Gli atomi della materia sono in continuo movimento, motivo per cui liquidi e gas possono mescolarsi. I solidi hanno anche particelle elementari mobili, ma hanno un reticolo cristallino più rigido. Eppure, se due corpi solidi vengono avvicinati alla distanza di interazione delle forze atomiche, nel punto di contatto, le particelle di una sostanza penetreranno nell' altra e viceversa. Tale penetrazione reciproca di sostanze era chiamata diffusione e l'effetto era alla base di uno dei metodi per unire i metalli. Così si chiama: saldatura per diffusione dei metalli.
Cosa si può unire mediante saldatura a diffusione
La saldatura a diffusione sotto vuoto ha enormi possibilità tecnologiche. Con esso, puoi connetterti:
- Metalli di struttura omogenea e disomogenea, nonché loro leghe. Sostanze metalliche refrattarie come tantalio, niobio e tungsteno.
- Sostanze non metalliche con metalli: grafite con acciaio, rame con vetro.
- Materiali da costruzione a base di metallo, ceramica, quarzo, ferriti, vetro, strutture semiconduttrici (omogenee e disomogenee), grafite e zaffiro.
- Materiali compositi, porosi con conservazione delle loro proprietà e consistenza.
- Sostanze polimeriche.
Per quanto riguarda la configurazione e le dimensioni degli spazi vuoti, potrebbero essere diversi. A seconda delle dimensioni della camera di lavoro, è possibile lavorare con parti da pochi micron (elementi semiconduttori) a diversi metri (strutture complesse a strati).
Come funziona l'impianto di diffusione
Il complesso per saldatura a diffusione comprende i seguenti elementi principali:
- Camera di lavoro. È realizzato in metallo ed è progettato per limitare l'ambiente di lavoro in cui si crea il vuoto.
- Supporto - supporto lucido. La camera di lavoro poggia su di essa, lungo la quale può muoversi.
- Sottovuoto. È un distanziatore tra la fotocamera e il supporto.
- Meccanismo a rulli e vite di bloccaggio. Con il loro aiuto, la telecamera viene spostata lungo i binari e fissata sul supporto.
- Pompa del vuoto. Crea un vuoto nell'area di lavoro.
- Generatore con induttore. Fungono da sistema di riscaldamento per le parti da saldare.
- Punzoni resistenti al calore, cilindri idraulici e una pompa dell'olio rappresentano un meccanismo per comprimere parti a una determinata pressione.
A seconda della modifica, gli impianti di saldatura a diffusione possono differire nella forma delle camere e nel metodoil loro suggellamento. Diversi sono anche i metodi di riscaldamento delle parti. È possibile utilizzare riscaldatori di radiazione, generatori di alta corrente, unità di scarica a bagliore, riscaldatori a fascio di elettroni.
Processi di diffusione durante la saldatura
Se prendi lastre di metallo lucido, le colleghi e le metti sotto carico, in pochi decenni si noterà l'effetto della reciproca penetrazione dei metalli l'uno nell' altro. Inoltre, la profondità di penetrazione sarà entro un millimetro. Il fatto è che la velocità di diffusione dipende dalla temperatura dei materiali da unire, dalla distanza tra le particelle elementari delle sostanze, nonché dallo stato delle superfici di contatto (assenza di inquinamento e ossidazione). Ecco perché il suo processo naturale è così lento.
Nell'industria, per ottenere rapidamente un composto, il processo di diffusione viene accelerato, tenendo conto di tutte queste condizioni. Nella camera di lavoro:
- Creare un vuoto con un livello di pressione residua fino a 10-5 mm Hg o riempire il mezzo con un gas inerte. Pertanto, le parti non sono esposte all'ossigeno, che è un agente ossidante per qualsiasi metallo.
- I materiali vengono riscaldati ad una temperatura del 50-70% della temperatura di fusione dei pezzi. Questo viene fatto per aumentare la plasticità delle parti a causa dello stato più mobile delle loro particelle elementari.
- I grezzi sono sottoposti a una pressione meccanica nell'intervallo 0,30-10,00 kg/mm2, avvicinando le distanze interatomiche a dimensioni che consentono di stabilire legami comuni epenetrano reciprocamente negli strati vicini.
Requisiti per la preparazione dei materiali
Prima di posizionare i grezzi degli elementi da saldare nell'unità di diffusione, questi vengono sottoposti a pretrattamento. Lo scopo principale della lavorazione delle parti a contatto dei grezzi è quello di ottenere superfici più lisce, uniformi e uniformi, nonché di rimuovere le formazioni oleose invisibili e lo sporco dall'area del giunto. La lavorazione dei pezzi avviene:
- chimico;
- meccanico;
- elettrolitico.
I film di ossido, di norma, non influiscono sul processo di diffusione, poiché si autodistruggono durante il riscaldamento in ambiente sottovuoto.
Quando la saldatura per diffusione non è sufficientemente efficace tra sostanze che hanno un coefficiente di dilatazione termica diseguale, o si forma una cucitura fragile, vengono utilizzati i cosiddetti cuscinetti tampone. Possono fungere da pellicola di vari metalli. Quindi, la lamina di rame viene utilizzata nella saldatura a diffusione di pezzi grezzi di quarzo.
Caratteristiche dei composti risultanti
A differenza dei metodi tradizionali di saldatura per fusione, in cui viene aggiunto metallo aggiuntivo al metallo di base nella giunzione, la saldatura a diffusione consente di ottenere una giunzione uniforme senza grandi cambiamenti nella composizione fisica e meccanica del giunto. Il giunto finito ha le seguenti caratteristiche:
- la presenza di una cucitura continua senza pori e formazioni di conchiglie;
- nessuna inclusione di ossido nel composto;
- stabilità meccanicaproprietà.
A causa del fatto che la diffusione è un processo naturale di penetrazione di una sostanza nell' altra, il reticolo cristallino dei materiali non viene disturbato nella zona di contatto, e quindi non c'è fragilità della giuntura.
Collegamento di parti in titanio
La saldatura per diffusione del titanio e delle sue leghe è caratterizzata dall'ottenere un giunto di alta qualità con un'elevata efficienza economica. È ampiamente utilizzato in medicina per la produzione di parti di protesi, così come in altri campi.
Le parti vengono riscaldate a temperature di 50º - 100º inferiori alla temperatura alla quale avviene la trasformazione polimorfica. Allo stesso tempo, sui materiali viene esercitata una leggera pressione di 0,05–0,15 kgf/mm².
La composizione chimica della lega di titanio non pregiudica la forza della connessione degli elementi in questo modo di saldatura.
Vantaggi del metodo
Quando è possibile la saldatura per diffusione:
- combina solidi omogenei ed eterogenei;
- evitare la deformazione delle parti;
- non utilizzare materiali di consumo sotto forma di saldature e fondenti;
- ricevere produzione senza rifiuti;
- non utilizzare complessi sistemi di alimentazione e ventilazione di scarico, poiché durante il processo non vengono generati fumi nocivi;
- ricevere qualsiasi area della zona di connessione dei contatti, limitata solo dalla possibilità di apparecchiature;
- assicura un contatto elettrico affidabile.
A questo si aggiunge l'ottimo aspetto estetico del pezzo finito,che non richiede l'applicazione di ulteriori lavorazioni, come ad esempio la rimozione delle squame di saldatura.
Difetti della tecnologia
La saldatura a diffusione è un processo tecnologico complesso, i suoi principali svantaggi includono:
- necessità di utilizzare attrezzature costose specifiche;
- requisito di spazio produttivo, l'installazione ha dimensioni considerevoli;
- requisito di possedere conoscenze specialistiche, abilità e comprensione del processo lavorativo;
- tempo speso per un'attenta pre-elaborazione dei pezzi;
- mantenere l'aspiratore il più pulito possibile, altrimenti polvere invisibile potrebbe depositarsi sulle parti saldate e causare difetti di giunzione;
- difficoltà nel controllare la qualità della cucitura senza doverla distruggere.
Dato tutto ciò, oltre alle specificità dell'uso degli impianti sottovuoto, la saldatura a diffusione è richiesta solo nelle condizioni delle imprese e non per uso privato.
Attrezzature per saldatura a diffusione industriale
Esistono diversi tipi di apparecchiature industriali progettate per la saldatura a diffusione. Si differenziano principalmente tra loro per le specifiche dei materiali da saldare e per l'uso di diversi sistemi per il riscaldamento delle parti.
Il tipo di installazione MDVS è progettato per la produzione di sbarre flessibili in rame, gruppi di contatti di interruttori di alta tensione in rame e kerrite, parti di valvole di sollevamento del gas per pompe da pozzo in acciaio inossidabile e leghe di metallo duro. Il sistema applica l'effetto del riscaldamento del contatto elettrico.
Complesso di saldatura tipo UDVM-201. Esegue una connessione mediante saldatura a diffusione di materiali da vetro di diversi gradi. Il riscaldamento della superficie di lavoro viene effettuato con il metodo della radiazione radiante.
Attrezzature per saldatura USDV-630. Installazione di riscaldamento a induzione per la saldatura di materiali compositi a base di titanio e rame. Tali sistemi consentono di riscaldare parti di grandi dimensioni.
MDVS-302 Macchina per saldatura a diffusione mediante riscaldamento ad alta frequenza di parti. È caratterizzato dalla presenza di un generatore di piccole dimensioni su un circuito a transistor.
