Диффузионная сварка в вакууме

Диффузионная сварка в вакууме(ДСВ) как технологический процесс соединения однородных и разнородных материалов предложенаи разработана российским ученым Н.Ф.Казаковым.

Отличительные особенности диффузионной сварки следующие.

1. Возможность сварки без расплавления, что обеспечивает

отсутствие в шве литой структуры с пониженными механическими свойствами.

2. Возможность сварки материалов, не свариваемых

плавлением: а) неметаллических материалов с металлическими (стекол и керамики с металлом); б) твердых сплавов со сталями; в) литейных жаропрочных сплавов; г) взаимно нерастворимых металлов, например, меди с вольфрамом или молибденом; д) ряда спеченных материалов, особенно при необходимости сохранения в шве исходной пористости (например, при изготовлении металлокерамических фильтров).

3. Возможность получения соединений, по всем показателям равноценных основному металлу.

4. Товарный вид деталей после сварки в вакууме, отсутствие необходимости дополнительной обработки.

5. Возможность сварки по развитой поверхности.

6. Возможность сварки деталей без ограничения в соотношении толщин (например, приварка фольги к массивной детали).

7. Возможность получения многослойных композиционных материалов.

Главным недостатком диффузионной сварки следует считать низкую производительность существующих установок.

Способ диффузионного соединения основан на сближении ювенильных (свободных от окисных пленок) поверхностей свариваемых деталей в вакууме при нагреве их несколько выше температуры рекристаллизации с приложением небольшой сжимающей силы и взаимной диффузии на границе раздела соединяемых поверхностей.

Температура сварки является основным параметром процесса. Она определяет условия термовакуумной очистки соединяемых поверхностей от окисных пленок, образования физического контакта между ними и их активации, лимитирует скорость и характер протекания объемного диффузионного взаимодействия. Как показывает опыт ДСВ разнообразных материалов, оптимальная температура сварки составляет 0,6...0,8 температуры плавления более легкоплавкого из соединяемых материалов. Температура сварки не должна превышать значений, при которых в свариваемых материалах могут происходить необратимые фазовые и структурные превращения, ухудшающие свойства сварного соединения.

Давление сжатия способствует активации поверхностей, формированию фактического контакта за счет микропластической деформации и ползучести микровыступов. Величина сварочного давления выбирается из расчета получения доброкачественного соединения при минимальной степени его пластической деформации.

Время сварки является функцией основных параметров процесса - температуры и давления. Время сварки определяет полноту протекания завершающего этапа стадии объемного диффузионного взаимодействия. Однако с увеличением времени сварки увеличивается общая пластическая деформация свариваемых деталей, поэтому верхний предел допустимого времени сварки целесообразно ограничивать. Нижнюю его границу можно ориентировочно определять, исходя из минимально необходимого времени термовакуумной очистки соединяемых поверхностей.

Степень вакуума и температура процесса определяют скорость и качество очистки соединяемых поверхностей. Чем выше степень разрежения атмосферы в вакуумной камере, тем интенсивнее идет процесс дегазации деталей и объема камеры. Этим условиям отвечает вакуум, который обеспечивают серийные диффузионные установки (10^-2…10^-3 Па).

ДСВ осуществляется в определенной технологической последовательности на специальных установках, принципиальная схема одной из них показана на рис.2.19. Детали 6 с предварительно подготовленными свариваемыми поверхностями (механически обработанные и обезжиренные) помещаются в камеру 4 и устанавливаются в центрирующем приспособлении 7. Затем камера герметизируется и производится откачка воздуха с помощью вакуумных насосов. При достижении требуемого вакуума включается высокочастотный генератор и детали нагреваются в зоне сварки с помощью индуктора 5.

Очистка свариваемых поверхностей от окисных пленок, как правило, завершается за время нагрева детали до температуры сварки. При достижении температуры сварки к соединяемым деталям через поршень 2 и шток 3 гидросистемы 1 прикладывается рабочее давление, которое поддерживается до окончания процесса. Последний этап цикла сварки - охлаждение свариваемого узла с заданной скоростью до температуры 323...473 К. После этого снимается давление сжатия, в камеру напускается воздух и она открывается.

Длительность всего цикла сварки зависит от массы, формы и размеров свариваемых деталей, физико-механических свойств входящих в соединение материалов.

При сварке разнородных материалов в процессе объемного взаимодействия возможно образование в контакте слоя интерметаллидов, который резко снижает прочностные характеристики соединения. В этих случаях между деталями помещают прослойку из материала, который не образует интерметаллических соединений с каждым из свариваемых материалов. Кроме того, в зависимости от соединяемой композиции прослойка может выполнять и другие функции. При соединении разнородных материалов с различными коэффициентами термического расширения для релаксации внутренних напряжений в стык вводится прослойка из материала, имеющего промежуточное значение коэффициента термического расширения. Прослойки из пластичных металлов применяются для сварки материалов, обладающих высокой твердостью (например, твердых сплавов, жаропрочных сталей).

Прочность диффузионных соединений с мягкой прослойкой значительно повышается с уменьшением ее толщины (т.н. эффект контактного упрочнения). Поэтому толщины прослоек выбираются минимально возможными.

Применение различных прослоек является важным достоинством диффузионной сварки и существенно расширяет область её применения.

Опыт применения диффузионной сварки в вакууме показывает, что этот способ позволяет получать высококачественные сварные соединения весьма широкого круга материалов – различных металлов и сплавов, неметаллических материалов (керамики, графита, стекла), причем в самых разнообразных сочетаниях. Так, например, в авиационном двигателестроении с помощью ДСВ изготавливают такие ответственного назначения узлы, как малоразмерные роторы турбоагрегатов, рабочие лопатки газотурбинных двигателей и др.

Дата добавления: 2014-11-20