Технология диффузионной сварки металлов

Что такое диффузия? Это – химический процесс, при котором происходит взаимное проникновение молекул и атомов двух веществ во время соприкосновения. В чистом виде ее применить сложно. Для того, чтобы использовать диффузии в сварке, советский ученый Н. Ф. Казаков использовал давление, температуру и вакуум.

Общее описание диффузионной сварки

В целом, данная технология – разновидность способов спайки металлических элементов, которая осуществляется под влиянием высоких показателей температур способом воздействия на элементы сдавливающим вакуумом. Для промышленности имеет значение диффузия, свойственная твердым телам.

Установка

В том случае, если создать определенные условия, атомы даже твердых веществ могут проникать друг в друга. Для того, чтобы добиться оптимальных условий, требуется соответствующий температурный режим, давление и вакуум для прохождения процесса. Аналогом вакуумного пространства может служить среда, состоящая из благородных газов. Даже металлы и неметаллы в соответствующей обстановке могут обмениваться молекулами.

Диффузионная сварка является процессом, при котором твердые материалы при принудительной диффузии образуют плотное соединение.

Для того, чтобы добиться эффекта, необходимо соединять материалы в вакууме. Либо следует использовать сильно разреженную газовую среду по своим характеристикам приближенной к максимальному вакууму, а не на открытом воздухе. Вакуум – необходимая среда для соединения металлов и неметаллов.

Для того, чтобы осуществить диффузионную сварку, нужна определенная температура. Требуется нагреть поверхности соединяемых материалов до температуры плавления. Также важен такой параметр, как давление. Для осуществления сварки оно должно быть не слишком высоким – до 0,5 Мпа.

Если говорить о времени, то сварочный процесс данного типа может длиться и несколько минут, и несколько часов.

Диффузия сварка металлов

Область применения диффузионной сварки

Необходимость соединять разнородные материалы в различном сочетании способствовала появлению именно этой технологии. Например, в композиции бронзы и стали, или бронзы и керамики.

Отличием данного метода соединения является отсутствие грубых швов от классического вида сваривания или спаивания. При этом, образуется прочный монолит.

Диффузионная сварка незаменима и при сваривании тугоплавких металлов (тантала, вольфрама). А без высокоточных конструкций невозможно функционирование электронной промышленности.

Если говорить о целях использования диффузионного метода, то его применяют при производстве:

  • деталей турбокомпрессоров;
  • штампов исключительной прочности;
  • предметов из металлокерамики;
  • соединений и сплавов повышенной жаростойкости, состоящих из стали и титана;
  • тормозных колодок и дисков;
  • полупроводниковых элементов.

Возможности данной методики широко применяются в высокоточных отраслях промышленности, таких как: авиационной, космической, электронной.

Соединение путем диффузионного контакта обеспечивает монолитность конструкции. И, в то же время, позволяет работать с микроскопическими элементами и устройствами.

Плюсы и минусы

Ей присущи как позитивные преимущества, так и недостатки. Начнем с плюсов:

  • точность обработки;
  • прочность соединения;
  • отсутствие грубых швов;
  • высокая функциональность;
  • работа со сложными конструкциями;
  • экономия энергии;
  • экологическая безопасность;
  • возможность работать с пустотелыми конструкциями;
  • экономичность.

Данные возможности позволяют использовать диффузионный способ соединения в различных сферах. Процесс представляет собой высокотехнологический метод обработки. Он незаменим в тех случаях, когда любые другие виды соединения не могут быть использованы.

Но данному технологическому процессу присущи и серьезные недостатки. К ним можно отнести, в первую очередь, само инженерное оборудование. Аппарат для сварки методом диффузии — сложная конструкция, которая требует наличия специальных условий. Необходимо наличие определенного уровня давления, температуры и разреженной среды.

Оборудование для диффузионной сварки

Агрегат представляет собой вакуумную камеру с вакуумным насосом. Так как сварка происходит при высокой температуре, некоторые элементы аппарата выполнены из жаропрочных сплавов. Прессы и механизмы, охладители и нагреватели сварочного аппарата будут сложными и дорогостоящими. Сама машина для диффузионной сварки имеет значительные габариты и массу. Она является сложной конструкцией. Соответственно, цена ее высока.

Говорить о рентабельности методики можно только с позиции ее необходимости. Если нет иных способов произвести соединение частей и механизмов, то метод невероятно актуален. С другой стороны, установка его оптимальна на крупных предприятиях для операций, требующих высокой точности и исключительного качества.

Вторым негативным фактором метода считается сама вакуумная камера. Ее пространство определяет возможные параметры свариваемых элементов.

Схема установки

Третьим недостатком диффузионного метода является необходимость идеальной очистки свариваемых поверхностей. Иначе, соединять придется не необходимые материалы, а пленки загрязнения.

Таким образом, для эффективного использования метода диффузии, необходимо учесть все плюсы и минусы сварочного аппарата такой модели.

Описание технологии

Для того, чтобы соединить различные материалы и элементы, требуются разнообразные методики и технологии. Соответственно, сварка при помощи диффузионного аппарата может производиться внахлест, стык-в – стык или образуя шов.

У каждого из свариваемых материалов есть свои физические и химические свойства. Поэтому, и молекулы этих веществ будут взаимно проникать друг в друга по-разному. Часто возникает необходимость в «помощнике». В этом качестве выступают металлы, имеющие высокую диффузионную способность: золото, серебро, медь, никель.

Для некоторых технологических процессов требуется дополнительные прокладки специально подогревать, окислять или сульфидировать. Температурный режим и показатель давления также устанавливают в соответствии с индивидуальными характеристиками материалов.

Оборудование и материалы

Процесс проходит на специальном стенде с вакуумной камерой. Там же установлен пресс и нагревательные устройства индукционного, электрического или радиационного типов.

Примером диффузионной сварки без пресса можно считать бытовую сварку пропиленовых труб для систем отопления и водопровода.

Агрегат оснащен системой мощного активного охлаждения. Это обеспечивает равномерное остывание детали. Соединение получается прочным и долговечным.

В процессе диффузионной сварки необходимо применять конкретные способы ускорения процесса или его оптимизации. Например, добавление на стыки специальных химических веществ или фольги из золота, платины, меди.

Применение метода диффузионной сварки позволяет соединять различные материалы. Это значительно расширяет возможности осуществления технологических процессов и создания композитных составов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector