Materiens atomer er i konstant bevægelse, og derfor kan væsker og gasser blandes. Faste stoffer har også mobile elementarpartikler, men de har et mere stift krystalgitter. Og alligevel, hvis to faste legemer bringes tættere på afstanden til interaktion mellem atomkræfter, vil partikler af et stof trænge ind i et andet og omvendt i kontaktpunktet. En sådan gensidig indtrængning af stoffer blev kaldt diffusion, og effekten var grundlaget for en af metoderne til at forbinde metaller. Det er det, det hedder - diffusionssvejsning af metaller.
Hvad kan samles ved diffusionssvejsning
Diffusionssvejsning i vakuum har enorme teknologiske muligheder. Med den kan du oprette forbindelse:
- Metaler med homogen og inhomogen struktur samt deres legeringer. Ildfaste metalstoffer såsom tantal, niobium og wolfram.
- Ikke-metalliske stoffer med metaller: grafit med stål, kobber med glas.
- Byggematerialer baseret på metal, keramik, kvarts, ferrit, glas, halvlederstrukturer (homogene og inhomogene), grafit og safir.
- Kompositmaterialer, porøse med bevarelse af deres egenskaber og tekstur.
- Polymerstoffer.
Med hensyn til konfigurationen og størrelsen af emner - de kan være forskellige. Afhængigt af størrelsen af arbejdskammeret er det muligt at arbejde med dele fra nogle få mikron (halvlederelementer) til flere meter (komplekse lagdelte strukturer).
Sådan fungerer diffusionsanlægget
Kompleks til diffusionssvejsning omfatter følgende hovedelementer:
- Arbejdskammer. Den er lavet af metal og er designet til at begrænse arbejdsmiljøet, hvori vakuumet skabes.
- Stativ - poleret stativ. Arbejdskammeret hviler på det, som det kan bevæge sig langs.
- Vakuumforsegler. Er et afstandsstykke mellem kameraet og stativet.
- Rullemekanisme og spændeskrue. Med deres hjælp flyttes kameraet langs skinnerne og fastgøres på stativet.
- Vakuumpumpe. Skaber et vakuum i arbejdsområdet.
- Generator med induktor. De fungerer som et varmesystem for de dele, der skal svejses.
- Varmebestandige stempler, hydrauliske cylindre og en oliepumpe repræsenterer en mekanisme til at komprimere dele under et givet tryk.
Afhængigt af modifikationen kan diffusionssvejseinstallationer variere i formen på kamrene og metodenderes forsegling. Også forskellige er metoderne til opvarmning af dele. Strålevarmere, højstrømsgeneratorer, glødeudladningsenheder, elektronstrålevarmere kan bruges.
Diffusionsprocesser under svejsning
Hvis du tager polerede metalplader, forbinder dem og lægger dem under en belastning, så vil effekten af gensidig indtrængning af metaller ind i hinanden om et par årtier være mærkbar. Desuden vil indtrængningsdybden være inden for en millimeter. Sagen er, at diffusionshastigheden afhænger af temperaturen af de materialer, der forbindes, afstanden mellem de elementære partikler af stofferne samt af tilstanden af de kontaktflader (fraværet af forurening og oxidation). Det er derfor, dens naturlige proces er så langsom.
I industrien, for hurtigt at opnå en forbindelse, accelereres diffusionsprocessen under hensyntagen til alle disse forhold. I arbejdskammeret:
- Opret et vakuum med et resttrykniveau på op til 10-5 mm Hg, eller fyld mediet med en inert gas. Således udsættes delene ikke for oxygen, som er et oxidationsmiddel for noget metal.
- Materialer opvarmes til en temperatur på 50-70 % af emnernes smeltetemperatur. Dette gøres for at øge plasticiteten af dele på grund af den mere mobile tilstand af deres elementære partikler.
- Råemnerne udsættes for mekanisk tryk i området 0,30-10,00 kg/mm2, hvilket bringer de interatomiske afstande tættere på størrelser, der tillader etablering af fælles bindinger oggensidigt trænge ind i nærliggende lag.
Krav til forberedelse af materialer
Før emnerne af de elementer, der skal svejses, ind i diffusionsenheden, udsættes de for forbehandling. Hovedformålet med at behandle de kontaktende dele af emnerne er rettet mod at opnå glattere, jævne og ensartede overflader samt at fjerne usynlige olieagtige formationer og snavs fra fugeområdet. Bearbejdning af emner sker:
- kemikalie;
- mekanisk;
- elektrolytisk.
Oxidfilm påvirker som regel ikke diffusionsprocessen, da de selvdestrueres under opvarmning i et vakuummiljø.
Når diffusionssvejsning ikke er effektiv nok mellem stoffer, der har en ulige termisk ekspansionskoefficient, eller der dannes en skør søm, anvendes såkaldte bufferpuder. De kan tjene som en folie af forskellige metaller. Så kobberfolie bruges til diffusionssvejsning af kvartsemner.
Karakteristika for de resulterende forbindelser
I modsætning til traditionelle metoder til smeltesvejsning, hvor der tilføjes ekstra metal til basismetallet i sømmen, gør diffusionssvejsning det muligt at opnå en ensartet søm uden større ændringer i den fysiske og mekaniske sammensætning af samlingen. Den færdige samling har følgende egenskaber:
- tilstedeværelsen af en kontinuerlig søm uden porer og formationer af skaller;
- ingen oxidindeslutninger i forbindelsen;
- mekanisk stabilitetejendomme.
På grund af det faktum, at diffusion er en naturlig proces, hvor et stof trænger ind i et andet, bliver materialernes krystalgitter ikke forstyrret i kontaktzonen, og der er derfor ingen skrøbelighed af sømmen.
Tilslutning af titaniumdele
Diffusionssvejsning af titanium og dets legeringer er kendetegnet ved at opnå en samling af høj kvalitet med høj økonomisk effektivitet. Det er meget udbredt i medicin til fremstilling af protesedele, såvel som på andre områder.
Dele opvarmes til temperaturer 50º - 100º lavere end den temperatur, ved hvilken den polymorfe transformation finder sted. Samtidig udøves et let tryk på 0,05–0,15 kgf/mm² på materialerne.
Den kemiske sammensætning af titanlegeringen påvirker ikke styrken af forbindelsen af elementer på denne måde at svejse på.
Metodefordele
Når diffusionssvejsning er mulig:
- kombiner homogene og heterogene faste stoffer;
- undgå deformation af dele;
- brug ikke forbrugsstoffer i form af loddemidler og flusmidler;
- modtag ikke-affaldsproduktion;
- brug ikke komplekse systemer til indblæsning og udsugningsventilation, da der ikke dannes skadelige dampe i processen;
- modtag et hvilket som helst område af kontaktforbindelseszonen, kun begrænset af muligheden for udstyr;
- sikre pålidelig elektrisk kontakt.
Dertil kommer det fremragende æstetiske udseende af den færdige del,som ikke kræver anvendelse af yderligere behandlingsoperationer, som f.eks. fjernelse af svejseskala.
Fejl ved teknologi
Diffusionssvejsning er en kompleks teknologisk proces, dens største ulemper omfatter:
- behov for at bruge specifikt dyrt udstyr;
- krav til produktionsplads, installationen har betydelige dimensioner;
- krav om at have specialiseret viden, færdigheder og forståelse for arbejdsprocessen;
- tid brugt på omhyggelig forbehandling af emner;
- hold vakuumenheden så ren som muligt, ellers kan usynligt støv sætte sig på de svejste dele og føre til fugedefekter;
- besvær med at kontrollere kvaliteten af sømmen uden at skulle ødelægge den.
I betragtning af alt dette, såvel som de særlige forhold ved brugen af vakuuminstallationer, efterspørges diffusionssvejsning kun under virksomhedernes forhold og ikke til privat brug.
Industrielt diffusionssvejseudstyr
Der er flere typer industrielt udstyr designet til diffusionssvejsning. De adskiller sig hovedsageligt fra hinanden i forhold til de materialer, der svejses, og brugen af forskellige systemer til opvarmning af dele.
Installationstype MDVS er designet til produktion af fleksible kobberskinner, kontaktgrupper af højspændingsafbrydere lavet af kobber og kerrit, dele af gasløfteventiler til borehulspumper lavet af rustfrit stål og hårdmetallegeringer. Systemet anvender effekten af elektrisk kontaktopvarmning.
Svejsekompleks type UDVM-201. Udfører en forbindelse ved diffusionssvejsning af materialer fra glas af forskellige kvaliteter. Opvarmning af arbejdsfladen udføres ved strålingsmetoden.
Svejseudstyr USDV-630. Installation af induktionsvarme til svejsning af kompositmaterialer baseret på titanium og kobber. Sådanne systemer tillader opvarmning af store dele.
MDVS-302 maskine til diffusionssvejsning ved hjælp af højfrekvent opvarmning af dele. Det er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en lille generator på et transistorkredsløb.
