Az anyag atomjai állandó mozgásban vannak, ezért a folyadékok és a gázok keveredhetnek. A szilárd anyagoknak is vannak mozgékony elemi részecskéi, de ezeknél merevebb a kristályrács. És mégis, ha két szilárd testet közelebb viszünk az atomi erők kölcsönhatásának távolságához, akkor az érintkezési ponton az egyik anyag részecskéi behatolnak a másikba, és fordítva. Az anyagok ilyen kölcsönös behatolását diffúziónak nevezték, és ez a hatás volt az alapja a fémek összekapcsolásának egyik módszerének. Így hívják – fémek diffúziós hegesztése.
Mit lehet diffúziós hegesztéssel összekötni
A vákuumban végzett diffúziós hegesztés óriási technológiai lehetőségeket rejt magában. Ezzel csatlakozhat:
- Homogén és inhomogén szerkezetű fémek, valamint ötvözeteik. Tűzálló fémanyagok, például tantál, nióbium és volfrám.
- Nem fémes anyagok fémekkel: grafit acéllal, réz üveggel.
- Fém, kerámia, kvarc, ferrit, üveg, félvezető szerkezetek (homogén és inhomogén), grafit és zafír alapú építőanyagok.
- Kompozit anyagok, porózus, tulajdonságaik és textúrájuk megőrzésével.
- Polimer anyagok.
Az üres lapok konfigurációjával és méretével kapcsolatban – ezek eltérőek lehetnek. A munkakamra méretétől függően néhány mikronos részekkel (félvezető elemek) több méterig (összetett réteges szerkezetek) is lehet dolgozni.
A diffúziós üzem működése
A diffúziós hegesztési komplexum a következő fő elemeket tartalmazza:
- Munkakamra. Fémből készült, és úgy tervezték, hogy korlátozza a munkakörnyezetet, amelyben a vákuum keletkezik.
- Állvány - polírozott állvány. Rajta nyugszik a munkakamra, amely mentén mozoghat.
- Vákuumos tömítő. Távtartó a kamera és az állvány között.
- Görgős mechanizmus és szorítócsavar. Segítségükkel a kamerát a sínek mentén mozgatják és az állványra rögzítik.
- Vákuumszivattyú. Vákuumot hoz létre a munkaterületen.
- Generátor induktorral. Fűtési rendszerként működnek a hegesztendő részek számára.
- Hőálló lyukasztók, hidraulikus hengerek és olajszivattyú olyan mechanizmust képviselnek, amely adott nyomás alatt összenyomja az alkatrészeket.
A módosítástól függően a diffúziós hegesztőberendezések eltérhetnek a kamrák alakjától és a módszertőlpecsételésüket. Az alkatrészek fűtésének módjai is eltérőek. Sugárfűtők, nagyáramú generátorok, izzítókisülési egységek, elektronsugaras fűtőelemek használhatók.
Diffúziós folyamatok hegesztés közben
Ha polírozott fémlemezeket veszünk, összekötjük és terhelés alá helyezzük, akkor néhány évtized múlva már érezhető lesz a fémek egymásba való kölcsönös behatolásának hatása. Ezenkívül a behatolási mélység egy milliméteren belül lesz. A helyzet az, hogy a diffúzió sebessége függ az összekapcsolandó anyagok hőmérsékletétől, az anyagok elemi részecskéi közötti távolságtól, valamint az érintkező felületek állapotától (szennyeződés és oxidáció hiányától). Ezért olyan lassú a természetes folyamata.
Az iparban a vegyület gyors előállítása érdekében a diffúziós folyamatot felgyorsítják, figyelembe véve mindezen feltételeket. A munkakamrában:
- Hozzon létre vákuumot legfeljebb 10-5 Hgmm maradék nyomással, vagy töltse fel a közeget inert gázzal. Így az alkatrészek nincsenek kitéve oxigénnek, amely bármely fém oxidálószere.
- Az anyagokat a munkadarabok olvadási hőmérsékletének 50-70%-ára melegítik. Ez azért történik, hogy növeljék az alkatrészek plaszticitását elemi részecskéik mozgékonyabb állapota miatt.
- A nyersdarabokat 0,30-10,00 kg/mm tartományba eső mechanikai nyomásnak teszik ki2, így az atomközi távolságok közelebb kerülnek a méretekhez, amelyek lehetővé teszik a közös kötések éskölcsönösen behatolnak a közeli rétegekbe.
Az anyagok elkészítésének követelményei
Mielőtt a hegesztendő elemek nyersdarabjait a diffúziós egységbe helyezzük, előkezelésnek vetjük alá azokat. A nyersdarabok érintkező részeinek feldolgozásának fő célja a simább, egyenletes és egyenletes felületek elérése, valamint a láthatatlan olajos képződmények és szennyeződések eltávolítása az illesztési területről. A munkadarabok feldolgozása:
- vegyi;
- mechanikus;
- elektrolitikus.
Az oxidfilmek általában nem befolyásolják a diffúziós folyamatot, mivel vákuumkörnyezetben történő melegítés során önmegsemmisülnek.
Ha a diffúziós hegesztés nem elég hatékony az egyenlőtlen hőtágulási együtthatójú anyagok között, vagy törékeny varrat képződik, úgynevezett pufferbetéteket használnak. Különféle fémek fóliájaként szolgálhatnak. Tehát a rézfóliát kvarcdarabok diffúziós hegesztésénél használják.
A kapott vegyületek jellemzői
Eltérően a hagyományos fúziós hegesztési módszerekkel, amikor további fémet adnak a varratban lévő nem nemesfémhez, a diffúziós hegesztés lehetővé teszi az egyenletes varrat elérését anélkül, hogy a kötés fizikai és mechanikai összetételében jelentős változás következne be. A kész illesztés a következő jellemzőkkel rendelkezik:
- egy folytonos varrat jelenléte pórusok és héjképződmények nélkül;
- nincs oxidzárvány a vegyületben;
- mechanikai stabilitástulajdonságok.
Mivel a diffúzió az egyik anyagnak a másikba való behatolásának természetes folyamata, az anyagok kristályrácsa nem bomlik az érintkezési zónában, így a varrat nem törékeny.
Titán alkatrészek csatlakoztatása
A titán és ötvözeteinek diffúziós hegesztését az jellemzi, hogy kiváló minőségű kötést kapnak, nagy gazdasági hatékonysággal. Széles körben használják az orvostudományban protézis-alkatrészek gyártására, valamint más területeken is.
Az alkatrészeket 50º–100º-kal alacsonyabb hőmérsékletre melegítik, mint a polimorf átalakulás végbemenő hőmérséklete. Ugyanakkor enyhe, 0,05–0,15 kgf/mm² nyomás nehezedik az anyagokra.
A titánötvözet kémiai összetétele nem befolyásolja az elemek csatlakozásának szilárdságát ezen a hegesztési módon.
A módszer előnyei
Ha lehetséges a diffúziós hegesztés:
- egyesítse a homogén és heterogén szilárd anyagokat;
- kerülje az alkatrészek deformálódását;
- ne használjon fogyóeszközöket forrasztóanyag és folyasztószer formájában;
- hulladékmentes termelés fogadása;
- ne használjon bonyolult befúvó és elszívó szellőztető rendszereket, mivel a folyamat során nem keletkeznek káros gőzök;
- fogadja az érintkezési csatlakozási zóna bármely területét, amelyet csak a felszerelési lehetőség korlátoz;
- biztosítson megbízható elektromos érintkezést.
Ezhez járul a kész alkatrész kiváló esztétikai megjelenése,amely nem igényel további feldolgozási műveleteket, például a hegesztési vízkő eltávolítását.
Technológiai hibák
A diffúziós hegesztés összetett technológiai folyamat, fő hátrányai a következők:
- specifikus drága felszerelést kell használni;
- gyártási helyigény, a telepítés jelentős méretekkel rendelkezik;
- Speciális tudás, készségek és a munkafolyamat megértésének követelménye;
- munkadarabok gondos előfeldolgozására fordított idő;
- tartsa a porszívót a lehető legtisztábban, különben láthatatlan por rakódhat le a hegesztett részeken, és kötési hibákhoz vezethet;
- nehéz ellenőrizni a varrás minőségét anélkül, hogy meg kellene semmisítenie.
Mindezt, valamint a vákuumberendezések alkalmazásának sajátosságait figyelembe véve a diffúziós hegesztésre csak vállalati körülmények között van igény, magáncélra nem.
Ipari diffúziós hegesztőberendezések
A diffúziós hegesztéshez többféle ipari berendezés létezik. Főleg a hegesztendő anyagok sajátosságaiban és az alkatrészek fűtésére szolgáló különböző rendszerek alkalmazásában térnek el egymástól.
Az MDVS beépítési típust rugalmas réz gyűjtősínek, nagyfeszültségű kapcsolók rézből és kerritből készült érintkezőcsoportjainak, fúrólyuk szivattyúk gázemelő szelepeinek rozsdamentes acélból és keményfémötvözetekből készült alkatrészeinek gyártására tervezték. A rendszer az elektromos kontaktfűtés hatását alkalmazza.
UDVM-201 típusú hegesztőkomplexum. Különböző minőségű üvegből készült anyagok diffúziós hegesztésével történő csatlakoztatást végez. A munkafelület felmelegítése sugárzásos sugárzás módszerével történik.
Hegesztő berendezés USDV-630. Indukciós fűtés szerelése titán és réz alapú kompozit anyagok hegesztéséhez. Az ilyen rendszerek lehetővé teszik a nagy alkatrészek melegítését.
MDVS-302 gép diffúziós hegesztéshez az alkatrészek nagyfrekvenciás melegítésével. Jellemzője, hogy egy tranzisztoros áramkörön kis méretű generátor található.
