види зварювання - Дифузійна зварювання

У 1953 р професором Н.Ф. Козаковим був розроблений принципово новий спосіб з'єднання матеріалів - дифузійна зварювання в вакуумі. При дифузійному зварюванні зварене з'єднання утворюється в результаті спільного впливу тиску і нагрівання. Відмінною особливістю дифузійної зварювання є застосування відносно високих температур нагрівання і низьких питомих тисків, зазвичай не перевищують межі текучості зварюються при температурі зварювання. При дифузійному зварюванні виділяють дві основні стадії освіти якісного зварного з'єднання.

Перша стадія - створення фізичного контакту, при якому всі точки з'єднуються знаходяться один від одного на відстані міжатомних взаємодій. Друга стадія - формування структури зварного з'єднання під впливом процесів релаксації. Дослідження, проведені в нашій країні і за кордоном, показали, що параметрами, які визначають процес з'єднання при дифузійному зварюванні у вакуумі, є тиск, температура, тривалість їх впливу, стан і рельєф поверхонь, що зварюються. При подальших дослідженнях було встановлено, що попередня обробка деталей, що зварюються (рельєф) впливає не тільки на створення фізичного контакту, але і в значній мірі визначає перебіг дифузійних процесів за рахунок зміни тонкої структури поверхневих шарів. Будь-яка підготовка поверхонь, що зварюються (механічна, електролітична, хімічна та ін.) Не виключає утворення оксидів на поверхні металу. Однак цей фактор не завжди чинить негативний вплив на перебіг процесу, так як для більшості металів нагрів у вакуумі до температури, використовуваної при зварюванні ((0,7-0,8) Тпл), і відповідний витяг в часі при цій температурі достатні для мимовільної очищення поверхонь, що зварюються від оксидів.

Тиск, що застосовується при способах зварювання без розплавлення матеріалів, за сучасними уявленнями, виконує три завдання: - руйнування в результаті пластичної течії поверхневих шарів металу і часткове видалення окисних плівок і забруднень; - зближення зварювальних поверхонь для забезпечення фізичного контакту і ефективного атомного взаємодії; - забезпечення активації поверхонь для протікання процесів дифузії і рекристалізації. Процес може здійснюватися з використанням різних теплових джерел нагріву. Найчастіше на практиці знаходять застосування індукційний, радіаційний, електронно-променевої нагрів, а також нагрівання проходять струмом, тліючим розрядом і в розплаві солей. В останньому випадку розплав солей виконує роль середовища, в якій здійснюється дифузійна зварювання. Крім вакууму, як середовище можуть бути використані захисні або відновлювальні гази. При зварюванні матеріалів, що мають відносно невелику спорідненість до кисню, процес можна вести на повітрі. У практиці дифузійної зварювання відомо застосування двох технологічних схем процесу, що розрізняються характером прикладання навантаження. В одній з них використовують постійне навантаження за величиною нижче межі текучості. При цьому процеси, що розвиваються в зварювальних матеріалах, аналогічні повзучості. Таку технологію називають дифузійної зварюванням за схемою вільного деформування. За другою схемою навантаження і пластичне деформування забезпечуються спеціальним пристроєм, який переміщається в процесі зварювання з контрольованою швидкістю. Таку технологію називають дифузійної зварюванням за схемою примусового деформування. Дифузійної зварюванням у вакуумі практично освоєно з'єднання близько 500 композицій металів, сплавів і неметалічних матеріалів.

До теперішнього часу створено понад 70 типів установок дифузійної зварювання. Кожна установка, незалежно від її типу, повинна включати в себе п'ять основних систем (рис. 1.43):

Мал. 1.43 .: 1 - робоча камера; 2 - система охолодження; 3 - вакуумна система; 4 - джерело нагріву; 5 - система тиску

• створення вакууму або контрольованої атмосфери (3);
• стиснення зварюваних деталей (5);
• нагріву (4);
• охолодження (2);
• контролю параметрів зварювання і управління процесом.

Розробка і створення установок для дифузійної зварювання в даний час ведуться в напрямку уніфікації систем (вакуумної, нагріву, тиску, управління) і зварювальних камер. Змінюючи камеру в цих установках, можна значно розширити номенклатуру зварювальних вузлів. За допомогою дифузійної зварювання в вакуумі, крім уже зазначених сполук металів і сплавів, отримують високоякісні з'єднання кераміки з підступний, міддю, титаном; електровакуумних стекол, оптичної кераміки, сапфіру, графіту з металами; композиційних і порошкових матеріалів і ін., що сполучаються заготовки можуть бути зовсім різними за своєю формою, мати компактні або розвинені поверхні контактування. Геометричні розміри деталей, що зварюються знаходяться в межах від декількох мікрометрів (при виготовленні напівпровідникових приладів) до декількох метрів (при виготовленні шаруватих конструкцій).

Спосіб з'єднання дифузійної зварюванням є економічним. Він не вимагає дорогих припоїв, спеціального дроту і електродів, флюсів, захисних газів. Більш того, відпадає подальша механічна обробка і втрата цінного металу; маса конструкції не збільшується, що має місце при зварюванні, пайку і склеюванні. Властивості металу в зоні з'єднання не змінюються, тому термічна обробка необов'язкова. Установки для дифузійної зварювання можна встановлювати в лініях механічної обробки і складання деталей і вузлів. Витрата енергії і потужності споживання їх на зварювання в 4-6 разів менше, ніж, наприклад, при контактному зварюванні .

Дифузійну зварювання від інших видів зварювання відрізняє гігієнічність процесу: відсутність ультрафіолетового випромінювання, шкідливих бризок металу, дрібнодисперсного пилу, що дуже важливо для охорони здоров'я працюючих.

Досвід багатьох підприємств, НДІ, КБ показав, що дифузійна зварювання успішно конкурує з іншими традиційними видами зварювання.

За останній час погляди на дифузійну зварювання принципово змінилися. З процесу для з'єднання матеріалів, які важко або неможливо поєднувати звичайними способами зварювання плавленням і пайки, вона перетворилася в загальнодоступний процес з'єднання як невеликих деталей, так і великих; встановлена ​​її конкурентоспроможність з існуючими способами зварювання плавленням і пайкою.

далі Дифузійне зварювання однорідних металевих матеріалів

джерело: Миколаїв Г.А. "Зварювання в машинобудуванні. Довідник. Т.1"
Конюшков Г.В., Мусін Р.А. "Спеціальні методи зварювання тиском"
М.П. Шалімов, В.І. Панов "Зварювання Вчора, Сьогодні, Завтра". Єкатеринбург, 2006