Atomy hmoty jsou v neustálém pohybu, a proto se kapaliny a plyny mohou mísit. Pevné látky mají také mobilní elementární částice, ale mají tužší krystalovou mřížku. A přesto, pokud se dvě pevná tělesa přiblíží na vzdálenost interakce atomových sil, pak v bodě kontaktu částice jedné látky proniknou do druhé a naopak. Takovému vzájemnému pronikání látek se říkalo difúze a efekt byl základem jednoho ze způsobů spojování kovů. Tak se tomu říká - difúzní svařování kovů.
Co lze spojit difúzním svařováním
Difuzní svařování ve vakuu má obrovské technologické možnosti. S ním se můžete připojit:
- Kovy homogenní a nehomogenní struktury a také jejich slitiny. Žáruvzdorné kovové látky, jako je tantal, niob a wolfram.
- Nekovové látky s kovy: grafit s ocelí, měď se sklem.
- Konstrukční materiály na bázi kovu, keramiky, křemene, feritů, skla, polovodičových struktur (homogenní a nehomogenní), grafitu a safíru.
- Kompozitní materiály, porézní se zachováním jejich vlastností a textury.
- Polymerové látky.
Pokud jde o konfiguraci a velikost polotovarů - mohou se lišit. V závislosti na velikosti pracovní komory je možné pracovat s díly od několika mikronů (polovodičové prvky) až po několik metrů (složité vrstvené struktury).
Jak funguje difuzní zařízení
Komplex pro difúzní svařování obsahuje následující hlavní prvky:
- Pracovní komora. Je vyrobena z kovu a je navržena tak, aby omezovala pracovní prostředí, ve kterém se vakuum vytváří.
- Stojan - leštěný stojan. Na něm spočívá pracovní komora, po které se může pohybovat.
- Vakuový tmel. Je distanční vložka mezi kamerou a stojanem.
- Válečkový mechanismus a upínací šroub. S jejich pomocí se kamera posune po kolejnicích a upevní na stojan.
- Vakuové čerpadlo. Vytváří podtlak v pracovní oblasti.
- Generátor s induktorem. Fungují jako topný systém pro díly, které mají být svařeny.
- Žáruvzdorné razníky, hydraulické válce a olejové čerpadlo představují mechanismus pro stlačení dílů pod daným tlakem.
V závislosti na úpravě se mohou instalace difuzního svařování lišit ve tvaru komor a způsobujejich utěsnění. Rozdílné jsou také způsoby ohřevu dílů. Lze použít radiační ohřívače, vysokoproudové generátory, doutnavé výboje, ohřívače s elektronovým paprskem.
Procesy difúze při svařování
Pokud vezmete leštěné plechy, spojíte je a zatížíte, tak za pár desítek let bude patrný efekt vzájemného pronikání kovů do sebe. Navíc hloubka průniku bude v rámci jednoho milimetru. Jde o to, že rychlost difúze závisí na teplotě spojovaných materiálů, vzdálenosti mezi elementárními částicemi látek a také na stavu kontaktních ploch (nepřítomnost znečištění a oxidace). Proto je jeho přirozený proces tak pomalý.
V průmyslu se za účelem rychlého získání sloučeniny urychluje proces difúze, přičemž se berou v úvahu všechny tyto podmínky. V pracovní komoře:
- Vytvořte vakuum se zbytkovou úrovní tlaku až 10-5 mm Hg nebo naplňte médium inertním plynem. Díly tak nejsou vystaveny kyslíku, který je oxidačním činidlem pro jakýkoli kov.
- Materiály se zahřívají na teplotu 50-70 % teploty tavení obrobků. To se provádí za účelem zvýšení plasticity součástí díky mobilnějšímu stavu jejich elementárních částic.
- Přířezy jsou vystaveny mechanickému tlaku v rozsahu 0,30-10,00 kg/mm2, čímž se meziatomové vzdálenosti přibližují velikostem, které umožňují vytvoření společných vazeb avzájemně pronikají do blízkých vrstev.
Požadavky na přípravu materiálů
Před umístěním polotovarů svařovaných prvků do difuzní jednotky jsou tyto podrobeny předběžné úpravě. Hlavním účelem zpracování kontaktních částí polotovarů je získání hladších, rovných a jednotných povrchů, jakož i odstranění neviditelných olejových útvarů a nečistot z oblasti spoje. Zpracování obrobků se děje:
- chemical;
- mechanické;
- elektrolytické.
Oxidové filmy zpravidla neovlivňují proces difúze, protože se samy destruují během ohřevu ve vakuovém prostředí.
Pokud není difúzní svařování dostatečně účinné mezi látkami, které mají nestejný koeficient tepelné roztažnosti, nebo se tvoří křehký šev, používají se tzv. nárazníkové podložky. Mohou sloužit jako fólie z různých kovů. Měděná fólie se tedy používá při difúzním svařování křemenných polotovarů.
Charakteristiky výsledných sloučenin
Na rozdíl od tradičních metod tavného svařování, kdy se k základnímu kovu ve švu přidává další kov, difúzní svařování umožňuje získat rovnoměrný šev bez větších změn ve fyzikálním a mechanickém složení spoje. Hotový spoj má následující vlastnosti:
- přítomnost souvislého švu bez pórů a formací skořápek;
- žádné oxidové inkluze ve sloučenině;
- mechanická stabilitavlastnosti.
Vzhledem k tomu, že difúze je přirozený proces pronikání jedné látky do druhé, nedochází k narušení krystalové mřížky materiálů v kontaktní zóně a nedochází tak ke křehkosti švu.
Spojení titanových dílů
Difuzní svařování titanu a jeho slitin se vyznačuje získáním vysoce kvalitního spoje s vysokou ekonomickou účinností. Je široce používán v lékařství pro výrobu částí protéz a také v jiných oborech.
Díly se zahřívají na teploty o 50º - 100º nižší, než je teplota, při které dochází k polymorfní transformaci. Současně je na materiály vyvíjen mírný tlak 0,05–0,15 kgf/mm².
Chemické složení titanové slitiny neovlivňuje pevnost spojení prvků při tomto způsobu svařování.
Výhody metody
Když je možné difuzní svařování:
- kombinovat homogenní a heterogenní pevné látky;
- zabraňte deformaci dílů;
- nepoužívejte spotřební materiál ve formě pájek a tavidel;
- získáte bezodpadovou produkci;
- nepoužívejte složité systémy přívodu a odvodu ventilace, protože během procesu nevznikají žádné škodlivé výpary;
- získejte jakoukoli oblast zóny připojení kontaktu, omezenou pouze možností vybavení;
- zajišťuje spolehlivý elektrický kontakt.
K tomu se přidává vynikající estetický vzhled hotového dílu,což nevyžaduje použití dalších zpracovatelských operací, jako je například odstranění okují po svaru.
Technologické nedostatky
Difuzní svařování je složitý technologický proces, mezi jeho hlavní nevýhody patří:
- potřebujete použít specifické drahé vybavení;
- požadavek na výrobní prostor, instalace má značné rozměry;
- požadavek mít specializované znalosti, dovednosti a porozumění pracovnímu procesu;
- čas strávený pečlivým předzpracováním obrobků;
- udržujte vysavač co nejčistší, jinak se na svařovaných dílech může usazovat neviditelný prach a vést k defektům spojů;
- problémy při kontrole kvality švu, aniž byste jej museli zničit.
Vzhledem k tomu všemu, stejně jako ke specifikům použití vakuových instalací, je difúzní svařování žádané pouze v podmínkách podniků, nikoli pro soukromé použití.
Zařízení pro průmyslové difúzní svařování
Existuje několik typů průmyslových zařízení určených pro difúzní svařování. Liší se od sebe především specifiky svařovaných materiálů a použitím různých systémů ohřevu dílů.
Instalace typu MDVS je určena pro výrobu pružných měděných přípojnic, kontaktních skupin vysokonapěťových spínačů z mědi a kerritu, dílů plynových ventilů pro vrtná čerpadla z nerezové oceli a tvrdokovových slitin. Systém aplikuje efekt elektrického vyhřívání kontaktů.
Svařovací komplex typu UDVM-201. Provádí spoj difúzním svařováním materiálů ze skla různých jakostí. Ohřívání pracovní plochy se provádí metodou radiačního záření.
Svařovací zařízení USDV-630. Instalace indukčního ohřevu pro svařování kompozitních materiálů na bázi titanu a mědi. Takové systémy umožňují ohřev velkých dílů.
stroj MDVS-302 pro difúzní svařování vysokofrekvenčním ohřevem dílů. Vyznačuje se přítomností malého generátoru na tranzistorovém obvodu.
