Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

соединений (в первую очередь с оксидами цинка), легко переводи­ мых в шлаки. Кроме того, образующаяся на поверхности жид­ кого металла пленка из шлаков на основе борного ангидрида непроницаема для цинка, но проницаема для выделяющихся из расплавов газов.

Хорошие результаты дает применение газообразного флюса БМ-1, т. е. газофлюсовой сварки. Процесс сварки получается бездымным, а механические свойства сварного соединения — высокими.

9.3. О борудование и ап п ар ату р а

Типовые представители оборудования и аппаратуры, применяе­ мые при газовой сварке, приведены в табл. 9.9.

В СССР для сварки преимущественно применяют универ­ сальные горелки инжекторного типа, в которых горючий газ подается под низким (~0,001 МПа) давлением.

Раздел Z

::С В А РК А Д А В Л Е Н И Е М

При сварке давлением образование соединения осуществляется, главным об­ разом, за счет совместной пластической деформации материалов в зоне их контактирования. При этом нагрев выступает лишь в качестве сопутствую­ щего активирующего фактора и в некоторых процессах может отсутствовать вообще.

Согласно общей теории, любой процесс сварки развивается постадийно. При этом физика явлений, ответственных за формирование межатомных свя­ зей, сводится к трем наиболее важным стадиям.

{ . О б р а з о в а н и е ф и з и ч е с к о г о к о н т а к т а . На этой стадии происходит сближение соединяемых поверхностей на расстояния, соизмеримые с атомными расстояниями в кристаллической решетке. При всех способах сварки давлением эта стадия реализуется за счет пластической деформации микровыступов контактирующих поверхностей (обеих при сварке однородных сочетаний металлов или менее прочной при сварке разнородных сочетаний). Наличие небольших количеств жидкой фазы в некоторых процессах (напри­ мер, при диффузионной сварке через расплавляющиеся прослойки) облегчает

монолитного соединения непременно проходит через эту стадию. При этом возникают так называемые «активные центры». Активация поверхностей при сварке давлением происходит одновременно с образованием контакта в зна­ чительной мере за счет пластической деформации (механическая активация). Нагрев также способствует развитию этой стадии взаимодействия (терми­ ческая активация).

В общем случае суть активации поверхностей состоит в создании условий, при которых атомы, расположенные по обе стороны контактной границы, смогут вступать во взаимодействие с образованием межатомных связей. Эта стадия включает ряд важнейших физических процессов, в том числе разруше­ ние органических пленок и оксидных слоев (очистка поверхностей), а также

повышение энергии поверхностных атомов до уровня, при котором возможно химическое взаимодействие.

Стадия активации заканчивается схватыванием по большей части пло­ щади контактирования. Однако учитывая, что образование активных центров вследствие неоднородности взаимодействия происходит не одновременно по всей поверхности, ее длительность, в зависимости от интенсивности силового воздействия и свойств свариваемых материалов, может изменяться от долей секунды до нескольких десятков минут.

Процесс получения работоспособного соединения в большинстве случаев

сварка давлением осуществляется без внешнего нагрева (холодная сварка, сварка взрывом), стадия объемного взаимодействия не получает существен­

взависимости от сочетания свойств соединяемых материалов (однородные, разнородные) и их совместимости, которая определяется прежде всего веро­ ятностью образования интерметаллидов.

Впервую группу следует отнести способы сварки, при которых соеди­ нение завершается на стадии схватывания контактных поверхностей. В этой группе стадия объемного взаимодействия не получает развития вследствие низких температур (холодная сварка, сварка взрывом, магнитно-импульсная) или ввиду сравнительно высоких скоростей деформирования (ударная сварка

ввакууме, сварка прокаткой, термокомпрессионная сварка). Поэтому зона

контакта, как правило, четко выражена. Способы этой группы наиболее при­ годны для сварки разнородных материалов при опасности образования интер­ металлидов в контакте.

Вторая группа включает способы, при которых объемное взаимодействие получает заметное развитие и соединение завершается образованием общих зерен в зоне контакта. Такие процессы наиболее пригодны для сварки мате­ риалов в однородных сочетаниях.

Г л а в а 10. Д И Ф Ф У З И О Н Н А Я С В А РК А

10.1. О бщ ие сведения

В основе технологии лежит способ, разработанный в СССР проф. Н. ф. Ка­ заковым в 1953 г. [1]. Относится к классу термомеханических процессов (ГОСТ 19521—74). Находит наибольшее применение в электронной, электро­ технической, автомобильной, авиационной промышленности, а также в энерге­ тическом, химическом машиностроении и других отраслях техники. От общего объема механизированных способов сварки на долю диффузионной сварки вместе с другими, так называемыми новыми способами (например радиоча­ стотной, электронно-лучевой видами сварки) приходится 4,5—7,7% [2—3]. По прогнозам, предполагается некоторое расширение использования этих спосо­ бов к 2000 г. до ~ 8 %. Наибольшее применение среди технически развитых стран способ находит в нашей стране, а также в Японии, США, Франции, Великобритании, Германии [4].

10.1.1. Терминология и основные схемы

Диффузионная сварка входит в группу способов сварки давлением, при кото­ рых соединение происходит за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления, т. е. в твердой фазе {ГОСТ 2601—84, СТ СЭВ 5277—85). Отличительной особенностью является применение повышенных температур при сравнительно небольшой остаточной деформации.

Процесс может осуществляться с использованием большинства тепловых источников, известных при сварке. Наибольшее применение на практике на­ ходят индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, а также нагрев проходящим током, тлеющим разрядом и нагрев в расплаве солей.

Контакт соединяемых деталей при сварке выполняется либо непосредст­ венно, либо через прослойки (фольговые или порошковые прокладки, покры­ тия).

Чаще всего диффузионную сварку проводят в вакууме. Однако принципи­ ально возможно осуществление процесса в атмосфере защитных или восста-

/

ния; Н — нагреватель; Д — детали

новительных газов или их смесей (диффузионная сварка в контролируемой атмосфере). При сварке материалов, имеющих относительно малое сродство к кислороду, процесс можно вести даже на воздухе. В качестве среды для диффузионной сварки могут быть использованы и расплавы солей [4], выпол­ няющие одновременно роль источника тепла.

В практике диффузионной сварки известно применение двух технологиче­ ских схем процесса, различающихся характером приложения нагрузки или на­ пряжения, действующих в течение цикла [6]. В одной из них используют по­ стоянную нагрузку (рис. 10.1, а) по величине ниже предела текучести. При этом процессы, развивающиеся в свариваемых материалах, аналогичны пол­

осуществима наиболее просто, поэтому очень широко распространена [1]. По другой схеме нагрузка и пластическая деформация обеспечиваются

специальным устройством, перемещающимся в процессе сварки с контроли­ руемой скоростью (рис. 10.1,6). Такую технологию называют д и ф ф у з и ­ о н н о й с в а р к о й по с х е м е п р и н у д и т е л ь н о г о д е ф о р м и р о ­

ва н и я (ДСПД-процесс).

10.1.2. Технологические возможности и ограничения

Спомощью диффузионной сварки сравнительно легко могут быть получены соединения большинства конструкционных ма­ териалов: металлов и сплавов на их основе как в однородных,