Top 5 solid-state lasprocessen

Dit artikel werpt licht op de top vijf solid-state lasprocessen. Dit zijn: 1. Smeden lassen 2. Wrijvingslassen 3. Explosief lassen 4. Thermo-compressie hechting 5. Diffusie Bonding.

Solid-state lasproces # 1. smeden lassen:

Forge lassen of smith lassen is het oudst bekende lasproces en het gebruik ervan is gemeld vanaf 1400 voor Christus. Door dit proces worden de te lassen stukken verwarmd tot boven 1000 ° C en vervolgens bij elkaar geplaatst en door inslag klappen gegeven. In de meer recente vorm van groot lassen wordt de druk uitgeoefend door rollen, trekken en persen om de smeedactie te bereiken.

De oxiden worden uitgesloten door het ontwerp van de werkstukken en of door het gebruik van de juiste temperatuur en fluxen. Fluxen die gewoonlijk worden gebruikt voor het smeedlassen van koolstofarm staal zijn zand, vloeispaat en borax. Ze helpen bij het smelten van de oxiden, indien gevormd.

Een goede verwarming van de werkstukken is de belangrijkste lasvariabele die de kwaliteit van de verbinding regelt. Onvoldoende verwarming beïnvloedt mogelijk geen verbinding, terwijl oververhitting resulteert in een broos gewricht met lage sterkte. Ook hebben de oververhitte stukken de neiging om te worden geoxideerd, hetgeen zich laat zien door sponsachtig uiterlijk.

De meest gebruikte verbindingen zijn sjaal, butt, cleft en lap types, zoals getoond in Fig. 2.32.

Een uitstekend voorbeeld van een smeedgelast onderdeel van de oudheid is de IJzeren pilaar van Delhi, die 7-6 m lang is met een gemiddelde diameter van 350 mm en 5, 4 ton weegt. Tegenwoordig wordt het proces voornamelijk gebruikt voor het lassen van onderdelen van koolstofarm staal, meestal voor landbouwwerktuigen in landelijke gebieden in derdewereldlanden.

Solid-state lasproces # 2. Wrijvingslassen:

Bij wrijvingslassen wordt het ene stuk stationair gehouden en het andere wordt geroteerd in de klauwplaat van een wrijvingslasmachine. Omdat ze onder druk tegen elkaar worden gedrukt, worden ze verwarmd door wrijving. Wanneer de gewenste smeedtemperatuur wordt bereikt door de wrijvingsdwarsdoorsnede van de werkstukken, wordt de rotatie plotseling gestopt en wordt de axiale druk verhoogd om een ​​smeedwerking en daarmee lassen te veroorzaken. Deze methode is sinds 1945 in gebruik voor het lassen van thermoplasten, maar metalen werden er in 1956 voor het eerst mee gelast.

De machine die wordt gebruikt voor wrijvingslassen lijkt op een draaibank, maar is steviger dan dat. De essentiële kenmerken van de machine zijn dat deze een hoge axiale druk in de orde van 50.000 N / cm ² moet kunnen weerstaan ​​en een hoge spilsnelheid van maximaal 12.000 tpm kunnen bieden, hoewel het gebruikelijke bereik zelden meer dan 5000 tpm kan zijn.

Een minder populaire variant van het proces is INERTIA WELDING, waarbij het lassen wordt bereikt door de rotatie van een vliegwiel dat op het gewenste moment wordt losgemaakt en tot stilstand komt binnen de vastgestelde tijd, waardoor de remeenheid wordt geëlimineerd. Fig. 2.33 toont de principes van wrijvingslasprocessen met continue aandrijving en traagheidstype.

Wrijvingslassen is een proces met hoge snelheid dat geschikt is voor productielassen. Er zijn echter eerste proeven vereist om de procesparameters voor een bepaalde taak te standaardiseren. Wrijvingslassen van twee stukken duurt zelden meer dan 100 seconden hoewel het slechts ongeveer 20 seconden kan zijn voor kleine componenten.

Een van de delen die door wrijving moeten worden gelast, moet rond zijn, wat een ernstige beperking vormt voor het gebruik van dit proces. Het wordt echter steeds populairder en kan de meeste metalen en hun ongelijke combinaties zoals koper en staal, aluminium en staal, aluminium en titanium, enz. Lassen. Typische toepassingen van het proces zijn het lassen van boren aan schachten, dwz een motorklep koppen naar stelen, achternaaf van auto-achteras naar asbehuizing.

Solid-state lasproces # 3. Explosief lassen:

Bij een explosief of explosielasproces wordt de las verkregen door het ene onderdeel tegen het andere aan te slaan met een zeer hoge maar subsonische snelheid. Dit wordt bereikt door het gebruik van explosieven, meestal van de basis van ammoniumnitraat. Het proces is in microseconden voltooid.

De opstelling, die in principe wordt gebruikt voor explosief lassen, wordt getoond in Fig. 2.34. Het toont de twee platen die moeten worden gelast geplaatst op een helling ten opzichte van elkaar. De ingesloten hoek varieert tussen 1 ° en 10 °. De dikkere plaat die de doelplaat wordt genoemd, wordt op een aambeeld geplaatst en de dunnere plaat, de flyerplaat genoemd, heeft een bufferplaat van PVC of rubber tussen de plaat en de explosieve lading, ter bescherming tegen beschadiging van het oppervlak.

De lading wordt geëxplodeerd door een ontsteker geplaatst aan het ene uiteinde van de flyerplaat. Wanneer de lading explodeert, beweegt de vliegplaat met een snelheid van 150 tot 550 m / sec in de richting van de doelplaat en is de druk die wordt geproduceerd aan het grensvlak van de botsplaten met een dergelijke hoge snelheid in de orde van 70.000 tot 700.000 N / cm ² .

Onder een dergelijke hoge snelheid en druk stroomt het metaal voor het verbindingsfront uit en werkt als een vloeistofstraal, wat resulteert in een verbinding van het in elkaar grijpende type zoals getoond in figuur 2.35. Deze vergrendeling is een essentieel aspect van een explosielas en is de oorzaak van zijn sterkte. De lassterkte gelijk aan de sterkte van de zwakkere van de twee componenten (metalen) kan worden bereikt.

Explosief lassen is normaal een buitenproces en heeft een groot oppervlak nodig om de personen af ​​te weren die dicht bij de explosieplaats komen, met name wanneer een explosieve lading met hoge sterkte moet worden geëxplodeerd.

Explosief lassen kan worden gebruikt voor het lassen van ongelijke metaalcombinaties zoals koper en staal, aluminium en zacht staal, aluminium en Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), aluminium en roestvrij staal, enz. Het kan ook worden gebruikt voor het lassen van tantaal componenten van titanium en nikkel.

Typische toepassingen van explosief lassen omvatten het bekleden van dikke platen door dunne platen, zelfs folies. Buis-tot-tubevelverbindingen in warmtewisselaars, van klep naar buisverbinding, evenals het blokkeren van lekkende buizen in boilers kunnen met succes worden bereikt door dit proces.

Solid-state lasproces # 4. Thermo-compressie hechting :

Het is een druklasproces dat wordt toegepast bij een temperatuur boven 200 ° C. Het proces heeft voornamelijk betrekking op kleine componenten in de elektrische en elektronische industrie voor het lassen van fijne draden met een diameter van ongeveer 0, 025 mm tot metaalfilms op glas of keramiek.

Er zijn vele versies van het proces, waarvan er drie worden getoond in Fig. 2.41 en die worden aangeduid als beitel- of wigverbinding, kogelverbinding en parallelle spleetband. In de beitel- of wigverbinding wordt een draad vervormd, onder druk en gelast aan de film met behulp van een wigvormige indentor. In de kogelverbinding wordt een draad verhit door een micro-waterstofvlam om een ​​kogel te vormen aan de draadpunt zoals getoond in figuur (b), die vervolgens wordt gelast aan de verhitte film op het substraat door de druk die wordt uitgeoefend door de doorboorde indentor.

In de parallelle spleetbinding wordt de draad of strook tegen de film gedrukt met behulp van een dubbele elektrode gemaakt van hoogwaardig materiaal zoals wolfraam. De stroom van stroom door de draad of strook verhit hem lokaal, waardoor de warmte beperkt blijft tot de kleine zone eromheen.

Voor al deze varianten van het proces wordt een lokale inerte atmosfeer gecreëerd rond het gewricht dat wordt gebonden. Ultrasone trillingen vervangen verwarming in sommige toepassingen van al deze modi van het proces.

Commerciële toepassingen van het proces omvatten het lassen van edelmetalen, aluminium en koper aan substraten van glas of keramiek.

Solid-state lasproces # 5. Diffusie Bonding:

Bij diffusielassen of diffusielassen wordt een las verkregen door het uitoefenen van druk, in de orde van grootte van 5 tot 75 N / mm2, terwijl de stukken op een hoge temperatuur worden gehouden, normaal ongeveer 70% van het smeltpunt in graden absoluut ie ongeveer 1000 ° C voor staal. Het proces is gebaseerd op vaste-fase diffusie die duidelijk wordt versneld met temperatuurstijging.

Diffusie in metalen vindt plaats als gevolg van lege roosterplaatsen of langs korrelgrenzen, en wordt uitgedrukt door de volgende wiskundige relatie:

D = D ₀ e- ^CONTROL

waar,

D = snelheid van diffusie.

D ₀ = constante met dezelfde dimensie als D,

E = activeringsenergie,

R = gasconstante,

T = Absolute temperatuur waarbij de werkstukken worden vastgehouden.

Afhankelijk van de vereiste mate van diffusie kan het proces worden voltooid in 2 tot 3 minuten of kan het vele minuten of zelfs uren duren. De kwaliteit van te lassen oppervlakken speelt een belangrijke rol. Een oppervlak van goede kwaliteit dat wordt gedraaid, gefreesd of geslepen tot een standaard van 0-4 tot 0-2 μm * CLA (middellijngemiddelde) is meestal voldoende. Het oppervlak moet vóór het lassen worden ontvet met aceton of petroleumetherstaafje.

Aanwezigheid van oxidelagen op de oppervlakken die worden samengevoegd belemmeren diffusie maar worden in de loop van de tijd gedissipeerd. Aldus binden metalen die hun eigen oxiden zoals ijzer en titanium oplossen, gemakkelijk. In tegendeel, metalen die taaie vuurvaste oxidelagen vormen, zoals aluminium, zijn moeilijk te diffunderen.

Diffusiebinding kan worden bereikt door middel van drie methoden:

1. Gasdrukverlijming,

2. Vacuümfusieverbinding, en

3. Eutectische fusie bonding.

Bij gasdrukbinding worden de delen bij elkaar gehouden in een inerte atmosfeer en verwarmd tot een temperatuur van 800 ° C door een systeem dat lijkt op een autoclaaf. Tijdens het verwarmen zorgt de hoge druk voor uniforme druk over alle oppervlakken. Deze methode wordt alleen gebruikt voor het verlijmen van non-ferrometalen omdat dit hoge temperaturen voor staal vereist.

Bij vacuümfusieverbinding worden de onderdelen in een vacuümcontact in een innig contact gehouden. De druk op de onderdelen wordt met mechanische middelen of een hydraulische pomp uitgeoefend en het verwarmen gebeurt op dezelfde manier als bij gasdruklassen. Fig. 2.42 toont een schematisch diagram voor vacuümfusiebinding.

Een vacuümpompsysteem dat de druk snel tot ongeveer ^10-3 torr (mm kwik) kan verminderen, moet worden gebruikt. Hoge druk gecreëerd door het gebruik van mechanische of hydraulische middelen maakt het mogelijk om diffusie-gebonden staalsoorten volgens deze methode. Succesvolle verbinding van staal kan worden bereikt bij een temperatuur van ongeveer 1150 ° C onder een uitgeoefende druk van bijna 70 N / mm2.

Bij eutectische fusieverbinding wordt een dun stuk van een bepaald materiaal tussen de te lassen oppervlakken geplaatst. Dit resulteert in de vorming van een eutectische verbinding door diffusie bij een verhoogde temperatuur en het stuk kan volledig verdwijnen en een eutectische legering (en) vormen aan het grensvlak. Het materiaal dat wordt gebruikt om tussen de twee delen te worden geplaatst, is meestal een ongelijk metaal in folievorm met een dikte van 0-005 tot 0-025 mm.

Diffusiebinding kan worden gebruikt om ongelijksoortige metalen te verbinden, bijv. Staal kan worden gelast op aluminium, wolfraam, titanium, molybdeen, cermet (verbindingen van keramiek en metalen), koper op titanium, titanium op platina, enz. Het vindt toepassing in radio-engineering, elektronica, instrumentenbouw, raketten, vliegtuigen, nucleaire en ruimtevaartindustrieën.

Typische toepassingen van diffusieverbinding zijn het kantelen van zware snijwerktuigen met carbidepunten of harde legeringen, het samenvoegen van vacuümbuiscomponenten, fabricage van hoge temperatuurverhitters uit molybdeendisilicide voor een weerstandsoven die kan werken in een oxiderende atmosfeer tot 1650 ° C. In de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt het gebruikt voor het vervaardigen van complexe gevormde componenten van titanium uit eenvoudige bouwvormen. Het wordt ook gebruikt voor het aan de oppervlakte brengen van componenten om slijtage, hitte of corrosie te weerstaan.