Título

SOLDAGEM POR DIFUSÃO DE JUNTA DISSIMILAR PARA APLICAÇÃO EM ULTRA-ALTO VÁCUO

DIFFUSION BONDING OF DISSIMILAR JOINT FOR ULTRA-HIGH VACUUM APPLICATION

Autoria

Bagnato, Osmar Roberto; Francisco, Fernanda Regina; Rosales, Marcio José Cuccolo; Manoel, Felipe Eduardo

DOI

10.5151/2594-5327-20914

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Resumo

A soldagem por difusão é um processo no estado sólido que pode produzir juntas dissimilares de alta qualidade, devido à ocorrência de interação atômica entre os materiais. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver a tecnologia de soldagem por difusão para produzir componentes que operam em ambientes de ultra-alto vácuo, como câmaras, linhas de luz e fornos para máquinas e aceleradores de partículas. Foram utilizados como metal base o cobre OFCH (isento de oxigênio e de alta condutividade) e o aço inoxidável AISI 316L (baixa concentração de carbono). Os parâmetros de soldagem foram selecionados para operar em atmosfera a vácuo abaixo de 10-4 mbar e temperatura de 850°C. O tempo de patamar foi de 30 minutos a 60 minutos. A taxa de aquecimento foi de 3°C/min-6°C/min, em função da pressão atmosférica, e de resfriamento, inercial, a 10°C/min. As juntas soldadas foram preparadas para análise metalográfica, teste de estanqueidade com hélio e ensaio de tração. As microestruturas na interface de difusão revelam uma estrutura estanque para operar em ultra-alto vácuo (os testes com hélio simularam uma pressão de 10-10 mbar, sem vazamento). O ensaio de tração evidenciou uma tensão máxima de 172 MPa, e a ruptura ocorreu fora na interface de difusão, sempre no metal base, na região do cobre OFHC. Foram realizadas análises em microscópio eletrônico de varredura e EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), que evidenciam a difusão dos elementos Fe, Ni e Cu na interface de soldagem.

 

Diffusion bonding is described as a solid state welding process by establishing interatomic bonds between workpieces and can be applied for dissimilar joint materials. This present work aims to acquire a technology capable to be used in ultra-high vacuum environments, such as chambers, beamline and furnaces, which allows, thus, the use of OFHC copper and AISI 316L austenitic stainless steel. Stainless steel and copper materials were cleaned for ultra-high vacuum environment. So, samples were bonded in high vacuum environment using pressure below 10-4 mbar and maximum temperature of ¾ copper’s melting point. The process was held during a time between 30 minutes and 60 minutes. The heating curve was set to 3ºC/min -6ºC/min, depending on the pressure, and the cooling curve to 10ºC/min inertial. Polished and unpolished samples were analyzed by optical microscopy, helium leak test and mechanical properties tests, in terms of tensile. The microstructure interdiffusion between both materials revealed a sealed structure to operate in ultra-high vacuum (tests in simulated pressure of 10-10 mbar did not reveal any leak). The tensile tests evidenced a maximum strength of 172 MPa. The interface was also observed by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy, using LNNano facilities. These analyses show the diffusion of iron, nickel and copper, respectively, inter the bonding interface.

Palavras-chave

Soldagem; Difusão; Cobre; Inox; Ultra-alto vácuo.

Diffusion bonding; Stainless steel; Copper; Ultra-high vacuum.