Topp 5 Solid State sveiseprosesser

Denne artikkelen kaster lys over de fem beste solid-state sveiseprosessene. Disse er: 1. Smeltsveising 2. Friksjonsveising 3. Eksplosiv sveising 4. Termisk kompresjonsbinding 5. Diffusjonsbinding.

Solid State sveiseprosess # 1. Smelte sveising:

Smeltsveising eller smetsveising er den eldste kjente sveiseprosessen, og bruken har blitt rapportert fra 1400 f.Kr. Ved denne prosessen oppvarmes de stykkene som skal sveises opp til over 1000 ° C og plasseres deretter sammen og gir slagslag ved å hamre. I den nyere form av stor sveising blir trykket påført ved å rulle, tegne og klemme for å oppnå smiing.

Oksidene er utelukket på grunn av design av arbeidsstykkene og eller ved bruk av passende temperatur samt fluss. Flukser som ofte brukes til smeltesveising av lavkarbonstål, er sand, fluorspar og borax. De hjelper med å smelte oksyder, hvis de dannes.

Riktig oppvarming av arbeidsstykkene er den store sveisevariabelen som styrer felleskvaliteten. Utilstrekkelig oppvarming kan ikke påvirke en ledd mens overoppheting resulterer i en sprø ledd med lav styrke. De overopphetede stykkene har også en tendens til å bli oksidert som viser seg ved svampete utseende.

De vanligste leddene er skjerf, rumpa, spalt og lap, som vist i figur 2.32.

Et utmerket levende eksempel på smelteveiset komponent i gamle dager er jernstøtten i Delhi som måler 7-6 m i lengde med en gjennomsnittlig diameter på 350 mm og veier 5, 4 tonn. I disse dager brukes prosessen hovedsakelig for sveising av karbonståldeler, vanligvis for landbruksredskaper i landdistrikter i tredje verden.

Solid State Welding Process # 2. Friksjons sveising:

Ved friksjonssveising holdes et stykke stasjonært og den andre roteres i chucken til en friksjons sveisemaskin. Da de blir bragt til å gni mot hverandre under press, blir de oppvarmet på grunn av friksjon. Når den ønskede smiingstemperaturen oppnås gjennom hele tverrsnittet av arbeidsstykkene, stoppes rotasjonen plutselig og det aksiale trykket økes for å forårsake smiing og dermed sveising. Denne metoden har vært i bruk for sveising av termoplast siden 1945, men metaller ble først sveiset med hell i 1956.

Maskinen som brukes til friksjonssveising, ligner en dreiebenk, men er sterkere enn den. De viktigste egenskapene til maskinen er at den skal kunne tåle høyt aksialt trykk i størrelsesorden 50.000 N / cm2 og kunne gi en høy spindelhastighet på opptil 12.000 o / min, selv om det vanlige området sjelden kan overstige 5000 o / min.

En mindre populær variant av prosessen kalles INERTIA WELDING hvor sveising oppnås ved rotasjon av et svinghjul som er løsrevet i det ønskede øyeblikk og stopper innen den fastsatte tiden, og dermed eliminerer bremseenheten. Fig. 2.33 viser prinsippene for kontinuerlig driv- og treghetstype friksjonsveisprosesser.

Friksjons sveising er en høyhastighets prosess egnet for produksjons sveising. Imidlertid er det nødvendig med innledende forsøk å standardisere prosessparametrene for en gitt jobb. Friksjons sveising av to stykker tar sjelden mer enn 100 sekunder, selv om det kan være omtrent 20 sekunder for små komponenter.

En av delene som skal sveises friksjon, må være rund, noe som setter en alvorlig begrensning på bruken av denne prosessen. Imidlertid øker den i popularitet og kan sveise det meste av metaller og deres forskjellige kombinasjoner som kobber og stål, aluminium og stål, aluminium og titan etc. Typiske anvendelser av prosessen inkluderer sveising av borer til skinner, dvs. motorventil hodestenger, bil bakaksel-hylse til akselhylse.

Solid State Welding Process # 3. Eksplosiv Sveising:

I eksplosjons- eller eksplosjonsveiseprosess oppnås sveisen ved å gjøre en del til å slå mot den andre med en meget høy, men subsonisk hastighet. Dette oppnås ved bruk av eksplosiver vanligvis av ammoniumnitratbase. Prosessen er fullført i mikrosekunder.

Oppsettet, som i prinsippet brukes til eksplosiv sveising, er vist i figur 2.34. Det viser de to platene som skal sveises plassert i en helling til hverandre. Den medfølgende vinkelen varierer mellom 1 ° og 10 °. Den tykkere platen som heter målplaten, er plassert på en ambolt, og den tynnere platen som heter flyerplaten, har en bufferplate av PVC eller gummi, mellom den og eksplosjonsladningen, for beskyttelse mot overflatebeskyttelse.

Ladningen eksploderes av en detonator plassert i den ene enden av flyerplaten. Når ladningen eksploderer, beveger flygerplaten seg mot målplaten med en hastighet på 150 til 550 m / sek, og trykket som produseres ved grensesnittet til slagplaten med en så høy hastighet er i størrelsesorden 70 000 til 700 000 N / cm ² .

Under en slik høy hastighet og trykk strømmer metallet foran sammenføyningsfronten som en væskestråle som resulterer i en binding av sammenkoblingstypen som vist i figur 2.35. Denne sammenkoblingen er et viktig aspekt ved en eksplosjonsveis og er årsaken til dens styrke. Sveisestyrken som er lik styrken til de svakere av de to komponentene (metaller) kan oppnås.

Eksplosiv sveising er normalt en utendørs prosess og trenger et stort område for å avværge personer som kommer nær eksplosjonsstedet, spesielt når en eksplosiv ladning med høy styrke må eksploderes.

Eksplosiv sveising kan brukes til sveising av forskjellige metallkombinasjoner som kobber og stål, aluminium og mildt stål, aluminium og Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), aluminium og rustfritt stål etc. Det kan også brukes til sveising av tantal, titan og nikkelkomponenter.

Typiske bruksområder av eksplosiv sveising inkluderer kledning av tykke plater av tynne ark, jevne folier. Rør til rørledningsskjøter i varmevekslere, ventil til rørledd, samt blokkering av lekkende rør i kjeler kan vellykkes oppnås ved denne prosessen.

Solid State sveiseprosess # 4. Termisk kompresjonsbinding :

Det er en trykksveiseprosess som brukes ved en temperatur over 200 ° C. Prosessen omhandler hovedsakelig små komponenter i den elektriske og elektroniske industrien for sveising av fine ledninger med en diameter på ca. 0, 025 mm til metallfilmer på glass eller keramikk.

Det er mange versjoner av prosessen, hvorav tre er vist i figur 2.41 og refereres til som meisel- eller kileobligasjon, kulebinding og parallell gapbinding. I meiselen eller kileforbindelsen deformeres en ledning, under trykk og sveises til filmen ved hjelp av kileformet indentor. I kulebåndet oppvarmes en ledning av en mikro-hydrogenflamme for å danne en ball ved trådspissen som vist i figur (b), som deretter sveises til den oppvarmede film på substrat ved trykket utøves gjennom den gjennomborede inntrenger.

I parallell gapbinding presses ledningen eller strippen til filmen ved hjelp av tvillingelektrode laget av høymotstandsmateriale som wolfram. Strømmen av strøm gjennom ledningen eller båndet varmes opp lokalt og holder varmen så begrenset til den lille sonen rundt den.

For alle disse varianter av prosessen er lokal inert atmosfære skapt rundt leddet blir bundet. Ultralyd vibrasjoner erstatter oppvarming i noen av applikasjonene til alle disse modi av prosessen.

Kommersielle anvendelser av prosessen inkluderer sveising av edle metaller, aluminium og kobber til underlag av glass eller keramikk.

Solid State Welding Process # 5. Diffusjon Bonding:

Ved diffusjonsbinding eller diffusjons sveising oppnås en sveise ved påføring av trykk, i størrelsesorden 5 til 75 N / mm2, mens brikkene holdes ved høy temperatur, normalt ca. 70% av smeltepunktet i grader absolutt dvs. ca. 1000 ° C for stål. Prosessen er basert på fastfasediffusjon som tydeligvis akselereres med temperaturstigning.

Diffusjon i metaller finner sted på grunn av ledige gittersteder eller langs korngrenser, og uttrykkes av følgende matematiske forhold:

D = D ₀ e ^-ERT

hvor,

D = diffusjonshastighet.

D ₀ = Konstant med samme dimensjon som D,

E = aktiveringsenergi,

R = gass konstant,

T = Absolutt temperatur hvor arbeidsstykkene holdes.

Avhengig av omfanget av diffusjon som kreves, kan prosessen være fullført på 2 til 3 minutter eller kan ta mange minutter eller til og med timer. Kvaliteten på overflater som skal sveises spiller en viktig rolle. En god overflate vendt, malt eller malt til en standard på 0-4 til 0-2 μm * CLA (midtlinjen gjennomsnitt) er vanligvis tilstrekkelig. Overflaten må avfettes før sveising ved bruk av aceton eller petroleumeterpinne.

Tilstedeværelse av oksidlag på overflatene som er sammenføyet hindrer diffusjon, men blir forsvunnet over en tidsperiode. Metaller som oppløser sine egne oksider som jern og titan, blir dermed lett bundet. Tværtimod metaller som danner tøffe ildfaste oksidlag, som aluminium, er vanskelige å diffusjonsveis.

Diffusjonsbinding kan oppnås ved tre metoder, nemlig:

1. Gass-trykkbinding,

2. Vakuumfusjonsbinding, og

3. Eutektisk fusjonsbinding.

Ved gasstrykksbinding holdes delene sammen i en inert atmosfære og oppvarmes til en temperatur på 800 ° C ved hjelp av et system som ligner en autoklav. Under oppvarming gir høytrykket jevnt trykk over alle overflatene. Denne metoden brukes bare til å binde ikke-jernholdige metaller fordi det krever høye temperaturer for stål.

I vakuumfusjonsbinding holdes delene i en intim kontakt i et vakuumkammer. Trykket på delene påføres mekanisk eller en hydraulisk pumpe, og oppvarming gjøres på samme måte som ved gasstrykksveising. Fig. 2.42 viser et skjematisk diagram for vakuumfusjonsbinding.

Et vakuumpumpesystem som raskt kan redusere trykk til ca. 10 ^-3 torr (mm kvikksølv) må brukes. Høyt trykk opprettet ved bruk av mekaniske eller hydrauliske midler gjør det mulig å diffusjonsbindingstål ved denne metoden. Vellykket sammenføyning av stål kan oppnås ved en temperatur på ca. 1150 ° C under et påtrykt trykk på nesten 70 N / mm2.

Ved eutektisk fusjonsbinding er et tynt stykke av et bestemt materiale plassert mellom overflatene som skal sveises. Dette resulterer i dannelsen av en eutektisk forbindelse ved diffusjon ved forhøyet temperatur og stykket kan helt forsvinne og danne eutektisk legering (er) ved grensesnittet. Materialet som brukes til å bli plassert mellom de to delene, er vanligvis et ulikt metall i folieform med en tykkelse på 0-005 til 0-025 mm.

Diffusjonsbinding kan brukes til å bli med i ulike metaller, for eksempel stål kan sveises til aluminium, wolfram, titan, molybden, cermet (forbindelser av keramikk og metaller), kobber til titan, titan til platina etc. Det finner bruk i radioteknikk, elektronikk, instrumentering, missil, fly, kjernekraft og romfart.

Typiske anvendelser av diffusjonsbinding inkluderer tipping av tunge skjæreverktøy med karbidtråd eller harde legeringer, sammenføyning av vakuumrørskomponenter, fremstilling av høytemperaturvarmere fra molybdendisilicid for motstandsovnen som kan operere i en oksiderende atmosfære opp til 1650 ° C. I luftfartsindustrien brukes det til fremstilling av komplekse formede komponenter av titan fra enkle strukturformer. Den brukes også til å belegge komponenter for å motstå slitasje, varme eller korrosjon.