Top 5 quy trình hàn trạng thái rắn
Bài viết này đưa ra ánh sáng trên năm quy trình hàn trạng thái rắn hàng đầu. Đó là: 1. Hàn hàn 2. Hàn ma sát 3. Hàn nổ 4. Liên kết nén nhiệt 5. Liên kết khuếch tán.
Quy trình hàn trạng thái rắn # 1. Hàn hàn:
Hàn rèn hoặc hàn smith là quá trình hàn lâu đời nhất được biết đến và việc sử dụng nó đã được báo cáo từ 1400 trước Công nguyên. Quá trình này các mảnh được hàn được nung nóng đến trên 1000 ° C và sau đó được đặt lại với nhau và thổi ra tác động bằng cách đập. Trong các hình thức hàn lớn gần đây, áp lực được áp dụng bằng cách lăn, vẽ và ép để đạt được hành động rèn.
Các oxit được loại trừ nhờ thiết kế của phôi và hoặc bằng cách sử dụng nhiệt độ thích hợp cũng như thông lượng. Thông lượng thường được sử dụng để rèn thép cacbon thấp là cát, fluorit và borax. Chúng giúp làm tan chảy các oxit, nếu được hình thành.
Gia nhiệt đúng cách của phôi là biến hàn chính kiểm soát chất lượng khớp. Việc sưởi ấm không đủ có thể không ảnh hưởng đến khớp trong khi quá nóng dẫn đến khớp giòn có độ bền thấp. Ngoài ra, các mảnh quá nóng có xu hướng bị oxy hóa mà thể hiện chính nó bằng vẻ ngoài xốp.
Các khớp được sử dụng phổ biến nhất là các loại khăn, mông, khe hở và vạt áo, như trong hình 2.32.
Một ví dụ sống tuyệt vời về thành phần hàn rèn của thời xa xưa là Cột sắt Delhi có chiều dài 7-6 m với đường kính trung bình 350 mm và nặng 5, 4 tấn. Ngày nay, quá trình này chủ yếu được sử dụng để hàn các bộ phận thép carbon thấp thường cho nông nghiệp ở các vùng nông thôn của các nước thế giới thứ ba.
Quy trình hàn trạng thái rắn # 2. Hàn ma sát:
Trong hàn ma sát, một mảnh được giữ cố định và mảnh kia được quay trong mâm cặp của máy hàn ma sát. Khi chúng được đưa đến cọ xát với nhau dưới áp lực, chúng bị nóng lên do ma sát. Khi đạt được nhiệt độ rèn mong muốn trong suốt mặt cắt cọ xát của phôi, vòng quay bị dừng đột ngột và áp suất dọc trục tăng lên gây ra hành động rèn và do đó hàn. Phương pháp này đã được sử dụng để hàn nhựa nhiệt dẻo từ năm 1945 nhưng kim loại lần đầu tiên được hàn thành công vào năm 1956.
Máy được sử dụng để hàn ma sát giống như một máy tiện nhưng chắc chắn hơn thế. Các tính năng thiết yếu của máy là nó có thể chịu được áp lực dọc trục ở mức 50.000 N / cm 2 và có thể cung cấp tốc độ trục chính cao lên tới 12.000 vòng / phút mặc dù phạm vi thông thường hiếm khi vượt quá 5000 vòng / phút.
Một biến thể ít phổ biến hơn của quy trình được gọi là INERTIA WELDING, trong đó hàn đạt được bằng cách quay bánh đà được tháo ra tại thời điểm mong muốn và dừng lại trong thời gian quy định, do đó loại bỏ bộ phận hãm. Hình 2.33 cho thấy các nguyên tắc của quá trình hàn ma sát ổ đĩa liên tục và quán tính.
Hàn ma sát là một quá trình tốc độ cao phù hợp với hàn sản xuất. Tuy nhiên, các thử nghiệm ban đầu được yêu cầu để chuẩn hóa các tham số quy trình cho một công việc nhất định. Hàn ma sát hai mảnh hiếm khi mất hơn 100 giây mặc dù có thể chỉ khoảng 20 giây cho các thành phần nhỏ.
Một trong những bộ phận được hàn ma sát cần phải tròn để hạn chế nghiêm trọng việc sử dụng quy trình này. Tuy nhiên, nó đang ngày càng phổ biến và có thể hàn hầu hết các kim loại và các tổ hợp không giống nhau của chúng như đồng và thép, nhôm và thép, nhôm và titan, v.v. Các ứng dụng điển hình của quy trình bao gồm hàn các mũi khoan vào vỏ, tức là van động cơ đầu đến thân cây, trung tâm trục sau ô tô đến vỏ trục.
Quy trình hàn trạng thái rắn # 3. Hàn nổ:
Trong quá trình hàn nổ hoặc hàn, mối hàn đạt được bằng cách tạo ra một phần tấn công vào phần kia với vận tốc rất cao nhưng cận âm. Điều này đạt được bằng cách sử dụng chất nổ thường là bazơ amoni nitrat. Quá trình này được hoàn thành trong vài giây.
Thiết lập, về nguyên tắc, được sử dụng để hàn nổ được thể hiện trong hình 2.34. Nó cho thấy hai tấm được hàn đặt ở một độ nghiêng với nhau. Các góc bao gồm khác nhau giữa 1 ° và 10 °. Tấm dày hơn được gọi là tấm mục tiêu được đặt trên một cái đe và tấm mỏng hơn được gọi là tấm flyer có một tấm đệm bằng nhựa PVC hoặc cao su, giữa nó và điện tích nổ, để bảo vệ chống lại thiệt hại bề mặt.
Điện tích được phát nổ bởi một kíp nổ được đặt ở một đầu của tờ rơi. Khi điện tích phát nổ, tấm flyer di chuyển về phía tấm mục tiêu với vận tốc 150 đến 550 m / giây và áp suất tạo ra ở giao diện của các tấm va chạm với vận tốc cao như vậy là khoảng 70.000 đến 700.000 N / cm 2 .
Dưới một vận tốc và áp suất cao như vậy, kim loại chảy ra phía trước mặt trước tham gia hoạt động giống như một tia chất lỏng dẫn đến một liên kết của loại khóa liên động như trong hình 2.35. Sự đan xen này là một khía cạnh thiết yếu của mối hàn nổ và là nguyên nhân của sức mạnh của nó. Độ bền mối hàn bằng với cường độ yếu hơn của hai thành phần (kim loại) có thể đạt được.
Hàn nổ thường là một quá trình ngoài trời và cần một khu vực rộng lớn để tránh những người đến gần nơi nổ đặc biệt là khi một vụ nổ có cường độ cao có thể phải phát nổ.
Hàn nổ có thể được sử dụng để hàn các kết hợp kim loại khác nhau như đồng và thép, nhôm và thép nhẹ, nhôm và Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), nhôm và thép không gỉ, vv Nó cũng có thể được sử dụng để hàn tantalum, các thành phần titan và niken.
Các ứng dụng điển hình của hàn nổ bao gồm ốp các tấm dày bằng các tấm mỏng, thậm chí cả lá. Mối nối ống với ống trong các bộ trao đổi nhiệt, van với khớp ống, cũng như chặn các ống bị rò rỉ trong nồi hơi có thể đạt được thành công trong quá trình này.
Quy trình hàn trạng thái rắn # 4. Liên kết nén nhiệt :
Đây là một quá trình hàn áp lực được sử dụng ở nhiệt độ trên 200 ° C. Quá trình này liên quan đến các thành phần chủ yếu là nhỏ trong các ngành công nghiệp điện và điện tử để hàn các dây dẫn có đường kính khoảng 0, 025 mm vào màng kim loại trên thủy tinh hoặc gốm.
Có nhiều phiên bản của quy trình, ba trong số đó được hiển thị trong Hình 2.41 và được gọi là liên kết đục hoặc nêm, liên kết bóng và liên kết khe hở song song. Trong liên kết đục hoặc nêm, một dây bị biến dạng, dưới áp lực và được hàn vào màng với sự trợ giúp của vết lõm hình nêm. Trong liên kết bóng, một dây được đốt nóng bằng ngọn lửa micro-hydro để tạo thành một quả bóng ở đầu dây như trong hình (b), sau đó được hàn vào màng được nung nóng trên đế bằng áp lực tác động qua vết lõm xuyên qua.
Trong liên kết khe hở song song, dây hoặc dải được ép vào màng với sự trợ giúp của điện cực đôi làm bằng vật liệu có điện trở cao như vonfram. Dòng điện chạy qua dây hoặc dải làm nóng nó cục bộ do đó giữ cho nhiệt bị giới hạn trong vùng nhỏ xung quanh nó.
Đối với tất cả các biến thể của quá trình khí quyển trơ cục bộ được tạo ra xung quanh khớp được liên kết. Rung siêu âm thay thế sưởi ấm trong một số ứng dụng của tất cả các chế độ của quá trình này.
Các ứng dụng thương mại của quá trình này bao gồm hàn các kim loại quý, nhôm và đồng với các chất nền bằng thủy tinh hoặc gốm.
Quy trình hàn trạng thái rắn # 5. Liên kết khuếch tán:
Trong hàn liên kết khuếch tán hoặc hàn khuếch tán, một mối hàn đạt được bằng cách áp dụng, theo thứ tự từ 5 đến 75 N / mm 2, trong khi các mảnh được giữ ở nhiệt độ cao, thông thường khoảng 70% điểm nóng chảy ở độ tuyệt đối khoảng 1000 ° C đối với thép. Quá trình này dựa trên sự khuếch tán pha rắn, rõ ràng, được tăng tốc với sự gia tăng nhiệt độ.
Sự khuếch tán trong kim loại diễn ra do các vị trí mạng tinh thể trống hoặc dọc theo ranh giới hạt và được biểu thị bằng mối quan hệ toán học sau:
D = D 0 e -ERT
Ở đâu,
D = tốc độ khuếch tán.
D 0 = Hằng số có cùng kích thước với D,
E = năng lượng kích hoạt,
R = hằng số khí,
T = Nhiệt độ tuyệt đối mà tại đó phôi được giữ.
Tùy thuộc vào mức độ khuếch tán cần thiết, quá trình có thể được hoàn thành trong 2 đến 3 phút hoặc có thể mất nhiều phút hoặc thậm chí nhiều giờ. Chất lượng của các bề mặt được hàn đóng một vai trò quan trọng. Một bề mặt chất lượng tốt được chuyển, nghiền hoặc nghiền thành tiêu chuẩn 0-4 đến 0-222m * CLA (trung bình trung tâm) thường là đủ. Bề mặt phải được tẩy dầu mỡ trước khi hàn bằng cách sử dụng tăm bông acetone hoặc dầu hỏa.
Sự hiện diện của các lớp oxit trên các bề mặt được tham gia cản trở khuếch tán nhưng bị tiêu tan trong một khoảng thời gian. Do đó, các kim loại tự hòa tan các oxit của chúng như sắt và titan, liên kết dễ dàng. Trái lại, các kim loại hình thành các lớp oxit chịu lửa cứng, như nhôm, rất khó để hàn khuếch tán.
Liên kết khuếch tán có thể đạt được bằng ba phương pháp viz.:
1. Liên kết áp suất khí,
2. Liên kết hợp hạch chân không, và
3. Liên kết hợp hạch eutectic.
Trong liên kết áp suất khí, các bộ phận được giữ với nhau trong môi trường trơ và được làm nóng đến nhiệt độ 800 ° C bởi một hệ thống giống như nồi hấp. Trong quá trình gia nhiệt, áp suất cao cung cấp áp suất đồng đều trên tất cả các bề mặt. Phương pháp này được sử dụng để liên kết các kim loại màu chỉ vì nó cần nhiệt độ cao cho thép.
Trong phản ứng tổng hợp chân không, các bộ phận được giữ trong một tiếp xúc thân mật trong buồng chân không. Áp suất trên các bộ phận được áp dụng bằng phương tiện cơ học hoặc bơm thủy lực, và gia nhiệt được thực hiện theo cách tương tự như trong hàn áp suất khí. Hình 2.42 cho thấy một sơ đồ cho liên kết hợp hạch chân không.
Một hệ thống bơm chân không có thể nhanh chóng giảm áp suất xuống còn khoảng 10 -3 torr (mm thủy ngân) cần được sử dụng. Áp suất cao được tạo ra bằng cách sử dụng các phương tiện cơ học hoặc thủy lực làm cho nó có thể khuếch tán thép liên kết bằng phương pháp này. Việc nối thép thành công có thể đạt được ở nhiệt độ khoảng 1150 ° C dưới áp suất gần 70 N / mm 2 .
Trong phản ứng tổng hợp eutectic liên kết một mảnh mỏng của một vật liệu cụ thể được đặt giữa các bề mặt được hàn. Điều này dẫn đến sự hình thành một hợp chất eutectic bằng cách khuếch tán ở nhiệt độ cao và mảnh có thể biến mất hoàn toàn và tạo thành (các) hợp kim eutectic tại giao diện. Vật liệu được sử dụng để đặt ở giữa hai phần thường là kim loại không giống nhau ở dạng lá có độ dày từ 0-005 đến 0-025 mm.
Liên kết khuếch tán có thể được sử dụng để tham gia các kim loại khác nhau, ví dụ, thép có thể được hàn với nhôm, vonfram, titan, molypden, gốm kim loại (hợp chất của gốm sứ và kim loại), đồng với titan, titan với bạch kim, v.v. công nghiệp điện tử, chế tạo dụng cụ, tên lửa, máy bay, hạt nhân và hàng không vũ trụ.
Các ứng dụng điển hình của liên kết khuếch tán bao gồm cắt các dụng cụ cắt nặng bằng đầu cacbua hoặc hợp kim cứng, nối các thành phần ống chân không, chế tạo máy gia nhiệt ở nhiệt độ cao từ chất khử trùng molypden cho lò điện trở có thể hoạt động trong môi trường oxy hóa lên đến 1650 ° C. Trong ngành hàng không vũ trụ, nó được sử dụng để chế tạo các thành phần có hình dạng phức tạp của titan từ các hình dạng cấu trúc đơn giản. Nó cũng được sử dụng cho các thành phần bề mặt để chống mài mòn, nhiệt hoặc ăn mòn.
