Top 5 Solid State svejseprocesser

Denne artikel sætter lys på de fem største solid-state svejseprocesser. Disse er: 1. Smed svejsning 2. Friktions svejsning 3. Eksplosiv svejsning 4. Thermo-Compression Bonding 5. Diffusion Bonding.

Solid State Welding Process # 1. Smed svejsning:

Smed svejsning eller smedsvejsning er den ældste kendte svejseproces, og brugen er blevet rapporteret fra 1400 f.Kr. Ved denne proces opvarmes de stykker, der skal svejses, til over 1000 ° C og placeres derefter sammen og gives slagblæsninger ved at hamre. I den nyere form af stor svejsning påføres trykket ved at rulle, tegne og klemme for at opnå smedningen.

Oxiderne er udelukket på grund af design af emnerne og eller ved brug af passende temperatur samt fluxer. Fluxer, der almindeligvis anvendes til smed svejsning af lavt kulstofstål, er sand, fluorspar og borax. De hjælper med at smelte oxiderne, hvis de dannes.

Korrekt opvarmning af emnerne er den store svejsevariabel, der styrer ledkvaliteten. Utilstrækkelig opvarmning kan ikke påvirke et led, mens overophedning resulterer i en sprød fælles med lav styrke. De overophedede stykker har også tendens til at blive oxideret, hvilket viser sig ved svampet udseende.

De led, der oftest anvendes, er tørklæde, rump, kløft og skødtyper, som vist i figur 2.32.

Et glimrende levende eksempel på smedet svejsning af de gamle dage er jernstenen i Delhi, som måler 7-6 m i længden med en gennemsnitlig diameter på 350 mm og vejer 5, 4 tons. Disse dage anvendes processen hovedsagelig til svejsning af lavkalciumståldele, som regel til landbrugsredskaber i landdistrikter i tredjelande.

Solid State Welding Process # 2. Friktions svejsning:

Ved friktionssvejsning holdes et stykke stationært og det andet drejes i en friktionssvejsemaskine. Da de bringes til at gnide mod hinanden under pres, bliver de opvarmede på grund af friktion. Når den ønskede smedningstemperatur opnås igennem arbejdsstykkernes gnidningstværsnit, stoppes rotationen pludseligt, og det aksiale tryk øges for at forårsage smedning og dermed svejsning. Denne metode har været anvendt til svejsning af termoplast siden 1945, men metaller blev først svejset med succes i 1956.

Maskinen til friktionssvejsning ligner en drejebænk, men er mere robust end den. Maskinens væsentlige træk er, at den skal kunne modstå højt aksialt tryk i størrelsesordenen 50.000 N / cm2 og kunne levere en høj spindelhastighed på op til 12.000 omdr./min., Selvom det sædvanlige område sjældent overstiger 5000 omdrejninger pr. Minut.

En mindre populær variant af processen kaldes INERTIA WELDING, hvor svejsning opnås ved drejning af et svinghjul, der løsnes i det ønskede øjeblik og stopper inden for den fastsatte tid, hvilket eliminerer bremseenheden. Fig. 2.33 viser principperne for friktionssvejsningsprocesser med kontinuerlig kørsel og inerti.

Friktions svejsning er en højhastighedsproces, der er velegnet til produktionssvejsning. Imidlertid er indledende forsøg forpligtet til at standardisere procesparametrene for et givet job. Friktionssvejsning af to stykker tager sjældent mere end 100 sekunder, selv om det kan være ca. 20 sekunder for små komponenter.

En af de dele, der skal svejses fri, skal være runde, hvilket sætter en alvorlig begrænsning på brugen af ​​denne proces. Det er dog stigende i popularitet og kan svejses de fleste metaller og deres forskellige kombinationer som kobber og stål, aluminium og stål, aluminium og titan mv. Typiske anvendelser af processen omfatter svejsning af borer til skinner, dvs. motorventil hoveder til stængler, bil bagaksel hub-ende til aksel hylster.

Solid State Welding Process # 3. Eksplosiv svejsning:

Ved eksplosiv svejseproces opnås svejsningen ved at gøre en del til at slå mod den anden ved en meget høj, men subsonisk hastighed. Dette opnås ved anvendelse af sprængstoffer, som normalt er af ammoniumnitratbase. Processen udføres i mikro-sekunder.

Opstillingen, som i princippet anvendes til eksplosiv svejsning, er vist i figur 2.34. Det viser de to plader, der skal svejses anbragt i hældning til hinanden. Den medfølgende vinkel varierer mellem 1 ° og 10 °. Den tykkere plade kaldet målpladen placeres på en ambolt, og den tyndere plade kaldet flyerpladen har en pufferplade af PVC eller gummi mellem den og den eksplosive ladning for at beskytte mod overfladeskader.

Afgiften eksploderes af en detonator placeret i den ene ende af flyerpladen. Når ladningen eksploderer, bevæger flyerpladen sig mod målpladen med en hastighed på 150 til 550 m / sek, og trykket, der produceres ved grænsefladen af ​​slagpladerne med en sådan høj hastighed, er af størrelsesordenen 70.000 til 700.000 N / cm ² .

Under en sådan høj hastighed og tryk strømmer metallet foran forbindelsesfronten, som virker som en fluidstråle, hvilket resulterer i en binding af sammenlåsningstypen som vist i figur 2.35. Denne sammenkobling er et væsentligt aspekt af en eksplosionssvejsning og er årsagen til dens styrke. Svejsestyrken svarende til styrken af ​​de svagere af de to komponenter (metaller) kan opnås.

Eksplosiv svejsning er normalt en udendørs proces og kræver et stort område for at afværge personer, der kommer tæt på eksplosionsstedet, især når en eksplosiv ladning med høj styrke måske skal eksploderes.

Eksplosiv svejsning kan bruges til svejsning af forskellige metalkombinationer som kobber og stål, aluminium og mildt stål, aluminium og Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), aluminium og rustfrit stål mv. Det kan også bruges til svejsning af tantal, titan og nikkelkomponenter.

Typiske anvendelser af eksplosiv svejsning omfatter beklædning af tykke plader af tynde plader, ens folier. Rør til rørfittings i varmevekslere, ventil til rørledning samt blokering af lækager i kedler kan med held opnås ved denne proces.

Solid State svejseproces # 4. Thermo-Compression Bonding :

Det er en tryk svejseproces, der anvendes ved en temperatur over 200 ° C. Processen beskæftiger sig primært med små komponenter i den elektriske og elektroniske industri til svejsning af fine ledninger med en diameter på ca. 0, 025 mm til metalfilm på glas eller keramik.

Der er mange versioner af processen, hvoraf tre er vist i figur 2.41 og betegnes som mejsel- eller kilebinding, kuglebinding og parallelt mellemrumsbinding. I mejsel- eller kileforbindelsen deformeres en ledning under tryk og svejses til filmen ved hjælp af kileformet indentor. I kuglebåndet opvarmes en ledning af en mikro-hydrogenflamme for at danne en kugle ved trådspidsen som vist i figur (b), som efterfølgende svejses til den opvarmede film på substrat ved det tryk, der udøves gennem den gennemborede indentor.

I den parallelle spaltebinding presses tråden eller båndet til filmen ved hjælp af dobbeltelektrode lavet af højmodstandsmateriale som wolfram. Strømmen af ​​strøm gennem ledningen eller strimlen opvarmer den lokalt og holder varmen begrænset til den lille zone omkring den.

For alle disse varianter af processen skabes lokal inert atmosfære rundt om leddet bliver bundet. Ultralydsvibrationer erstatter opvarmning i nogle af applikationerne af alle disse processer.

Kommercielle anvendelser af processen omfatter svejsning af ædle metaller, aluminium og kobber til underlag af glas eller keramik.

Solid State Welding Process # 5. Diffusion Bonding:

Ved diffusionsbinding eller diffusionssvejsning opnås en svejsning ved påføring af tryk i størrelsesordenen 5 til 75 N / mm2, mens stykkerne holdes ved en høj temperatur, normalt ca. 70% af smeltepunktet i absolutte grader dvs. ca. 1000 ° C for stål. Processen er baseret på fastfasediffusion, som naturligvis accelereres med stigning i temperatur.

Diffusion i metaller finder sted på grund af ledige gittersteder eller langs korngrænser og udtrykkes af følgende matematiske forhold:

D = D ₀ e- ^CERT

hvor,

D = diffusionshastighed.

D ₀ = Konstant, der har samme dimension som D,

E = aktiveringsenergi,

R = gaskonstant,

T = Absolut temperatur, hvor emnerne holdes.

Afhængigt af omfanget af diffusion kræves processen fuldført i 2 til 3 minutter eller kan tage mange minutter eller endog timer. Kvaliteten af ​​overflader, der skal svejses, spiller en vigtig rolle. En god kvalitet overflade, drejet, malet eller formalet til en standard på 0-4 til 0-2 μm * CLA (centreline gennemsnit) er normalt tilstrækkelig. Overfladen skal affedtes inden svejsning ved anvendelse af acetone eller petroleumsetherpind.

Tilstedeværelse af oxidlag på overfladerne, som er forbundet, forhindrer diffusion, men bliver forsvundet over en periode. Metaller, som opløser deres egne oxider, såsom jern og titan, kan således nemt bindes. Tværtimod er metaller, der danner hårde ildfaste oxidlag, som aluminium, vanskelige at diffusionsveje.

Diffusionsbinding kan opnås ved tre metoder, nemlig:

1. Gastrykbinding

2. Vakuumfusionsbinding, og

3. Eutektisk fusionsbinding.

Ved gastrykbinding holdes delene sammen i en inert atmosfære og opvarmes til en temperatur på 800 ° C ved et system, der ligner en autoklav. Under opvarmning giver højtrykket ensartet tryk over alle overfladerne. Denne metode anvendes kun til binding af ikke-jernholdige metaller, fordi det nødvendiggør høje temperaturer for stål.

I vakuumfusionsbinding holdes delene i en intim kontakt i et vakuumkammer. Trykket på delene påføres mekanisk eller en hydraulisk pumpe, og opvarmning sker på samme måde som ved gastryksvejsning. Fig. 2.42 viser et skematisk diagram for vakuumfusionsbinding.

Et vakuumpumpesystem, der hurtigt kan reducere trykket til ca. 10 ^-3 torr (mm kviksølv), skal anvendes. Højtryk skabt ved brug af mekaniske eller hydrauliske midler gør det muligt at diffusionsbindingstål ved denne metode. Vellykket sammenføjning af stål kan opnås ved en temperatur på ca. 1150 ° C under et påtrykt tryk på næsten 70 N / mm2.

Ved eutektisk fusionsbinding placeres et tynd stykke af et bestemt materiale mellem overfladerne, der skal svejses. Dette resulterer i dannelsen af ​​en eutektisk forbindelse ved diffusion ved forhøjet temperatur, og stykket kan fuldstændigt forsvinde og danne eutektisk legering (er) ved grænsefladen. Materialet, der anvendes til at blive anbragt mellem de to dele, er som regel et andet metal i folieform med en tykkelse på 0-005 til 0-025 mm.

Diffusionsbinding kan bruges til at slutte sig til forskellige metaller, fx stål kan svejses til aluminium, wolfram, titanium, molybdæn, cermet (forbindelser af keramik og metaller), kobber til titanium, titanium til platin osv. Det finder anvendelse inden for radioteknologi, elektronik, instrumentfremstilling, missil, fly, atomkraft og rumfart.

Typiske anvendelser af diffusionsbinding omfatter tipping af tunge skæreværktøjer med hårdmetalspidser eller hårde legeringer, sammenføjning af vakuumrørkomponenter, fremstilling af høj temperaturvarmere fra molybdindisilicid til modstandsovn, som kan fungere i en oxiderende atmosfære op til 1650 ° C. I luftfartsindustrien anvendes den til fremstilling af komplekse formede komponenter af titanium fra simple strukturformer. Det bruges også til overfladebehandling af komponenter for at modstå slitage, varme eller korrosion.