Дифузійна зварювання

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Дифузійного зварювання
1. Суть методу і основні області застосування
Дифузійна зварювання входить до групи способів зварювання тиском, при яких з'єднання проходить за рахунок пластичної деформації мікронерівностей на поверхні зварюваних заготовок при температурі нижче температури плавлення. Відмінною особливістю є застосування підвищених температур при порівняно невеликої залишкової деформації. Її технологічна характеристика була запропонована Н.Ф. Козаковим і прийнята Міжнародним інститутом зварювання в наступному формулюванні: «Дифузійна зварювання матеріалів у твердому стані - це спосіб отримання нероз'ємного з'єднання, що утворився внаслідок виникнення зв'язків на атомарному рівні, що з'явилися в результаті зближення контактних поверхонь за рахунок локальної пластичної деформації при підвищеній температурі, що забезпечує взаємну дифузію в поверхневих шарах з'єднуються матеріалів ".
У практиці дифузійного зварювання відомо застосування двох технологічних схем процесу, що розрізняються характером програми навантаження або напруги, що діють протягом циклу. В одній з них використовують постійне навантаження за величиною нижче межі текучості. При цьому процеси, які розвиваються в зварюються матеріалах, аналогічні повзучості. Таку технологію називають дифузійної зварюванням за схемою вільного деформування. На практиці подібна схема здійсненна найбільш просто, тому дуже широко поширена.
За іншою схемою навантаження і пластична деформація забезпечуються спеціальним пристроєм, що переміщається в процесі зварювання з контрольованою швидкістю (див. рис. 1, б). Цю технологію називають дифузійної зварюванням за схемою примусового деформування (ДСПД-процес). Цей процес здійснюють при напругах, як правило, перевищують межу текучості. Таким чином, швидкість деформації Ј задається прикладеної навантаженням Р і умовами, в яких вона діє: перш за все температурою Т і часом дії 1.
Промислове застосування. Технологічні можливості дифузійного зварювання дозволяють широко використовувати цей процес в приладобудівної та електронної промисловості при створенні металокерамічних і катодних вузлів, вакуум-щільних з'єднань з різнорідних матеріалів, напівпровідникових приладів, при виробництві штампів і т.п.

Рис. 1 Схема деформування при дифузійному зварюванні:
1 - система занурення; 2-система деформування;
Н - нагрівач, Д-деталі
Дифузійна зварювання знаходить застосування для виготовлення великогабаритних заготовок деталей складної форми, отримання яких механічною обробкою, методами обробки тиском або литтям неможливо або економічно. Особливо ефективно таке застосування дифузійного зварювання в дослідному і дрібносерійному виробництві.
Перспективно отримання багатошарових пустотілих конструкцій типу панелей з титанових або алюмінієвих сплавів з наповнювачем складної форми (гофри, стільники, ребра та ін) методом суміщення дифузійного зварювання та формоутворення у режимі надпластичності.
2. Основні параметри режиму
При зварюванні за схемою вільного деформування основними параметрами процесу є температура нагріву заготовок Т, 0 С; стискуюче тиск р, МПа; час зварювання t, хв; тиск у вакуумній камері р к. Па; у разі проведення процесу в іншому середовищі - характеристика цього середовища з позиції протікання окислювально-відновних реакцій (тип і хімічний склад середовища, точка роси, парціальний тиск кисню). Крім того, до важливих параметрах процесу відноситься підготовка поверхні під зварювання: чистота поверхні, її шорсткість і хвилястість.
При ДСПД-процесі головними параметрами є: температура Т, швидкість зростання навантаження Р, швидкість деформування до, час деформування t (або ступінь накопиченої деформації), час витримки в режимі релаксації t РСЛ. Опір деформації Р в цьому випадку - залежний параметр. Його величина реєструються безпосередньо протягом усього циклу зварювання. Обидва параметра можуть бути використані для контролю і управління якістю з'єднання.
Дифузійна зварювання може проводитися у вакуумі, нейтральних і відновлювальних газах, рідких середовищах. Вакуум створює найкращі умови для захисту нагрітого металу та очищення зварювальних поверхонь від забруднення. Однак в окремих випадках особливості матеріалу можуть накладати певні обмеження на застосування вакууму або робити його зовсім неможливим. У більшості випадків процес дифузійного зварювання ведеться при тиску у вакуумній камері p к = 10 -2 ... 10 -3 Па. Використання більш високого вакууму виправдано, коли необхідно забезпечити високу розмірну точність вироби (зменшення залишкової деформації заготовок) за рахунок відповідного зниження температури, тиску і часу. Тугоплавкі метали вдається таким чином зварювати при температурах нижче порога рекристалізації і тим самим уникати охрупчивания матеріалу.
На хід дифузійного зварювання істотно впливає парціальний склад залишкових газів у камері. Попадання в робочу зону парів вакуумного масла приводить до збільшення парціальних тисків газів-окислювачів (С0 2, Н 3 О) в порівнянні з газами-відновниками (СО, H 2). Спеціальні заходи (азотні пастки, використання безмасляних засобів відкачування) покращують умови ведення дифузійного зварювання, особливо при знижених температурах.
Широко застосовують в якості захисних середовищ інертні (аргон, гелій) і активні гази (водень, рідше вуглекислий газ). Склад захисного газу підбирають виходячи в першу чергу з хімічної активності системи метал-газ в умовах зварювання.
Підготовка заготовок у загальному випадку може складатися з механічної обробки, очищення від забруднень і нанесення підшарів. Механічна обробка забезпечує: можливо, більш щільне початкове прилягання зварюються заготовок; видалення з поверхні забрудненого шару; підвищення розмірної точності готового виробу; можливість зниження температури, тиску і часу зварювання з поліпшенням мікрогеометрії поверхні.
З підвищенням чистоти обробки полегшується розвиток другої стадії процесу.
Очищення поверхонь від забруднень (слідів жирів, олії, полировальной пасти) може проводитися розчинниками (ацетон, спирт, чотирихлористий вуглець та ін), шляхом нагрівання і витримки у вакуумній камері. В окремих випадках застосовують відпал заготовок у середовищі водню. Позитивні результати отримують при обробці в розчинах кислот H 2 S0 4, MCI з подальшими промивкою і сушкою. При зварюванні виробів з деяких сортів кераміки після механічної обробки заготовки отжигают з метою «заліковування» поверхневих дефектів. Для цього ж проводять травлення скла в плавикової кислоті.
3. Рекомендації по вибору режиму
Для вибору температури, тиску і часу немає суворих рекомендацій. Високоякісні з'єднання можна отримувати, змінюючи в певних межах значення кожного з цих параметрів з відповідним коригуванням інших. При виборі їх значень необхідно враховувати особливості зварюються, і вимоги до виробу; можливість разупрочнения через зростання зерна, обмеження по температурі нагріву і деформації виробу і т.п.
Температуру зварювання звичайно призначають у межах (0,5 ... 0,8) Т пл, для жароміцних сплавів - трохи вище. При з'єднанні різнорідних матеріалів розрахунок ведеться по температурі плавлення найбільш легкоплавкого з них. У разі появи евтектики температуру зварювання вибирають нижче температури її плавлення.
Швидкості нагріву і охолодження залежать від джерела тепла і в більшості випадків їх не регламентують. При зварюванні різнорідних сполук матеріалів, термічний коефіцієнт лінійного розширення яких різниться більш ніж на 2 • 10 -6 град -1, швидкість охолодження доцільно зменшувати до 10 ... 15 0 С / хв.
Розгерметизацію камери при зварюванні деталей з чорних металів рекомендують проводити при температурі ≤ 120 ° С, а для кольорових і активних металів - при 60 0 С.
Час витримки в залежності від Т і р, допустимої залишкової деформації, чистоти обробки контактних поверхонь і деформаційної здатності матеріалу може коливатися від декількох секунд до декількох годин (частіше 5 ... 10 хв).
Тиск вибирають в діапазоні 0,8 ... 0,9 межі текучості при температурі зварювання. Для відомих конструкційних матеріалів воно може змінюватися в діапазоні 1 ... 50 МПа. Для зварювання тугоплавких і твердих матеріалів ці значення можуть бути в кілька разів вище.
4. Технологічні можливості процесу
Дифузійна зварювання дозволяє зварювати:
- Більшість конструкційних матеріалів на металевій основі, ферити, кераміку, скло, кварц, сапфір, графіт, напівпровідникові матеріали в однорідному і різнорідних сполученнях;
- Пористі, металокерамічні, композиційні матеріали без порушення їх текстури і погіршення службових властивостей;
- При використанні відповідних бар'єрних покриттів і проставок - різнорідні метали і сплави, схильні до утворення крихких фаз, тугоплавкі метали (вольфрам, ніобій, тантал та ін) при температурах нижче порога рекристалізації.
Дифузійна зварювання дає можливість також уникнути охрупчивания металу. З використанням проміжних проставок можна також з'єднувати матеріали з різко відмінними значеннями коефіцієнтів термічного розширення.
Дифузійної зварюванням можна виконувати всі типи з'єднань при найрізноманітнішому конструктивному їх оформленні: встик, вскос, з'єднувати пересічні стрижневі елементи між собою і з плоскими або криволінійними поверхнями; зварювати заготовки будь-яких перерізів; при застосуванні місцевого нагріву і вакууму - з'єднувати заготівлі необмеженої довжини; зварювати плівки , фольгу товщиною в кілька мікрометрів і досить масивні деталі; здійснювати зварювання при практично будь-який різнотовщинності заготовки.
Після дифузійного зварювання не потрібна механічна обробка зварного шва, одержувані вироби мають високу розмірної точністю (залишкові деформації в межах 0,1 ... 6%); шви мають високі показники механічної міцності і пластичності на рівні основного матеріалу.
При використанні цього методу створюються належні гігієнічні умови на виробництві.
До недоліків методу слід віднести значну тривалість процесу, складність обладнання, певні труднощі із завантаженням заготовок і вивантаженням готових виробів з робочої камери при організації безперервного процесу виготовлення зварних виробів, вимоги досить високої точності побудови та чистоти обробки поверхонь, що зварюються, необхідність контролю температури заготовки в зоні шва . Високі вимоги до якості контактних поверхонь здорожують процес в цілому.
5. Різновиди способів зварювання
Дифузійна зварювання з проміжними прокладками. Проміжні прокладки можуть бути розплавляються і нерасплавляюшіміся. Підшару на зварювані поверхні наносять з метою:
- Збільшення міцності зчеплення (зварювання);
- Запобігання появи небажаних фаз при зварюванні різнорідних матеріалів (бар'єрні підшару);
- Інтенсифікації стадії об'ємного взаємодії;
- Полегшення встановлення фізичного контакту по всій зварюваної поверхні за рахунок використання підшарів з пластичних матеріалів;
- Зниження температури і тиску під час зварювання і, значить, зменшення залишкових деформацій.
Залежно від конкретного завдання вибирають матеріал підшару. Найчастіше це нікель, мідь, срібло, золото. Товщина підшару порядку 2. .. 7 мкм.
Для запобігання появи небажаних, фаз (інтерметалідів, карбідів і т.д.) або, щоб уникнути збіднення одного з зварюваних матеріалів яких-небудь легирующим елементом наносяться більш товсті покриття, службовці бар'єром. Це завдання можуть виконувати й прокладки з фольги.
Матеріал бар'єрної прокладки повинен вибиратися так, щоб коефіцієнт його дифузії в основний матеріал був вище, ніж для елементів основного металу в прокладку.
У разі зварювання матеріалів на основі оксидів (кераміки, скла) наноситься металевий шар піддають термічній обробці з метою його окислення або полегшення дифузії в матеріал заготовки. При зварюванні кварцового скла з міддю на скло наносять шар міді з наступним її окислюванням при температурі 800 0 С протягом 3 ... 5 хв до закису. При зварюванні міді з оптичною керамікою на основі сульфідів цинку застосовують попереднє сульфідування металу для підвищення міцності зчеплення.
Як расплавляющиеся прокладок найбільш часто використовують високотемпературні припої. Їх застосування дозволяє зменшити тиск стиснення і пластичні деформації, полегшує видалення оксидних плівок, підвищує експлуатаційні властивості сполук.
Дифузійна зварювання із застосуванням ударного навантаження. Для запобігання інтерметалідів в зоні зварного з'єднання крім використання відповідних проміжних прокладок ефективний прийом помітного скорочення часу зварювання. На практиці цей прийом реалізований так званої «ударної зварюванням у вакуумі». Суть способу в тому, що до локально нагрітим зонам контакту деталі «прикладається» одиночний імпульс сили зі швидкістю 1 ... 30 м / с. У зварюються деталях під впливом динамічного навантаження відбуваються локальна пластична деформація в зоні контакту та освіта зварного з'єднання. Зварне з'єднання утворюється за 1 ... 10мс.

6. Обладнання
Найбільш широко застосовують зварювальні дифузійні вакуумні установки. До складу цих установок у загальному випадку входять робоча вакуумна камера, механізм для створення зварювального тиску, джерело нагріву, вакуумна система, апаратура управління та контролю. Конкретні установки (П-114, П-115, ДФ-101, УСДВ-630, ДСВ-901, УДС-ЗМ та ін) для дифузійного зварювання можуть мати різне конструктивне оформлення окремих функціональних вузлів і систем.
Робоча вакуумна камера, в якій розміщуються виріб, що зварюється, нагрівачі, механізм тиску, виконується зазвичай циліндричної або прямокутної форми з корозійно-стійкої сталі. Стінки водоохолоджувальні. Виріб, що зварюється може розташовуватися на спеціальній опорі або в пристосуванні. У більшості випадків установка має одну камеру. Для збільшення продуктивності можуть передбачатися кілька камер з метою отримання безперервної завантаження і вивантаження заготовок і виробів (камери шлюзування}.
Необхідна зварювальний сила створюється гідравлічним, пневматичним або механічним пристроєм. В окремих випадках стиснення заготовок забезпечується спеціальними пристосуваннями, принцип дії яких заснований на відмінності коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів зварюються заготовок і охоплюють їх елементів пристосування. Такі пристосування дозволяють вести зварювання в серійно випускаються вакуумних і водневих печах. Можливе використання «м'яких» оболонок-камер. Стиснення заготовок відбувається за рахунок перепаду тисків зовнішньої газового середовища і вакуумованого простору. У більшості ж випадків в установках для дифузійного зварювання використовуються гідравлічні та механічні системи.
Для нагріву заготовок найбільшого поширення набули індукційний, радіаційний та контактний способи. Джерелом живлення є генератори високої частоти і трансформатори. Нагрівання струмом високої частоти (ТВЧ) найбільш універсальний і дозволяє нагрівати заготовки в розведеному стані (на відміну від контактного методу), що важливо для інтенсифікації процесу очищення поверхонь, що зварюються. Однак цей метод непридатний при зварюванні діелектричних матеріалів: кераміки, кварцу, скла. Для нагрівання годяться тліючий розряд, расфокусированний електронний промінь, світлове випромінювання.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
31.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Технологічні основи процесу зварювання металів і сплавів е класифікація прогресивні способи зварювання
Зварювання 2
Зварювання
Термітне зварювання
Зварювання тертям
Зварювання чавуну
Паяння і зварювання
Зварювання латуні
Зварювання нікелю
© Усі права захищені
написати до нас