Atomi materije su u stalnom kretanju, zbog čega se tekućine i plinovi mogu miješati. Čvrste tvari također imaju pokretne elementarne čestice, ali imaju čvršću kristalnu rešetku. Pa ipak, ako se dva čvrsta tijela približe udaljenosti interakcije atomskih sila, tada će na mjestu dodira čestice jedne tvari prodrijeti u drugu i obrnuto. Takvo međusobno prodiranje tvari nazvano je difuzijom, a učinak je bio temelj jedne od metoda spajanja metala. Tako se to zove - difuzijsko zavarivanje metala.
Što se može spojiti difuzijskim zavarivanjem
Difuzijsko zavarivanje u vakuumu ima ogromne tehnološke mogućnosti. S njim se možete povezati:
- Metali homogene i nehomogene strukture, kao i njihove legure. Vatrostalne metalne tvari kao što su tantal, niobij i volfram.
- Nemetalne tvari s metalima: grafit sa čelikom, bakar sa staklom.
- Građevinski materijali na bazi metala, keramike, kvarca, ferita, stakla, poluvodičkih struktura (homogenih i nehomogenih), grafita i safira.
- Kompozitni materijali, porozni sa očuvanjem svojih svojstava i teksture.
- Polimerne tvari.
Što se tiče konfiguracije i veličine praznina - mogu se razlikovati. Ovisno o veličini radne komore, moguće je raditi s dijelovima od nekoliko mikrona (poluvodički elementi) do nekoliko metara (složene slojevite strukture).
Kako radi difuzijsko postrojenje
Kompleks za difuzijsko zavarivanje uključuje sljedeće glavne elemente:
- Radna komora. Izrađen je od metala i dizajniran je da ograniči radno okruženje u kojem se stvara vakuum.
- Stalak - uglačan stalak. Na njemu se oslanja radna komora po kojoj se može kretati.
- Vakumska brtvila. Je razmak između kamere i postolja.
- Voljak mehanizam i stezni vijak. Uz njihovu pomoć, kamera se pomiče duž tračnica i fiksira na postolje.
- Vakumska pumpa. Stvara vakuum u radnom području.
- Generator sa induktorom. Djeluju kao sustav grijanja za dijelove koji se zavaruju.
- Probijači otporni na toplinu, hidraulički cilindri i pumpa za ulje predstavljaju mehanizam za komprimiranje dijelova pod određenim pritiskom.
Ovisno o modifikaciji, instalacije za difuzijsko zavarivanje mogu se razlikovati po obliku komora i načinunjihovo brtvljenje. Također su različite metode grijanja dijelova. Mogu se koristiti grijači zračenja, visokostrujni generatori, jedinice za žarno pražnjenje, grijači elektronskih zraka.
Procesi difuzije tijekom zavarivanja
Uzmete li polirane metalne ploče, spojite ih i stavite pod opterećenje, tada će za nekoliko desetljeća biti vidljiv učinak međusobnog prodiranja metala jedan u drugi. Štoviše, dubina prodiranja bit će unutar milimetra. Stvar je u tome da brzina difuzije ovisi o temperaturi materijala koji se spajaju, udaljenosti između elementarnih čestica tvari, kao i o stanju dodirnih površina (odsutnost onečišćenja i oksidacije). Zato je njegov prirodni proces tako spor.
U industriji, kako bi se brzo dobio spoj, proces difuzije se ubrzava, uzimajući u obzir sve ove uvjete. U radnoj komori:
- Stvorite vakuum s razinom preostalog tlaka do 10-5 mm Hg ili napunite medij inertnim plinom. Dakle, dijelovi nisu izloženi kisiku, koji je oksidacijsko sredstvo za bilo koji metal.
- Materijal se zagrijava na temperaturi od 50-70% temperature taljenja obratka. To se radi kako bi se povećala plastičnost dijelova zbog pokretnijeg stanja njihovih elementarnih čestica.
- Barci su podvrgnuti mehaničkom pritisku u rasponu od 0,30-10,00 kg/mm2, približavajući međuatomske udaljenosti veličinama koje omogućuju uspostavljanje zajedničkih veza imeđusobno prodiru u obližnje slojeve.
Zahtjevi za pripremu materijala
Prije postavljanja praznih elemenata koji se zavaruju u difuzijsku jedinicu, oni se podvrgavaju prethodnoj obradi. Glavna svrha obrade dodirnih dijelova praznih dijelova usmjerena je na dobivanje glatkijih, ravnomjernijih i ujednačenih površina, kao i na uklanjanje nevidljivih masnih formacija i prljavštine iz područja spoja. Obrada izradaka se događa:
- kemijska;
- mehanički;
- elektrolitički.
Oksidni filmovi, u pravilu, ne utječu na proces difuzije, jer se samorazaraju tijekom zagrijavanja u vakuumskom okruženju.
Kada difuzijsko zavarivanje nije dovoljno učinkovito između tvari koje imaju nejednak koeficijent toplinskog širenja, ili se formira krhki šav, koriste se tzv. Mogu poslužiti kao folije od raznih metala. Dakle, bakrena folija se koristi u difuzijskom zavarivanju kvarcnih zaliha.
Karakteristike nastalih spojeva
Za razliku od tradicionalnih metoda zavarivanja fuzijom, gdje se osnovnom metalu u šavu dodaje dodatni metal, difuzijsko zavarivanje omogućuje postizanje jednolikog šava bez većih promjena u fizičkom i mehaničkom sastavu spoja. Gotovi spoj ima sljedeće karakteristike:
- prisutnost kontinuiranog šava bez pora i formiranja školjki;
- bez inkluzija oksida u spoju;
- mehanička stabilnostsvojstva.
Zbog činjenice da je difuzija prirodni proces prodiranja jedne tvari u drugu, kristalna rešetka materijala nije poremećena u kontaktnoj zoni, pa stoga nema krhkosti šava.
Priključak dijelova od titana
Difuzijsko zavarivanje titana i njegovih legura karakterizira dobivanje visokokvalitetnog spoja s visokom ekonomskom učinkovitošću. Široko se koristi u medicini za proizvodnju dijelova proteza, kao i na drugim poljima.
Dijelovi se zagrijavaju na temperature 50º - 100º niže od temperature na kojoj dolazi do polimorfne transformacije. Istovremeno, na materijale se vrši blagi pritisak od 0,05–0,15 kgf/mm².
Kemijski sastav legure titana ne utječe na čvrstoću spoja elemenata kod ovog načina zavarivanja.
Prednosti metode
Kada je moguće difuzijsko zavarivanje:
- kombinirajte homogene i heterogene krute tvari;
- izbjegnite deformaciju dijelova;
- nemojte koristiti potrošni materijal u obliku lemova i fluksa;
- primanje proizvodnje bez otpada;
- nemojte koristiti složene sustave dovodne i ispušne ventilacije, jer se pri tome ne stvaraju štetni dimovi;
- primite bilo koje područje zone kontaktne veze, ograničeno samo mogućnošću opreme;
- osigurajte pouzdan električni kontakt.
Ovome se dodaje izvrstan estetski izgled gotovog dijela,što ne zahtijeva primjenu dodatnih postupaka obrade, kao što je uklanjanje kamenca zavara, na primjer.
Mane tehnologije
Difuzijsko zavarivanje je složen tehnološki proces, njegovi glavni nedostaci uključuju:
- potrebno je koristiti posebnu skupu opremu;
- uvjet za proizvodni prostor, instalacija ima značajne dimenzije;
- uvjet specijaliziranog znanja, vještina i razumijevanja procesa rada;
- vrijeme utrošeno na pažljivu prethodnu obradu obratka;
- održavajte usisivač što je više moguće čistim, inače se nevidljiva prašina može taložiti na zavarenim dijelovima i dovesti do oštećenja spojeva;
- poteškoće u provjeravanju kvalitete šava bez potrebe da ga uništite.
S obzirom na sve ovo, kao i specifičnosti korištenja vakuumskih instalacija, difuzijsko zavarivanje je traženo samo u uvjetima poduzeća, a ne za privatnu upotrebu.
Oprema za industrijsko difuzijsko zavarivanje
Postoji nekoliko vrsta industrijske opreme dizajnirane za difuzijsko zavarivanje. Oni se uglavnom međusobno razlikuju po specifičnostima materijala koji se zavaruju i korištenju različitih sustava za grijanje dijelova.
Tip instalacije MDVS je namijenjen za proizvodnju fleksibilnih bakrenih sabirnica, kontaktnih skupina visokonaponskih sklopki od bakra i kerita, dijelova plinopodiznih ventila za bušotinske pumpe od nehrđajućeg čelika i legura tvrdih metala. Sustav primjenjuje učinak električnog kontaktnog grijanja.
Kompleks za zavarivanje tipa UDVM-201. Izvodi spajanje difuzijskim zavarivanjem materijala od stakla različitih razreda. Zagrijavanje radne površine vrši se metodom radijacijskog zračenja.
Oprema za zavarivanje USDV-630. Ugradnja indukcijskog grijanja za zavarivanje kompozitnih materijala na bazi titana i bakra. Takvi sustavi omogućuju zagrijavanje velikih dijelova.
MDVS-302 stroj za difuzijsko zavarivanje korištenjem visokofrekventnog zagrijavanja dijelova. Karakterizira ga prisutnost malog generatora na tranzistorskom krugu.
