Os átomos da matéria estão em constante movimento, e é por isso que líquidos e gases podem se misturar. Os sólidos também possuem partículas elementares móveis, mas possuem uma rede cristalina mais rígida. E, no entanto, se dois corpos sólidos forem aproximados da distância de interação das forças atômicas, no ponto de contato, as partículas de uma substância penetrarão em outra e vice-versa. Essa penetração mútua de substâncias foi chamada de difusão, e o efeito foi a base de um dos métodos de união de metais. Isso é o que é chamado - soldagem por difusão de metais.
O que pode ser unido por soldagem por difusão
A soldagem por difusão a vácuo tem enormes possibilidades tecnológicas. Com ele, você pode conectar:
- Metais de estrutura homogênea e não homogênea, bem como suas ligas. Substâncias metálicas refratárias, como tântalo, nióbio e tungstênio.
- Substâncias não metálicas com metais: grafite com aço, cobre com vidro.
- Materiais de construção à base de metal, cerâmica, quartzo, ferrites, vidro, estruturas semicondutoras (homogéneas e não homogéneas), grafite e safira.
- Materiais compósitos, porosos com preservação de suas propriedades e textura.
- Substâncias poliméricas.
Em relação à configuração e tamanho dos espaços em branco - eles podem ser diferentes. Dependendo do tamanho da câmara de trabalho, é possível trabalhar com peças de alguns mícrons (elementos semicondutores) a vários metros (estruturas em camadas complexas).
Como funciona a planta de difusão
Complexo para soldagem por difusão inclui os seguintes elementos principais:
- Câmara de trabalho. É feito de metal e foi projetado para limitar o ambiente de trabalho no qual o vácuo é criado.
- Stand - suporte polido. A câmara de trabalho repousa sobre ela, ao longo da qual ela pode se mover.
- Seladora a vácuo. É um espaçador entre a câmera e o suporte.
- Mecanismo de rolo e parafuso de fixação. Com a ajuda deles, a câmera é movida ao longo dos trilhos e fixada no suporte.
- Bomba de vácuo. Cria um vácuo na área de trabalho.
- Gerador com indutor. Atuam como um sistema de aquecimento para as peças a serem soldadas.
- Pucos resistentes ao calor, cilindros hidráulicos e uma bomba de óleo representam um mecanismo para comprimir peças sob uma determinada pressão.
Dependendo da modificação, as instalações de soldagem por difusão podem diferir na forma das câmaras e no métodosua vedação. Também são diferentes os métodos de aquecimento das peças. Aquecedores de radiação, geradores de alta corrente, unidades de descarga incandescente, aquecedores de feixe de elétrons podem ser usados.
Processos de difusão durante a soldagem
Se você pegar placas de metal polido, conectá-las e colocá-las sob carga, em algumas décadas o efeito da penetração mútua de metais será perceptível. Além disso, a profundidade de penetração estará dentro de um milímetro. O fato é que a taxa de difusão depende da temperatura dos materiais que estão sendo unidos, da distância entre as partículas elementares das substâncias, bem como do estado das superfícies de contato (ausência de poluição e oxidação). É por isso que seu processo natural é tão lento.
Na indústria, para obter rapidamente um composto, o processo de difusão é acelerado, levando em consideração todas essas condições. Na câmara de trabalho:
- Crie um vácuo com um nível de pressão residual de até 10-5 mm Hg ou encha o meio com um gás inerte. Assim, as peças não ficam expostas ao oxigênio, que é um agente oxidante para qualquer metal.
- Os materiais são aquecidos a uma temperatura de 50-70% da temperatura de fusão das peças. Isso é feito para aumentar a plasticidade das peças devido ao estado mais móvel de suas partículas elementares.
- Os blanks são submetidos a pressões mecânicas na faixa de 0,30-10,00 kg/mm2, aproximando as distâncias interatômicas de tamanhos que permitem estabelecer ligações comuns epenetram mutuamente nas camadas próximas.
Requisitos para a preparação de materiais
Antes de colocar os blanks dos elementos a serem soldados na unidade de difusão, eles são submetidos a um pré-tratamento. O principal objetivo do processamento das partes de contato dos blanks é obter superfícies mais lisas, uniformes e uniformes, além de remover formações oleosas e sujeiras invisíveis da área da junta. O processamento de peças acontece:
- químico;
- mecânico;
- eletrolítico.
Os filmes de óxido, via de regra, não afetam o processo de difusão, pois se autodestroem durante o aquecimento em ambiente a vácuo.
Quando a soldagem por difusão não é eficaz o suficiente entre substâncias que têm um coeficiente de expansão térmica desigual, ou uma costura frágil é formada, os chamados amortecedores são usados. Eles podem servir como uma folha de vários metais. Assim, a folha de cobre é usada na soldagem por difusão de peças de quartzo.
Características dos compostos resultantes
Ao contrário dos métodos tradicionais de soldagem por fusão, onde se adiciona metal adicional ao metal base na costura, a soldagem por difusão permite obter uma costura uniforme sem grandes alterações na composição física e mecânica da junta. A junta acabada tem as seguintes características:
- presença de uma costura contínua sem poros e formações de conchas;
- sem inclusões de óxidos no composto;
- estabilidade mecânicapropriedades.
Devido ao fato de que a difusão é um processo natural de penetração de uma substância em outra, a rede cristalina dos materiais não é perturbada na zona de contato e, portanto, não há fragilidade da costura.
Conexão de peças de titânio
A soldagem por difusão do titânio e suas ligas caracteriza-se pela obtenção de uma junta de alta qualidade com alta eficiência econômica. É amplamente utilizado na medicina para a fabricação de peças de próteses, bem como em outras áreas.
As peças são aquecidas a temperaturas 50º - 100º inferiores à temperatura na qual ocorre a transformação polimórfica. Ao mesmo tempo, uma leve pressão de 0,05–0,15 kgf/mm² é exercida sobre os materiais.
A composição química da liga de titânio não afeta a resistência da conexão dos elementos nesta forma de soldagem.
Vantagens do método
Quando a soldagem por difusão é possível:
- combinar sólidos homogêneos e heterogêneos;
- evitar a deformação das peças;
- não use consumíveis na forma de soldas e fluxos;
- receber produção sem resíduos;
- não utilize sistemas complexos de alimentação e ventilação de exaustão, pois não são gerados gases nocivos no processo;
- receber qualquer área da zona de conexão de contato, limitada apenas pela possibilidade de equipamentos;
- garantir um contato elétrico confiável.
Adicionado a isso está a excelente aparência estética da peça acabada,que não requer a aplicação de operações adicionais de processamento, como a remoção de incrustações de solda, por exemplo.
Falhas da tecnologia
A soldagem por difusão é um processo tecnológico complexo, suas principais desvantagens incluem:
- precisa usar equipamentos caros específicos;
- requisito para espaço de produção, instalação tem dimensões consideráveis;
- requisito de conhecimento especializado, habilidades e compreensão do processo de trabalho;
- tempo gasto no cuidadoso pré-processamento das peças;
- mantenha a unidade de vácuo o mais limpa possível, caso contrário, poeira invisível pode se depositar nas peças soldadas e causar defeitos nas juntas;
- dificuldade em verificar a qualidade da costura sem ter que destruí-la.
Dado tudo isso, bem como as especificidades do uso de instalações a vácuo, a soldagem por difusão é exigida apenas nas condições das empresas, e não para uso privado.
Equipamento de soldagem por difusão industrial
Existem vários tipos de equipamentos industriais projetados para soldagem por difusão. Eles diferem principalmente entre si nas especificidades dos materiais a serem soldados e no uso de diferentes sistemas para aquecimento das peças.
O tipo de instalação MDVS é projetado para a produção de barramentos flexíveis de cobre, grupos de contato de interruptores de alta tensão feitos de cobre e kerrite, peças de válvulas de elevação de gás para bombas de poço feitas de aço inoxidável e ligas de metal duro. O sistema aplica o efeito de aquecimento por contato elétrico.
Soldagem complexa tipo UDVM-201. Realiza uma conexão por soldagem por difusão de materiais de vidro de diferentes graus. O aquecimento da superfície de trabalho é realizado pelo método de radiação de radiação.
Equipamento de soldagem USDV-630. Instalação de aquecimento por indução para soldagem de materiais compósitos à base de titânio e cobre. Tais sistemas permitem o aquecimento de peças grandes.
MDVS-302 máquina para soldagem por difusão utilizando aquecimento de peças de alta frequência. Caracteriza-se pela presença de um gerador de pequeno porte em um circuito de transistor.
