Top 5 processi di saldatura a stato solido
Questo articolo getta luce sui primi cinque processi di saldatura a stato solido. Questi sono: 1. Forgiatura della saldatura 2. Saldatura dell'attrito 3. Saldatura esplosiva 4. Incollaggio termo-compressione 5. Incollaggio a diffusione.
Processo di saldatura a stato solido n. 1. Saldatura a stampo:
La saldatura con la fucina o la saldatura a smith è il processo di saldatura più antico conosciuto e il suo uso è stato segnalato a partire dal 1400 aC. Con questo processo i pezzi da saldare vengono riscaldati a oltre 1000 ° C e quindi messi insieme e sottoposti a colpi d'impatto mediante martellamento. Nella forma più recente di saldatura di grandi dimensioni, la pressione viene applicata rotolando, stirando e schiacciando per ottenere l'azione di forgiatura.
Gli ossidi sono esclusi in virtù della progettazione dei pezzi in lavorazione e / o dell'uso di temperature appropriate e di flussi. I flussi usati comunemente per la saldatura a freddo di acciai a basso tenore di carbonio sono sabbia, fluorite e borace. Aiutano a sciogliere gli ossidi, se formati.
Il corretto riscaldamento dei pezzi è la principale variabile di saldatura che controlla la qualità del giunto. Il riscaldamento insufficiente potrebbe non influire su un giunto mentre il surriscaldamento si traduce in un'articolazione fragile di bassa resistenza. Inoltre, i pezzi surriscaldati tendono ad essere ossidati che si mostrano per aspetto spugnoso.
Le giunture più comunemente utilizzate sono tipi di sciarpe, testa a testa, spacco e grembiule, come mostrato in Fig. 2.32.
Un eccellente esempio vivente di componenti saldati a forgia dei tempi antichi è il pilastro di ferro di Delhi che misura 7-6 m di lunghezza con un diametro medio di 350 mm e pesa 5, 4 tonnellate. In questi giorni il processo viene utilizzato principalmente per la saldatura di parti in acciaio a basso tenore di carbonio in genere per gli attrezzi agricoli nelle zone rurali dei paesi del terzo mondo.
Processo di saldatura a stato solido n. 2. Saldatura a frizione:
Nella saldatura ad attrito, un pezzo viene tenuto fermo e l'altro viene ruotato nel mandrino di una saldatrice ad attrito. Mentre vengono sfregati l'uno contro l'altro sotto pressione, si riscaldano a causa dell'attrito. Quando viene raggiunta la temperatura di forgiatura desiderata per tutta la sezione di sfregamento dei pezzi, la rotazione viene arrestata improvvisamente e la pressione assiale viene aumentata per provocare un'azione di fucinatura e quindi saldatura. Questo metodo è stato in uso per la saldatura di materiali termoplastici dal 1945, ma i metalli furono prima saldati con successo da esso nel 1956.
La macchina utilizzata per la saldatura a frizione assomiglia ad un tornio ma è più robusta di così. Le caratteristiche essenziali della macchina sono che dovrebbe essere in grado di sopportare un'elevata pressione assiale dell'ordine di 50.000 N / cm 2 e di essere in grado di fornire un'alta velocità del mandrino fino a 12.000 giri / min sebbene il normale intervallo possa raramente superare i 5000 giri / min.
Una variante meno popolare del processo è denominata SALDATURA INERTICA in cui la saldatura è ottenuta dalla rotazione di un volano che viene staccato nel momento desiderato e si arresta entro il tempo stabilito, eliminando così l'unità di frenatura. La Fig. 2.33 mostra i principi dei processi di saldatura ad attrito di tipo continuo e inerziale.
La saldatura ad attrito è un processo ad alta velocità adatto alla saldatura di produzione. Tuttavia, sono necessarie prove iniziali per standardizzare i parametri di processo per un dato lavoro. La saldatura ad attrito di due pezzi richiede raramente più di 100 secondi, anche se per i componenti piccoli possono essere solo circa 20 secondi.
Una delle parti da saldare per attrito deve essere rotonda, il che pone un serio limite all'uso di questo processo. Tuttavia, sta crescendo in popolarità e può saldare la maggior parte dei metalli e le loro combinazioni diverse come rame e acciaio, alluminio e acciaio, alluminio e titanio, ecc. Le applicazioni tipiche del processo includono la saldatura di punte da trapano a gambo, vale a dire la valvola del motore teste a steli, mozzo dell'asse posteriore dell'automobile alla scatola dell'asse.
Processo di saldatura a stato solido n. 3. Saldatura esplosiva:
Nel processo di saldatura a esplosione o esplosione la saldatura si ottiene facendo battere una parte contro l'altra ad una velocità molto alta ma subsonica. Questo risultato è ottenuto dall'uso di esplosivi solitamente a base di nitrato di ammonio. Il processo è completato in micro secondi.
La configurazione, in linea di principio, utilizzata per la saldatura esplosiva è mostrata in Fig. 2.34. Mostra le due lastre da saldare posizionate a un'inclinazione l'una rispetto all'altra. L'angolo incluso varia tra 1 ° e 10 °. La piastra più spessa chiamata piastra target è posizionata su un'incudine e la piastra più sottile chiamata piastra volatile ha una piastra buffer di PVC o gomma, tra questa e la carica esplosiva, per la protezione contro danni superficiali.
La carica è esplosa da un detonatore posto a un'estremità della piastra del volantino. Quando la carica esplode, la piastra del flyer si sposta verso la piastra target ad una velocità di 150- 550 m / sec e la pressione prodotta all'interfaccia delle piastre d'impatto con una velocità così elevata è dell'ordine di 70.000 a 700.000 N / cm 2 .
Con una velocità e una pressione così elevate, il metallo scorre davanti al fronte di giuntura agendo come un getto di fluido che risulta in un legame del tipo ad incastro come mostrato in Fig. 2.35. Questo incastro è un aspetto essenziale di una saldatura ad esplosione ed è la causa della sua forza. La forza di saldatura uguale alla forza del più debole dei due componenti (metalli) può essere raggiunta.
La saldatura esplosiva è normalmente un processo all'aperto e necessita di un'ampia area per allontanare le persone che si avvicinano al luogo dell'esplosione, in particolare quando potrebbe essere necessario far esplodere una carica esplosiva ad alta resistenza.
La saldatura esplosiva può essere utilizzata per la saldatura di combinazioni di metalli diversi come rame e acciaio, alluminio e acciaio dolce, alluminio e Inconel (76% Ni + 15% Cr + Fe), alluminio e acciaio inossidabile, ecc. Può essere utilizzato anche per saldatura di tantalio, titanio e componenti di nichel.
Le applicazioni tipiche della saldatura esplosiva includono il rivestimento di piastre spesse con fogli sottili, persino fogli. Con questo processo è possibile ottenere con successo giunzioni tubo-tubetto in scambiatori di calore, giunzioni valvola-tubo e il bloccaggio di tubi che perdono nelle caldaie.
Processo di saldatura a stato solido n. 4. Incollaggio termo-compressione :
È un processo di saldatura a pressione che viene impiegato a una temperatura superiore a 200 ° C. Il processo si occupa principalmente di piccoli componenti nelle industrie elettriche ed elettroniche per la saldatura di fili sottili di circa 0, 025 mm di diametro a film metallici su vetro o ceramica.
Esistono molte versioni del processo, tre delle quali sono mostrate in Fig. 2.41 e sono indicate come legame a scalpello oa cuneo, a sfera e parallelo. Nello scalpello o nel legame a cuneo un filo viene deformato, sotto pressione e saldato al film con l'aiuto di un induttore a forma di cuneo. Nel legame a sfera un filo viene riscaldato da una fiamma a micro-idrogeno per formare una palla sulla punta del filo come mostrato nella figura (b), che viene successivamente saldata al film riscaldato sul substrato mediante la pressione esercitata attraverso il penetratore forato.
Nel gap gap parallelo il filo o la striscia viene premuto sul film con l'aiuto di un doppio elettrodo in materiale ad alta resistenza come il tungsteno. Il flusso di corrente attraverso il filo o la striscia lo riscalda localmente, mantenendo così il calore limitato alla piccola zona circostante.
Per tutte queste varianti del processo, l'atmosfera inerte locale viene creata attorno all'unione del giunto. Le vibrazioni ultrasoniche sostituiscono il riscaldamento in alcune delle applicazioni di tutte queste modalità del processo.
Le applicazioni commerciali del processo includono la saldatura di metalli nobili, alluminio e rame a substrati di vetro o ceramica.
Processo di saldatura a stato solido n. 5. Diffusion Bonding:
Nella saldatura per diffusione o diffusione si ottiene una saldatura mediante l'applicazione di una pressione dell'ordine di 5 a 75 N / mm 2, mentre i pezzi vengono mantenuti ad alta temperatura, normalmente circa il 70% del punto di fusione in gradi assoluti cioè circa 1000 ° C per acciaio. Il processo è basato sulla diffusione in fase solida che, ovviamente, viene accelerata con l'aumento della temperatura.
La diffusione nei metalli avviene a causa di siti di reticolo vacanti o lungo i bordi dei grani, ed è espressa dalla seguente relazione matematica:
D = D 0 e -ERT
dove,
D = tasso di diffusione.
D 0 = Costante avente la stessa dimensione di D,
E = energia di attivazione,
R = costante di gas,
T = Temperatura assoluta a cui vengono trattenuti i pezzi.
A seconda dell'entità della diffusione richiesta, il processo può essere completato in 2 o 3 minuti o può richiedere molti minuti o addirittura ore. La qualità delle superfici da saldare gioca un ruolo importante. Una superficie di buona qualità trasformata, macinata o macinata in uno standard compreso tra 0-4 e 0-2 μm * CLA (media dell'asse centrale) è solitamente adeguata. La superficie deve essere sgrassata prima della saldatura utilizzando acetone o etere di petrolio.
La presenza di strati di ossido sulle superfici che vengono unite ostacolano la diffusione ma vengono dissipate per un periodo di tempo. Quindi, i metalli che dissolvono i loro ossidi come ferro e titanio, si legano facilmente. Al contrario, i metalli che formano strati duri di ossidi refrattari, come l'alluminio, sono difficili da saldare.
Il legame alla diffusione può essere ottenuto con tre metodi:
1. Legame a pressione del gas,
2. Incollaggio per fusione sotto vuoto, e
3. Incollaggio di fusione eutettico.
Nel collegamento alla pressione del gas, le parti sono tenute insieme in un'atmosfera inerte e riscaldate a una temperatura di 800 ° C da un sistema simile a un'autoclave. Durante il riscaldamento l'alta pressione fornisce una pressione uniforme su tutte le superfici. Questo metodo è utilizzato per incollare metalli non ferrosi solo perché richiede alte temperature per gli acciai.
Nel legame di fusione sotto vuoto le parti sono tenute in un contatto intimo in una camera a vuoto. La pressione sulle parti viene applicata con mezzi meccanici o con una pompa idraulica e il riscaldamento viene eseguito allo stesso modo della saldatura a pressione del gas. La figura 2.42 mostra un diagramma schematico per il legame di fusione sotto vuoto.
È necessario utilizzare un sistema di pompaggio del vuoto che può ridurre rapidamente la pressione a circa 10 -3 torr (mm di mercurio). L'alta pressione creata dall'uso di mezzi meccanici o idraulici rende possibile la diffusione di acciai legati con questo metodo. Un buon accoppiamento dell'acciaio può essere ottenuto ad una temperatura di circa 1150 ° C con una pressione applicata di circa 70 N / mm 2 .
Nel legame di fusione eutettico un sottile pezzo di un particolare materiale viene posto tra le superfici da saldare. Ciò si traduce nella formazione di un composto eutettico per diffusione ad una temperatura elevata e il pezzo può completamente scomparire e formare lega (e) eutettica all'interfaccia. Il materiale usato per essere collocato tra le due parti è solitamente un metallo dissimile sotto forma di lamina con uno spessore da 0-005 a 0-025 mm.
Il legame di diffusione può essere utilizzato per unire metalli dissimili, ad esempio l'acciaio può essere saldato ad alluminio, tungsteno, titanio, molibdeno, cermet (composti di ceramica e metalli), rame a titanio, titanio a platino, ecc. Trova impiego in ingegneria radio, industrie di elettronica, costruzione di strumenti, missili, aeromobili, nucleare e aerospaziale.
Le tipiche applicazioni di incollaggio a diffusione includono il ribaltamento di utensili da taglio pesanti con punte in metallo duro o leghe dure, unione di componenti di tubi a vuoto, fabbricazione di riscaldatori ad alta temperatura da disiliciuro di molibdeno per fornaci resistivi che possono funzionare in un'atmosfera ossidante fino a 1650 ° C. Nell'industria aerospaziale è utilizzato per la fabbricazione di componenti a forma complessa di titanio da semplici forme strutturali. Viene anche utilizzato per i componenti di superficie per resistere all'usura, al calore o alla corrosione.
