Диффузионная сварка — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 февраля 2016; проверки требуют 14 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 февраля 2016; проверки требуют 14 правок.

Диффузионная сварка — сварка за счёт взаимной диффузии на атомарном уровне свариваемых поверхностей деталей.

Этим видом сварки производится полуавтоматическая, автоматическая в различных пространственных положениях, чёрных и цветных металлов и сплавов широкого диапазона толщин.

Процесс диффузионной сварки в вакууме был разработан в 1953 году Н. Ф. Казаковым.

Определения и сущность диффузной сварки описаны в ГОСТ 19521-74.

Диффузионная сварка производится воздействием давления и нагревом свариваемых деталей в защитной среде. Перед сваркой поверхность детали обрабатывают по 6 классу шероховатости и промывают для обезжиривания ацетоном.

Температура нагрева составляет 0,5 – 0,7 от температуры расплавления металла свариваемых деталей. Высокая температура обеспечивает большую скорость диффузии и большую пластичность деформирования металла. При недостаточной диффузии в сварке используют металлические прокладки (фольга из припоя ВПр7 толщиной 0,1 – 0,06 мм.) или порошок (фтористый аммоний), прокладываемые в месте сварки. Перед сваркой фольгу приваривают к поверхности одной из деталей с помощью контактной сварки. В процессе сварки прокладка расплавляется.

Процесс сварки осуществляется с использованием разных источников нагрева. В основном применяют индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, нагрев проходящим током, тлеющим разрядом или в расплаве солей.

Сварка протекает при давлении в камере – 10⁻² мм. рт. ст. или в атмосфере инертного газа (иногда водорода). Вакуум или защитная атмосфера предохраняет свариваемые поверхности от загрязнения.

Сварка производится сжатием деталей с давлением 1 – 4 кгс/мм². Давление, применяемое при способах сварки без расплавления материалов, способствует разрушению и удалению окисных плёнок и загрязнений на поверхности металла, сближению свариваемых поверхностей до физического контакта и эффективного атомного взаимодействия, обеспечению активации поверхностей для протекания диффузии и рекристаллизации. Различается сварка с высокоинтенсивным силовым воздействием (свыше 20 МПа) и сварка с низкоинтенсивным силовым воздействием (до 2 МПа).

Диффузионная сварка походит в две стадии:

• сжатие свариваемых поверхностей, при котором все точки соединяемых материалов сближаются на расстоянии межатомных взаимодействий;
• формирование структуры сварного соединения под влиянием процессов релаксации.

• необходимость вакуумирования рабочей камеры;
• тщательная подготовка и очистка свариваемых поверхностей.

• диффузионная сварка не требует сварочных припоев, электродов;
• не нужна дополнительная механическая обработка свариваемых поверхностей;
• высокое качество сварного соединения;
• малый расход затрачиваемой энергии;
• широкий диапазон толщин свариваемых деталей – от долей мкм, до нескольких метров.

Для проведения диффузионной сварки выпускается оборудование, различаемое по степени вакуумирования: с низким вакуумом (до 10-2 мм рт. ст.), со средним вакуумом (10-3…10-5 мм рт. ст.), с высоким вакуумом (свыше 10-5 мм рт. ст.), с защитным газом разной степени давления.

Для нагрева деталей применяют индукционный нагрев токами высокой частоты, электроконтактный нагрев током, радиационный нагрев электронагревателем.

В установках используют гидравлические или механические системы давления. Установки бывают с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические с программным управлением. Автоматы применяются в крупносерийном или массовом производстве.

Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).

Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М Изд. Металлургия, 1976.

Диффузионная сварка в вакууме

Диффузия – это хорошо известный процесс. При контакте молекулы и атомы веществ перемешиваются и, таким образом, вещества как бы проникают друг в друга. Это относится к их жидким, газообразным и твёрдым состояниям. В обычных условиях такой процесс протекает довольно медленно, что делает его неприемлемым для производства. Но в 1953 году советский физик Николай Фёдорович Казаков добился повышения скорости взаимного проникновения молекул и атомов. Он поместил соединяемые материалы в вакуум, повысил температуру и воздействовал на них давлением. Так была разработана диффузионная сварка.

Что такое диффузионная сварка

Распространение получили сварочные стенды, на которых детали располагают в камере, внутри которой создают технический вакуум. На место соединения оказывают давление и, при необходимости, подвергают его температурному воздействию. В зависимости от особенностей процесса, он может протекать от нескольких минут, до часов. В итоге достигаются характеристики изделия, которые не удаётся получить, используя другие технологии. Для получения качественного сварного шва требуется соблюсти следующие условия:

• Создать вакуум, используя специальную установку. Чем выше разряжение внутри камеры, тем быстрее и эффективнее протекает процесс. Однако получение физического вакуума в обычных условиях вещь исключительно затратная и практически недостижимая. Приходится довольствоваться меньшим разряжением, редко превышающим 10 в минус пятой степени миллиметров ртутного столба. Впрочем, даже оно позволяет получать хорошие результаты.

• Нагреть соединяемые детали до температуры, параметры которой зависят от соединяемых материалов. В некоторых случаях предпочтительнее, чтобы процесс протекал при комнатной температуре, но в этом случае для формирования шва потребуется значительное время. С возрастанием температуры увеличивается текучесть материалов и диффузия ускоряется. Способы нагрева могут быть различны. Среди наиболее распространённых – электроконтактный, индукционный и радиационный.

• Когда необходимая температура достигнута, в месте соединения создаётся давление. Длительное или кратковременное, локальное или одновременно распределённое по всей площади места соединения, оно необходимо для того, чтобы процесс взаимного проникновения частиц вещества ускорился.

• Для улучшения качества сварного шва, или соединяя вещества, диффузия которых даже при создании благоприятных условий носит ограниченный характер, места стыка могут быть обработаны специальными химическими составами, или проложены вспомогательными материалами. Использовав тонкую, в несколько микрон толщиной, платиновую, золотую, никелевую или медную фольгу, удаётся существенно повысить прочность сварного соединения. Но когда известно, что возможно возникновение нежелательных барьерных фаз, толщина фольги может быть увеличена.

• Для того чтобы после завершения технологического цикла в детали не возникло остаточных напряжений, процесс её остывания должен проходить в вакууме. Для этих целей установки диффузионной сварки оснащаются системами охлаждения, регулирующими скорость снижения температуры. Резкие температурные скачки недопустимы. Они приводят к возникновению трещин и снижению прочности шва.

• Готовая деталь подвергается дефектоскопии, для чего используются современные методы. Учитывая, что размер соединяемых деталей мал, придётся забыть о капиллярной дефектоскопии, отдав предпочтение радиации или ультразвуку.

Лишь соблюдение всех важных условий может гарантировать получение хорошего результата. Но не стоит полагаться на типовые методики. Следует вносить в них изменения с учётом особенностей конструкции и используемых материалов. Диффузионная сварка цветных металлов требует иных параметров давления и температуры нагрева, чем те, которые нужны для соединения стали или пластика. Это предупреждение для тех, кто будучи вдохновлён возможностями технологии, собирается использовать её безоглядно.

Достоинства технологии

Диффузная сварка обладает как достоинствами, так и недостатками. Её преимуществами принято считать:

• Отсутствие необходимости в расходных материалах, вроде сварочных электродов, флюсов или специальных газов. Это снижает себестоимость процесса и делает его «чистым», поскольку отсутствуют загрязняющие воздух продукты горения, окалина и другие вредные вещества.

• Низкая энергоёмкость. Для достижения требуемых параметров, тратиться на порядок меньше энергии, чем в случае использования других технологий. А это значит, что снижается конечная себестоимость изделия.

• За один приём можно одновременно сваривать сразу несколько различных материалов, получая слоистые конструкции с ранее недостижимыми характеристиками. Это особенно важно в случаях, когда используются композиты.

• С помощью диффузионной сварки в вакууме можно соединять как большие, в несколько метров длиной и шириной, конструкции, так и маленькие детали, размеры которых измеряются в микронах. Не имеет значения и толщина. Подобными обстоятельствами не преминули воспользоваться производители микроэлектроники. Для решаемых ими задач такая технология подходит как нельзя лучше.

• Не имеет значения размеры и форма сварного соединения. Отпадает необходимость в специальных технологических фланцах и припусках материалов, для соединения их внахлёст.

• Высокое качество шва. Оно значительно выше, чем при использовании газовой или электрической сварки. Это позволяет использовать подобный способ соединения материалов даже на видовых поверхностях, то есть там, где другие сварочные швы приходится маскировать различными способами.

• Поскольку при диффузионной сварке соединение материалов происходит в закрытой камере, то оператор не подвергается воздействиям, способным оказать влияние на его здоровье. Брызги, интенсивные излучения, вредные для вдыхания химические пары или мелкодисперсная пыль отсутствуют.

Процесс непрерывно совершенствуется. На сегодняшний день существуют установки, где детали помещают не в вакуум, а в среду инертного газа. Главной задачей, которую решают с помощью такой технологии, является сварка металлов. Но используя специальные методики, удаётся соединять и материалы, обладающие разными свойствами. Диффузия скрепляет между собой металлы и пластики, стекло и керамику, всё то, для чего ране требовались специальные клеящие составы.

Характерные недостатки

Но есть у диффузионной сварки и недостатки, о которых не стоит забывать тем, кто решит использовать такую технологию для организации процесса производства.

• Главной проблемой является сама вакуумная установка. Это сложное и дорогостоящее оборудование требует правильного обслуживания, а для его эксплуатации нужна специальная подготовка персонала. Скачки давления внутри камеры недопустимы, так как оказывают негативное воздействие на качество соединительного шва и могут привести к разрушению изделия.

• Чем больше вакуумная установка, тем сложнее получить внутри камеры необходимый вакуум. Размеры самой камеры ограничивают габариты соединяемых деталей.

• Соединяемые детали должны быть тщательно обработаны и очищены от загрязнений. Низкое качество сопрягаемых поверхностей становится непреодолимым препятствием для равномерной диффузии, а попавшие между ними посторонние вещества способны и вовсе сделать этот процесс невозможным.

Всё это следует учитывать при разработке технологического цикла.

Область применения

Диффузионная сварка в вакууме оказалась востребована в различных областях науки и техники. Но, в значительной мере, её использование ограничивается опытным и мелкосерийным производством.

• В тяжёлом, среднем и лёгком машиностроении она помогает воплотить в жизнь конструкции, создание которых требует особого качества и прочности.

• Сварка цветных металлов, для соединения которых раньше приходилось использовать различные припои и флюсы, также стала возможной благодаря этой технологии.

• Появлению новых композитов, состоящих из множества слоёв разных по своему составу материалов, мы также обязаны диффузионной сварке. Область применения таких композитов широка. Им нашлось место не только в производственных цехах, но и на строительных площадках.

• Электроника, где с каждым днём уменьшается размер компонентов и монтажных плат, одно из немногих мест, где технология востребована безоговорочно. Ведь с её помощью соединяют детали, разглядеть которые можно лишь под микроскопом.

О какой бы области производства ни шла речь, пытливый ум технолога найдёт место, где для соединения деталей лучше всего подойдёт именно такой способ.

Космическая проблема

Но диффузионная сварка не всегда благо. В открытом космосе есть всё, для того чтобы процесс начался произвольно.

• Глубокий вакуум, получить который на Земле не удаётся в самых мощных установках.

• Нагрев до высоких температур. Несмотря на холод окружающего космические корабли и искусственные спутники безвоздушного пространства, под лучами солнца их компоненты могут нагреваться до значительных величин. Ведь их не защищает земная атмосфера.

В таких условиях диффузия ускоряется даже без дополнительного давления. Вполне достаточно, чтобы соприкоснувшиеся детали длительное время находились в состоянии покоя. Ну а если к ним было приложено определённое усилие, то просто так разъединить их уже не получится.

Чтобы избежать подобных ситуаций, учёным приходится работать над способами предотвращения диффузионной сварки в космосе. И хотя определённые сдвиги в этом направлении есть, до полного решения проблемы ещё далеко. Как знать, может, именно тем, кто читает эти строки, удастся решить сложную техническую задачу?

Поделись с друзьями

0

0

0

0

преимущества и недостатки, технология процесса, способы, оборудование

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.

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:

1. Приборостроительная и электронная промышленность. В высокоточном оборудовании и приборах необходимы сочетания разнородных материалов, в том числе неметаллических – стекла, керамики, графита с металлами и сплавами.
2. 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.

Сварочная диффузионная установка

Обычно установка содержит одну камеру, но для повышения производительности выпускают и с несколькими для непрерывной загрузки и выгрузки изделий.

что это такое и особенности применения

Да ладно, любая сварка по своей физической сути – диффузионная. Так может сказать любой, кто хоть немного разбирается в сварочных делах. И будет прав. Но все дело в скорости диффузии атомов металлов друг в друга.

При тесном соприкосновении она будет происходить, но очень медленно, что никак не приемлемо для промышленных нужд. Но технологическое решение было найдено: нужно разместить соединяемые металлические заготовки в вакуум, хорошенько разогреть, а затем добавить давление.

Родилась новая : диффузионная сварка в вакууме.

Как это происходит?

Понятно, что для исполнения это не самый простой метод сварки. Но овчинка выделки стоит, с его помощью формируются соединения с уникальными свойствами, такие невозможно получить при использовании любого другого способа сварки.

ГОСТ 20549-75 – Диффузионная сварка.

Один только вакуум чего стоит: чтобы создать его, нужно обзавестись специальными стендами с камерой для деталей. На них же производят нагревание и давление. По длительности во времени это могут быть самые разные процессы: от нескольких минут до нескольких часов.

Чтобы получился качественным, существует ряд технических правил, обязательных для исполнения:

• Вакуум создается только на специальных установках.
  Здесь имеет место прямая зависимость: чем больше разреженность воздуха внутри камеры, тем качественнее получается сварное соединение. Идеальный физический вакуум на такой установке невозможен в принципе. Поэтому приемлемым уровнем вакуума считается 10 в пятой степени со знаком минус мм рт. ст. Даже такое скромное по физическим меркам разрежение отказывает мощное воздействие на процесс диффузии.
• Нагревание заготовок во время процесса можно производить несколькими способами.
  Самые применяемые из них – индукционный, радиационный или чемпион по популярности – электроконтактный. Уровень температуры тоже может быть разным, здесь также наблюдается прямая зависимость: чем выше температура, тем больше текучесть металла и выше скорость диффузии. Если вы решите оставить комнатную температуру, вы получите диффузионную сварку, но через продолжительное время – придется подождать.
• Давление нужно создавать только после достижения нужного уровня температуры.
  Оно может быть разным по длительности и локальности: от узконаправленного до распределенного по всей поверхности деталей. Необходимое давление применятся также для ускорения процесса – так же, как и температура.
• Применение фольги в качестве вспомогательной прокладки между поверхностями – еще одно приспособление для повышения качества сварки в виде высокой прочности соединения.
  Фольга нужна платиновая, золотая или медная: она должна быть очень тонкой – всего несколько микрон толщиной. Еще одним способом улучшения качества является обработка мест стыковки специальными составами.
• Теперь об остывании.
  Оно должно быть в обязательном порядке постепенным. Более того, это остывание должно проходить в том же вакууме. Обычно в устройствах для диффузионной сварки имеются специальные системы охлаждения с регулировкой скорости остывания. Постепенность – вот главное слово на этом этапе, иначе возникнет риск появления трещин и снижения качества шва.

Следование техническим рекомендациям – одно из важнейших условий успешной работы и качественного результата. С другой стороны, следует всегда оценивать конкретные условия и природу металлов заготовок, чтобы внести технологические корректировки при необходимости.

К примеру, если вы имеете дело с деталями из цветных металлов, величина давления и температура нагревания понадобятся совсем другие.

Преимущества диффузионной сварки

Схема работы установки для диффузионной сварки.

У этого метода много плюсов и преимуществ перед другими способами:

• Нет необходимости в каких-либо расходных материалах вроде или флюсовых смесей.
• С экологической точки зрения это чистый процесс – без горения и вредных веществ, выделяющихся по ходу процесса и вредных паров.
• Малая энергоемкость метода, что выливается в серьезное снижение стоимости ресурсов.
• Возможность соединять сразу несколько заготовок и получать в итоге многослойные конструкции с уникальными свойствами.
• Возможность соединять поверхности самого разного размера и разнообразных форм. Толщина заготовок также может быть любой. Эти свойства особенно ценны в микроэлектронике.
• Высочайшее качество шва, с которым не может сравниться ни одна другая сварка.
• Эта технология совершенно безвредна для людей исполнителей.

Еще одно преимущество метода – то, что он постоянно совершенствуется. Если раньше в камере использовали только вакуум, то на сегодняшний день в нее закачивают также и инертные газы. Диффузионной сваркой можно соединять не только металлы, но и пластик, стекло, керамику и самые сложные композитные смеси.

Недостатки диффузионной сварки

Чертеж аппарата диффузионной сварки.

Ни один технический метод работы с металлами не обходится без минусов:

• Самой главный минус – высокая стоимость оборудования для создания вакуума. Помимо высокой цены эти установки нуждаются в квалифицированном обслуживании, которое могут предоставить только специально обученные люди.
• Этот метод подходит для работы с габаритными деталями. Но имеются и ограничения, которые никоим образом не технологические. Для больших деталей нужны большие вакуумные камеры. А вот они стоят весьма и весьма дорого.
• Предварительные очистка и обработка поверхностей деталей являются при данной технологии строжайшим требованием. Дело в том, что малейший дефект или самое незначительное загрязнение сделают диффузную сварку невозможной.

Где метод применяется

Несмотря на сложность и дороговизну оборудования, этот метод чрезвычайно востребован во многих сферах науки и технических отраслях за исключением массовых промышленных производств:

• деталей, требующих особой прочности и качества, в разных видах машиностроения.
• Соединение сложных цветных металлов и их сплавов без применения флюсов или припоев.
• Создание сложных композиционных многослойных конструкций из разных материалов, которые используются как на производствах, так и в строительстве.
• Промышленная электроника – область, где метод нужен чаще всего и в самых больших объемах.

Прогресс не стоит на месте, а сварка в вакууме – одна из самых «высокоскоростных» технологий, которая развивается и модифицируется быстро и широко.

суть метода, где применяется и что это такое, инструменты и материалы

Химический процесс при котором молекулы двух веществ взаимопроникают при соприкосновении, называют диффузии. Этот процесс протекает одинаково у всех веществ.

Диффузия в обычном виде сложно применить, поскольку она занимает много времени и не эффективна. Как же мы можем применить это при сваривании металлов?

Ответ достаточно прост. Н. Ф. Козаков впервые применил диффузию для сварки металлов еще в середине двадцатого века. При этом советский ученый добавил вакуум, давление и нагрев.

Таким образом появился новый вид сварочных работ.

Содержание статьиПоказать

Процесс и технология

Выше на схеме указаны все ключевые данные. Рассмотрим этот процесс более детально. Протекает весь процесс в вакууме, что делает соединение более качественным. Еще дает возможность не использовать привычные методы сваривания.

В начале все детали помещают в специально предназначенную камеру. В этой камере происходит высокая степень разряжения молекул, создается вакуум. Это способствует получению более высоких результатов при сварочных работах.

После этого все детали нагреваю до нужной температуры. Степень нагрева зависит от свойств металла. Некоторые детали могут повредиться при нагреве, в таком случае процесс проходит без нагревания.

Без нагревания время диффузионного метода значительно увеличивается. При нагреве процесс диффузии проходи более ускоренно и сварочный шов формируется качественнее.

Есть три способа нагрева деталей: электроконтактный, радиационный, индукционный.

Далее применяют давление. Оно может быть кратковременным или длительным либо локальным.Это позволяет добиться определённого результата — ускоренной диффузии.

Для получения высокого качества соединения во время сварки, возможно использование фольги. Металлической фольгой, толщина которой пара микрон, нужно обмотать место соединения.

Также для лучшего качества используют химические вещества. Их наносят непосредственно на место стыка заготовок.

Все детали после сварочных работ проходят обязательную проверку на качество. Для этого используют ультразвуковой контроль, либо радиографический метод. При диффузионном методе капиллярный контроль не эффективен.

Это главные стадии этого способа сварки. В зависимости от требований деталей сварщик может изменить эти этапы по своему усмотрению. Для каждого вида металла применяется разная температура и давление.

У черных металлов условия и технологии соединения отличаются от параметров цветных металлов.

Необходимая техника

Для диффузионной сварки используют особый стенд с вакуумной камерой. Туда помещают нужные заготовки. Из-за такой камеры диффузионную сварку еще называют «вакуумная сварка».

В камере при помощи нагрева и давления делами сжимаются и соединяются. Их оставляют в таком состоянии от пары минут до пары часов. Время процедуры зависит от вида и свойства металических деталей, а также уровня давления и температуры.

В итого получается цельное соединение. Такому сварочному соединению характерны долгосрочность и качество.

Плюсы и минусы

Также диффузионный метод имеет свои недостатки и достоинства. Далее рассмотрим их более детально.

Мы на личном опыте испытали все плюсы и минусы при работе с этой технологией.

Плюсы

Важный плюс в том, что проволока, газ, электроды и остальной расходный материал не нужен. Это делает диффузионную сварку финансово выгодной.

Еще такой метод более экологичен, поскольку отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу.

Еще одно преимущество заключается в низком потреблении энергии, что выгодно с экономической стороны. При диффузионном способе расходуются намного меньшее количество энергии, чем при остальных.

При помощи диффузионной сварочной установки можно одновременно обработать несколько видов металлов. Не нужно переживать о разнице в свойствах металлов.

Возможность использовать детали разных размеров — еще одно несомненное достоинство. Толщина длинна или ширина металла не имеет значения. Можно сварить как мелкие, так очень большей детали.

Нужно только иметь установку нужного размера. Такой способ подходит для разных типов соединения. Например тавровое, внахлест или стыковое.

Нужно помнить о том, что качество шва при данном виде сварки всегда очень высокое. Электрическая и газовая сварка уступает по качеству.

Швы имеют достаточно эстетичный вид после диффузионной сварки. Благодаря этому стыки не нуждаются в обработке.

Следующее преимущество это полная безопасность во время сварочных работ. Полная защита от огня, брызг раскаленного металла или тока. Все опасные действия проходят в закрытой установке.

Вы также ограждены от химических испарений выделяемых в процессе сварочных работ. Что сохраняет ваше здоровье.

Минусы

Диффузионный метод сварки имеет и свои недостатки. Однако хотелось бы отметить их несущественное значение.

Самый основной минус -дорогое оборудование. Для работы с ним сначала необходимо пройти обучение. Для обслуживания такой техники нужны специалисты. Вдобавок приобретенная вами установка может не подходить для определенных размеров детали.

Конечно можно приобрести установку очень больших размеров и использовать для разных по величине деталей. Но стоит учесть, что при создании необходимого вакуума размер установки имеет значение.

Еще один недостаток — это необходимо предварительно подготовить металл. Необходимо не только убрать грязь, но и тщательно зачистить поверхность. Это требуется для быстрой диффузии. Качество соединения прямую зависит от подготовки металла.

Вывод

Выше мы предоставили всю основную информацию о диффузионной сварке. Да эта технология не из простых, но она открывает доступ к многим возможностям.

Благодаря ей, вам доступна сварка различных металлов, как например, титан. Также не нужно обрабатывать сварочный шов и использовать расходники.

К тому же, качество соединения получается очень высоким.

Диффузионная сварка в вакууме: область применения, технология

 

Диффузионная сварка – это один из многочисленных способов соединения металла. Это может быть однородный или разнородный продукт, сплав, неметаллический материал. Форма предмета твёрдая. Процесс стыка происходит путём диффузии атомов через стыковочную поверхность.

Процесс диффузионной сварки

Какую температуру следует поддерживать при диффузионной сварке? На этот вопрос есть вполне обоснованный и закономерный ответ. Рекомендованы высокие t ^{нагрева рабочей поверхности: 0,5-0,77. И это при относительно низком сжимающем давлении. Всего 0,5-0 МПа. Если говорить об изометрической выдержке, то время растягивается от нескольких минут и может доходить до пары часов.}

Область применения

Диффузионная сварка традиционно активно применяется в тяжёлых отраслях производства. Сфера приборостроения – это её родная стихия. Полупроводниковые приборы, узлы, изготовленные из металлокерамики и катодные узлы, вот небольшой перечень, освоенный данным методом.

Диффузионная сварка адаптирована для работы с заготовками средних и больших размеров. Метод подходит для работы со сложными формами, которые при механическом методе обработке невозможно получить. К тому же этот вариант экономически проигрышный.

Диффузионная сварка нашла применение при соединении любых материалов, основой которых является металл. Это:

1. Ферриты.
2. Стекло.
3. Керамика.
4. Кварц.

А также разнородные сплавы: ниобий, вольфрам и титан. Данный метод соединяет металлические и неметаллические изделия: такие, как сталь и графит, медь + стекло. Возможны иные комбинации соединений.

 

Преимущества и недостатки

Как и другой любой вид соединений диффузионная сварка в вакууме имеет свои положительные и отрицательные стороны. Традиционно начнём с позитива.

• Соединяя традиционные и неоднородные металлы, а также твёрдые вещества не происходит в конечном итоге деформации производимого продукта.
• В процессе нет необходимости использовать расходный материал в виде припоев и флюсов.
• Метод даёт возможность говорить об безотходном производстве, что не может ни радовать.
• В производстве не требуется установка дорогостоящих и громоздких систем вентиляции воздушных потоков.
• Технология диффузионной сварки исключает проявление вредных паров и обеспечивает стабильный электрический контакт.
• В работе отсутствуют металлические брызги, ультрафиолетовые излучения вредные для здоровья человека и мелкодисперсные напыления.
• На конечном этапе, выходе готовой продукции получается деталь эстетического вида. В последствии нет потребности в её дополнительной обработке, удалении остатков металла в виде окалины.

Готовая деталь после диффузионной сварки

К недостатком относится:

• Диффузионная сварка возможна с применением специальной вакуумной камеры.
• Следовательно, её использование ограниченно производством. В бытовых условиях диффузная сварка в вакууме невозможна.
• Процесс занимает немало времени. Много внимания уделяется подготовительному этапу.
• Оборудование для процесса соединения стоить весьма дорого.
• Установка громоздкая и занимает много места. Для её установки и нормальной работы требуются просторные рабочие площади.
• Диффузионная сварка в вакууме возможна при надлежащем обслуживании. К тому же трудоёмкий процесс требует от исполнителей определённых знаний и навыков. А также понимания технологического процесса и практического опыта проведения подобного рода работ.

Всё это ограничивает возможности и сокращает круг промышленных интересов,  к сожалению.

Способы использования метода: как это происходит?

Диффузионная сварка – это использование 2 различных технологий. Энергетический импульс нацеливается на рабочую заготовку в непрерывном режиме с последующим использованием вакуума.

«Важно!

Необходимо проводить регулирование режима и скорости непосредственно во время рабочего цикла.»

Технология диффузионной сварки подразумевает последовательность действий, а именно:

1. Изначально комплектуются рабочие части.
2. Затем они обрабатываются вакуумом.
3. Далее заготовке дают отдохнуть до полного остывания.

Технология диффузионной сварки

При этом швы образуются с помощью 2 стадий:

• физической;
• и формирования.

Режимы диффузионной сварки

К понятию стадий процесса относятся: разогрев, а также силы трения и сжатия. Время выставляется самостоятельно и зависит от плотности заготовок.

Металлические волокна расплавляются при индукции, на что оказывает непосредственное влияние электрические лучи, которые имеют сопротивление обратного типа.

Чтобы защитить металл от окисления, необходимо перед проведением работ тщательно очистить все детали.

Какое оборудование необходимо?

Для этого метода подходит несколько типов оборудования. Их отличие в специфике соединения металлов. Хорошо зарекомендовали себя машины типа МДВС при производстве гибких медных шин и изготовлении контактных групп медных и керритовых выключателей.

Отдельно необходимо сказать о комплексе УДВМ-201, УСДВ-630 и МДВС-302. Это наиболее распространенные установки, зарекомендовавшие себя в различных отраслях хозяйствования.

Характеристика получаемых соединений

Диффузионная сварка даёт возможность получения соединительного однородного шва без деформации в местах соединения.

В соединительной зоне не подвергается нарушению кристаллическая решётка материала. Что предполагает отсутствие хрупкого шва.

«Обратите внимание!

Именно качество шва определят в конечном итоге создаваемую деталь.»

Соединение деталей из титана

Диффузионная сварка титана и сплавов характеризуется получением соединения высокого качества при высокой экономической эффективности.

«Важно!

Химический состав сплава из титана не оказывает, какого либо влияния на прочность соединения рабочих элементов вышеуказанного способа.»

Метод широко применяется в медицинской отрасли. С его помощью стало возможным изготовление наиболее качественных протезов.

Заготовки нагреваются до t ^{на 50-100 ниже, чем t при которой возможно полиморфное превращение.}

На рабочие материалы необходимо оказывать небольшое давление. Примерно 0,05-0,15 кгс на мм².

Техника безопасности

Диффузионная сварка металлов требует от всех работников неукоснительного выполнения положений ТБ и соблюдения технологического процесса.

Сотрудники должны использовать средства индивидуальной защиты и проходить перед работой дополнительный устный инструктаж.

Рабочее место должно быть заранее подготовлено, проверено технологическое оборудование.

К выполнению заданий допускаются лица старше 18 лет прошедшие специальные курсы и медицинский осмотр.

Техника безопасности регламентируется отдельными положениями министерств и ведомств, а также внутренними инструкциями промышленных предприятий.

Заключение

Использование такого метода позволяет объединять те материалы, которые невозможно объединить иным способом. Однако есть ограничения в использовании, что не может не сказаться на развитии процесса. Специализация этого метода узкий профиль присущий лишь отдельным отраслям хозяйствования.

Что такое диффузионная сварка?

Диффузия — процесс взаимного проникновения двух разных веществ при их соприкосновении. Процесс диффузии одинаков при взаимодействии любых веществ: будь то газо-, жидко- или твердообразных. Но диффузия в своем привычном виде практически неприменима, поскольку это долгий и малоэффективный процесс. Так каким же образом диффузия получила свое применение в сварке?

Все просто. В середине 20-го века советский ученый Н.Ф. Казаков воспользовался диффузией при сварке металлов, добавив при этом давление, нагрев и вакуум. Так появилась диффузионная сварка металлов. Ниже схема диффузионной сварки с кратким описанием.

Содержание статьи

Технология

На изображении выше вы прочли всю основную информацию. Предлагаем подробнее ознакомиться с технологией диффузионной сварки. Ведь диффузионная сварка в вакууме позволяет получить по-настоящему качественное соединение без применения классических технологий сварки.

Все начинается со специальной камеры, в которую помещаются детали. В камере создается технический вакуум, при этом разряжение в камере должно быть как можно выше. Так удастся добиться лучших результатов при сварке.

Далее детали нагреваются до определенной температуры. Температура зависит от металла заготовки и его свойства. Иногда бывают ситуации, когда нагрев может навредить детали, и тогда диффузионную сварку производят без нагрева. Но в таком случае время сварки увеличивается в несколько раз. В большинстве случаев нагрев лишь поспособствует формированию качественного шва, поскольку благодаря нагреву ускоряется диффузионный процесс. Детали нагреваются радиационным, индукционным или электроконтактным способом.

Затем на детали оказывается давление. Оно может быть разнообразным. И длительным, и кратковременным, и локальным. Но в конечном итоге вы должны получить один результат — диффузия должна ускориться.

Если вам нужно добиться исключительного качества сварного соединения, то можно использовать металлическую фольгу толщиной в несколько микрон, которой обматывают место стыка. Также есть разнообразные химические вещества, которые можно нанести на место стыка и тем самым поспособствовать улучшению качества шва.

После сварки деталь нужно отправить на обязательный контроль качества. Зачастую используются методы радиографического или ультразвукового контроля. Не рекомендуем капиллярный контроль, поскольку он не будет эффективным в данном случае.

Читайте также: Визуально-измерительный контроль сварных соединений

Это основные этапы диффузионной сварки. Они могут быть изменены на усмотрение сварщика, если того требуют детали или условия сварки. И учитывайте, что при сварке разных металлов должно использоваться разное давление, ровно как и температура нагрева. Нельзя для цветных и черных металлов использовать одни параметры сварки, это грубейшая ошибка.

Оборудование

Оборудование для диффузионной сварки представляет собой специальный стенд с вакуумной камерой. В камеру как раз и помещаются детали. Именно по этой причине диффузионная сварка часто называется просто «вакуумная сварка». Детали стыкуются в камере, нагреваются и сжимаются под давлением. В таком состоянии заготовки находятся от нескольких минут до нескольких часов. Продолжительность диффузионной сварки зависит от типа металла, из которого сделаны детали, степени нагрева и давления. В результате образуется неразъемное сварное соединение. Оно отличается высоким качеством и долговечностью.

Все установки для диффузионной сварки должны быть оснащены системой активного охлаждения. Благодаря им деталь, находящаяся в камере, остывает равномерно, нет скачков температур. В результате заготовка теряет все свое остаточное напряжение и на месте стыка не образовываются трещины. Шов получается прочным и долговечным.

Достоинства и недостатки

Диффузная сварка, как и любая другая, обладает своими характерными плюсами и минусами. Мы подробно перечислим их, внося свои пояснения. Ведь за время работы нам удалось испробовать эту технологию и в полной мере убедиться во всех достоинствах и недостатках.

Начнем с плюсов. Самый главный плюс — не нужно использовать расходники. Ни электроды, ни проволока, ни газ вам не понадобятся в процессе работы. Поэтому диффузионная сварка считается одной из самых экономически выгодных. К тому же, при данном методе сварки нет вредных выбросов в атмосферу.

Второе преимущество, которое так же очень выгодно с экономической точки зрения — крайне низкое энергопотребление. Чтобы сформировать шов в диффузионной установке вам понадобится куда меньше энергии, чем при других способах сварки. Также упомянем, что с помощью диффузионной сварки вы сможете сварить несколько типов металлов одновременно. Не нужно беспокоиться об их разных свойствах и особенностях.

Еще один плюс — нет никаких ограничений по размерам деталей. Не важна длина, ширина и толщина металла. Можно варить крохотные детали, а можно сварить огромные. Главное, чтобы у вас была подходящего размера установка для сварки. К тому же, вы можете сделать соединение любого типа. И стыковое, и тавровое, и внахлест.

Не забывайте и том, что качество шва после диффузной сварки всегда на высоте. Оно куда лучше, чем при газовой или электрической сварке. Готовые швы можно даже не обрабатывать, поскольку они и так достаточно эстетичны.

Еще один плюс, которые мы заметили в работе, это абсолютная безопасность для сварщика. Все процессы протекают в закрытой камере, а это значит, что вы будете защищены от брызг металла, открытого пламени или электрического тока. Не стоит забывать и о химических парах, выделяемых при некоторых технологиях сварки. Все это негативно влияет на здоровье. А при диффузной сварке вы защищены.

Что ж, это основные достоинства диффузионной сварки. Чтобы быть объективными, мы перечислим и несколько недостатков. Но сразу скажем, что они не так уж существенны, на наш взгляд.

Главный недостаток — это само оборудование. Оно стоит недешево, чтобы с ним работать нужно предварительно обучиться, а для обслуживания требуются квалифицированные техники. К тому же, вы просто не сможете сварить деталь какого угодно размера, поскольку ваша установка может быть не рассчитана на это. Вы скажете, что можно просто купить огромную установку и варить в ней детали любого размера. Это так, но учтите, что чем больше установка, тем сложнее установить в камере нужный вакуум.

Второй недостаток — это необходимость тщательной подготовки металла под сварку. Нужно не просто почистить поверхность от грязи. Требуется очень кропотливая зачистка, чтобы диффузия была быстрой. Чем хуже вы зачистите металл, тем хуже будет качество шва.

Вместо заключения

Вот и все, что мы хотели рассказать вам о диффузионной сварке. Да, это не самая простая технология (по сравнению с ручной дуговой сваркой, например), но она дает много возможностей. Вам становится доступна диффузионная сварка титана или любых других металлов. К тому же, не нужно использовать электроды, обрабатывать место сварки. При этом качество соединения на высоком уровне. Вы когда-нибудь сталкивались в своей практике с диффузионной сваркой? Расскажите об этом в комментариях. Желаем удачи!

[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]