Materiens atomer är i konstant rörelse, varför vätskor och gaser kan blandas. Fasta ämnen har också rörliga elementarpartiklar, men de har ett styvare kristallgitter. Och ändå, om två fasta kroppar förs närmare avståndet för interaktion mellan atomkrafter, kommer partiklar av ett ämne att tränga in i ett annat och vice versa vid kontaktpunkten. Sådan ömsesidig penetrering av ämnen kallades diffusion, och effekten var grunden för en av metoderna för att sammanfoga metaller. Det är vad det heter - diffusionssvetsning av metaller.
Vad kan sammanfogas genom diffusionssvetsning
Diffusionssvetsning i vakuum har enorma tekniska möjligheter. Med den kan du ansluta:
- Metaller med homogen och inhomogen struktur, samt deras legeringar. Eldfasta metallämnen som tantal, niob och volfram.
- Icke-metalliska ämnen med metaller: grafit med stål, koppar med glas.
- Byggnadsmaterial baserade på metall, keramik, kvarts, ferriter, glas, halvledarstrukturer (homogena och inhomogena), grafit och safir.
- Kompositmaterial, poröst med bevarande av egenskaper och textur.
- Polymersubstanser.
Angående konfigurationen och storleken på ämnen - de kan vara olika. Beroende på storleken på arbetskammaren är det möjligt att arbeta med delar från några mikron (halvledarelement) till flera meter (komplexa skiktstrukturer).
Hur diffusionsanläggningen fungerar
Komplex för diffusionssvetsning inkluderar följande huvudelement:
- Arbetskammare. Den är gjord av metall och är utformad för att begränsa arbetsmiljön där vakuumet skapas.
- Ställ - polerat stativ. Arbetskammaren vilar på den, längs vilken den kan röra sig.
- Vacuum sealer. Är ett mellanlägg mellan kameran och stativet.
- Rullmekanism och klämskruv. Med deras hjälp flyttas kameran längs rälsen och fixeras på stativet.
- Vakuumpump. Skapar ett vakuum i arbetsområdet.
- Generator med induktor. De fungerar som ett värmesystem för de delar som ska svetsas.
- Värmebeständiga stansar, hydraulcylindrar och en oljepump representerar en mekanism för att komprimera delar under ett givet tryck.
Beroende på modifiering kan diffusionssvetsinstallationer skilja sig åt i formen på kamrarna och metodenderas försegling. Också olika är metoderna för att värma delar. Strålningsvärmare, högströmsgeneratorer, glödurladdningsenheter, elektronstrålevärmare kan användas.
Diffusionsprocesser under svetsning
Om du tar polerade metallplåtar, kopplar ihop dem och belastar dem, så kommer effekten av ömsesidig penetration av metaller in i varandra om några decennier att märkas. Dessutom kommer inträngningsdjupet att vara inom en millimeter. Saken är att diffusionshastigheten beror på temperaturen hos materialen som förenas, avståndet mellan de elementära partiklarna i ämnena, såväl som på tillståndet hos kontaktytorna (frånvaron av föroreningar och oxidation). Det är därför dess naturliga process är så långsam.
Inom industrin, för att snabbt få fram en förening, accelereras diffusionsprocessen, med hänsyn till alla dessa förhållanden. I arbetskammaren:
- Skapa ett vakuum med en resttrycksnivå på upp till 10-5 mm Hg eller fyll mediet med en inert gas. Delarna utsätts alltså inte för syre, som är ett oxidationsmedel för någon metall.
- Materialen värms upp till en temperatur på 50-70 % av arbetsstyckenas smälttemperatur. Detta görs för att öka plasticiteten hos delar på grund av det mer rörliga tillståndet hos deras elementarpartiklar.
- Ämnena utsätts för mekaniskt tryck i intervallet 0,30-10,00 kg/mm2, vilket för de interatomära avstånden närmare storlekar som gör det möjligt att upprätta gemensamma bindningar ochömsesidigt tränga in i närliggande lager.
Krav för beredning av material
Innan ämnena för de element som ska svetsas in i diffusionsenheten, förbehandlas de. Huvudsyftet med att bearbeta de kontaktande delarna av ämnena är inriktat på att få jämnare, jämnare och enhetliga ytor, samt att ta bort osynliga oljiga formationer och smuts från fogområdet. Bearbetning av arbetsstycken sker:
- kemikalie;
- mekanisk;
- elektrolytisk.
Oxidfilmer påverkar som regel inte diffusionsprocessen, eftersom de självförstörs under uppvärmning i vakuummiljö.
När diffusionssvetsning inte är tillräckligt effektiv mellan ämnen som har en ojämn värmeutvidgningskoefficient, eller en spröd söm bildas, används så kallade buffertdynor. De kan fungera som en folie av olika metaller. Så, kopparfolie används vid diffusionssvetsning av kvartsämnen.
De resulterande föreningarnas egenskaper
Till skillnad från traditionella metoder för smältsvetsning, där ytterligare metall tillsätts basmetallen i sömmen, gör diffusionssvetsning det möjligt att få en enhetlig söm utan större förändringar i fogens fysiska och mekaniska sammansättning. Den färdiga fogen har följande egenskaper:
- närvaron av en kontinuerlig söm utan porer och formationer av skal;
- inga oxidinneslutningar i föreningen;
- mekanisk stabilitetegenskaper.
På grund av det faktum att diffusion är en naturlig process för penetration av ett ämne in i ett annat, störs inte kristallgittret av material i kontaktzonen, och därför finns det ingen skörhet i sömmen.
Anslutning av titandelar
Diffusionssvetsning av titan och dess legeringar kännetecknas av att man erhåller en högkvalitativ fog med hög ekonomisk effektivitet. Det används i stor utsträckning inom medicin för tillverkning av protesdelar, såväl som inom andra områden.
Delar värms upp till temperaturer 50º - 100º lägre än den temperatur vid vilken den polymorfa transformationen sker. Samtidigt utövas ett lätt tryck på 0,05–0,15 kgf/mm² på materialen.
Den kemiska sammansättningen av titanlegeringen påverkar inte styrkan i anslutningen av element på detta sätt att svetsa.
Metodfördelar
När diffusionssvetsning är möjlig:
- kombinera homogena och heterogena fasta ämnen;
- undvik deformation av delar;
- använd inte förbrukningsvaror i form av lödningar och flussmedel;
- ta emot icke-avfallsproduktion;
- använd inte komplexa system för till- och frånluftsventilation, eftersom inga skadliga ångor genereras under processen;
- ta emot valfritt område i kontaktanslutningszonen, begränsat endast av möjligheten till utrustning;
- säker på tillförlitlig elektrisk kontakt.
Till detta kommer det utmärkta estetiska utseendet på den färdiga delen,som inte kräver tillämpning av ytterligare bearbetningsoperationer, såsom borttagning av svetsskal, till exempel.
Flaws of technology
Diffusionssvetsning är en komplex teknisk process, med dess främsta nackdelar:
- behöver använda specifik dyr utrustning;
- krav på produktionsutrymme, installationen har betydande dimensioner;
- krav på att ha specialiserade kunskaper, färdigheter och förståelse för arbetsprocessen;
- tid spenderad på noggrann förbearbetning av arbetsstycken;
- håll dammsugaren så ren som möjligt, annars kan osynligt damm lägga sig på de svetsade delarna och leda till fogfel;
- svårigheter att kontrollera kvaliteten på sömmen utan att behöva förstöra den.
Med tanke på allt detta, såväl som särdragen för användningen av vakuuminstallationer, efterfrågas diffusionssvetsning endast under företagens förhållanden och inte för privat bruk.
Industriell diffusionssvetsutrustning
Det finns flera typer av industriell utrustning designad för diffusionssvetsning. De skiljer sig huvudsakligen från varandra i detaljerna för de material som svetsas och användningen av olika system för uppvärmning av delar.
Installationstyp MDVS är designad för tillverkning av flexibla kopparskenor, kontaktgrupper av högspänningsbrytare gjorda av koppar och kerrit, delar av gaslyftventiler för borrhålspumpar gjorda av rostfritt stål och hårdmetallegeringar. Systemet tillämpar effekten av elektrisk kontaktuppvärmning.
Svetskomplex typ UDVM-201. Utför en anslutning genom diffusionssvetsning av material från glas av olika kvaliteter. Uppvärmning av arbetsytan utförs med metoden för strålning.
Svetsutrustning USDV-630. Installation av induktionsvärme för svetsning av kompositmaterial baserade på titan och koppar. Sådana system tillåter uppvärmning av stora delar.
MDVS-302 maskin för diffusionssvetsning med högfrekvent uppvärmning av delar. Den kännetecknas av närvaron av en liten generator på en transistorkrets.
