metallstoffer som tantal, niob og wolfram.
- Ikke-metalliske stoffer med metaller: grafitt med stål, kobber med glass.
- Byggematerialer basert på metall, keramikk, kvarts, ferritt, glass, halvlederstrukturer (homogene og inhomogene), grafitt og safir.
- Komposittmaterialer, porøse med bevaring av egenskaper og tekstur.
- Polymerstoffer.
Når det gjelder konfigurasjonen og størrelsen på blanks - de kan være forskjellige. Avhengig av størrelsen på arbeidskammeret er det mulig å arbeide med deler fra noen få mikron (halvlederelementer) til flere meter (komplekse lagdelte strukturer).
Hvordan diffusjonsanlegget fungerer
Kompleks for diffusjonssveising inkluderer følgende hovedelementer:
- Arbeidskammer. Den er laget av metall og er designet for å begrense arbeidsmiljøet der vakuumet lages.
- Stativ - polert stativ. Arbeidskammeret hviler på det, som det kan bevege seg langs.
- Vacuum sealer. Er et avstandsstykke mellom kameraet og stativet.
- Rullemekanisme og klemskrue. Med deres hjelp flyttes kameraet langs skinnene og festes på stativet.
- Vakuumpumpe. Skaper et vakuum i arbeidsområdet.
- Generator med induktor. De fungerer som et varmesystem for delene som skal sveises.
- Varmebestandige stanser, hydrauliske sylindre og en oljepumpe representerer en mekanisme for å komprimere deler under et gitt trykk.
Avhengig av modifikasjonen, kan diffusjonssveiseinstallasjoner variere i formen på kamrene og metodenderes forsegling. Også forskjellige er metodene for oppvarming av deler. Strålevarmere, høystrømsgeneratorer, glødeutladningsenheter, elektronstrålevarmere kan brukes.
Diffusjonsprosesser under sveising
Hvis du tar polerte metallplater, kobler dem sammen og legger dem under en belastning, vil effekten av gjensidig penetrering av metaller inn i hverandre om noen tiår være merkbar. Dessuten vil inntrengningsdybden være innenfor en millimeter. Saken er at diffusjonshastigheten avhenger av temperaturen på materialene som skal sammenføyes, avstanden mellom de elementære partiklene til stoffene, så vel som av tilstanden til kontaktflatene (fravær av forurensning og oksidasjon). Det er derfor den naturlige prosessen er så langsom.
I industrien, for raskt å oppnå en forbindelse, akselereres diffusjonsprosessen, tatt i betraktning alle disse forholdene. I arbeidskammeret:
- Lag et vakuum med et resttrykknivå på opptil 10-5 mm Hg eller fyll mediet med en inert gass. Dermed blir ikke delene utsatt for oksygen, som er et oksidasjonsmiddel for noe metall.
- Materialer varmes opp til en temperatur på 50-70 % av smeltetemperaturen til arbeidsstykkene. Dette gjøres for å øke plastisiteten til deler på grunn av den mer mobile tilstanden til elementærpartiklene deres.
- Emnene blir utsatt for mekanisk trykk i området 0,30-10,00 kg/mm2, noe som bringer de interatomiske avstandene nærmere størrelser som gjør det mulig å etablere felles bindinger oggjensidig trenge inn i nærliggende lag.
Krav til utarbeidelse av materialer
Før emnene til elementene som skal sveises inn i diffusjonsenheten, utsettes de for forbehandling. Hovedformålet med å behandle de kontaktende delene av emnene er rettet mot å oppnå jevnere, jevne og jevne overflater, samt å fjerne usynlige oljeformasjoner og smuss fra fugeområdet. Behandling av arbeidsstykker skjer:
- kjemikalier;
- mekanisk;
- elektrolytisk.
Oksydfilmer påvirker som regel ikke diffusjonsprosessen, siden de selvdestrueres under oppvarming i vakuummiljø.
Når diffusjonssveising ikke er effektiv nok mellom stoffer som har ulik termisk ekspansjonskoeffisient, eller det dannes en sprø søm, brukes såk alte bufferpads. De kan tjene som en folie av forskjellige metaller. Så kobberfolie brukes til diffusjonssveising av kvartsemner.
Kenskapene til de resulterende forbindelsene
I motsetning til tradisjonelle metoder for smeltesveising, hvor det tilsettes ekstra metall til grunnmetallet i sømmen, gjør diffusjonssveising det mulig å få en jevn søm uten store endringer i den fysiske og mekaniske sammensetningen av fugen. Den ferdige fugen har følgende egenskaper:
- tilstedeværelsen av en kontinuerlig søm uten porer og formasjoner av skjell;
- ingen oksidinneslutninger i forbindelsen;
- mekanisk stabiliteteiendommer.
På grunn av det faktum at diffusjon er en naturlig prosess med penetrering av ett stoff inn i et annet, blir ikke krystallgitteret til materialer forstyrret i kontaktsonen, og derfor er det ingen skjørhet i sømmen.
Kobling av titandeler
Diffusjonssveising av titan og dets legeringer kjennetegnes ved å oppnå en skjøt av høy kvalitet med høy økonomisk effektivitet. Det er mye brukt i medisin for fremstilling av protesedeler, så vel som på andre områder.
Deler varmes opp til temperaturer 50º - 100º lavere enn temperaturen der den polymorfe transformasjonen skjer. Samtidig utøves et lett trykk på 0,05–0,15 kgf/mm² på materialene.
Den kjemiske sammensetningen av titanlegeringen påvirker ikke styrken til koblingen av elementer på denne måten å sveise på.
metodefordeler
Når diffusjonssveising er mulig:
- kombiner homogene og heterogene faste stoffer;
- unngå deformasjon av deler;
- ikke bruk forbruksvarer i form av loddemidler og flussmidler;
- motta ikke-avfallsproduksjon;
- ikke bruk komplekse systemer for tilførsels- og avtrekksventilasjon, siden det ikke genereres skadelige gasser i prosessen;
- motta et hvilket som helst område av kontaktforbindelsessonen, begrenset kun av muligheten for utstyr;
- sikre pålitelig elektrisk kontakt.
I tillegg til dette er det utmerkede estetiske utseendet til den ferdige delen,som ikke krever bruk av ytterligere behandlingsoperasjoner, som fjerning av sveiseskala, for eksempel.
Flaws of technology
Diffusjonssveising er en kompleks teknologisk prosess, dens viktigste ulemper inkluderer:
- need to use spesifikt dyrt utstyr;
- krav til produksjonsplass, installasjonen har betydelige dimensjoner;
- krav om å ha spesialisert kunnskap, ferdigheter og forståelse av arbeidsprosessen;
- tid brukt på nøye forbehandling av arbeidsstykker;
- hold vakuumenheten så ren som mulig, ellers kan usynlig støv legge seg på de sveisede delene og føre til skjøtefeil;
- vansker med å kontrollere kvaliteten på sømmen uten å måtte ødelegge den.
Gitt alt dette, så vel som spesifikasjonene ved bruk av vakuuminstallasjoner, er diffusjonssveising etterspurt kun under forholdene til bedrifter, og ikke for privat bruk.
Industrielt diffusjonssveiseutstyr
Det finnes flere typer industrielt utstyr designet for diffusjonssveising. De skiller seg hovedsakelig fra hverandre med hensyn til materialene som sveises og bruken av forskjellige systemer for oppvarming av deler.
Installasjonstype MDVS er designet for produksjon av fleksible kobberskinner, kontaktgrupper av høyspentbrytere laget av kobber og kerritt, deler av gassløfteventiler for borehullspumper laget av rustfritt stål og hardmetallegeringer. Systemet bruker effekten av elektrisk kontaktoppvarming.
Sveisekompleks type UDVM-201. Utfører en tilkobling ved diffusjonssveising av materialer fra glass av forskjellige kvaliteter. Oppvarming av arbeidsflaten utføres ved strålingsmetoden.
Sveiseutstyr USDV-630. Installasjon av induksjonsvarme for sveising av komposittmaterialer basert på titan og kobber. Slike systemer tillater oppvarming av store deler.
MDVS-302 maskin for diffusjonssveising ved bruk av høyfrekvent oppvarming av deler. Den er preget av tilstedeværelsen av en liten generator på en transistorkrets.
