Нагрев плотно прижатых отполированных поверхностей в вакууме до достижения диффузии атомов в соединяемых поверхностях, называется диффузионной сваркой. Обеспечивает прочное соединение плоскостей не только однородных, но и 560 разнородных материалов, не поддающихся соединению другим способом.
Содержание
ГОСТ, определяющий техпроцесс и требования к нему
Технологию и процессы регламентирует разработанный в 1975 году ГОСТ 20549-75. Полное название: «Диффузионная сварка рабочих элементов разделительных и формообразующих штампов. Типовой технологический процесс». Позже срок действия ГОСТ продлевали в 1980, 1990 годах, действителен и сегодня. Там описаны:
- порядок действий;
- схема техпроцесса;
- контроль качества;
- необходимые меры безопасности;
- параметры рабочих установок.
Области применения
Этот вид сварки применяется там, где другие неэффективны, дороги и нет нужного качества соединения:
- Приборостроительная и электронная промышленность. В высокоточном оборудовании и приборах необходимы сочетания разнородных материалов, в том числе неметаллических – стекла, керамики, графита с металлами и сплавами.
- Крупногабаритные заготовки. Этим методом соединяют крупногабаритные заготовки сложной конфигурации, которые невозможно получить литьём или штамповкой, таких, например, как трубы. В самолётостроении применяют при изготовлении малоразмерных роторов турбоагрегатов, рабочих лопаток газотурбинных двигателей.
Преимущества и недостатки технологии
К преимуществам рассматриваемого метода относят:
- качественное соединение разнородных материалов;
- минимальная деформация свариваемых плоскостей, что освобождает от необходимости механической обработки шва;
- многослойная сварка и автоматизация работ при организации крупносерийного производства;
- возможность совмещения диффузионной сварки и формообразования при изготовлении многослойных тонкостенных конструкций сложной формы;
- при соединении однородных материалов атомная структура шва идентична структуре детали;
- отсутствие вредных паров, что исключает потребность в сложной системе вентиляции;
- минимум вредных для человека выделений и излучений.
К недостаткам относят:
- сложность оборудования и особенные требования к технологическому уровню производства;
- высокая себестоимость работ;
- невозможность применения для проверки качества шва методов неразрушающего контроля.
Метод диффузионной сварки
Сваривание происходит за счёт пластической деформации кромок ниже температуры плавления, в твёрдом состоянии. Способы нагрева:
- индукционный;
- радиационный;
- электронно-лучевой;
- электрическим током;
- тлеющим разрядом;
- нагрев в расплаве солей.
Процесс идёт в вакууме, нейтральных и восстановительных газах, жидких средах. Чистота и качество шва зависит от того, насколько хорошо очищены места соединения. Очищают растворителями или путём нагрева и выдержки в вакуумной камере.
Технология, время выдержки и температуры разгерметизации
Детали с механически обработанными и обезжиренными свариваемыми поверхностями устанавливают в центрирующем приспособлении вакуумной камеры. Откачивают воздух. Когда достигается вакуум, включают высокочастотный генератор. Детали в зоне сварки нагреваются с помощью индуктора. За время нагрева поверхности заготовок очищаются от окисных плёнок. При достижении температуры на изделия давит поршень гидросистемы. Нагрузку подают до конца процесса. После этого узел сварки постепенно, с заданной скоростью охлаждается до определённой температуры.
Герметизацию камеры прекращают, сваривая:
- чёрные металлы – при 60 ̊C.
- цветные металлы и сплавы – при 120 ̊C.
Время выдержки зависит от силы нагрева и давления, использованных в ходе работ.
Способы
Диффузионная сварка с применением промежуточных слоёв делается:
- для большей прочности сцепления;
- для предотвращения появления барьерных подслоев при соединении разнородных материалов;
- для уменьшения остаточных деформаций, благодаря снижению температуры и давления.
Промежуточные подкладки подразделяются на плавящиеся и неплавящиеся. Коэффициент диффузии атомов барьерной подкладки в основной металл должен быть выше, чем для элементов металла в прокладку. Её материал выбирают исходя из поставленной задачи. Чаще это никель, медь, серебро, золото.
Расплавляющимися промежуточными слоями часто выступают высокотемпературные припои. Это уменьшает пластическую деформацию и повышает качество шва.
Установка и оборудование
Сварочная диффузионная установка состоит:
- из вакуумной камеры;
- из механизма нагнетания рабочего давления;
- из источника нагрева;
- из аппаратуры управления и контроля.
В вакуумной камере прямоугольной или цилиндрической формы размещён механизм давления, нагревательные элементы и приспособление для крепления свариваемых деталей. В стенках – система водяного охлаждения.
Обычно установка содержит одну камеру, но для повышения производительности выпускают и с несколькими для непрерывной загрузки и выгрузки изделий.
