Диффузионная сварка: преимущества и недостатки
Атомы веществ находятся в постоянном движении, вот почему жидкости и газы могут смешиваться. Твердые тела тоже имеют подвижные элементарные частицы, но у них более жесткая кристаллическая решетка. И все же, если два твердых тела сблизить на расстояние взаимодействия атомных сил, то в месте контакта частицы одного вещества будут проникать в другое и наоборот. Такое взаимное проникновение веществ получило название диффузии, а эффект был положен в основу одного из методов соединения металлов. Он так и называется - диффузионная сварка металлов.
Что можно соединять диффузионной сваркой Диффузионная сварка в вакууме имеет огромные технологические возможности. С ее помощью можно соединять:
· Металлы однородной и неоднородной структуры, а также их сплавы. Тугоплавкие металлические вещества типа тантала, ниобия и вольфрама.
· Вещества неметаллического характера с металлами: графит со сталью, медь со стеклом.
· Материалы конструкционные на основе из металла, керамику, кварц, ферриты, стекло, полупроводниковые структуры (однородные и неоднородные), графиты и сапфир.
· Материалы композиционные, пористые с сохранением их свойств и текстуры.
· Полимерные вещества.
Касаемо конфигурации и размера заготовок - они могут быть разными. В зависимости от величины рабочей камеры, можно работать с деталями от нескольких микрон (полупроводниковые элементы) до нескольких метров (сложные слоистые структуры).
Как устроена диффузионная установка
Комплекс для сварки диффузионным методом включает следующие основные элементы:
1.Рабочую камеру. Она изготовлена из металла и предназначена для ограничения рабочей среды, в которой создается вакуум.
2.Станину – шлифованную подставку. На нее опирается рабочая камера, вдоль которой она может перемещаться.
3.Вакуумный уплотнитель. Является прокладкой между камерой и подставкой.
4.Роликовый механизм и прижимной винт. С их помощью осуществляется перемещение камеры вдоль направляющих и фиксация ее на подставке.
5.Насос вакуумный. Создает безвоздушное пространство в рабочей зоне.
6.Генератор с индуктором. Выступают системой нагрева свариваемых деталей.
7.Пуансоны жаропрочные, цилиндры гидравлические и насос масляный представляют механизм сжатия деталей под заданным давлением.
В зависимости от модификации установки диффузионной сварки могут отличаться формой камер и способом их герметизации. Также разными бывают методы разогрева деталей. Могут использоваться радиационные нагреватели, генераторы высоких токов, установки тлеющего разряда, электронно-лучевые нагреватели.
Диффузионные процессы при сварке
Если взять шлифованные металлические пластины, соединить их и положить под груз, то через несколько десятков лет будет заметен эффект обоюдного проникновения металлов друг в друга. Причем глубина проникновения будет в пределах миллиметра. Все дело в том, что скорость диффузии зависит от температуры соединяемых материалов, расстояния между элементарными частицами веществ, а также от состояния контактирующих поверхностей (отсутствия загрязнений и окислений). Вот почему в естественных условиях ее процесс протекает так медленно.
В промышленности для быстрого получения соединения процесс диффузии ускоряют, учитывая все эти условия. В рабочей камере:
· Создают вакуум с остаточным уровнем давления до 10-5 мм ртутного столба либо наполняют среду инертным газом. Таким образом детали не подвержены воздействию кислорода, который является окислителем любого металла.
· Материалы разогревают температурой в 50-70% от температуры плавления заготовок. Этим добиваются увеличения пластичности деталей за счет более подвижного состояния их элементарных частиц.
· На заготовки оказывают воздействие механическим давлением в пределах 0,30-10,00 кг/мм2, сближая межатомные расстояния до размеров, позволяющих установить общие связи и взаимно проникнуть в близлежащие слои.