Die Atome der Materie sind in ständiger Bewegung, weshalb sich Flüssigkeiten und Gase vermischen können. Festkörper haben auch bewegliche Elementarteilchen, aber sie haben ein starreres Kristallgitter. Wenn jedoch zwei Festkörper näher an den Abstand der Wechselwirkung atomarer Kräfte gebracht werden, dringen am Kontaktpunkt Partikel einer Substanz in eine andere ein und umgekehrt. Ein solches gegenseitiges Eindringen von Substanzen wurde als Diffusion bezeichnet, und der Effekt war die Grundlage für eine der Methoden zum Verbinden von Metallen. So nennt man das - Diffusionsschweißen von Metallen.
Was sich durch Diffusionsschweißen verbinden lässt
Das Diffusionsschweißen im Vakuum hat enorme technologische Möglichkeiten. Damit können Sie verbinden:
- Metalle mit homogener und inhomogener Struktur sowie deren Legierungen. Hochschmelzende Metallsubstanzen wie Tantal, Niob und Wolfram.
- Nichtmetallische Stoffe mit Metallen: Graphit mit Stahl, Kupfer mit Glas.
- Konstruktionsmaterialien auf Basis von Metall, Keramik, Quarz, Ferriten, Glas, Halbleiterstrukturen (homogen und inhomogen), Graphit und Saphir.
- Verbundwerkstoffe, porös unter Beibeh altung ihrer Eigenschaften und Textur.
- Polymere Substanzen.
In Bezug auf die Konfiguration und Größe der Leerzeichen - sie können unterschiedlich sein. Je nach Größe des Arbeitsraums können Teile von wenigen Mikrometern (Halbleiterelemente) bis zu mehreren Metern (komplexe Schichtstrukturen) bearbeitet werden.
Wie die Diffusionsanlage funktioniert
Komplex zum Diffusionsschweißen enthält die folgenden Hauptelemente:
- Arbeitsraum. Es besteht aus Metall und soll die Arbeitsumgebung begrenzen, in der das Vakuum erzeugt wird.
- Stand - polierter Stand. Auf ihr ruht die Arbeitskammer, entlang der sie sich bewegen kann.
- Vakuumierer. Ist ein Abstandsh alter zwischen Kamera und Ständer.
- Rollenmechanik und Klemmschraube. Mit ihrer Hilfe wird die Kamera entlang der Schienen bewegt und auf dem Stativ fixiert.
- Vakuumpumpe. Erzeugt ein Vakuum im Arbeitsbereich.
- Generator mit Induktor. Sie dienen als Heizsystem für die zu schweißenden Teile.
- Hitzebeständige Stempel, Hydraulikzylinder und eine Ölpumpe stellen einen Mechanismus zum Komprimieren von Teilen unter einem bestimmten Druck dar.
Je nach Modifikation können sich Diffusionsschweißanlagen in der Form der Kammern und dem Verfahren unterscheidenihre Versiegelung. Ebenfalls unterschiedlich sind die Methoden zum Erhitzen von Teilen. Strahlungsheizungen, Hochstromgeneratoren, Glimmentladungsgeräte, Elektronenstrahlheizungen können verwendet werden.
Diffusionsvorgänge beim Schweißen
Wenn Sie polierte Metallplatten nehmen, diese verbinden und belasten, dann wird sich in einigen Jahrzehnten der Effekt des gegenseitigen Eindringens von Metallen ineinander bemerkbar machen. Darüber hinaus liegt die Eindringtiefe innerhalb eines Millimeters. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt nämlich von der Temperatur der zu verbindenden Materialien, dem Abstand zwischen den Elementarteilchen der Substanzen sowie vom Zustand der Kontaktflächen (keine Verschmutzung und Oxidation) ab. Deshalb ist sein natürlicher Prozess so langsam.
In der Industrie wird der Diffusionsprozess unter Berücksichtigung all dieser Bedingungen beschleunigt, um schnell eine Verbindung zu erh alten. In der Arbeitskammer:
- Erzeugen Sie ein Vakuum mit einem Restdruck von bis zu 10-5 mm Hg oder füllen Sie das Medium mit einem Inertgas. Dadurch werden die Teile keinem Sauerstoff ausgesetzt, der für jedes Metall ein Oxidationsmittel ist.
- Materialien werden auf eine Temperatur von 50-70% der Schmelztemperatur der Werkstücke erhitzt. Dies geschieht, um die Plastizität von Teilen aufgrund des beweglicheren Zustands ihrer Elementarteilchen zu erhöhen.
- Die Rohlinge werden einem mechanischen Druck im Bereich von 0,30-10,00 kg/mm2 ausgesetzt, wodurch die interatomaren Abstände Größen angenähert werden, die das Herstellen gemeinsamer Bindungen ermöglichen unddringen gegenseitig in benachbarte Schichten ein.
Anforderungen an die Materialvorbereitung
Bevor die Rohlinge der zu verschweißenden Elemente in die Diffusionsanlage eingelegt werden, werden sie einer Vorbehandlung unterzogen. Der Hauptzweck der Bearbeitung der sich berührenden Teile der Rohlinge besteht darin, glattere, ebene und gleichmäßige Oberflächen zu erh alten sowie unsichtbare ölige Formationen und Schmutz aus dem Verbindungsbereich zu entfernen. Bearbeitung von Werkstücken geschieht:
- chemisch;
- mechanisch;
- elektrolytisch.
Oxidfilme beeinträchtigen den Diffusionsprozess in der Regel nicht, da sie sich beim Erhitzen im Vakuum selbst zerstören.
Wenn das Diffusionsschweißen zwischen Stoffen mit ungleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht effektiv genug ist oder eine spröde Naht entsteht, kommen sogenannte Buffer Pads zum Einsatz. Sie können als Folie aus verschiedenen Metallen dienen. Kupferfolie wird also beim Diffusionsschweißen von Quarzrohlingen verwendet.
Eigenschaften der resultierenden Verbindungen
Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden des Schmelzschweißens, bei denen dem Grundmetall in der Naht zusätzliches Metall hinzugefügt wird, ermöglicht das Diffusionsschweißen eine gleichmäßige Naht ohne größere Änderungen der physikalischen und mechanischen Zusammensetzung der Verbindung. Die fertige Verbindung hat folgende Eigenschaften:
- das Vorhandensein einer durchgehenden Naht ohne Poren und Schalenbildungen;
- keine Oxideinschlüsse im Compound;
- mechanische StabilitätEigenschaften.
Da Diffusion ein natürlicher Prozess des Eindringens einer Substanz in eine andere ist, wird das Kristallgitter der Materialien in der Kontaktzone nicht gestört, und daher gibt es keine Brüchigkeit der Naht.
Verbindung von Titanteilen
Das Diffusionsschweißen von Titan und seinen Legierungen zeichnet sich durch eine hochwertige Verbindung bei hoher Wirtschaftlichkeit aus. Es ist in der Medizin für die Herstellung von Prothesenteilen weit verbreitet, aber auch in anderen Bereichen.
Teile werden auf Temperaturen erhitzt, die 50º - 100º niedriger sind als die Temperatur, bei der die polymorphe Umwandlung stattfindet. Gleichzeitig wird ein leichter Druck von 0,05–0,15 kgf/mm² auf die Materialien ausgeübt.
Die chemische Zusammensetzung der Titanlegierung hat keinen Einfluss auf die Festigkeit der Verbindung von Elementen bei dieser Art des Schweißens.
Methodenvorteile
Wenn Diffusionsschweißen möglich ist:
- kombiniere homogene und heterogene Feststoffe;
- Verformung der Teile vermeiden;
- Verwenden Sie keine Verbrauchsmaterialien in Form von Loten und Flussmitteln;
- erh alten abfallfreie Produktion;
- keine aufwendigen Zu- und Abluftsysteme verwenden, da dabei keine schädlichen Dämpfe entstehen;
- einen beliebigen Bereich der Kontaktverbindungszone erh alten, nur durch die Möglichkeit der Ausrüstung begrenzt;
- zuverlässigen elektrischen Kontakt sicherstellen.
Hinzu kommt die hervorragende Ästhetik des Fertigteils,die keine zusätzlichen Bearbeitungsvorgänge erfordert, wie z. B. das Entfernen von Schweißzunder.
Technische Mängel
Diffusionsschweißen ist ein komplexer technologischer Prozess, dessen Hauptnachteile sind:
- muss spezielle teure Ausrüstung verwenden;
- Bedarf an Produktionsfläche, Installation hat erhebliche Dimensionen;
- Erfordernis von speziellen Kenntnissen, Fähigkeiten und Verständnis des Arbeitsprozesses;
- Zeitaufwand für sorgfältige Vorbearbeitung der Werkstücke;
- H alten Sie die Vakuumeinheit so sauber wie möglich, da sich sonst unsichtbarer Staub auf den geschweißten Teilen ablagern und zu Verbindungsfehlern führen kann;
- Schwierigkeit, die Qualität der Naht zu überprüfen, ohne sie zerstören zu müssen.
In Anbetracht all dessen sowie der Besonderheiten der Verwendung von Vakuumanlagen ist das Diffusionsschweißen nur unter den Bedingungen von Unternehmen und nicht für den privaten Gebrauch gefragt.
Industrielle Diffusionsschweißgeräte
Es gibt verschiedene Arten von Industrieanlagen, die für das Diffusionsschweißen ausgelegt sind. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in den Besonderheiten der zu schweißenden Materialien und der Verwendung unterschiedlicher Systeme zum Erhitzen von Teilen.
Anlagentyp MDVS ist ausgelegt für die Herstellung von flexiblen Kupferschienen, Kontaktgruppen von Hochspannungssch altern aus Kupfer und Kerit, Teile von Gasliftventilen für Bohrlochpumpen aus Edelstahl und Hartmetalllegierungen. Das System wendet den Effekt der elektrischen Kontaktheizung an.
Schweißkomplex Typ UDVM-201. Führt eine Verbindung durch Diffusionsschweißen von Materialien aus Glas verschiedener Qualitäten durch. Die Erwärmung der Arbeitsfläche erfolgt durch Strahlungsstrahlung.
Schweißgerät USDV-630. Installation einer Induktionsheizung zum Schweißen von Verbundwerkstoffen auf Basis von Titan und Kupfer. Solche Systeme ermöglichen das Erhitzen großer Teile.
MDVS-302 Maschine zum Diffusionsschweißen mit Hochfrequenzerwärmung von Teilen. Es zeichnet sich durch das Vorhandensein eines kleinen Generators auf einer Transistorsch altung aus.
