Topp 5 fasta svetsprocesser

Denna artikel lyfter fram de fem bästa fasta svetsprocesserna. Dessa är: 1. Smidesvetsning 2. Friktionssvetsning 3. Explosiv svetsning 4. Termo-kompressionsbindning 5. Diffusionsbindning.

Solid State Welding Process # 1. Smält svetsning:

Smältsvetsning eller smetssvetsning är den äldsta kända svetsprocessen och användningen har rapporterats från 1400 f.Kr. Genom denna process upphettas de bitar som ska svetsas till över 1000 ° C och placeras sedan ihop och ger slagslag genom att hamra. I den senaste typen av stor svetsning appliceras trycket genom att rulla, rita och klämma för att uppnå smidesverkan.

Oxiderna är uteslutna genom utformning av arbetsstyckena och eller genom användning av lämplig temperatur såväl som flöden. Fluxer som vanligen används för smältning av lågkol stål är sand, fluorspar och borax. De hjälper till vid smältning av oxiderna, om de bildas.

Korrekt uppvärmning av arbetsstyckena är den stora svetsvariabeln som styr fogkvaliteten. Otillräcklig uppvärmning kan inte påverka en led medan överhettning resulterar i en spröd ledning med låg styrka. Också tenderar de överhettade bitarna att oxideras vilket visar sig genom svampigt utseende.

De vanligaste lederna är halsduk, rumpa, kluft och varvtyp, som visas i figur 2.32.

Ett utmärkt levande exempel på smält svetsad del av de gamla dagarna är Järnpelaren i Delhi som mäter 7-6 m lång med en medeldiameter av 350 mm och väger 5, 4 ton. Dessa dagar används processen huvudsakligen för svetsning av delar med låga kolstorlekar som vanligtvis för jordbruksredskap i landsbygden i tredje världsländerna.

Solid State Welding Process # 2. Friktionssvetsning:

Vid friktionssvetsning hålls en bit stationär och den andra roteras i en friktionssvetsmaskin. När de bringas att gnugga mot varandra under tryck blir de uppvärmda på grund av friktion. När den önskade smältningstemperaturen uppnås genom hela arbetsstyckets tvärsnitt, stoppas rotationen plötsligt och det axiella trycket ökas för att orsaka smidesverkan och därigenom svetsning. Denna metod har använts för svetsning av termoplaster sedan 1945 men metaller svetsades först med framgång 1956.

Maskinen som används för friktionssvetsning liknar en svarv, men är starkare än den. Maskinens grundläggande egenskaper är att den ska kunna klara höga axialtryck i storleksordningen 50 000 N / cm ² och kunna ge en högspindelhastighet på upp till 12 000 rpm, men det vanliga området kan sällan överstiga 5000 rpm.

En mindre populär variant av processen kallas INERTIA WELDING, där svetsning uppnås genom att svänghjulet roteras, vilket frigörs vid önskat ögonblick och stannar inom den angivna tiden, vilket eliminerar bromsenheten. Fig. 2.33 visar principerna för friktionssvetsningsprocesser med kontinuerlig drivning och tröghet.

Friktionssvetsning är en process med hög hastighet lämpad för produktionssvetsning. Inledande försök krävs dock för att standardisera processparametrarna för ett visst jobb. Friktionssvetsning av två bitar tar sällan mer än 100 sekunder, men det kan vara ungefär 20 sekunder för små komponenter.

En av de delar som är friktionssvetsade måste vara runda vilket innebär en allvarlig begränsning av användningen av denna process. Det ökar emellertid i popularitet och kan svetsa de flesta metallerna och deras olika kombinationer som koppar och stål, aluminium och stål, aluminium och titan etc. Typiska tillämpningar av processen inkluderar svetsning av borr till axlar, dvs motorventil huvud till stjälkar, bakaxelns bakaxelaxel till axelhölje.

Solid State Welding Process # 3. Explosiv Svetsning:

Vid explosions- eller explosionssvetsning uppnås svetsningen genom att göra en del strejk mot den andra med en mycket hög men subsonisk hastighet. Detta uppnås genom användning av sprängämnen vanligen av ammoniumnitratbasen. Processen är klar i mikrosekunder.

Installationen, som i princip används för explosiv svetsning, visas i figur 2.34. Det visar de två plattorna som ska svetsas placeras i en lutning mot varandra. Den medföljande vinkeln varierar mellan 1 och 10 °. Den tjockare plattan som heter målplattan placeras på ett mothåll och den tunnare plattan som kallas flyerplattan har en buffertplatta av PVC eller gummi, mellan den och explosivladdningen, för att skydda mot ytskador.

Laddningen exploderas av en detonator placerad i ena änden av flyerplattan. När laddningen exploderar rör sig flygerplattan mot målplattan med en hastighet av 150 till 550 m / s och trycket som produceras vid gränsytan av slagplattorna med en sådan hög hastighet är av storleksordningen 70 000 till 700 000 N / cm ² .

Under en sådan hög hastighet och tryck strömmar metallen framför förbindningsfronten, som verkar som en fluidstråle, vilket resulterar i en bindning av sammanlåsningstyp som visas i figur 2.35. Denna sammankoppling är en viktig aspekt av en explosionssvetsning och är orsaken till dess styrka. Svetsstyrkan som är lika med styrkan hos de svagare av de två komponenterna (metaller) kan uppnås.

Explosiv svetsning är normalt en utomhusprocess och behöver ett stort område för att avvärja personer som kommer nära explosionsstället, speciellt när en explosiv laddning med hög hållfasthet kan behöva exploderas.

Explosiv svetsning kan användas för svetsning av olika metallkombinationer som koppar och stål, aluminium och mjukt stål, aluminium och Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), aluminium och rostfritt stål etc. Det kan också användas för svetsning av tantal, titan och nickelkomponenter.

Typiska tillämpningar av explosiv svetsning inkluderar klädning av tjocka plattor med tunna plåtar, jämn folier. Röret till rörledningar i värmeväxlare, ventil till rörledare samt blockering av läckande rör i pannor kan med framgång uppnås genom denna process.

Solid State Welding Process # 4. Termo-kompressionsbindning :

Det är en trycksvetsningsprocess som används vid en temperatur över 200 ° C. Processen handlar huvudsakligen om små komponenter i el- och elektronikindustrin för svetsning av fina trådar med en diameter på ca 0, 025 mm för metallfilmer på glas eller keramik.

Det finns många versioner av processen, av vilka tre är visade i figur 2.41 och kallas mejsel- eller kilbindning, kulbindning och parallellgapbindning. I mejseln eller kilbindningen deformeras en tråd, under tryck och svetsas till filmen med hjälp av kilformad indentor. I bollbandet upphettas en tråd med en mikrovätgasflamma för att bilda en boll vid trådspetsen som visas i figur (b), vilken därefter svetsas till den uppvärmda filmen på substrat genom det tryck som utövas genom den genomborrade indentorn.

I det parallella gapet bindas tråden eller remsan till filmen med hjälp av tvillingelektrod tillverkad av högmotståndsmaterial som volfram. Strömflödet genom tråden eller remsan värmer upp det lokalt och håller därmed värmen begränsad till den lilla zonen runt den.

För alla dessa varianter av processen skapas en lokal inert atmosfär kring att foget är bunden. Ultraljudsvibrationer ersätter värme i några av applikationerna för alla dessa processer.

Kommersiella tillämpningar av processen inkluderar svetsning av ädelmetaller, aluminium och koppar till substrat av glas eller keramik.

Solid State Welding Process # 5. Diffusion Bonding:

Vid diffusionsbindning eller diffusionssvetsning uppnås en svets genom applicering av tryck i storleksordningen 5 till 75 N / ^mm2 medan bitarna hålls vid hög temperatur, normalt ca 70% av smältpunkten i grader absolut dvs ca 1000 ° C för stål. Processen är baserad på fastfasdiffusion som uppenbarligen accelereras med temperaturökning.

Diffusion i metaller sker på grund av lediga gitterplatser eller längs korngränser och uttrycks av följande matematiska förhållande:

D = D ₀ e ^-ERT

var,

D = diffusionshastighet.

D ₀ = Konstant med samma dimension som D,

E = aktiveringsenergi,

R = gaskonstant,

T = Absolut temperatur vid vilken arbetsstyckena hålls.

Beroende på omfattningen av diffusion krävs processen kan fullbordas om 2 till 3 minuter eller kan ta många minuter eller till och med timmar. Kvaliteten på ytor som ska svetsas spelar en viktig roll. En god yta som är vänd, malet eller malet till en standard på 0-4 till 0-2 μm * CLA (centrelinmedelvärde) är vanligtvis lämplig. Ytan måste avfettas före svetsning med aceton eller petroleumeterpinne.

Närvaron av oxidskikt på ytorna som sammanfogas hindrar diffusion men försvinner över en tidsperiod. Således kan metaller som upplöser sina egna oxider, såsom järn och titan, enkelt bindas. Tvärtom är metaller som bildar hårda eldfasta oxidskikt, som aluminium, svåra att diffusionssvetsa.

Diffusionsbindning kan uppnås genom tre metoder, nämligen:

1. Gas tryckbindning,

2. Vakuumfusionsbindning, och

3. Eutektisk fusionsbindning.

Vid gastryckbindning hålls delarna i en inert atmosfär och upphettas till en temperatur av 800 ° C med ett system som liknar en autoklav. Under uppvärmning ger högtrycket jämnt tryck över alla ytor. Denna metod används endast för bindning av icke-järnmetaller eftersom det kräver höga temperaturer för stål.

I vakuumfusionsbindning hålls delarna i en intim kontakt i en vakuumkammare. Trycket på delarna appliceras med mekaniska medel eller en hydraulisk pump, och uppvärmning görs på samma sätt som vid gastryckssvetsning. Fig. 2.42 visar ett schematiskt diagram för vakuumfusionsbindning.

Ett vakuumpumpningssystem som snabbt kan minska trycket till ca 10 ^-3 torr (mm kvicksilver) behöver användas. Högtryck som skapas genom användning av mekaniska eller hydrauliska medel gör det möjligt att använda diffusionsbindningsstål med denna metod. Framgångsrik anslutning av stål kan uppnås vid en temperatur av ca 1150 ° C under ett påfört tryck av nästan 70 N / ^mm2 .

Vid eutektisk fusionsbindning placeras en tunn bit av ett visst material mellan ytorna som ska svetsas. Detta resulterar i bildandet av en eutektisk förening genom diffusion vid en förhöjd temperatur och biten kan helt försvinna och bilda eutektisk legering (er) vid gränssnittet. Materialet som används för att placeras mellan de två delarna är vanligtvis en olik metall i folieform med en tjocklek av 0-005 till 0-025 mm.

Diffusionsbindning kan användas för att ansluta till olika metaller, t.ex. stål kan svetsas till aluminium, volfram, titan, molybden, cermet (föreningar av keramik och metaller), koppar till titan, titan till platina etc. Det finner användningen inom radioteknik, elektronik, instrumenttillverkning, missiler, flygplan, kärnteknik och flygindustri.

Typiska tillämpningar av diffusionsbindning innefattar tippning av tunga skärverktyg med hårdmetallspetsar eller hårda legeringar, sammanfogning av vakuumrörskomponenter, tillverkning av högtemperaturvärmare från molybdendisilicid för motståndsugn som kan arbeta i en oxiderande atmosfär upp till 1650 ° C. I flygindustrin används den för att tillverka komplexa formade komponenter av titan från enkla strukturella former. Den används också för ytbeläggning av komponenter för att motstå slitage, värme eller korrosion.