Atomi materije su u stalnom kretanju, zbog čega se tečnosti i gasovi mogu mešati. 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 osnova jedne od metoda spajanja metala. Tako se to zove - difuzijsko zavarivanje metala.
Šta se može spojiti difuzijskim zavarivanjem
Difuzijsko zavarivanje u vakuumu ima ogromne tehnološke mogućnosti. Sa njim se možete povezati:
- Metali homogene i nehomogene strukture, kao i njihove legure. Vatrostalne metalne supstance kao što su tantal, niobij i volfram.
- Nemetalne supstance sa metalima: grafit sa čelikom, bakar sa staklom.
- Građevinski materijali na bazi metala, keramike, kvarca, ferita, stakla, poluprovodničkih struktura (homogenih i nehomogenih), grafita i safira.
- Kompozitni materijali, porozni sa očuvanjem svojih svojstava i teksture.
- Polimerne supstance.
Što se tiče konfiguracije i veličine praznina - mogu se razlikovati. U zavisnosti od veličine radne komore, moguće je raditi sa delovima od nekoliko mikrona (poluprovodnički elementi) do nekoliko metara (složene slojevite strukture).
Kako radi difuzno postrojenje
Kompleks za difuzijsko zavarivanje uključuje sljedeće glavne elemente:
- Radna komora. Napravljen je od metala i dizajniran je da ograniči radno okruženje u kojem se stvara vakuum.
- Stand - polirani stalak. Na njemu počiva radna komora po kojoj se može kretati.
- Vakum zaptivač. Je odstojnik između kamere i postolja.
- Roler mehanizam i stezni vijak. Uz njihovu pomoć, kamera se pomera duž šina i fiksira na postolje.
- Vakumska pumpa. Stvara vakuum u radnom području.
- Generator sa induktorom. Oni djeluju kao sistem grijanja za dijelove koji se zavaruju.
- Probijači otporni na toplinu, hidraulični cilindri i pumpa za ulje predstavljaju mehanizam za kompresiju dijelova pod određenim pritiskom.
U zavisnosti od modifikacije, instalacije za difuzijsko zavarivanje mogu se razlikovati po obliku komora i načinunjihovo zaptivanje. Različiti su i načini grijanja dijelova. Mogu se koristiti radijacijski grijači, generatori velike struje, jedinice za žarenje, grijači elektronskim snopom.
Procesi difuzije tokom zavarivanja
Ako uzmete uglačane metalne ploče, spojite ih i stavite pod opterećenje, onda će za nekoliko decenija biti primjetan efekat međusobnog prodiranja metala jedan u drugi. Štaviše, dubina prodiranja će biti unutar jednog milimetra. Stvar je u tome da brzina difuzije zavisi od temperature materijala koji se spaja, udaljenosti između elementarnih čestica supstanci, kao i od stanja dodirnih površina (odsustvo zagađenja i oksidacije). Zato je njegov prirodni proces tako spor.
U industriji, da bi se brzo dobilo jedinjenje, proces difuzije se ubrzava, uzimajući u obzir sve ove uslove. U radnoj komori:
- Stvorite vakuum sa nivoom preostalog pritiska do 10-5 mm Hg ili napunite medijum inertnim gasom. Dakle, dijelovi nisu izloženi kisiku, koji je oksidant za bilo koji metal.
- Materijal se zagreva na temperaturi od 50-70% temperature topljenja obratka. Ovo 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 omogućavaju uspostavljanje zajedničkih veza imeđusobno prodiru u obližnje slojeve.
Zahtjevi za pripremu materijala
Pre postavljanja praznih elemenata koji se zavaruju u jedinicu za difuziju, oni se podvrgavaju prethodnoj obradi. Osnovna svrha obrade dodirnih dijelova zazora je postizanje glatkijih, ravnomjernijih i jednolikih površina, kao i uklanjanje nevidljivih masnih formacija i prljavštine iz područja spoja. Obrada radnih komada se dešava:
- chemical;
- mehanički;
- elektrolitička.
Oksidni filmovi, po pravilu, ne utiču na proces difuzije, jer se samorazaraju tokom zagrevanja u vakuumskom okruženju.
Kada difuzijsko zavarivanje nije dovoljno efikasno između supstanci koje imaju nejednak koeficijent termičkog širenja, ili se formira krhki šav, koriste se tzv. Mogu poslužiti kao folije od raznih metala. Dakle, bakarna folija se koristi u difuzijskom zavarivanju kvarcnih zaliha.
Karakteristike nastalih jedinjenja
Za razliku od tradicionalnih metoda zavarivanja fuzijom, gdje se osnovnom metalu u šavu dodaje dodatni metal, difuzijsko zavarivanje omogućava da se dobije ujednačen šav bez većih promjena u fizičkom i mehaničkom sastavu spoja. Gotov spoj ima sljedeće karakteristike:
- prisustvo kontinuiranog šava bez pora i formiranja školjki;
- bez inkluzija oksida u jedinjenju;
- mehanička stabilnostsvojstva.
Usled činjenice da je difuzija prirodan proces prodiranja jedne supstance u drugu, kristalna rešetka materijala nije poremećena u kontaktnoj zoni, pa samim tim nema ni krhkosti šava.
Priključak delova od titanijuma
Difuzijsko zavarivanje titanijuma i njegovih legura karakteriše dobijanje visokokvalitetnog spoja sa visokom ekonomskom efikasnošću. 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 se polimorfna transformacija dešava. Istovremeno, na materijale se vrši blagi pritisak od 0,05–0,15 kgf/mm².
Hemijski sastav legure titanijuma ne utiče na čvrstoću spoja elemenata kod ovog načina zavarivanja.
Prednosti metode
Kada je moguće difuzijsko zavarivanje:
- kombinujte homogene i heterogene čvrste materije;
- izbjegnite deformaciju dijelova;
- ne koristite potrošni materijal u obliku lemova i fluksa;
- primanje proizvodnje bez otpada;
- nemojte koristiti složene sisteme dovodne i izduvne ventilacije, jer se pri tome ne stvaraju štetna isparenja;
- primite bilo koju oblast kontaktne veze, ograničeno samo mogućnošću opreme;
- obezbedite pouzdan električni kontakt.
Ovome se dodaje i odličan estetski izgled gotovog dijela,koji ne zahtijeva primjenu dodatnih operacija obrade, kao što je uklanjanje naslaga vara, na primjer.
Mane tehnologije
Difuzijsko zavarivanje je složen tehnološki proces, njegovi glavni nedostaci su:
- potrebno je koristiti posebnu skupu opremu;
- zahtjev za proizvodni prostor, instalacija je značajnih dimenzija;
- uslov posedovanja specijalizovanog znanja, veština i razumevanja procesa rada;
- vrijeme utrošeno na pažljivu prethodnu obradu radnih komada;
- usisivač održavajte što je moguće čistijim, inače se nevidljiva prašina može taložiti na zavarenim dijelovima i dovesti do oštećenja spojeva;
- poteškoće u provjeri kvaliteta šava bez potrebe da ga uništite.
S obzirom na sve ovo, kao i specifičnosti upotrebe vakuumskih instalacija, difuzijsko zavarivanje je traženo samo u uslovima preduzeća, a ne za privatnu upotrebu.
Oprema za industrijsko difuzijsko zavarivanje
Postoji nekoliko vrsta industrijske opreme dizajnirane za difuzijsko zavarivanje. One se uglavnom međusobno razlikuju po specifičnostima materijala koji se zavaruju i upotrebi različitih sistema za zagrevanje delova.
Tip instalacije MDVS je namenjen za proizvodnju fleksibilnih bakarnih sabirnica, kontaktnih grupa visokonaponskih prekidača od bakra i kerita, delova gas-lift ventila za bušotinske pumpe od nerđajućeg čelika i legura tvrdih metala. Sistem primjenjuje efekat električnog kontaktnog grijanja.
Kompleks za zavarivanje tipa UDVM-201. Izvodi spajanje difuzijskim zavarivanjem materijala od stakla različitih kvaliteta. Zagrijavanje radne površine vrši se metodom radijacijskog zračenja.
Oprema za zavarivanje USDV-630. Instalacija indukcijskog grijanja za zavarivanje kompozitnih materijala na bazi titana i bakra. Ovakvi sistemi omogućavaju zagrevanje velikih delova.
MDVS-302 mašina za difuzijsko zavarivanje korišćenjem visokofrekventnog zagrevanja delova. Karakterizira ga prisustvo generatora male veličine na tranzistorskom kolu.
