5.17. Диффузионная сварка

Диффузионная сварка– это сварка давлением, при которой соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твёрдом состоянии. Диффузионные процессы протекают весьма активно при нагреве до температуры рекристаллизации и создании давления, достаточного для пластического деформирования и смятия микровыступов с целью обеспечения физического контакта по всей поверхности соприкосновения заготовок.

3

1

4

Р

5

2

Рис. 5.32. Диффузионная сварка:

1 – заготовка; 2 – опора; 3 – охлаждаемая вакуумная камера; 4 – нагреватель; 5 – прижим

В большинстве случаев диффузионную сварку выполняют в вакууме, однако она возможна и в атмосфере инертных или защитных газов. Свариваемые заготовки 1(рис. 5.32) устанавливают на опору2, расположенную внутри охлаждаемой вакуумной камеры3, и нагревают с помощью индуктора ТВЧ либо вольфрамового или молибденового нагревателя4. Вместо этих нагревателей для ускорения нагрева может быть также использован и электронный луч, который обычно применяют для нагрева тугоплавких металлов и сплавов. После того как будет достигнута требуемая температура, к заготовкам с помощью механического, гидравлического или пневматического прижима5в течение 5…20 мин прикладывают небольшое давление порядка 1…20 МПа. При таком термомеханическом воздействии возникает явление ползучести, приводящее к разрушению малопластичных поверхностных плёнок и резкому возрастанию площади физического контакта до 95% от номинальной поверхности. Завершение процесса образования контакта происходит в результате диффузионного зарастания оставшихся несплошностей.

Для получения высококачественного соединения свариваемые поверхности заготовок должны быть предварительно тщательно очищены от окислов и загрязнений, а их нагрев в процессе диффузионной сварки должен быть равномерным по всей площади соприкосновения. При нагреве в вакууме тончайшие адсорбированные и масляные плёнки испаряются и не препятствуют образованию соединения.

Достоинством диффузионной сварки является возможность соединения не только однородных, но и разнородных материалов (например, металл с керамикой) с образованием прочных промежуточных слоёв. Полученные соединения происходят без какого-либо изменения физико-механических свойств заготовок и, как правило, не нуждаются в последующей механической обработке.

Диффузионную сварку применяют в космической технике и радиоэлектронике, в самолёто- и приборостроении, при производстве вакуумных приборов, высокотемпературных нагревателей, инструментов, а также в пищевой промышленности.

5.18. Сварка взрывом

Сварка взрывом– это сварка, при которой соединение осуществляется за счёт давления, вызванного взрывом, приводящим к соударению свариваемых заготовок, одна из которых неподвижна и служит основанием, а другая – метаемым элементом. При сварке взрывом на отдельных участках свариваемых поверхностей наблюдается оплавление, а на других процесс приближается к холодной сварке.

4

3

2

1

h₀





Рис. 5.33. Сварка взрывом:

1 – неподвижная заготовка; 2 – метаемая заготовка; 3 – взрывчатое вещество; 4 – детонатор; h₀ – исходное расстояние между заготовками;  – исходный угол между заготовками;  – угол, перемещаемый в процессе взрыва

Для сварки обычно используют направленный взрыв, т.е. кумулятивный эффект, заключающийся в концентрации действия взрыва в одном направлении. Соединяемые поверхности неподвижной заготовки1, установленной на жёсткой опоре, и метаемой заготовки2располагают под угломдруг к другу на некотором расстоянииh₀. На заготовку2укладывают взрывчатое вещество3, а со стороны, находящейся над вершиной угла, устанавливают детонатор4. Детонация взрывчатого вещества с выделением газов и теплоты происходит с очень большой скоростью (несколько километров в секунду), и давление взрыва сообщает импульс метаемой заготовке2, в месте соударения которой с неподвижной заготовкой1образуется угол, который в процессе взрыва перемещается вдоль соединяемых поверхностей. При этом кумулятивная струя разрушает и уносит из вершины угла плёнки поверхностных окислов и другие загрязнения, подготавливая поверхности для высокопрочного соединения. Следующее за угломсоударение заготовок вызывает пластическое течение металла на соединяемых поверхностях, приводя к плотному соприкосновению до расстояния межатомного взаимодействия, в результате чего происходит схватывание по всей площади соединения.

Продолжительность сварки взрывом составляет миллионные доли секунды. Этого времени недостаточно для протекания диффузионных процессов и поэтому в сварных соединениях не образуется промежуточных химических соединений между разнородными материалами. Вследствие упрочнения в результате пластической деформации слоёв металла, прилегающих к соединяемым поверхностям, прочность соединений, полученных сваркой взрывом, выше прочности соединяемых материалов, и разрушение при испытаниях происходит по наименее прочному материалу на некотором расстоянии от плоскости соединения.

Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла, плакирования(т.е. нанесения на поверхность основного материала тонкого слоя другого материала) поверхностей конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми свойствами, при сварке разнородных материалов. Сварку взрывом целесообразно сочетать с прокаткой, ковкой или штамповкой.