Диффузионная сварка, ее сущность, принципиальная схема установки для диффузионной сварки. Области применения диффузионной сварки.

Диффузионная сварка - способ соединения разнородных и однородных металлов, сплавов, неметаллических материалов в твердой фазе, осуществляемый путем диффузии атомов через поверхность стыка. Отличительная особенность диффузионной сварки от других способов сварки давлением - относительно высокие температуры нагрева (0,5-0,7 Т_пл) и сравнительно низкие удельные сжимающие давления (0,5-0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

Свариваемые детали с тщательно зачищенными свариваемыми поверхностями помещаются в рабочую камеру. В рабочей камере создается разрежение путем откачки атмосферного воздуха до давления 10‾⁵мм рт. ст. Для повышения пластичности и ускорения процесса диффузии на свариваемые детали прикладывается небольшое сдавливающее усилие и они нагреваются до температуры 600 — 800°С. Продолжительность процесса сварки составляет около 5мин.
В результате нагрева свариваемых деталей в вакууме происходит интенсивное очищение поверхностей от окислов и органических загрязнений. Сварные швы, полученные в результате диффузионной сварки, при высоком качестве не имеют внутренних напряжений.

При диффузионной сварке одноименных металлов сварное соединение достигает равнопрочное основному материалу в том случае, когда структура зоны соединения не отличается от структуры основного материала. Для этого в зоне контакта должны образовываться общие для соединяемых материалов зерна. Это возможно за счет миграции границ зерен, осуществляемой либо путем первичной рекристаллизации, либо путем собирательной рекристаллизации.

С помощью диффузионной сварки в вакууме получают высококачественные соединения керамики с коваром, медью, титаном, жаропрочных и тугоплавких металлов и сплавов, электровакуумных стёкол, оптической керамики, сапфира, графита с металлами, композиционных и порошковых материалов.

В зависимости от напряжений, вызывающих деформацию металла в зоне контакта и определяющих процесс формирования диффузионного соединения, целесообразно условно различать сварку с высокоинтенсивным (Р ≥ 20 МПа) и низкоинтенсивным (Р ≤ 2 МПа) силовым воздействием. При сварке с высокоинтенсивным воздействием сварочное давление создают, как правило, прессом, снабжённым вакуумной камерой и нагревательным устройством (рис.). Но на таких установках можно сваривать детали ограниченных размеров (как правило, диаметром до 80 мм). При изготовлении крупногабаритных двухслойных конструкций применяют открытые прессы. При этом свариваемые детали перед помещением в пресс собирают в герметичные контейнеры, которые вакуумируют и нагревают до сварочной температуры.

Рис. Принципиальная схема установки для диффузионной сварки

1 – рабочая камера; 2 – система охлаждения; 3 – вакуумная система; 4 – источник нагрева; 5 - система давления

Преимущества процесса сварки:

• возможность получения соединений однородных и разнородных материалов;
• малые деформации свариваемых деталей (5-7%);
• безотходная технология;
• экологически чистый процесс работы машин для диффузионной сварки;
• отсутствуют расходные материалы (дорогостоящие припои, флюсы, пасты);
• возможность получения соединения с большой площадью сварной зоны (ограничивается усилием привода сжатия установки);
• единственно надежные способ получения гибких медных шин, связей, компенсаторов путем омоноличивания мест под болтовое соединение;
• диффузионная сварка меди с серебряной и никелевой фольгой заменяет гальванические покрытия

 

Методом диффузионной сварки возможно получить соединения большинства металлов, а также соединения керамических деталей и соединения металлов с керамикой.
Промышленное применение диффузионной сварки ограничено наличием сложного дорогостоящего оборудования и невысокой производительностью, обусловленной временем откачки рабочей камеры, временем нагрева деталей, временем процесса диффузии, временем охлаждения.

Области применения:

• изделия низковольтной и высоковольтной аппаратуры (например, контакторы электромагнитные; разъединители; масляные, вакуумные и автоматические выключатели.);
• шинопроводы, гибкие шины, связи, компенсаторы, токоподводы;
• оконцевание проводов и кабелей (замена кабельных наконечников);
• композиционные материалы с заданными свойствами;
• элементы скважинных насосов (биметаллическое седло и шток клапана);
• трансформаторы и электрические машины.