Medžiagos atomai nuolat juda, todėl skysčiai ir dujos gali maišytis. Kietosios medžiagos taip pat turi judrių elementariųjų dalelių, tačiau jos turi standesnę kristalinę gardelę. Ir vis dėlto, jei du kietieji kūnai bus priartinti prie atominių jėgų sąveikos atstumo, tada sąlyčio taške vienos medžiagos dalelės prasiskverbs į kitą ir atvirkščiai. Toks abipusis medžiagų įsiskverbimas buvo vadinamas difuzija, o efektas buvo vieno iš metalų sujungimo būdų pagrindas. Taip tai ir vadinasi – difuzinis metalų suvirinimas.
Ką galima sujungti difuziniu suvirinimu
Difuzinis suvirinimas vakuume turi didžiules technologines galimybes. Su juo galite prisijungti:
- Vienalytės ir nehomogeniškos struktūros metalai, taip pat jų lydiniai. Ugniai atsparios metalo medžiagos, pvz., tantalas, niobis ir volframas.
- Nemetalinės medžiagos su metalais: grafitas su plienu, varis su stiklu.
- Statybinės medžiagos, kurių pagrindą sudaro metalas, keramika, kvarcas, feritas, stiklas, puslaidininkinės konstrukcijos (homogeninės ir nevienalytės), grafitas ir safyras.
- Kompozitinės medžiagos, porėtos, išlaikančios savo savybes ir tekstūrą.
- Polimerinės medžiagos.
Dėl ruošinių konfigūracijos ir dydžio – jie gali skirtis. Priklausomai nuo darbinės kameros dydžio, galima dirbti su detalėmis nuo kelių mikronų (puslaidininkiniai elementai) iki kelių metrų (sudėtingos sluoksniuotos struktūros).
Kaip veikia difuzijos įrenginys
Difuzinio suvirinimo kompleksą sudaro šie pagrindiniai elementai:
- Darbo kamera. Jis pagamintas iš metalo ir skirtas apriboti darbo aplinką, kurioje susidaro vakuumas.
- Stovas – poliruotas stovas. Ant jo remiasi darbo kamera, kuria ji gali judėti.
- Vakuuminis sandariklis. Yra tarpiklis tarp fotoaparato ir stovo.
- Rininio mechanizmas ir užveržimo varžtas. Jų pagalba kamera perkeliama išilgai bėgių ir tvirtinama ant stovo.
- Vakuuminis siurblys. Sukuria vakuumą darbo zonoje.
- Generatorius su induktoriumi. Jie veikia kaip suvirinamų dalių šildymo sistema.
- Karščiui atsparūs perforatoriai, hidrauliniai cilindrai ir alyvos siurblys yra mechanizmas, skirtas suspausti dalis esant tam tikram slėgiui.
Priklausomai nuo modifikacijos, difuzinio suvirinimo įrenginiai gali skirtis pagal kamerų formą ir metodąjų sandarinimas. Taip pat skiriasi dalių šildymo būdai. Galima naudoti spinduliavimo šildytuvus, didelės srovės generatorius, švytėjimo išlydžio įrenginius, elektronų pluošto šildytuvus.
Difuzijos procesai suvirinimo metu
Jei paimsite poliruoto metalo plokštes, jas sujungsite ir apkrausite, po kelių dešimtmečių bus pastebimas abipusio metalų įsiskverbimo vienas į kitą efektas. Be to, įsiskverbimo gylis bus milimetras. Reikalas tas, kad difuzijos greitis priklauso nuo jungiamų medžiagų temperatūros, atstumo tarp elementariųjų medžiagų dalelių, taip pat nuo besiliečiančių paviršių būklės (taršos ir oksidacijos nebuvimo). Štai kodėl jo natūralus procesas yra toks lėtas.
Pramonėje, norint greitai gauti junginį, difuzijos procesas paspartinamas, atsižvelgiant į visas šias sąlygas. Darbo kameroje:
- Sukurkite vakuumą, kurio liekamasis slėgio lygis yra iki 10-5 mm Hg, arba užpildykite terpę inertinėmis dujomis. Taigi dalys nėra veikiamos deguonies, kuris yra bet kurio metalo oksidatorius.
- Medžiagos kaitinamos 50–70 % ruošinių lydymosi temperatūros. Tai daroma siekiant padidinti dalių plastiškumą dėl judresnės jų elementariųjų dalelių būsenos.
- Ruošiniai yra veikiami mechaniniu slėgiu 0,30–10,00 kg/mm2, todėl tarpatominiai atstumai priartėja prie dydžių, leidžiančių sukurti bendrus ryšius irtarpusavyje prasiskverbia į netoliese esančius sluoksnius.
Medžiagų paruošimo reikalavimai
Prieš dedant suvirinamų elementų ruošinius į difuzinį įrenginį, jie yra iš anksto apdorojami. Pagrindinis ruošinių besiliečiančių dalių apdorojimo tikslas – išgauti lygesnius, lygesnius ir vienodesnius paviršius, taip pat pašalinti nematomus riebius darinius ir nešvarumus nuo jungties vietos. Ruošinių apdirbimas vyksta:
- cheminė;
- mechaninis;
- elektrolitinis.
Oksido plėvelės, kaip taisyklė, neturi įtakos difuzijos procesui, nes kaitinant vakuuminėje aplinkoje jos savaime suyra.
Kai difuzinis suvirinimas nėra pakankamai efektyvus tarp medžiagų, kurių šiluminio plėtimosi koeficientas nevienodas, arba susidaro trapi siūlė, naudojamos vadinamosios buferinės pagalvėlės. Jie gali tarnauti kaip įvairių metalų folija. Taigi vario folija naudojama difuziniam kvarcinių ruošinių suvirinimui.
Gauto junginių charakteristikos
Skirtingai nuo tradicinių lydinio suvirinimo metodų, kai prie netauriojo metalo siūlėje pridedamas papildomas metalas, difuzinis suvirinimas leidžia išgauti vienodą siūlę be didelių fizinės ir mechaninės jungties sudėties pokyčių. Užbaigta jungtis turi šias charakteristikas:
- ištisinė siūlė be porų ir lukštų formacijų;
- junginyje nėra oksidų intarpų;
- mechaninis stabilumassavybės.
Dėl to, kad difuzija yra natūralus vienos medžiagos prasiskverbimo į kitą procesas, medžiagų kristalinė gardelė kontaktinėje zonoje nesuardoma, todėl nėra siūlės trapumo.
Titano dalių sujungimas
Difuziniam titano ir jo lydinių suvirinimui būdingas aukštos kokybės sujungimas su dideliu ekonominiu efektyvumu. Jis plačiai naudojamas medicinoje protezų dalių gamyboje, taip pat kitose srityse.
Dalys kaitinamos iki 50–100º žemesnės temperatūros nei temperatūra, kurioje vyksta polimorfinė transformacija. Tuo pačiu metu medžiagos veikiamas nedidelis 0,05–0,15 kgf/mm² slėgis.
Titano lydinio cheminė sudėtis neturi įtakos elementų sujungimo stiprumui tokiu būdu suvirinant.
Metodo pranašumai
Kai galimas difuzinis suvirinimas:
- sujungti vienarūšes ir nevienalytes kietąsias medžiagas;
- venkite dalių deformacijos;
- nenaudokite eksploatacinių medžiagų lydmetalių ir srautų pavidalu;
- gauti ne atliekų gamybą;
- nenaudokite sudėtingų tiekimo ir ištraukiamojo vėdinimo sistemų, nes procese nesusidaro kenksmingi dūmai;
- gauti bet kurią kontaktinio ryšio zonos sritį, kurią riboja tik įrangos galimybė;
- užtikrinkite patikimą elektros kontaktą.
Pridedama puiki estetinė gatavos dalies išvaizda,kuriai nereikia taikyti papildomų apdorojimo operacijų, pavyzdžiui, pašalinti suvirinimo nuosėdas.
Technologijos trūkumai
Difuzinis suvirinimas yra sudėtingas technologinis procesas, kurio pagrindiniai trūkumai:
- reikia naudoti specialią brangią įrangą;
- gamybinės erdvės poreikis, įrengimas turi didelius matmenis;
- reikalavimas turėti specialių žinių, įgūdžių ir darbo proceso supratimo;
- laikas, praleistas kruopščiam ruošinių apdirbimui;
- palaikykite vakuuminį įrenginį kuo švaresnį, nes kitaip nematomos dulkės gali nusėsti ant suvirintų dalių ir sukelti jungčių defektus;
- sunku patikrinti siūlės kokybę jos nesunaikinant.
Atsižvelgiant į visa tai, taip pat į vakuuminių įrenginių naudojimo specifiką, difuzinis suvirinimas yra paklausus tik įmonių sąlygomis, o ne asmeniniam naudojimui.
Pramoninė difuzinio suvirinimo įranga
Yra kelių tipų pramoninė įranga, skirta difuziniam suvirinimui. Jos daugiausia skiriasi viena nuo kitos suvirinamų medžiagų specifika ir skirtingų dalių šildymo sistemų naudojimu.
Instaliacijos tipas MDVS skirtas gaminti lanksčias varines šynas, aukštos įtampos jungiklių kontaktines grupes iš vario ir kerito, gręžinių siurblių dujinių pakėlimo vožtuvų dalis iš nerūdijančio plieno ir kietųjų metalų lydinių. Sistema taiko elektrinio kontakto šildymo efektą.
Suvirinimo komplekso tipas UDVM-201. Atlieka sujungimą difuzinio suvirinimo būdu iš skirtingų rūšių stiklo medžiagų. Darbinio paviršiaus šildymas atliekamas radiacinės spinduliuotės metodu.
Suvirinimo įranga USDV-630. Indukcinio šildymo įrengimas suvirinant kompozicines medžiagas titano ir vario pagrindu. Tokios sistemos leidžia šildyti dideles dalis.
MDVS-302 aparatas difuziniam suvirinimui naudojant aukšto dažnio dalių kaitinimą. Jam būdingas mažo dydžio generatorius, esantis tranzistoriaus grandinėje.
