Svařování difúzním lepením: Proces, parametry a aplikace

Svařování difúzním spojováním, také nazývané difuzní svařování, je proces spojování v pevném stavu, který využívá řízené teplo, tlak a čas ke spojení těsně přiléhajících povrchů, aniž by došlo k roztavení základních materiálů. Kvalita spoje závisí na přípravě povrchu, snášenlivosti materiálu, teplotě, tlaku a době výdrže
Termín je někdy zaměňován s difúzním pájením nebo přechodným spojením kapalné fáze. Tyto procesy spolu souvisí, ale nejsou totožné. Konvenční difúzní spojování udržuje rozhraní spoje v pevném stavu, zatímco difúzní pájení využívá mezivrstvu, která se dočasně stává tekutou.​
Tento článek vysvětluje, jak funguje proces difúzního spojování, které proměnné ovlivňují výsledek a jak se proces vztahuje na laminované měděné a hliníkové vodiče.

Co je svařování difúzním lepením?

Svařování difúzním lepením je proces, při kterém jsou dva připravené povrchy drženy pohromadě pod řízenou teplotou a tlakem. Těsný kontakt na rozhraní umožňuje, aby se v průběhu času vytvořilo spojení napříč spojovacími povrchy.

Základní materiály zůstávají pod teplotou tání. Teplo zvyšuje pohyblivost materiálu, zatímco tlak přivádí povrchy do těsného kontaktu a pomáhá uzavřít mikroskopické mezery. Doba držení umožňuje, aby se rozhraní vyvinulo do lepeného spoje.

Difúzní spojování a difúzní svařování se obecně používají jako názvy pro stejný proces v pevném stavu. Metodu lze aplikovat na podobné nebo nepodobné materiály, ačkoli nepodobné kombinace vyžadují další pozornost k tepelné roztažnosti, tvorbě oxidů a možným reakcím na rozhraní.

Podle popisu difúzního spojování od TWI jsou důležitými faktory pro dosažení zdravého spoje stav povrchu, teplota, tlak a zpracovatelská atmosféra.

Difúzní spojování by nemělo být používáno jako obecný název pro každý proces spojování, který zahrnuje atomovou difúzi.

Difúzní pájení, známé také jako přechodná vazba v kapalné fázi, využívá mezivrstvu s nízkou teplotou tání. Mezivrstva se během zahřívání roztaví a vytvoří dočasnou kapalnou fázi. Jak prvky difundují mezi mezivrstvu a základní materiály, složení spoje se mění a kapalina tuhne, zatímco je stále udržována teplota.

Konvenční pevné-difúzní spojení nezávisí na této dočasné kapalné fázi.

Rozdíl je důležitý při výběru vybavení. Difúzní lepicí systém na bázi pece, TLP lepicí systém a odporová{2}}vyhřívaná svářečka měděné fólie nemusí nutně používat stejné nástroje, atmosféru nebo procesní cyklus.

Praktický proces difúzního spojování lze rozdělit do pěti hlavních fází.

1. Připravte lepicí plochy

Povrchy musí být dostatečně čisté, aby došlo k těsnému a opakovatelnému kontaktu. Olej, uvolněný oxid, zbytky po leštění a částice mohou zabránit spojení částí rozhraní.

Příprava povrchu závisí na požadavcích materiálu a produktu. Může zahrnovat obrábění, řízené obrušování, odmašťování nebo jiný schválený proces čištění. Vyčištěné povrchy je třeba před montáží chránit před zbytečnou manipulací a znečištěním.

Rovnost a povrchová úprava ovlivňují i ​​skutečnou kontaktní plochu. Vizuálně rovný povrch stále obsahuje mikroskopické vysoké a nízké body. Aplikovaný tlak zpočátku působí na vyšší body, takže nadměrná drsnost nebo špatná rovinnost mohou zanechat nespojené oblasti.

Samotné čištění nemůže opravit špatně nasazený spoj. Příprava povrchu, rozměry dílu a vyrovnání upínače musí být zvažovány společně.

2. Sestavte a srovnejte díly

Komponenty jsou umístěny v přípravku nebo nástrojovém systému, který udržuje lepené povrchy zarovnané. U stohu měděných nebo hliníkových fólií by měly být vrstvy uspořádány rovnoměrně, aby záhyby, zachycené částice nebo nerovné okraje nenarušovaly rozložení tlaku.

Upínač musí podpírat obrobek, aniž by blokoval požadovanou dráhu proudu, přenos tepla nebo pohyb nástroje. Pokud pouze část lepené plochy působí dostatečnou silou, hotový spoj může obsahovat lokální mezery, i když se nastavení stroje jeví jako správné.

Před zahřátím zkontrolujte:

• Třída materiálu a stav povrchu
• Tloušťka a počet vrstev
• Oblast lepení a konečný průřez-
• Poloha spoje uvnitř nástroje
• Kontakt mezi přítlačnými plochami a obrobkem
• Požadované hotové rozměry

Tyto podrobnosti by měly být zaznamenány jako součást plánu svařování.

3. Aplikujte řízené teplo a tlak

Teplo zvyšuje rychlost pohybu materiálu na rozhraní. Tlak zlepšuje kontakt mezi povrchy a pomáhá uzavřít mikroskopické mezery.

Teplo může být dodáváno pecí, indukčním systémem, elektrickým odporem nebo jiným řízeným zdrojem. Správná metoda závisí na obrobku, materiálu a výrobním procesu.

Tlak může být aplikován mechanicky, hydraulicky, pneumaticky nebo prostřednictvím kombinovaného silového systému. Naměřený-tlak vzduchu stroje by neměl být automaticky považován za skutečný tlak ve spoji. Oblast nástroje, velikost válce a mechanismus stroje ovlivňují sílu dodávanou na obrobek.

Teplota a tlak musí být vyvinuty pro konkrétní kombinaci materiálů. Zvýšení kterékoli hodnoty automaticky nevytváří lepší spoj. Příliš málo tepla nebo síly může zanechat neúplné spojení, zatímco nadměrné podmínky mohou způsobit nežádoucí deformaci, poškození povrchu nebo problémy s nástroji.

4. Držte kloub za stabilních podmínek

Díly zůstávají po definovanou dobu pod řízenou teplotou a silou. Během této fáze se rozhraní vyvíjí, jak se zlepšuje kontakt a probíhá difúze přes lepené povrchy.

Doba držení závisí na:

• Typ materiálu
• Teplota lepení
• Aplikovaný tlak
• Příprava povrchu
• Oblast kloubu
• Počet a tloušťka vrstev
• Způsob ohřevu zařízení
• Požadované vlastnosti spoje

Delší doba držení není vždy lepší. Může prodloužit dobu cyklu a může přispívat k nadměrné deformaci nebo nežádoucím reakcím na rozhraní u některých kombinací materiálů.

Cílem je vytvořit procesní okno, které vytváří opakovatelný spoj za normálních výrobních podmínek.

5. Ochlaďte a zkontrolujte vazbu

Spoj je chlazen podle ověřeného procesu. Během části fáze ochlazování může být nutné udržovat sílu, aby se chránil kloub a kontroloval pohyb.

Obrobek by neměl být odstraněn pouze proto, že naprogramovaná doba ohřevu skončila. Podmínky uvolnění musí vzít v úvahu teplotu součásti, teplotu nástroje a riziko deformace.

Po odstranění je spoj zkontrolován metodami požadovanými ve specifikaci produktu. Vzhled je užitečný pro identifikaci problémů s povrchem, ale nemůže potvrdit úplný stav vnitřního rozhraní.

Nastavení difúzního spojování nelze vybrat pouze z tloušťky materiálu. Použitelný záznam procesu musí identifikovat materiál, stav povrchu, oblast spoje, nástroje a požadavky na kontrolu.

Při vývoji procesu upravujte vždy jednu hlavní proměnnou a zkontrolujte výsledek. Jediný přijatelný vzorek nestačí ke stanovení výrobního plánu. Zkoušky by měly zahrnovat zamýšlené výrobní tempo a reprezentativní podmínky nástroje.

Ne. Vakuové pece se široce používají pro konvenční vysokoteplotní -difúzní spojování, protože pomáhají kontrolovat oxidaci a poskytují stabilní zpracovatelské prostředí. Vakuum však není univerzálním požadavkem pro každý materiál nebo každou průmyslovou metodu difúzního svařování.

Požadovaná atmosféra závisí na:

• Citlivost materiálu na oxidaci
• Teplota lepení
• Příprava povrchu
• Návrh spoje
• Způsob vytápění
• Použití mezivrstvy
• Požadovaný společný výkon

Některé systémy pracují ve vakuu, zatímco jiné používají inertní plyn nebo jiné kontrolované prostředí. Odporové-zařízení pro svařování fólií může používat jiné uspořádání procesu než systém difúzního spojování na bázi pece-.

Dodavatel zařízení by neměl tvrdit, že stroj zajišťuje zpracování vakua nebo ochranné -atmosféry, pokud tato funkce není skutečně zahrnuta.

Difúzní spojování lze zvážit u řady kovů a vybraných ne{0}}kovových materiálů. Proveditelnost závisí na přesné jakosti, povrchovém oxidu, tepelné roztažnosti, teplotě zpracování a požadovaných vlastnostech spoje.

Mezi běžně hodnocené materiály patří:

• Měď a slitiny mědi
• Hliník a slitiny hliníku
• Titanové slitiny
• Nerezové oceli
• Slitiny na-niklové bázi
• Vybrané nepodobné-kombinace kovů
• Vrstvené kovové fólie

Podobné materiály se obecně snáze hodnotí, protože jejich tepelné a metalurgické chování je těsnější. Různé materiály mohou tvořit křehké fáze, docházet k nerovnoměrné deformaci nebo reagovat odlišně během zahřívání a chlazení.

Pro širší diskusi o materiálech se podívejte, které materiály lze spojovat difúzně.

Samotný název materiálu ke schválení procesu nestačí. Musí být vyhodnocena úplná kombinace-včetně třídy, tloušťky, stavu povrchu a jakéhokoli povlaku-.

Kontrola by měla vycházet z funkce hotové součásti. Žádný jednotlivý test není vhodný pro každý difúzně{1}}vázaný produkt.

Kritéria přijatelnosti by měla pocházet z výkresu, zákaznické specifikace nebo dohodnuté výrobní normy. Spoj by neměl být schválen pouze na základě vzhledu.

Pro schválení výroby zaznamenejte testovaný materiál, stav nástrojů, nastavení stroje a výsledek kontroly. Opakujte testování po významných změnách materiálu, nástrojů nebo parametrů procesu.

Požádejte o zkoušku vzorku difúzního svařování