Atómy hmoty sú v neustálom pohybe, a preto sa kvapaliny a plyny môžu miešať. Pevné látky majú tiež mobilné elementárne častice, ale majú tuhšiu kryštálovú mriežku. A predsa, ak sa dve pevné telesá priblížia na vzdialenosť interakcie atómových síl, potom v bode kontaktu častice jednej látky preniknú do druhej a naopak. Takéto vzájomné prenikanie látok sa nazývalo difúzia a efekt bol základom jedného zo spôsobov spájania kovov. Tak sa tomu hovorí - difúzne zváranie kovov.
Čo sa dá spojiť difúznym zváraním
Difúzne zváranie vo vákuu má obrovské technologické možnosti. S ním sa môžete pripojiť:
- Kovy homogénnej a nehomogénnej štruktúry, ako aj ich zliatiny. Žiaruvzdorné kovové látky ako tantal, niób a volfrám.
- Nekovové látky s kovmi: grafit s oceľou, meď so sklom.
- Konštrukčné materiály na báze kovu, keramiky, kremeňa, feritov, skla, polovodičových štruktúr (homogénnych a nehomogénnych), grafitu a zafíru.
- Kompozitné materiály, porézne so zachovaním ich vlastností a textúry.
- Polymérne látky.
Pokiaľ ide o konfiguráciu a veľkosť polotovarov - môžu sa líšiť. V závislosti od veľkosti pracovnej komory je možné pracovať s dielmi od niekoľkých mikrónov (polovodičové prvky) až po niekoľko metrov (zložité vrstvené štruktúry).
Ako funguje difúzna elektráreň
Komplex pre difúzne zváranie zahŕňa nasledujúce hlavné prvky:
- Pracovná komora. Je vyrobený z kovu a je navrhnutý tak, aby obmedzoval pracovné prostredie, v ktorom sa vákuum vytvára.
- Stojan - leštený stojan. Na nej spočíva pracovná komora, po ktorej sa môže pohybovať.
- Vákuový tmel. Je medzikus medzi fotoaparátom a stojanom.
- Mechanizmus valčekov a upínacia skrutka. S ich pomocou sa kamera posúva po koľajničkách a upevňuje sa na stojan.
- Vákuová pumpa. Vytvára vákuum v pracovnej oblasti.
- Generátor s induktorom. Fungujú ako vykurovací systém pre diely, ktoré sa majú zvárať.
- Žiaruvzdorné dierovače, hydraulické valce a olejové čerpadlo predstavujú mechanizmus stláčania dielov pod daným tlakom.
V závislosti od modifikácie sa zariadenia na difúzne zváranie môžu líšiť v tvare komôr a metódeich utesnenie. Odlišné sú aj spôsoby ohrevu častí. Môžu sa použiť radiačné ohrievače, vysokoprúdové generátory, žeraviace jednotky, ohrievače elektrónovým lúčom.
Procesy difúzie počas zvárania
Ak zoberiete vyleštené plechy, spojíte ich a zaťažíte, o pár desaťročí bude badateľný efekt vzájomného prenikania kovov do seba. Okrem toho bude hĺbka prieniku do jedného milimetra. Ide o to, že rýchlosť difúzie závisí od teploty spájaných materiálov, vzdialenosti medzi elementárnymi časticami látok, ako aj od stavu kontaktných plôch (neprítomnosť znečistenia a oxidácie). Preto je jeho prirodzený proces taký pomalý.
V priemysle, aby sa rýchlo získala zlúčenina, sa proces difúzie urýchľuje, berúc do úvahy všetky tieto podmienky. V pracovnej komore:
- Vytvorte vákuum so zvyškovým tlakom do 10-5 mm Hg alebo naplňte médium inertným plynom. Časti teda nie sú vystavené kyslíku, ktorý je oxidačným činidlom pre akýkoľvek kov.
- Materiály sa zahrievajú na teplotu 50-70% teploty topenia obrobkov. Deje sa tak za účelom zvýšenia plasticity častí vďaka mobilnejšiemu stavu ich elementárnych častíc.
- Výlisky sú vystavené mechanickému tlaku v rozsahu 0,30-10,00 kg/mm2, čím sa medziatómové vzdialenosti približujú k veľkostiam, ktoré umožňujú vytvorenie spoločných väzieb avzájomne prenikajú do blízkych vrstiev.
Požiadavky na prípravu materiálov
Pred umiestnením polotovarov prvkov určených na zváranie do difúznej jednotky sa tieto podrobia predbežnej úprave. Hlavným účelom spracovania kontaktných častí polotovarov je získanie hladších, rovnomerných a rovnomerných povrchov, ako aj odstránenie neviditeľných mastných útvarov a nečistôt z oblasti spoja. Spracovanie obrobkov prebieha:
- chemical;
- mechanické;
- elektrolytické.
Oxidové filmy spravidla neovplyvňujú difúzny proces, pretože sa počas zahrievania vo vákuovom prostredí samy deštruujú.
Keď difúzne zváranie nie je dostatočne účinné medzi látkami, ktoré majú nerovnaký koeficient tepelnej rozťažnosti, alebo sa vytvorí krehký šev, používajú sa takzvané nárazníkové podložky. Môžu slúžiť ako fólia z rôznych kovov. Medená fólia sa teda používa pri difúznom zváraní kremenných polotovarov.
Charakteristiky výsledných zlúčenín
Na rozdiel od tradičných metód tavného zvárania, kde sa k základnému kovu vo šve pridáva ďalší kov, umožňuje difúzne zváranie dosiahnuť rovnomerný šev bez väčších zmien fyzikálneho a mechanického zloženia spoja. Hotový spoj má nasledujúce vlastnosti:
- prítomnosť súvislého švu bez pórov a tvorby lastúr;
- žiadne oxidové inklúzie v zlúčenine;
- mechanická stabilitavlastnosti.
Vzhľadom na to, že difúzia je prirodzený proces prenikania jednej látky do druhej, nedochádza k narušeniu kryštálovej mriežky materiálov v kontaktnej zóne, a teda nedochádza ku lámavosti švu.
Spojenie titánových častí
Difúzne zváranie titánu a jeho zliatin sa vyznačuje získaním vysokokvalitného spoja s vysokou ekonomickou účinnosťou. Je široko používaný v medicíne na výrobu častí protéz, ako aj v iných oblastiach.
Časti sa zahrievajú na teploty o 50º - 100º nižšie ako je teplota, pri ktorej dochádza k polymorfnej transformácii. Súčasne je na materiály vyvíjaný mierny tlak 0,05–0,15 kgf/mm².
Chemické zloženie titánovej zliatiny neovplyvňuje pevnosť spojenia prvkov pri tomto spôsobe zvárania.
Výhody metódy
Keď je možné difúzne zváranie:
- spájať homogénne a heterogénne pevné látky;
- zabráňte deformácii dielov;
- nepoužívať spotrebný materiál vo forme spájok a tavív;
- dostávať bezodpadovú produkciu;
- nepoužívajte zložité systémy prívodného a odsávacieho vetrania, pretože pri tomto procese nevznikajú žiadne škodlivé výpary;
- prijímať akúkoľvek oblasť zóny kontaktného pripojenia, obmedzenú iba možnosťou vybavenia;
- zabezpečiť spoľahlivý elektrický kontakt.
K tomu sa pridáva vynikajúci estetický vzhľad hotového dielu,ktorý si nevyžaduje použitie dodatočných spracovateľských operácií, ako je napríklad odstraňovanie okovín.
Technologické nedostatky
Difúzne zváranie je zložitý technologický proces, medzi jeho hlavné nevýhody patrí:
- treba použiť špecifické drahé vybavenie;
- požiadavka na výrobný priestor, inštalácia má značné rozmery;
- požiadavka mať špeciálne znalosti, zručnosti a pochopenie pracovného procesu;
- čas strávený starostlivým predbežným spracovaním obrobkov;
- udržiavajte vysávač v čo najčistejšom stave, inak sa na zváraných častiach môže usádzať neviditeľný prach a viesť k chybám spojov;
- ťažkosti pri kontrole kvality švu bez toho, aby ste ho museli zničiť.
Vzhľadom na toto všetko, ako aj na špecifiká použitia vákuových zariadení je difúzne zváranie žiadané iba v podmienkach podnikov, a nie na súkromné použitie.
Zariadenia na priemyselné difúzne zváranie
Existuje niekoľko typov priemyselných zariadení určených na difúzne zváranie. Líšia sa od seba najmä špecifikami zváraných materiálov a použitím rôznych systémov ohrevu dielov.
Typ inštalácie MDVS je určený na výrobu ohybných medených prípojníc, kontaktných skupín vysokonapäťových spínačov z medi a kerritu, častí plynových ventilov pre čerpadlá do vrtov z nehrdzavejúcej ocele a zliatin tvrdokovov. Systém aplikuje efekt elektrického vyhrievania kontaktov.
Zvárací komplex typu UDVM-201. Vykonáva spojenie difúznym zváraním materiálov zo skla rôznych tried. Vyhrievanie pracovnej plochy sa vykonáva metódou radiačného žiarenia.
Zváracie zariadenie USDV-630. Inštalácia indukčného ohrevu pre zváranie kompozitných materiálov na báze titánu a medi. Takéto systémy umožňujú ohrev veľkých častí.
stroj MDVS-302 na difúzne zváranie pomocou vysokofrekvenčného ohrevu dielov. Vyznačuje sa prítomnosťou malého generátora na tranzistorovom obvode.
