так и в разнородных сочетаниях, включая материалы с резко различа
|
|
|
|
ющимися |
свойствами |
(например, |
ме |
||||||
|
|
|
|
талл— керамика). |
В |
однородных |
со |
||||||
|
|
|
|
четаниях структура и свойства свар |
|||||||||
|
|
|
|
ного |
соединения |
практически не |
от |
||||||
|
|
|
|
личаются |
от |
основного |
|
материала. |
|||||
|
|
|
|
При |
соединении |
разнородных |
пар, |
||||||
|
|
|
|
а в |
некоторых |
случаях |
и |
для одно |
|||||
|
|
|
|
родных сочетаний |
могут |
быть исполь |
|||||||
|
|
|
|
зованы |
промежуточные |
прослойки |
|||||||
Рис. 10.2. Диаграмма |
деформи |
(см. |
разд. |
10.2.3). |
|
|
|
|
|||||
рования |
при |
ДСПД-процессе: |
Особенностью |
диффузионной свар |
|||||||||
/рад — время |
релаксации; есв — |
||||||||||||
ки |
является возможность |
ограниче |
|||||||||||
степень |
накопленной |
деформа |
|||||||||||
ции |
|
|
|
ния |
общей деформации |
соединяемых |
|||||||
|
|
|
|
деталей, что позволяет получать пре |
|||||||||
|
|
|
|
цизионные |
соединения, |
в |
необходи |
||||||
мых случаях не требующие последующей механической обра ботки.
При диффузионной сварке по схеме принудительного дефор мирования (ДСПД) цикл сварки можно четко ограничить макроупругой стадией I (рис. 10.2) или прекратить в любой мо мент стадии пластического деформирования //, а также на стадии выдержки в режиме релаксации напряжений III, Когда приращения пластической деформации практически не проис ходит.
Для управления структурой и свойствами сварного соеди нения и основного материала при диффузионной сварке срав нительно легко могут быть использованы принципы термомеха нической обработки, совмещенные с циклом сварки, особенно при сварке с принудительным деформированием, см. [4, 6).
При изготовлении тонкостенных многослойных и простран ственных конструкций типа пустотелых панелей решеток, об легченных ферм и т. п. процесс сварки может быть совмещен с формообразованием (см. разд. 10.4.3). В серийном производ стве простых по форме изделий за один технологический цикл можно соединять одновременно несколько деталей (пакетная сварка). При этом сварочный процесс сравнительно легко авто матизируется и в случае применения конвейерных комплектов, работающих на принципе шлюзования, обеспечивается высокая производительность.
Технология может быть использована в производстве полу фабрикатов и заготовок для последующей обработки. Напри мер, этим методом получают многослойные заготовки для по следующей прокатки, а также крупногабаритные заготовки сложной формы путем соединения простых элементов, что при водит к существенной экономии материала.
Ограничения применения и недостатки технологии
— В большинстве случаев длительность цикла сварки значи тельна, что ограничивает производительность процесса.
—Сложность оборудования (особенно вакуумного) и тех нологической оснастки, подвергающейся одновременному на греву и нагружению, предъявляет высокие требования к тех ническому уровню производства.
—Размеры изделий, как правило, ограничиваются типом
применяемых сварочных установок.
—Высокие требования к качеству контактных поверхностей удорожают процесс в целом.
—Известные методы неразрушающего контроля в связи со спецификой дефектов сварных швов имеют сравнительно -низ кую эффективность.
10.2.Технология
10.2.1. Типы и конструкции соединений
Могут быть использованы все типы соединений, известные в практике сварки и пайки (рис. 10.3). При этом основным усло вием является возможность обеспечения плотного и свободного прилегания соединяемых поверхностей по всей площади касания.
Рис. 10.3. Варианты соединений при диффузионной сварке:
в — массивные |
детали |
(H/D<6) |
(соединение |
по торцевой |
поверхности); б — листо |
||||
вые элементы |
и |
массивная |
деталь |
(Н/6< 10): |
в —трубки, |
соединяемые по концу |
|||
(6Д>>0,2, H/D<6); |
г — многослойный |
пакет (o/D>0,2, H/D<6); |
д — цилиндрические |
||||||
поверхности (L/D<6); |
е —то |
же |
(0.5<I/D<5, |
0>0,05); ас —то |
же для многослой |
||||
ной заготовки |
(0JS<L/D<6, б >0,06) |
|
|
|
|
||||
Поскольку деформация свариваемых деталей в большин стве случаев ограничена, в случае повышенных требований к механическим свойствам предпочтительным является приме
нение механической |
обработки зоны соединения после сварки |
с целью удаления |
краевых дефектов (непроваров) или для |
получения более целесообразной геометрии соединения в слу чае тавровых и угловых швов (например, для формирования радиуса в зоне концентратора напряжений).
Элементы сварных узлов, к которым предъявляются наи более высокие требования по вакуумной плотности, рекомен дуется изготавливать таким образом, чтобы волокна текстуры материала начинались и заканчивались в пределах вакуумной полости или сварного соединения.
10.2.2. Подготовка поверхности
Свариваемые поверхности должны быть обработаны с чистотой поверхности при < 1,25 мкм по ГОСТ 2789—73. Предпочтительно применение механи ческой обработки.
Непосредственно перед сваркой детали проходят очистку от жировых и других загрязнений, а также от оксидов методами электрохимической или хи мической обработки (травление, обезжиривание, электрополировка). Такой же обработке подвергают промежуточные прокладки из фольги, если они приме няются. Эффективно использование электрического разряда для очистки по верхности непосредственно в рабочей камере перед сваркой.
10.2.3. Применение покрытий и промежуточных прокладок
Покрытия наносят чаще всего гальваническим, химическим или термовакуумным методами на одну или обе свариваемые детали, но, как правило, только в пределах площади их кон тактирования. При сварке мелких деталей допускается нанесе ние покрытия на всю поверхность. Покрытия применяют для защиты от окисления в процессе нагрева при сварке сплавов, в состав которых входят активные по отношению к кислороду элементы (Сг, А1 и др.). Чаще всего используют никелевое, медное или серебряное покрытие толщиной 5—10 мкм.
При сварке материалов, образующих в контакте при тем пературе процесса интерметаллидные фазы, необходимо при менение барьерных прослоек *. Для этого могут быть исполь зованы покрытия достаточной толщины, а также фольговые прокладки, изготавливаемые по форме площади контактирова ния. В этом случае основное требование при выборе типа по крытия или прокладки — совместимость с каждым из сваривае-1
1 Необходимость в барьерных прослойках может быть исключена сниже нием температуры сварки или ограничением времени нагрева.
мых сплавов. При необходимости прокладки могут быть мно гослойными или применяться в сочетании с покрытиями.
Сравнительно толстые (100—500 |
мкм) фольговые прокладки |
из пластичных металлов (Ni, Си, |
Ti, А1 и др.) применяют |
с целью интенсификации пластической деформации в контакт ной зоне. Необходимость этого возникает в случае, когда сое диняемые материалы имеют ограниченную деформационную способность в интервале режимов сварки (керамика, жаро прочные сплавы), а также когда контактирующие поверхности грубо обработаны или плохо взаимно сопрягаются.
Ту же цель достигают применением порошковых прокладок, изготовленных предварительным формованием в виде заклад ных элементов (лент, шайб, таблеток) из промышленных по рошков никеля, меди, титана и др. (размер частиц 50— 100 мкм), а также из специальных ультрадисперсных порош ков (частицы <1 мкм). В последнем случае применение про слоек позволяет существенно снизить температуру диффузион ной сварки.
Толстые промежуточные прослойки необходимы также в случае, когда соединяемые материалы в разнородной паре имеют сильно различающееся тепловое расширение в темпера турном интервале режимов сварки. Такие прокладки компен сируют за счет пластической деформации остаточные напря жения в соединении, возникающие при охлаждении, и преду преждают самопроизвольное разрушение конструкции.
Особое место в технологии диффузионной сварки занимают р а с п л а в л я ю щ и е с я п р о с л о й к и 1. Жидкая фаза в зоне соединения образуется за счет применения прослоек, имеющих температуру плавления ниже температуры плавления свари ваемых материалов (чаще в результате протекания эвтектиче ской реакции или непосредственно между свариваемыми мате риалами, или между ними и специально введенной прослойкой; такие прослойки применяют в виде покрытий, фолы и порош ковых смесей, а также в любом их сочетании).
Наличие жидкой фазы в зоне контакта позволяет ограни чить деформирующую нагрузку, снизить температуру сварки, активизировать процесс формирования контакта, что важно, например, при соединении труднодеформируемых жаропрочных сплавов, керамик, сложнолегированных сплавов и других ма териалов.
Для повышения жаропрочности и коррозионной стойкости сварных соединений в этом случае целесообразно применять послесварочный гомогенизирующий отжиг для выравнивания химического состава в зоне контакта.1
1 Такой процесс в литературе иногда называют «диффузионная пайка», однако от пайки его отличает применение давления на контактных поверхно стях, а также ограниченное количество жидкой фазы.