Диффузионная сварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диффузионная сварка

1. Сущность диффузионной сварки

Диффузионная сварка входит в группу способов сварки давлением, при которых соединение за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления, т.е. в твердой фазе. Отличительной особенностью является применение повышенной температуры при сравнительно небольшой остаточной деформации.

Процесс можно осуществлять с использованием большинства тепловых источников, известных при сварке. Наибольшее применение на практике находят индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, а также нагрев проходящим током и нагрев в расплаве солей.

Контакт соединяемых деталей при сварке выполняется либо непосредственно, либо через прослойки (фольговые или порошковые прокладки, покрытия).

Чаще всего диффузионную сварку проводят в вакууме. Однако принципиально возможно осуществление процесса в атмосфере защитных или восстановительных газов или их смесей (диффузионная сварка в контролируемой атмосфере). При сварке материалов, имеющих относительно малое сродство к кислороду, процесс можно вести даже на воздухе. В качестве среды для диффузионной сварки могут быть использованы и расплавы солей, выполняющие одновременно роль источников тепла.

Процесс сварки с помощью диффузионного соединения условно подразделяют на две стадии.

На первой стадии происходит нагрев материалов до высокой температуры и приложение давления, что вызывает пластическую деформацию микровыступов, разрушение и удаление различных пленок на контактируемых поверхностях. При этом образуются многочисленные участки непосредственного металлического контакта (металлические связи).

Вторая стадия - ликвидация оставшихся микронеровностей и образование объемной зоны взаимного соединения под действием диффузии.

1.1 Преимущества и недостатки диффузионной сварки

Преимущества диффузионной сварки:

- возможность соединять разнородные материалы без каких - либо особых трудностей (сталь с чугуном, титаном, ниобием, вольфрамом, металлокерамикой; платину с титаном; золото с бронзой и т.д.);

- возможность выполнения соединений разнотолщинных деталей;

- обеспечение равнопрочности основного металла и сварного соединения;

- в процессе сварки отсутствует плавление металла, что исключает влияние неблагоприятных металлургических явлений на сварное соединение, удешевляет изготовление конструкции (за счет отсутствия флюсов, припоев)

Ограничения применения и недостатки технологии:

- низкая производительность процесса из-за высокой длительности цикла сварки;

- сложность оборудования (особенно вакуумного) и технологической оснастки, подвергающейся одновременно нагреву и нагружению;

- высокие требования к качеству контактных поверхностей.

2. Классификация процессов диффузионной сварки

В практике диффузионной сварки известно применение двух технологических схем процесса, различающихся характером приложения нагрузки или напряжения действующего в течение цикла:

1) Диффузионная сварка по схеме свободного деформирования - при этом используют постоянную нагрузку по величине ниже предела текучести.

Рис. 1 Схема диффузионной сварки свободным деформированием: 1- система нагружения; 2 - нагреватель; 3 - детали

2) Диффузионная сварка по схеме принудительного деформирования (ДСПД - процесс) - при этом нагрузка и пластическая деформация обеспечивается специальным устройством, перемещающимся в процессе сварки с контролируемой скоростью.

Рис. 2 Схема диффузионной сварки принудительным деформированием: 1 - система деформирования; 2 -нагреватель; 3 - детали

3. Технология диффузионной сварки

3.1 Подготовка поверхностей к сварке

Свариваемые поверхности должны быть обработаны с чистотой поверхности Ra < 1,25 мкм. Предпочтительно применение механической обработки. Непосредственно перед сваркой детали проходят очистку от жировых и других загрязнений, а также от оксидов методами химической обработки (травление, обезжиривание).

3.2 Применение покрытий и промежуточных прокладок

диффузионный сварка прокладка деформация

Покрытия наносят чаще всего гальваническим или термовакуумным методами на одну или обе свариваемые детали, но, как правило, только в пределах площади их контактирования. При сварке мелких деталей допускается нанесение покрытия на всю поверхность. Покрытия применяют для защиты от окисления в процессе нагрева при сварке сплавов, в состав которых входят активные по отношению к кислороду элементы (Cr, Al и др.). Чаще всего используют никелевое, медное или серебряное покрытие толщиной 5 - 10 мкм.

При сварке материалов, образующих в контакте при температуре процесса интерметалидные фазы, необходимо применение барьерных прослоек. Для этого могут быть использованы покрытия достаточной толщины, а также фольговые прокладки, изготавливаемые по форме площади контактирования.

3.3 Выбор параметров режима сварки

а) Рабочие среды.

В зависимости от свойств свариваемых материалов степень разряжения в вакуумной камере выбирают в диапазоне 1,3 - Па. При сварке малоуглеродистых сталей, меди, никеля требования к давлению наименее жесткие.

В качестве контролируемых атмосфер применяют осушенные аргон или гелий, очищенные и осушенные водород, азот или смесь азота с 6 - 8 % водорода.

На воздухе сваривают малоуглеродистые и некоторые инструментальные стали. При этом контактные поверхности заготовок после механической обработки защищают от окисления консервирующими покрытиями: эпоксидной смолой или глицерином.

Состав соляных ванн для диффузионной сварки определяется необходимой температурой, например, 850 - 870С при использовании NaCl, 1000 - 1150С - для BaCl₂.

б) Параметры термодеформационного воздействия.

При сварке по схеме свободного деформирования основными параметрами являются температура сварки , давление р, время выдержки t (или степень остаточной деформации ).

Температуру сварки выбирают в диапазоне , иногда несколько ниже .

Скорость нагрева и охлаждения зависит от источника теплоты, и в большинстве случаев их не регламентируют.

Давление выбирают в диапазоне 0,8 - 0,9 предела текучести при температуре сварки.

Время выдержки в зависимости от температуры, давления, чистоты обработки контактных поверхностей может колебаться от нескольких секунд до нескольких часов.

При ДСПД - процессе основными параметрами являются температура Т, скорость роста нагрузки Р, скорость деформирования , время деформирования t, время выдержки в режиме релаксации .

3.4 Оборудование, применяемое при диффузионной сварке

Установки для диффузионной сварки в общем случае имеет рабочую камеру, механизм для создания сварочного давления или деформирования, систему для получения рабочей среды, аппаратуру управления и контроля.

В настоящее время в эксплуатации находятся универсальные установки разных модификаций типа СДВУ, УДС, А-306, А-308, ОЗД, УДСПД и др.

Учитывая современную тенденцию применения диффузионной сварки для изготовления крупногабаритных изделий сложной формы, проводятся работы по созданию крупногабаритных установок модульного типа. Модуль такой установки снабжен автономными системами вакуумирования, нагрева и сжатия.

Контрольные вопросы

1. Какие стадии включает процесс образования диффузионного соединения?

2. Назовите основные преимущества и недостатки диффузионной сварки.

3. По каким признакам можно классифицировать процессы диффузионной сварки?

4. Какие этапы включает подготовка поверхностей к диффузионной сварке?

5. Какие параметры входят в режим диффузионной сварки?

Литература

1. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, 1973. 408 с.

2. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.Л. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 366 с.

3. Технология и оборудование контактной сварки. Под. ред. В.Д. Орлова, М.: Машиностроение, 1986. 325 с.

4. Справочник «Сварка в машиностроении». Том 2. Под ред. А.И. Акулова. Том 2. М.: Машиностроение, 1978. 462 с.

5. Ерохин. А.А. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973. 447 с.

6. Технология и оборудование сварки плавлением. Под ред. Г.Д. Никифорова, М.: Машиностроение, 1978. 327 с.

7. Гуляев А.И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М.: Машиностроение, 1978. 244 с.

8. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

Размещено на Allbest.ru