Atomi snovi so v stalnem gibanju, zato se tekočine in plini lahko mešajo. Trdne snovi imajo tudi mobilne elementarne delce, vendar imajo bolj togo kristalno mrežo. In vendar, če se dve trdni telesi približamo razdalji interakcije atomskih sil, potem bodo na točki stika delci ene snovi prodrli v drugo in obratno. Takšen medsebojni prodor snovi se je imenoval difuzija, učinek pa je bil osnova ene od metod spajanja kovin. Tako se imenuje - difuzijsko varjenje kovin.
Kaj je mogoče spojiti z difuzijskim varjenjem
Difuzijsko varjenje v vakuumu ima ogromne tehnološke možnosti. Z njim se lahko povežete:
- Kovine homogene in nehomogene strukture ter njihove zlitine. Ognjevarne kovinske snovi, kot so tantal, niobij in volfram.
- Nekovinske snovi s kovinami: grafit z jeklom, baker s steklom.
- Gradbeni materiali na osnovi kovine, keramike, kremena, feritov, stekla, polprevodniških struktur (homogenih in nehomogenih), grafita in safirja.
- Kompozitni materiali, porozni z ohranjenimi lastnostmi in teksturo.
- Polimerne snovi.
Glede na konfiguracijo in velikost praznih delov - lahko se razlikujejo. Glede na velikost delovne komore je možno delati z deli od nekaj mikronov (polprevodniški elementi) do več metrov (kompleksne večplastne strukture).
Kako deluje difuzijska naprava
Kompleks za difuzijsko varjenje vključuje naslednje glavne elemente:
- Delovna komora. Narejen je iz kovine in je zasnovan tako, da omejuje delovno okolje, v katerem nastaja vakuum.
- Stojalo - polirano stojalo. Delovna komora sloni na njej, po kateri se lahko premika.
- Vakumski tesnilnik. Je distančnik med kamero in stojalom.
- Voljni mehanizem in vpenjalni vijak. Z njihovo pomočjo se kamera premika po vodilih in pritrdi na stojalo.
- Vakumska črpalka. Ustvari vakuum v delovnem območju.
- Generator z induktorjem. Delujejo kot ogrevalni sistem za dele, ki jih je treba variti.
- Vročinsko odporni udarci, hidravlični cilindri in oljna črpalka predstavljajo mehanizem za stiskanje delov pod danim tlakom.
Odvisno od modifikacije se lahko naprave za difuzijsko varjenje razlikujejo po obliki komor in načinunjihovo tesnjenje. Različni so tudi načini ogrevanja delov. Uporabljajo se lahko sevalni grelniki, visokotokovni generatorji, sijalke, grelniki z elektronskimi žarki.
Difuzijski procesi med varjenjem
Če vzamete polirane kovinske plošče, jih povežete in obremenite, potem bo čez nekaj desetletij opazen učinek medsebojnega prodiranja kovin drug v drugega. Poleg tega bo globina penetracije znotraj milimetra. Dejstvo je, da je hitrost difuzije odvisna od temperature spojenih materialov, razdalje med osnovnimi delci snovi, pa tudi od stanja kontaktnih površin (odsotnost onesnaženja in oksidacije). Zato je njen naravni proces tako počasen.
V industriji, da bi hitro dobili spojino, se proces difuzije pospešuje ob upoštevanju vseh teh pogojev. V delovni komori:
- Ustvarite vakuum z nivojem preostalega tlaka do 10-5 mm Hg ali napolnite medij z inertnim plinom. Tako deli niso izpostavljeni kisiku, ki je oksidant za katero koli kovino.
- Materiali se segrevajo pri temperaturi 50-70% temperature taljenja obdelovancev. To se naredi za povečanje plastičnosti delov zaradi bolj mobilnega stanja njihovih osnovnih delcev.
- Sodelci so izpostavljeni mehanskemu pritisku v območju 0,30-10,00 kg/mm2, s čimer se medatomske razdalje približajo velikostim, ki omogočajo vzpostavitev skupnih vezi inmedsebojno prodrejo v bližnje plasti.
Zahteve za pripravo materialov
Pred namestitvijo surovcev elementov za varjenje v difuzijsko enoto jih predhodno obdelamo. Glavni namen obdelave kontaktnih delov surovcev je usmerjen v doseganje bolj gladkih, enakomernih in enotnih površin ter odstranjevanje nevidnih mastnih tvorb in umazanije s področja spoja. Obdelava obdelovancev se zgodi:
- kemična;
- mehanski;
- elektrolitski.
Oksidne folije praviloma ne vplivajo na proces difuzije, saj se med segrevanjem v vakuumskem okolju samouničijo.
Kadar difuzijsko varjenje ni dovolj učinkovito med snovmi, ki imajo neenak koeficient toplotnega raztezanja, ali nastane krhek šiv, se uporabljajo tako imenovane puferne blazinice. Služijo lahko kot folije iz različnih kovin. Tako se bakrena folija uporablja pri difuzijskem varjenju kremenovih surovcev.
Lastnosti nastalih spojin
Za razliko od tradicionalnih metod fuzijskega varjenja, kjer se osnovni kovini v šivu doda dodatna kovina, difuzijsko varjenje omogoča, da dobimo enoten šiv brez večjih sprememb fizikalne in mehanske sestave spoja. Končni spoj ima naslednje značilnosti:
- prisotnost neprekinjenega šiva brez por in tvorb školjk;
- brez vključkov oksida v spojini;
- mehanska stabilnostlastnosti.
Zaradi dejstva, da je difuzija naravni proces prodiranja ene snovi v drugo, kristalna mreža materialov v kontaktnem območju ni motena, zato ni krhkosti šiva.
Priključek titanovih delov
Za difuzijsko varjenje titana in njegovih zlitin je značilno pridobivanje visokokakovostnega spoja z visoko ekonomično učinkovitostjo. Široko se uporablja v medicini za izdelavo delov protez, pa tudi na drugih področjih.
Deli se segrejejo na temperature 50º - 100º nižje od temperature, pri kateri pride do polimorfne transformacije. Hkrati se na material izvaja rahel pritisk 0,05–0,15 kgf/mm².
Kemična sestava titanove zlitine ne vpliva na trdnost povezave elementov pri tem načinu varjenja.
Prednosti metode
Ko je možno difuzijsko varjenje:
- združi homogene in heterogene trdne snovi;
- izogibajte se deformaciji delov;
- ne uporabljajte potrošnega materiala v obliki spajk in fluksov;
- prejemanje proizvodnje brez odpadkov;
- ne uporabljajte zapletenih sistemov dovodnega in izpušnega prezračevanja, saj pri tem ne nastajajo škodljivi hlapi;
- prejmi katero koli območje kontaktnega območja, omejeno samo z možnostjo opreme;
- zagotovite zanesljiv električni stik.
Temu dodaja odličen estetski videz končnega dela,ki ne zahteva uporabe dodatnih postopkov obdelave, kot je na primer odstranitev zvara.
Pomanjkljivosti tehnologije
Difuzijsko varjenje je zapleten tehnološki proces, njegove glavne pomanjkljivosti pa so:
- potrebna je uporaba posebne drage opreme;
- zahteva po proizvodnem prostoru, namestitev ima precejšnje dimenzije;
- pogoj za specializirano znanje, veščine in razumevanje delovnega procesa;
- čas, porabljen za skrbno predobdelavo obdelovancev;
- sesalnik naj bo čim bolj čist, sicer se lahko nevidni prah usede na zvarjene dele in povzroči okvare spojev;
- težave pri preverjanju kakovosti šiva, ne da bi ga bilo treba uničiti.
Glede na vse to, pa tudi na posebnosti uporabe vakuumskih inštalacij, je difuzijsko varjenje povpraševanje le v pogojih podjetij in ne za zasebno uporabo.
Oprema za industrijsko difuzijsko varjenje
Obstaja več vrst industrijske opreme, zasnovane za difuzijsko varjenje. Med seboj se razlikujejo predvsem po posebnostih materialov, ki se varijo, in uporabi različnih sistemov za ogrevanje delov.
Vgradnja tipa MDVS je namenjena izdelavi fleksibilnih bakrenih zbiralk, kontaktnih skupin visokonapetostnih stikal iz bakra in kerita, delov plinskih ventilov za vrtinčne črpalke iz nerjavnega jekla in zlitin trdih kovin. Sistem uporablja učinek električnega kontaktnega ogrevanja.
Varilni kompleks tipa UDVM-201. Izvaja povezavo z difuzijskim varjenjem materialov iz stekla različnih razredov. Ogrevanje delovne površine se izvaja z metodo sevanja.
Varilna oprema USDV-630. Montaža indukcijskega ogrevanja za varjenje kompozitnih materialov na osnovi titana in bakra. Takšni sistemi omogočajo segrevanje velikih delov.
MDVS-302 stroj za difuzijsko varjenje z uporabo visokofrekvenčnega segrevanja delov. Zanj je značilna prisotnost majhnega generatorja na tranzistorskem vezju.
