Atomii materiei sunt în continuă mișcare, motiv pentru care lichidele și gazele se pot amesteca. Solidele au și particule elementare mobile, dar au o rețea cristalină mai rigidă. Și totuși, dacă două corpuri solide sunt aduse mai aproape de distanța de interacțiune a forțelor atomice, atunci în punctul de contact, particulele unei substanțe vor pătrunde în alta și invers. O astfel de penetrare reciprocă a substanțelor a fost numită difuzie, iar efectul a stat la baza uneia dintre metodele de îmbinare a metalelor. Așa se numește - sudarea prin difuzie a metalelor.
Ce poate fi îmbinat prin sudarea prin difuzie
Sudura prin difuzie în vid are posibilități tehnologice uriașe. Cu acesta, vă puteți conecta:
- Metale cu structură omogenă și neomogenă, precum și aliajele acestora. Substanțe metalice refractare, cum ar fi tantalul, niobiul și wolfram.
- Substanțe nemetalice cu metale: grafit cu oțel, cupru cu sticlă.
- Materiale de construcție pe bază de metal, ceramică, cuarț, ferite, sticlă, structuri semiconductoare (omogene și neomogene), grafit și safir.
- Materiale compozite, poroase, cu păstrarea proprietăților și texturii lor.
- Substanțe polimerice.
În ceea ce privește configurația și dimensiunea spațiilor - acestea pot fi diferite. În funcție de dimensiunea camerei de lucru, este posibil să se lucreze cu piese de la câțiva microni (elemente semiconductoare) la câțiva metri (structuri stratificate complexe).
Cum funcționează instalația de difuzie
Complexul pentru sudarea prin difuzie include următoarele elemente principale:
- Cameră de lucru. Este realizat din metal și este conceput pentru a limita mediul de lucru în care este creat vidul.
- Stand - suport lustruit. Pe ea se sprijină camera de lucru, de-a lungul căreia se poate mișca.
- Sigilator în vid. Este un distanțier între cameră și suport.
- Mecanism cu role și șurub de strângere. Cu ajutorul lor, camera este mutată de-a lungul șinelor și fixată pe suport.
- Pompă de vid. Creează un vid în zona de lucru.
- Generator cu inductor. Acestea acționează ca un sistem de încălzire pentru piesele care trebuie sudate.
- Poansoanele rezistente la căldură, cilindrii hidraulici și o pompă de ulei reprezintă un mecanism de comprimare a pieselor la o anumită presiune.
În funcție de modificare, instalațiile de sudare prin difuzie pot diferi în ceea ce privește forma camerelor și metodasigilarea lor. De asemenea, sunt diferite metodele de încălzire a pieselor. Pot fi utilizate încălzitoare cu radiații, generatoare de curent ridicat, unități de descărcare luminoasă, încălzitoare cu fascicul de electroni.
Procese de difuzie în timpul sudării
Dacă luați plăci metalice lustruite, conectați-le și puneți-le sub sarcină, atunci în câteva decenii efectul penetrării reciproce a metalelor unul în celăl alt va fi vizibil. Mai mult decât atât, adâncimea de penetrare va fi de un milimetru. Chestia este că viteza de difuzie depinde de temperatura materialelor care se îmbină, de distanța dintre particulele elementare ale substanțelor, precum și de starea suprafețelor de contact (absența poluării și oxidării). De aceea, procesul său natural este atât de lent.
În industrie, pentru a obține rapid un compus, procesul de difuzie este accelerat, ținând cont de toate aceste condiții. În camera de lucru:
- Creați un vid cu un nivel de presiune reziduală de până la 10-5 mm Hg sau umpleți mediul cu un gaz inert. Astfel, piesele nu sunt expuse la oxigen, care este un agent oxidant pentru orice metal.
- Materialele sunt încălzite la o temperatură de 50-70% din temperatura de topire a pieselor de prelucrat. Acest lucru se face pentru a crește plasticitatea pieselor datorită stării mai mobile a particulelor lor elementare.
- Brețurile sunt supuse unei presiuni mecanice în intervalul 0,30-10,00 kg/mm2, apropiind distanțele interatomice de dimensiuni care permit stabilirea legăturilor comune șipătrund reciproc în straturile din apropiere.
Cerințe pentru pregătirea materialelor
Înainte de a plasa semifabricatele elementelor de sudat în unitatea de difuzie, acestea sunt supuse unui pretratament. Scopul principal al prelucrării părților de contact ale semifabricatelor are ca scop obținerea unor suprafețe mai netede, uniforme și uniforme, precum și îndepărtarea formațiunilor uleioase invizibile și a murdăriei din zona îmbinării. Prelucrarea pieselor de prelucrat are loc:
- chimic;
- mecanic;
- electrolitic.
Filmele de oxid, de regulă, nu afectează procesul de difuzie, deoarece se autodistrug în timpul încălzirii într-un mediu cu vid.
Atunci când sudarea prin difuzie nu este suficient de eficientă între substanțele care au un coeficient de dilatare termică inegal sau se formează o cusătură fragilă, se folosesc așa-numitele tampoane tampon. Ele pot servi ca folie de diferite metale. Deci, folia de cupru este folosită la sudarea prin difuzie a semifabricatelor de cuarț.
Caracteristicile compușilor rezultați
Spre deosebire de metodele tradiționale de sudare prin fuziune, în care metalul de bază se adaugă suplimentar în cusătură, sudarea prin difuzie face posibilă obținerea unei cusături uniforme fără modificări majore în compoziția fizică și mecanică a îmbinării. Îmbinarea finită are următoarele caracteristici:
- prezența unei cusături continue fără pori și formațiuni de scoici;
- fără incluziuni de oxid în compus;
- stabilitate mecanicăproprietăți.
Datorită faptului că difuzia este un proces natural de pătrundere a unei substanțe în alta, rețeaua cristalină a materialelor nu este perturbată în zona de contact și, prin urmare, nu există fragilitate a cusăturii.
Conexiunea pieselor din titan
Sudura prin difuzie a titanului și aliajelor acestuia se caracterizează prin obținerea unei îmbinări de în altă calitate, cu eficiență economică ridicată. Este utilizat pe scară largă în medicină pentru fabricarea pieselor de proteză, precum și în alte domenii.
Piesele sunt încălzite la temperaturi cu 50º - 100º mai mici decât temperatura la care are loc transformarea polimorfă. În același timp, asupra materialelor se exercită o ușoară presiune de 0,05–0,15 kgf/mm².
Compoziția chimică a aliajului de titan nu afectează rezistența conexiunii elementelor în acest mod de sudare.
Avantaje ale metodei
Când este posibilă sudarea prin difuzie:
- combină solide omogene și eterogene;
- evitați deformarea pieselor;
- nu utilizați consumabile sub formă de lipire și fluxuri;
- primiți producție fără deșeuri;
- nu utilizați sisteme complexe de ventilație de alimentare și evacuare, deoarece nu se generează vapori nocivi în acest proces;
- primiți orice zonă a zonei de conectare de contact, limitată doar de posibilitatea de echipare;
- asigurați un contact electric de încredere.
La aceasta se adaugă aspectul estetic excelent al piesei finite,care nu necesită aplicarea unor operațiuni suplimentare de prelucrare, cum ar fi îndepărtarea calcarului de sudură, de exemplu.
Defecte ale tehnologiei
Sudura prin difuzie este un proces tehnologic complex, principalele sale dezavantaje includ:
- trebuie să utilizeze anumite echipamente scumpe;
- cerință pentru spațiul de producție, instalarea are dimensiuni considerabile;
- cerința de a avea cunoștințe de specialitate, abilități și înțelegere a procesului de muncă;
- timp petrecut la preprocesarea atentă a pieselor de prelucrat;
- menține unitatea de aspirare cât mai curată posibil, altfel praful invizibil se poate depune pe piesele sudate și poate duce la defecte de îmbinare;
- dificultate în a verifica calitatea cusăturii fără a fi nevoie să o distrugi.
Având în vedere toate acestea, precum și specificul utilizării instalațiilor de vid, sudarea prin difuzie este solicitată doar în condițiile întreprinderilor, și nu pentru uz privat.
Echipamente de sudare prin difuzie industrial
Există mai multe tipuri de echipamente industriale concepute pentru sudarea prin difuzie. Ele diferă între ele în principal prin specificul materialelor sudate și prin utilizarea diferitelor sisteme pentru încălzirea pieselor.
Tipul de instalare MDVS este proiectat pentru producerea de bare flexibile din cupru, grupuri de contact ale întrerupătoarelor de în altă tensiune din cupru și cherită, piese de supape de ridicare a gazului pentru pompele de foraj din oțel inoxidabil și aliaje de metal dur. Sistemul aplică efectul încălzirii prin contact electric.
Complex de sudare tip UDVM-201. Realizează o legătură prin sudare prin difuzie a materialelor din sticlă de diferite grade. Încălzirea suprafeței de lucru se realizează prin metoda radiației cu radiații.
Echipamente de sudare USDV-630. Instalare de încălzire prin inducție pentru sudarea materialelor compozite pe bază de titan și cupru. Astfel de sisteme permit încălzirea pieselor mari.
MDVS-302 Mașină pentru sudarea prin difuzie folosind încălzirea de în altă frecvență a pieselor. Se caracterizează prin prezența unui generator de dimensiuni mici pe un circuit tranzistor.
