Matērijas atomi atrodas pastāvīgā kustībā, tāpēc šķidrumi un gāzes var sajaukties. Cietām vielām ir arī kustīgas elementārdaļiņas, taču tām ir stingrāks kristāliskais režģis. Un tomēr, ja divus cietus ķermeņus tuvina atomu spēku mijiedarbības attālumam, tad saskares punktā vienas vielas daļiņas iekļūs citā un otrādi. Šādu savstarpēju vielu iekļūšanu sauca par difūziju, un efekts bija pamats vienai no metālu savienošanas metodēm. Tā to sauc - metālu difūzijas metināšana.
Ko var savienot ar difūzijas metināšanu
Difūzijas metināšanai vakuumā ir milzīgas tehnoloģiskās iespējas. Ar to jūs varat izveidot savienojumu:
- Viendabīgas un neviendabīgas struktūras metāli, kā arī to sakausējumi. Ugunsizturīgas metālu vielas, piemēram, tantals, niobijs un volframs.
- Nemetāliskas vielas ar metāliem: grafīts ar tēraudu, varš ar stiklu.
- Būvmateriāli, kuru pamatā ir metāls, keramika, kvarcs, ferīti, stikls, pusvadītāju struktūras (viendabīgas un nehomogēnas), grafīts un safīrs.
- Kompozītmateriāli, poraini, saglabājot savas īpašības un tekstūru.
- Polimēru vielas.
Attiecībā uz sagatavju konfigurāciju un izmēru – tās var atšķirties. Atkarībā no darba kameras izmēra ir iespējams strādāt ar detaļām no dažiem mikroniem (pusvadītāju elementi) līdz vairākiem metriem (sarežģītas slāņu struktūras).
Kā darbojas difūzijas iekārta
Difūzijas metināšanas komplekss ietver šādus galvenos elementus:
- Darba kamera. Tas ir izgatavots no metāla un ir paredzēts, lai ierobežotu darba vidi, kurā tiek radīts vakuums.
- Stands - pulēts statīvs. Uz tā balstās darba kamera, pa kuru tā var pārvietoties.
- Vakuuma blīvētājs. Ir starpliks starp kameru un statīvu.
- Rullīša mehānisms un iespīlēšanas skrūve. Ar viņu palīdzību kamera tiek pārvietota pa sliedēm un nostiprināta uz statīva.
- Vakuumsūknis. Darba zonā rada vakuumu.
- Ģenerators ar induktors. Tie darbojas kā metināmo detaļu apkures sistēma.
- Karstumizturīgi perforatori, hidrauliskie cilindri un eļļas sūknis ir mehānisms detaļu saspiešanai noteiktā spiedienā.
Atkarībā no modifikācijas difūzās metināšanas iekārtas var atšķirties pēc kameru formas un metodesto aizzīmogošana. Atšķiras arī detaļu sildīšanas metodes. Var izmantot starojuma sildītājus, lielas strāvas ģeneratorus, kvēlizlādes blokus, elektronu staru sildītājus.
Difūzijas procesi metināšanas laikā
Ja ņemsiet pulētas metāla plāksnes, savienosiet tās un noslogosiet, tad pēc dažām desmitgadēm būs manāms savstarpējas metālu iespiešanās efekts vienam otrā. Turklāt iespiešanās dziļums būs milimetra robežās. Lieta tāda, ka difūzijas ātrums ir atkarīgs no savienojamo materiālu temperatūras, attāluma starp vielu elementārdaļiņām, kā arī no saskares virsmu stāvokļa (piesārņojuma un oksidācijas neesamības). Tāpēc tā dabiskais process ir tik lēns.
Rūpniecībā, lai ātri iegūtu savienojumu, difūzijas process tiek paātrināts, ņemot vērā visus šos apstākļus. Darba kamerā:
- Izveidojiet vakuumu ar atlikušā spiediena līmeni līdz 10-5 mm Hg vai piepildiet barotni ar inertu gāzi. Tādējādi detaļas netiek pakļautas skābekļa iedarbībai, kas ir jebkura metāla oksidētājs.
- Materiālus karsē temperatūrā 50-70% no sagatavju kušanas temperatūras. Tas tiek darīts, lai palielinātu detaļu plastiskumu to elementārdaļiņu kustīgākā stāvokļa dēļ.
- Sagataves tiek pakļautas mehāniskam spiedienam diapazonā no 0,30-10,00 kg/mm2, tuvinot starpatomiskos attālumus izmēriem, kas ļauj izveidot kopīgas saites unsavstarpēji iekļūst tuvējos slāņos.
Prasības materiālu sagatavošanai
Pirms metināmo elementu sagataves ievietošanas difūzijas blokā, tās tiek pakļautas pirmapstrādei. Sagatavju saskarējošo daļu apstrādes galvenais mērķis ir iegūt gludākas, vienmērīgākas un vienmērīgākas virsmas, kā arī noņemt neredzamus eļļainus veidojumus un netīrumus no savienojuma vietas. Sagatavju apstrāde notiek:
- ķīmiska;
- mehāniska;
- elektrolītisks.
Oksīda plēves, kā likums, neietekmē difūzijas procesu, jo tās pašiznīcina karsēšanas laikā vakuuma vidē.
Ja difūzā metināšana nav pietiekami efektīva starp vielām, kurām ir nevienlīdzīgs termiskās izplešanās koeficients, vai veidojas trausla šuve, tiek izmantoti tā sauktie bufera spilventiņi. Tie var kalpot kā dažādu metālu folija. Tātad vara foliju izmanto kvarca sagatavju difūzijas metināšanā.
Iegūto savienojumu īpašības
Atšķirībā no tradicionālajām kausētās metināšanas metodēm, kur parastajam metālam šuvē tiek pievienots papildu metāls, difūzijas metināšana ļauj iegūt vienmērīgu šuvi bez būtiskām izmaiņām savienojuma fiziskajā un mehāniskajā sastāvā. Gatavajam savienojumam ir šādas īpašības:
- nepārtrauktas šuves klātbūtne bez porām un čaulu veidojumiem;
- savienojumā nav oksīdu ieslēgumu;
- mehāniskā stabilitāteīpašības.
Sakarā ar to, ka difūzija ir dabisks vienas vielas iekļūšanas process citā, materiālu kristāliskais režģis saskares zonā netiek traucēts, un līdz ar to nav šuves trausluma.
Titāna detaļu savienojums
Titāna un tā sakausējumu difūzo metināšanu raksturo augstas kvalitātes savienojuma iegūšana ar augstu ekonomisko efektivitāti. To plaši izmanto medicīnā protēžu detaļu ražošanā, kā arī citās jomās.
Daļas tiek uzkarsētas līdz temperatūrai, kas ir par 50º–100º zemāka nekā temperatūra, kurā notiek polimorfā transformācija. Tajā pašā laikā uz materiāliem tiek iedarbināts neliels spiediens 0,05–0,15 kgf/mm².
Titāna sakausējuma ķīmiskais sastāvs neietekmē elementu savienojuma stiprību šādā metināšanas veidā.
Metodes priekšrocības
Ja ir iespējama difūzā metināšana:
- apvienot viendabīgas un neviendabīgas cietvielas;
- izvairieties no detaļu deformācijas;
- neizmantojiet palīgmateriālus lodmetālu un kušņu veidā;
- saņemt bezatkritumu produkciju;
- neizmantojiet sarežģītas pieplūdes un izplūdes ventilācijas sistēmas, jo procesā nerodas kaitīgi izgarojumi;
- saņemt jebkuru kontaktu savienojuma zonas apgabalu, ko ierobežo tikai aprīkojuma iespēja;
- nodrošiniet uzticamu elektrisko kontaktu.
Tam pievienots gatavās daļas izcilais estētiskais izskats,kas neprasa veikt papildu apstrādes darbības, piemēram, metinājuma nogulsnes noņemšana.
Tehnoloģijas trūkumi
Difūzijas metināšana ir sarežģīts tehnoloģisks process, kura galvenie trūkumi ir:
- nepieciešams izmantot īpašu dārgu aprīkojumu;
- prasība pēc ražošanas telpas, uzstādīšanai ir ievērojami izmēri;
- prasība pēc specializētām zināšanām, prasmēm un izpratnes par darba procesu;
- laiks, kas pavadīts rūpīgai sagatavju pirmapstrādei;
- uzturiet putekļsūcēja ierīci pēc iespējas tīrāku, pretējā gadījumā uz metinātajām daļām var nosēsties neredzami putekļi un izraisīt savienojumu defektus;
- grūtības pārbaudīt šuves kvalitāti, to nesabojājot.
Ņemot vērā to visu, kā arī vakuumiekārtu izmantošanas specifiku, difūzā metināšana ir pieprasīta tikai uzņēmumu apstākļos, nevis privātai lietošanai.
Rūpnieciskās difūzijas metināšanas iekārtas
Ir vairāku veidu rūpnieciskās iekārtas, kas paredzētas difūzijas metināšanai. Tie galvenokārt atšķiras viens no otra ar metināmo materiālu specifiku un dažādu sistēmu izmantošanu detaļu sildīšanai.
Instalācijas tips MDVS paredzēts elastīgu vara kopņu, augstsprieguma slēdžu no vara un kerīta kontaktgrupu, urbuma sūkņu gāzes pacelšanas vārstu detaļu ražošanai no nerūsējošā tērauda un cieto metālu sakausējumiem. Sistēma izmanto elektriskā kontakta sildīšanas efektu.
Metināšanas kompleksa tips UDVM-201. Veic savienojumu ar difūzijas metināšanu materiāliem no dažādu klašu stikla. Darba virsmas sildīšana tiek veikta ar radiācijas starojuma metodi.
Metināšanas iekārtas USDV-630. Indukcijas apsildes uzstādīšana kompozītmateriālu metināšanai uz titāna un vara bāzes. Šādas sistēmas ļauj sildīt lielas daļas.
MDVS-302 iekārta difūzijas metināšanai, izmantojot detaļu augstfrekvences sildīšanu. To raksturo maza izmēra ģeneratora klātbūtne tranzistora ķēdē.
