 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
В 2. Диффузионная сварка: сущность, преимущества; параметры сварки; области применения
Диффузионная сварка — разновидность сварки давлением — происходит за счет взаимной диффузии атомов контактирующих поверхностей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации. Если процесс соединения протекает при наличии жидкой фазы, то потребность в давлении отпадает, поскольку происходит предварительное смачивание соединяемых поверхностей жидкой пленкой.
Рис. 09-01. Принципиальная схема установки для диффузионной сварки в вакууме:
1 — вакуумная камера; 2 — цилиндр гидропривода; 3 — поршень; 4 — стол для крепления деталей; 5 — индуктор; 6 — свариваемые детали
Две части детали помещают в вакуумную камеру. Для защиты их от интенсивного окисления и азотирования в процессе разогрева и сварки в рабочей камере обеспечивается вакуум. Источником нагрева служит высокочастотный генератор, сжимающее усилие обеспечивается гидросистемой. После сварки детали охлаждаются в вакуумной камере до комнатной температуры.
При этом способе сварки образование соединения зависит от температуры, давления и времени выдержки.
Температура сварки для однородных металлов, как правило, должна составлять 0,5—0,7 от температуры плавления металла или сплава, а при сварке разнородных — 0,5—0,7 от температуры плавления металлов с более низкой температурой плавления. Такая температура необходима для ускорения взаимной диффузии атомов материалов через поверхность стыка и для обеспечения некоторого размягчения металла, которое способствует более легкому протеканию деформации, смятию неровностей поверхности.
Давление служит одной главной цели — обеспечению плотного контакта поверхностей, подлежащих соединению. Величина давления должна быть достаточной, чтобы в результате деформации поверхностей соединяемых деталей все пустоты в области стыка были заполнены. Если давление недостаточно, то пустоты 
сохраняются, значительно снижая прочность соединения. При деформировании поверхностных слоев происходит разрушение поверхностных окислов, что обеспечивает контакт ювенильных поверхностей.
Время выдержки при заданных температуре и давлении в большинстве случаев должно быть минимальным, что обосновано как физико-механическими, так и экономическими соображениями. Для получения прочного соединения время сварки определяется установлением плотного контакта между соединяемыми поверхностями и минимальной диффузией атомов через поверхность соединения. Значительная диффузия может привести к образованию пустот в зоне соединения, а при сварке разнородных металлов и сплавов в ряде случаев к образованию интерметаллических фаз.
Диффузионная сварка наилучшим образом протекает при вакууме, не хуже при разрежении 10-2 мм рт. ст. или в атмосфере инертного газа; иногда применяют водород.
Для сварки необходим хороший контакт, поэтому поверхности изделий должны быть гладкими и плотно прилегать друг к другу.
Пластичные металлы (алюминий, медь, магний, олово и золото), которые легко деформируются, не требуют особой подготовки соединяемых поверхностей перед сваркой. Твердые материалы (твердые сплавы, тугоплавкие металлы, жаропрочные сплавы, инструментальная сталь и неметаллические материалы требуют особой обработки соединяемых поверхностей. В этом случае поверхность должна быть обработана по 6-му классу шероховатости.
Диффузионная сварка имеет ряд важных преимуществ по сравнению со сваркой и пайкой, среди которых можно выделить следующие:
1. Высокое качество сварного соединения. При этом соединение сохраняет свойства, присущие свариваемым металлам и сплавам. При правильно выбранном режиме (температуре, давлении и времени сварки) металл соединения и прилегающих к нему зон имеет высокую прочность и пластичность. В сварном соединении отсутствуют непровары, поры, окисные включения и другие дефекты. Способ диффузионной сварки в вакууме не требует дорогостоящих припоев (золота, платины, серебра и т. п.), специальной проволоки, электродов и флюсов, а также защитных газов (аргона, гелия, водорода).
2. Постоянство качества соединений по таким показателям, как сопротивление разрыву, угол изгиба, ударная вязкость, вакуумная плотность и т. п. Колебания значений показателей не превышают 2—5%. Это объясняется возможностью точно выдержать основные параметры процесса (температуру, давление и время сварки), а также тем, что свойства сварного соединения практически не зависят от таких факторов, как колебания напряжения в питающей сети, качество вспомогательных материалов, квалификация и степень утомляемости сварщика и т. п., которые имеют существенное значение при других видах сварки.
Производственный опыт показал, что диффузионная сварка позволила создавать прочные соединения не только однородных, но и разнородных металлов и сплавов, в том числе и таких, теплофизические характеристики которых резко различны. Это, по-видимому, единственный надежный способ соединения материалов, малопластичных, тугоплавких, нерастворимых друг в друге или образующих между собой при сварке плавлением хрупкие интерметаллические соединения. С помощью диффузионной сварки получены соединения таких пар металлов и сплавов, выполнить которые другими видами сварки невозможно (например, титан с коррозионно-стойкой сталью, титан с алюминием, сталь с чугуном, медь с молибденом, вольфрам с ниобием и др.).
Стало возможным получение изделий таких форм, которые не могли быть получены ранее или стоимость производства которых обычными методами была слишком высокой. Допуски на размеры деталей, полученных диффузионной сваркой, в большинстве случаев не превышают допуски при механической обработке. Диффузионная сварка позволила получить детали очень сложной конструкции — пустотелые с несимметричной формой, со сложной кривизной — без использования крепежных элементов и сверления отверстий для их установки. Исключение большей части крепежных элементов уменьшает склонность конструкции к коррозии под напряжением для изделий с большим сроком службы.
3. Поскольку диффузионная сварка происходит при температуре 0,5—0,7 от температуры плавления металла в течение малого промежутка времени (1— 5 мин), расход энергии и мощность, потребляемая на сварку в 4—6 раз меньше, чем, например, при контактной сварке.
4. Диффузионная сварка гигиенична; отсутствуют ультрафиолетовое излучение, вредные газовые выделения, горячие брызги металла, мелкодисперсная пыль, что весьма важно для охраны здоровья работающих.
5. Основные параметры диффузионной сварки (температура, давление, вакуум и время сварки) легко программируются. Как правило, оборудование для диффузионной сварки, применяемое в промышленности, представляет собой либо полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда, либо автоматы, работа которых протекает практически без участия человека.
6. Диффузионная сварка позволила в 10—12 раз повысить срок службы, качество и надежность ряда изделий, разработать принципиально новые конструкции машин и приборов, упростить технологию и заменить дефицитные и дорогостоящие материалы.
Эти и другие преимущества данного способа сварки выдвигают его в число перспективных способов соединения металлических и неметаллических материалов.
Однако, как и всем существующим способам соединения, диффузионной сварке свойственны недостатки:
- дополнительные, но неизбежные затраты времени на операцию для откачки — вакуумирования рабочего объема камеры
- необходимость в хорошей подгонке и тщательной очистке соединяемых поверхностей.
Поиск по сайту: