De atomen van materie zijn constant in beweging, daarom kunnen vloeistoffen en gassen zich vermengen. Vaste stoffen hebben ook mobiele elementaire deeltjes, maar ze hebben een stijver kristalrooster. En toch, als twee vaste lichamen dichter bij de afstand van interactie van atomaire krachten worden gebracht, dan zullen op het contactpunt deeltjes van de ene stof in de andere doordringen en vice versa. Een dergelijke wederzijdse penetratie van stoffen werd diffusie genoemd en het effect was de basis van een van de methoden om metalen te verbinden. Zo heet het - diffusielassen van metalen.
Wat kan worden verbonden door diffusielassen
Diffusielassen in vacuüm heeft enorme technologische mogelijkheden. Hiermee kunt u verbinding maken met:
- Metalen met een homogene en inhomogene structuur, evenals hun legeringen. Vuurvaste metalen stoffen zoals tantaal, niobium en wolfraam.
- Niet-metalen stoffen met metalen: grafiet met staal, koper met glas.
- Bouwmaterialen op basis van metaal, keramiek, kwarts, ferrieten, glas, halfgeleiderstructuren (homogeen en inhomogeen), grafiet en saffier.
- Samengestelde materialen, poreus met behoud van hun eigenschappen en textuur.
- Polymeerstoffen.
Wat betreft de configuratie en grootte van blanco's - ze kunnen verschillen. Afhankelijk van de grootte van de werkkamer is het mogelijk om te werken met onderdelen van enkele microns (halfgeleiderelementen) tot enkele meters (complexe gelaagde structuren).
Hoe de diffusie-installatie werkt
Complex voor diffusielassen omvat de volgende hoofdelementen:
- Arbeidskamer. Het is gemaakt van metaal en is ontworpen om de werkomgeving waarin het vacuüm wordt gecreëerd te beperken.
- Stand - gepolijste standaard. De werkkamer rust erop, waarlangs het kan bewegen.
- Vacuümsealer. Is een afstandhouder tussen de camera en de standaard.
- Rolmechanisme en klemschroef. Met hun hulp wordt de camera langs de rails verplaatst en op de standaard bevestigd.
- Vacuümpomp. Creëert een vacuüm in het werkgebied.
- Generator met spoel. Ze fungeren als een verwarmingssysteem voor de te lassen onderdelen.
- Hittebestendige ponsen, hydraulische cilinders en een oliepomp vormen een mechanisme om onderdelen onder een bepaalde druk samen te drukken.
Afhankelijk van de modificatie kunnen diffusielasinstallaties verschillen in de vorm van de kamers en de methodehun verzegeling. Ook verschillend zijn de methoden voor het verwarmen van onderdelen. Stralingsverwarmers, hoogstroomgeneratoren, glimontladingseenheden, elektronenstraalverwarmers kunnen worden gebruikt.
Diffusieprocessen tijdens het lassen
Als je gepolijste metalen platen neemt, ze verbindt en belast, dan zal over een paar decennia het effect van wederzijdse penetratie van metalen in elkaar merkbaar zijn. Bovendien zal de indringdiepte binnen een millimeter zijn. Het punt is dat de diffusiesnelheid afhangt van de temperatuur van de materialen die worden samengevoegd, de afstand tussen de elementaire deeltjes van de stoffen, evenals van de toestand van de contactoppervlakken (de afwezigheid van vervuiling en oxidatie). Daarom is het natuurlijke proces zo traag.
In de industrie, om snel een verbinding te verkrijgen, wordt het diffusieproces versneld, rekening houdend met al deze omstandigheden. In de werkkamer:
- Creëer een vacuüm met een restdrukniveau tot 10-5 mm Hg of vul het medium met een inert gas. De onderdelen worden dus niet blootgesteld aan zuurstof, wat een oxidatiemiddel is voor elk metaal.
- Materialen worden verwarmd tot een temperatuur van 50-70% van de smelttemperatuur van de werkstukken. Dit wordt gedaan om de plasticiteit van onderdelen te vergroten vanwege de meer mobiele toestand van hun elementaire deeltjes.
- De blanks worden onderworpen aan mechanische druk in het bereik van 0,30-10,00 kg/mm2, waardoor de interatomaire afstanden dichter bij de afmetingen komen die het mogelijk maken om gemeenschappelijke bindingen enwederzijds doordringen in nabijgelegen lagen.
Vereisten voor de voorbereiding van materialen
Alvorens de plano's van de te lassen elementen in de diffusie-eenheid te plaatsen, worden ze onderworpen aan een voorbehandeling. Het belangrijkste doel van het verwerken van de contactdelen van de plano's is gericht op het verkrijgen van gladdere, gelijkmatige en uniforme oppervlakken, evenals het verwijderen van onzichtbare olieachtige formaties en vuil uit het voeggebied. Verwerking van werkstukken gebeurt:
- chemical;
- mechanisch;
- elektrolytisch.
Oxidefilms hebben in de regel geen invloed op het diffusieproces, omdat ze zichzelf vernietigen tijdens verwarming in een vacuümomgeving.
Wanneer diffusielassen niet effectief genoeg is tussen stoffen die een ongelijke thermische uitzettingscoëfficiënt hebben, of wanneer er een brosse naad ontstaat, worden zogenaamde bufferpads gebruikt. Ze kunnen dienen als een folie van verschillende metalen. Dus, koperfolie wordt gebruikt bij diffusielassen van kwarts blanks.
Kenmerken van de resulterende verbindingen
In tegenstelling tot traditionele methoden van smeltlassen, waarbij extra metaal wordt toegevoegd aan het basismetaal in de naad, maakt diffusielassen het mogelijk om een uniforme naad te verkrijgen zonder grote veranderingen in de fysieke en mechanische samenstelling van de verbinding. De afgewerkte voeg heeft de volgende kenmerken:
- de aanwezigheid van een doorlopende naad zonder poriën en schelpformaties;
- geen oxide-insluitingen in de verbinding;
- mechanische stabiliteiteigenschappen.
Omdat diffusie een natuurlijk proces is van penetratie van de ene stof in de andere, wordt het kristalrooster van materialen niet verstoord in de contactzone en is er daarom geen breekbaarheid van de naad.
Verbinding van titanium onderdelen
Diffusielassen van titanium en zijn legeringen wordt gekenmerkt door het verkrijgen van een hoogwaardige verbinding met een hoge economische efficiëntie. Het wordt veel gebruikt in de geneeskunde voor de vervaardiging van protheseonderdelen, maar ook op andere gebieden.
Onderdelen worden verwarmd tot temperaturen die 50º - 100º lager zijn dan de temperatuur waarbij de polymorfe transformatie plaatsvindt. Tegelijkertijd wordt er een lichte druk van 0,05–0,15 kgf/mm² op de materialen uitgeoefend.
De chemische samenstelling van de titaniumlegering heeft geen invloed op de sterkte van de verbinding van elementen bij deze manier van lassen.
Methode voordelen
Als diffusielassen mogelijk is:
- combineer homogene en heterogene vaste stoffen;
- voorkom vervorming van onderdelen;
- gebruik geen verbruiksartikelen in de vorm van soldeer en vloeimiddelen;
- ontvang niet-afvalproductie;
- gebruik geen complexe systemen van toevoer- en afvoerventilatie, omdat daarbij geen schadelijke dampen worden gegenereerd;
- ontvang elk gebied van de contactverbindingszone, alleen beperkt door de mogelijkheid van apparatuur;
- zorg voor betrouwbaar elektrisch contact.
Hieraan toegevoegd is het uitstekende esthetische uiterlijk van het voltooide onderdeel,waarvoor geen aanvullende bewerkingen nodig zijn, zoals het verwijderen van lasaanslag, bijvoorbeeld.
Technische gebreken
Diffusielassen is een complex technologisch proces, met als belangrijkste nadelen:
- moet specifieke dure apparatuur gebruiken;
- vereiste voor productieruimte, installatie heeft aanzienlijke afmetingen;
- vereiste om gespecialiseerde kennis, vaardigheden en begrip van het werkproces te hebben;
- tijd besteed aan zorgvuldige voorbewerking van werkstukken;
- houd de vacuümunit zo schoon mogelijk, anders kan onzichtbaar stof op de gelaste onderdelen neerslaan en tot gewrichtsdefecten leiden;
- moeite bij het controleren van de kwaliteit van de naad zonder deze te hoeven vernietigen.
Gezien dit alles, evenals de specifieke kenmerken van het gebruik van vacuüminstallaties, is diffusielassen alleen nodig in de omstandigheden van ondernemingen, en niet voor privégebruik.
Industriële diffusielasapparatuur
Er zijn verschillende soorten industriële apparatuur ontworpen voor diffusielassen. Ze verschillen voornamelijk van elkaar in de specifieke kenmerken van de materialen die worden gelast en het gebruik van verschillende systemen voor het verwarmen van onderdelen.
Installatietype MDVS is ontworpen voor de productie van flexibele koperen rails, contactgroepen van hoogspanningsschakelaars van koper en kerriet, onderdelen van gasliftkleppen voor boorgatpompen van roestvrij staal en hardmetaallegeringen. Het systeem past het effect van elektrische contactverwarming toe.
Lascomplex type UDVM-201. Voert een verbinding uit door diffusielassen van materialen uit glas van verschillende kwaliteiten. Verwarming van het werkoppervlak wordt uitgevoerd door de methode van stralingsstraling.
Lasapparatuur USDV-630. Installatie van inductieverwarming voor het lassen van composietmaterialen op basis van titanium en koper. Met dergelijke systemen kunnen grote delen worden verwarmd.
MDVS-302 machine voor diffusielassen met behulp van hoogfrequente verwarming van onderdelen. Het wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een kleine generator op een transistorcircuit.
