Aineen atomit ovat jatkuvassa liikkeessä, minkä vuoksi nesteet ja kaasut voivat sekoittua. Kiinteissä aineissa on myös liikkuvia alkuainehiukkasia, mutta niillä on jäykempi kidehila. Ja silti, jos kaksi kiinteää kappaletta tuodaan lähemmäksi atomivoimien vuorovaikutuksen etäisyyttä, kosketuspisteessä yhden aineen hiukkaset tunkeutuvat toiseen ja päinvastoin. Tällaista aineiden keskinäistä tunkeutumista kutsuttiin diffuusioksi, ja vaikutus oli perusta yhdelle metallien liittämismenetelmistä. Sitä kutsutaan metallien diffuusiohitsaukseksi.
Mitä voidaan liittää diffuusiohitsauksella
Diffuusiohitsauksessa tyhjiössä on v altavat tekniset mahdollisuudet. Sen avulla voit muodostaa yhteyden:
- Homogeenisen ja epähomogeenisen rakenteen omaavat metallit sekä niiden seokset. Tulenkestävät metalliaineet, kuten tantaali, niobium ja volframi.
- Ei-metalliset aineet metallien kanssa: grafiitti teräksen kanssa, kupari lasin kanssa.
- Metalliin, keramiikkaan, kvartsiin, ferriitteihin, lasiin, puolijohderakenteisiin (homogeeniset ja epähomogeeniset), grafiittiin ja safiiriin perustuvat rakennusmateriaalit.
- Huokoiset komposiittimateriaalit säilyttäen ominaisuudet ja koostumuksen.
- Polymeeriaineet.
Aihioiden kokoonpanon ja koon os alta - ne voivat olla erilaisia. Työkammion koosta riippuen on mahdollista työskennellä osilla muutamasta mikronista (puolijohdeelementit) useisiin metreihin (monimutkaiset kerrosrakenteet).
Miten diffuusiolaitos toimii
Diffuusiohitsauksen kompleksi sisältää seuraavat pääelementit:
- Työkammio. Se on valmistettu metallista ja se on suunniteltu rajoittamaan työympäristöä, jossa tyhjiö syntyy.
- Teline - kiillotettu teline. Työkammio lepää sen päällä, jota pitkin se voi liikkua.
- Tyhjiötiiviste. On välikappale kameran ja jalustan välillä.
- Rullamekanismi ja kiristysruuvi. Heidän avullaan kameraa siirretään kiskoja pitkin ja kiinnitetään telineeseen.
- Tyhjiöpumppu. Luo tyhjiön työalueelle.
- Generaattori kelalla. Ne toimivat hitsattavien osien lämmitysjärjestelmänä.
- Lämmönkestävät lävistimet, hydraulisylinterit ja öljypumppu edustavat mekanismia osien puristamiseksi tietyllä paineella.
Muokkauksesta riippuen diffuusiohitsausasennukset voivat vaihdella kammioiden muodosta ja menetelmästäniiden sulkeminen. Myös osien lämmitysmenetelmät ovat erilaisia. Voidaan käyttää säteilylämmittimiä, suurvirtageneraattoreita, hehkupurkausyksiköitä, elektronisuihkulämmittimiä.
Diffuusioprosessit hitsauksen aikana
Jos otat kiillotetut metallilevyt, yhdistät ne ja asetat ne kuormituksen alle, niin muutaman vuosikymmenen kuluttua metallien keskinäisen tunkeutumisen vaikutus toisiinsa on havaittavissa. Lisäksi tunkeutumissyvyys on millimetrin sisällä. Asia on, että diffuusionopeus riippuu liitettyjen materiaalien lämpötilasta, aineiden alkuainehiukkasten välisestä etäisyydestä sekä kosketuspintojen tilasta (saastumisen ja hapettumisen puuttuminen). Siksi sen luonnollinen prosessi on niin hidas.
Teollisuudessa yhdisteen saamiseksi nopeasti diffuusioprosessia nopeutetaan ottaen huomioon kaikki nämä olosuhteet. Työkammiossa:
- Luo tyhjiö, jonka jäännöspainetaso on enintään 10-5 mm Hg tai täytä väliaine inertillä kaasulla. Näin ollen osat eivät ole alttiina hapelle, joka on minkä tahansa metallin hapetin.
- Materiaaleja kuumennetaan lämpötilassa, joka on 50-70 % työkappaleiden sulamislämpötilasta. Tämä tehdään osien plastisuuden lisäämiseksi niiden alkuainehiukkasten liikkuvamman tilan vuoksi.
- Aihiot altistetaan mekaaniselle paineelle alueella 0,30-10,00 kg/mm2, mikä tuo atomien väliset etäisyydet lähemmäksi kokoja, jotka mahdollistavat yhteisten sidosten muodostamisen jatunkeutua keskenään läheisiin kerroksiin.
Materiaalien valmistelua koskevat vaatimukset
Ennen hitsattavien elementtien aihioiden asettamista diffuusioyksikköön, niille tehdään esikäsittely. Aihioiden kosketuksissa olevien osien käsittelyn päätarkoituksena on saada sileämpiä, tasaisempia ja tasaisempia pintoja sekä poistaa näkymättömät öljyiset muodostelmat ja lika liitosalueelta. Työkappaleiden käsittely tapahtuu:
- kemiallinen;
- mekaaninen;
- elektrolyytti.
Oksidikalvot eivät pääsääntöisesti vaikuta diffuusioprosessiin, koska ne tuhoutuvat itsestään kuumennettaessa tyhjiöympäristössä.
Kun diffuusiohitsaus ei ole riittävän tehokas aineiden välillä, joiden lämpölaajenemiskerroin on epätasainen, tai muodostuu hauras sauma, käytetään ns. puskurityynyjä. Ne voivat toimia eri metallien kalvona. Joten kuparifoliota käytetään kvartsiaihioiden diffuusiohitsauksessa.
Saadun yhdisteiden ominaisuudet
Toisin kuin perinteisissä sulahitsausmenetelmissä, joissa saumassa olevaan perusmetalliin lisätään ylimääräistä metallia, diffuusiohitsaus mahdollistaa tasaisen sauman aikaansaamisen ilman suuria muutoksia liitoksen fysikaalisessa ja mekaanisessa koostumuksessa. Valmiilla liitoksilla on seuraavat ominaisuudet:
- jatkuvan sauman olemassaolo ilman huokosia ja kuorimuodostelmia;
- yhdisteessä ei ole oksideja;
- mekaaninen vakausominaisuuksia.
Koska diffuusio on luonnollinen prosessi, jossa yksi aine tunkeutuu toiseen, materiaalien kidehila ei häiriinny kosketusvyöhykkeellä eikä sauman hauraus ole siksi.
Titaanisten osien liitäntä
Titaanin ja sen seosten diffuusiohitsaukselle on ominaista korkealaatuisen liitoksen aikaansaaminen ja korkea taloudellinen hyötysuhde. Sitä käytetään laajasti lääketieteessä proteesiosien valmistukseen sekä muilla aloilla.
Osat kuumennetaan lämpötiloihin, jotka ovat 50º - 100º alhaisempia kuin lämpötila, jossa polymorfinen muutos tapahtuu. Samanaikaisesti materiaaleihin kohdistuu pieni paine 0,05–0,15 kgf/mm².
Titaaniseoksen kemiallinen koostumus ei vaikuta elementtien liitoksen lujuuteen tällä hitsaustavalla.
Menetelmän edut
Kun diffuusiohitsaus on mahdollista:
- yhdistää homogeeniset ja heterogeeniset kiinteät aineet;
- vältä osien muodonmuutoksia;
- älä käytä kulutusosia juotteiden ja sulatteiden muodossa;
- vastaanottaa jätteetöntä tuotantoa;
- älä käytä monimutkaisia tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmiä, sillä prosessissa ei synny haitallisia höyryjä;
- vastaanottaa minkä tahansa kosketusliitäntäalueen alueen, jota rajoittaa vain varustelumahdollisuus;
- varmista luotettava sähkökontakti.
Tähän on lisätty valmiin osan erinomainen esteettinen ulkonäkö,joka ei edellytä lisäkäsittelytoimenpiteitä, kuten esimerkiksi hitsihilseen poistoa.
Teknologian puutteet
Diffuusiohitsaus on monimutkainen teknologinen prosessi, jonka päähaittoja ovat:
- on käytettävä erityisiä kalliita laitteita;
- tuotantotilan tarve, asennuksella on huomattavat mitat;
- vaatimuksena erityistietoa, -taitoja ja työprosessin ymmärtämistä;
- työkappaleiden huolelliseen esikäsittelyyn käytetty aika;
- pidä imuyksikkö mahdollisimman puhtaana, muuten näkymätöntä pölyä voi laskeutua hitsattuihin osiin ja aiheuttaa liitosvaurioita;
- vaikeus tarkistaa sauman laatua ilman, että sitä tarvitsee tuhota.
Kaiken tämän ja tyhjiöasennuksen käytön erityispiirteet huomioon ottaen diffuusiohitsaukselle on kysyntää vain yritysolosuhteissa, ei yksityiskäyttöön.
Teolliset diffuusiohitsauslaitteet
Diffuusiohitsaukseen suunniteltuja teollisuuslaitteita on useita. Ne eroavat toisistaan pääasiassa hitsattavien materiaalien ominaispiirteiden ja erilaisten osien lämmitysjärjestelmien käytön suhteen.
Asennustyyppi MDVS on suunniteltu joustavien kuparikiskojen, kuparista ja kerriitistä valmistettujen suurjännitekytkimien kosketinryhmien, ruostumattomasta teräksestä ja kovametalliseoksista valmistettujen porausreikäpumppujen kaasunnostinventtiilien osien valmistukseen. Järjestelmä käyttää sähkökosketinlämmityksen vaikutusta.
Hitsauskompleksi tyyppi UDVM-201. Suorittaa liitoksen diffuusiohitsauksella eri laatuisista lasista. Työpinnan lämmitys suoritetaan säteilysäteilymenetelmällä.
Hitsauslaitteet USDV-630. Induktiolämmityksen asennus titaani- ja kuparipohjaisten komposiittimateriaalien hitsaukseen. Tällaiset järjestelmät mahdollistavat suurten osien lämmittämisen.
MDVS-302 kone diffuusiohitsaukseen osien suurtaajuisella lämmityksellä. Sille on ominaista pienikokoisen generaattorin läsnäolo transistoripiirissä.
