Les atomes de la matière sont en mouvement constant, c'est pourquoi les liquides et les gaz peuvent se mélanger. Les solides ont aussi des particules élémentaires mobiles, mais ils ont un réseau cristallin plus rigide. Et pourtant, si deux corps solides sont rapprochés de la distance d'interaction des forces atomiques, alors au point de contact, les particules d'une substance pénétreront dans une autre et vice versa. Une telle pénétration mutuelle de substances s'appelait diffusion, et l'effet était à la base de l'une des méthodes d'assemblage des métaux. C'est ce qu'on appelle - le soudage par diffusion des métaux.
Ce qui peut être assemblé par soudage par diffusion
Le soudage par diffusion sous vide offre d'énormes possibilités technologiques. Avec lui, vous pouvez vous connecter:
- Métaux de structure homogène et non homogène, ainsi que leurs alliages. Substances métalliques réfractaires telles que le tantale, le niobium et le tungstène.
- Substances non métalliques avec des métaux: graphite avec de l'acier, cuivre avec du verre.
- Matériaux de construction à base de métal, céramique, quartz, ferrites, verre, structures semi-conductrices (homogènes et non homogènes), graphite et saphir.
- Matériaux composites, poreux avec préservation de leurs propriétés et de leur texture.
- Substances polymères.
Concernant la configuration et la taille des blancs - ils peuvent être différents. Selon la taille de la chambre de travail, il est possible de travailler avec des pièces de quelques microns (éléments semi-conducteurs) à plusieurs mètres (structures multicouches complexes).
Comment fonctionne l'usine de diffusion
Le complexe pour le soudage par diffusion comprend les principaux éléments suivants:
- Chambre de travail. Il est fabriqué en métal et est conçu pour limiter l'environnement de travail dans lequel le vide est créé.
- Stand - support poli. La chambre de travail repose dessus, le long de laquelle elle peut se déplacer.
- Scellant sous vide. Est une entretoise entre la caméra et le support.
- Mécanisme à galets et vis de serrage. Avec leur aide, la caméra est déplacée le long des rails et fixée sur le support.
- Pompe à vide. Crée un vide dans la zone de travail.
- Générateur avec inductance. Ils servent de système de chauffage pour les pièces à souder.
- Des poinçons résistants à la chaleur, des vérins hydrauliques et une pompe à huile représentent un mécanisme permettant de comprimer des pièces sous une pression donnée.
Selon la modification, les installations de soudage par diffusion peuvent différer par la forme des chambres et la méthodeleur étanchéité. Les méthodes de chauffage des pièces sont également différentes. Des radiateurs à rayonnement, des générateurs de courant élevé, des unités à décharge luminescente, des radiateurs à faisceau d'électrons peuvent être utilisés.
Processus de diffusion pendant le soudage
Si vous prenez des plaques de métal poli, les connectez et les mettez sous une charge, alors dans quelques décennies, l'effet de la pénétration mutuelle des métaux les uns dans les autres sera perceptible. De plus, la profondeur de pénétration sera inférieure à un millimètre. En effet, la vitesse de diffusion dépend de la température des matériaux à assembler, de la distance entre les particules élémentaires des substances, ainsi que de l'état des surfaces en contact (absence de pollution et d'oxydation). C'est pourquoi son processus naturel est si lent.
Dans l'industrie, pour obtenir rapidement un composé, le processus de diffusion est accéléré en tenant compte de toutes ces conditions. Dans la chambre de travail:
- Créez un vide avec un niveau de pression résiduelle jusqu'à 10-5 mm Hg ou remplissez le milieu avec un gaz inerte. Ainsi, les pièces ne sont pas exposées à l'oxygène, qui est un agent oxydant pour tout métal.
- Les matériaux sont chauffés à une température de 50 à 70 % de la température de fusion des pièces. Ceci est fait pour augmenter la plasticité des pièces en raison de l'état plus mobile de leurs particules élémentaires.
- Les ébauches sont soumises à une pression mécanique comprise entre 0,30 et 10,00 kg/mm2, rapprochant les distances interatomiques de tailles permettant d'établir des liaisons communes etpénètrent mutuellement dans les couches voisines.
Exigences pour la préparation des matériaux
Avant de placer les flans des éléments à souder dans l'unité de diffusion, ils sont soumis à un prétraitement. L'objectif principal du traitement des parties en contact des ébauches est d'obtenir des surfaces plus lisses, régulières et uniformes, ainsi que d'éliminer les formations huileuses invisibles et la saleté de la zone de joint. Le traitement des pièces se produit:
- chimique;
- mécanique;
- électrolytique.
Les films d'oxyde, en règle générale, n'affectent pas le processus de diffusion, car ils s'autodétruisent lors du chauffage dans un environnement sous vide.
Lorsque le soudage par diffusion n'est pas assez efficace entre des substances qui ont un coefficient de dilatation thermique inégal, ou qu'un joint fragile se forme, des tampons dits tampons sont utilisés. Ils peuvent servir de feuille de divers métaux. Ainsi, la feuille de cuivre est utilisée dans le soudage par diffusion des ébauches de quartz.
Caractéristiques des composés obtenus
Contrairement aux méthodes traditionnelles de soudage par fusion, où du métal supplémentaire est ajouté au métal de base dans le cordon, le soudage par diffusion permet d'obtenir un cordon uniforme sans modification majeure de la composition physique et mécanique du joint. Le joint fini a les caractéristiques suivantes:
- la présence d'une couture continue sans pores ni formations de coquilles;
- aucune inclusion d'oxyde dans le composé;
- stabilité mécaniquepropriétés.
Du fait que la diffusion est un processus naturel de pénétration d'une substance dans une autre, le réseau cristallin des matériaux n'est pas perturbé dans la zone de contact, et il n'y a donc pas de fragilité de la couture.
Connexion de pièces en titane
Le soudage par diffusion du titane et de ses alliages se caractérise par l'obtention d'un joint de haute qualité avec une efficacité économique élevée. Il est largement utilisé en médecine pour la fabrication de pièces de prothèse, ainsi que dans d'autres domaines.
Les pièces sont chauffées à des températures inférieures de 50º à 100º à la température à laquelle se produit la transformation polymorphe. En même temps, une légère pression de 0,05 à 0,15 kgf/mm² est exercée sur les matériaux.
La composition chimique de l'alliage de titane n'affecte pas la résistance de la connexion des éléments de cette manière de soudage.
Avantages de la méthode
Lorsque le soudage par diffusion est possible:
- combiner des solides homogènes et hétérogènes;
- éviter la déformation des pièces;
- n'utilisez pas de consommables sous forme de soudures et de flux;
- recevoir une production sans déchets;
- n'utilisez pas de systèmes complexes de ventilation d'alimentation et d'extraction, car aucune fumée nocive n'est générée au cours du processus;
- recevoir n'importe quelle zone de la zone de connexion de contact, limitée uniquement par la possibilité d'équipement;
- assurer un contact électrique fiable.
A cela s'ajoute l'excellent aspect esthétique de la pièce finie,qui ne nécessite pas l'application d'opérations de traitement supplémentaires, telles que l'élimination du tartre de soudure, par exemple.
Défauts de la technologie
Le soudage par diffusion est un processus technologique complexe, ses principaux inconvénients sont:
- besoin d'utiliser un équipement spécifique coûteux;
- besoin d'espace de production, l'installation a des dimensions considérables;
- exigence d'avoir des connaissances, des compétences et une compréhension spécialisées du processus de travail;
- temps consacré au prétraitement minutieux des pièces;
- garder l'unité d'aspiration aussi propre que possible, sinon de la poussière invisible peut se déposer sur les pièces soudées et entraîner des défauts de joint;
- difficulté à vérifier la qualité de la couture sans avoir à la détruire.
Compte tenu de tout cela, ainsi que des spécificités de l'utilisation des installations sous vide, le soudage par diffusion n'est demandé que dans les conditions des entreprises, et non pour un usage privé.
Matériel de soudage industriel par diffusion
Il existe plusieurs types d'équipements industriels conçus pour le soudage par diffusion. Ils diffèrent principalement les uns des autres par les spécificités des matériaux à souder et l'utilisation de différents systèmes pour chauffer les pièces.
Le type d'installation MDVS est conçu pour la production de barres omnibus flexibles en cuivre, de groupes de contact d'interrupteurs haute tension en cuivre et kerrite, de pièces de soupapes à gaz pour pompes de forage en acier inoxydable et en alliages de métaux durs. Le système applique l'effet de chauffage par contact électrique.
Complexe de soudage type UDVM-201. Effectue une connexion par soudage par diffusion de matériaux à partir de verre de différentes qualités. Le chauffage de la surface de travail est effectué par la méthode du rayonnement par rayonnement.
Matériel de soudage USDV-630. Installation de chauffage par induction pour le soudage de matériaux composites à base de titane et de cuivre. De tels systèmes permettent de chauffer de grandes pièces.
MDVS-302 machine pour le soudage par diffusion utilisant le chauffage à haute fréquence des pièces. Il se caractérise par la présence d'un générateur de petite taille sur un circuit à transistor.
