параметры являются взаимозависимыми величинами, одинаково (но в разной степени) влияющими на прочность сварного соединения. Поэтому оптималь ные их значения обычно устанавливают экспериментально (табл. 10.1).
В ряде случаев перед сваркой рекомендуется проведение термической об работки деталей, в том числе в активных газовых средах (вакуум, водород). Целью обработки является стабилизация структуры материала, а также ис ходного состояния контактных поверхностей, что заметно улучшает сваривае мость.
Температуру |
сварки |
выбирают в диапазоне (0,7—0,8) Гпл, иногда не |
сколько ниже, до |
0,57пл |
(здесь Тпл — температура плавления свариваемого |
материала). Для тугоплавких и жаропрочных материалов температура может быть выше указанного диапазона.
Скорости нагрева и охлаждения зависят от источника тепла и в боль шинстве случаев их не регламентируют. При сварке разнородных сочетаний материалов, термический коэффициент линейного расширения которых раз личается более чем на 2 • 10~в град-1, скорость охлаждения Целесообразно уменьшать до 10—15 °С/мин.
Разгерметизацию камеры при сварке деталей из черных металлов реко мендуют проводить при температуре не выше 120 °С, а для цветных и актив ных металлов — при 60 °С.
Давление выбирают в диапазоне 0,8—0,9 предела текучести при темпе ратуре сварки. Для известных конструкционных материалов оно может из меняться в диапазоне 1—100 МПа.
Время выдержки в зависимости от температуры, давления, допустимой остаточной деформации, чистоты обработки контактных поверхностей и дефор
мационной способности |
материала |
может |
колебаться |
от нескольких секунд |
до нескольких часов (чаще 5—-10 мин). |
основными |
параметрами являются: |
||
При ДСПД-процессе |
(см. рис. |
10.1,6) |
||
температура 7\ скорость роста нагрузки Р, скорость деформирования е, время деформирования t (или степень накопленной деформации еСв), время вы держки в режиме релаксации /рел. Сопротивление деформированию Р в этом случае является зависимым параметром. Его величина, а также есв .регистри руются непосредственно в течение всего цикла сварки (рис. 10.3) в виде диаграммы. Оба параметра могут быть использованы для контроля и управ ления качеством соединения.
Температуру и время деформирования назначают аналогично указанным
выше значениям. Скорость деформирования е по данным [4, 5] для сплавов ВТ-6 и никеля НП2 целесообразно принимать в диапазоне 10^4—10~5 c-i.
Для других материалов е необходимо подбирать экспериментально.
10.2.6. Пути интенсификации
Повышения производительности процесса добиваются, главным образом, усовершенствованием сварочного оборудования в на правлении сокращения наиболее длительных этапов цикла сварки — вакуумирования, нагрева, охлаждения. С этой целью используют многопозиционные приспособления, многокамерные установки, а также автоматические конвейерные системы.
Под интенсификацией процесса формирования соединения подразумевается сокращение времени выдержки при сварке, снижение температуры процесса, повышение эксплуатацион ных свойств сварного шва [4].
Применение пластичных, расплавляющихся и порошковых промежуточных прослоек позволяет снизить температуру цро-
цесса, в некоторых случаях существенно. Известны приемы создания пластичного приповерхностного слоя, облегчающего смятие микровыступов в контакте и активацию поверхностей. Например, при сварке титановых сплавов это достигается леги рованием зоны соединения р-стабилизаторами. Применительно к сталям пластичный слой создают за счет предварительного обезуглероживания при высоких температурах. Высокопрочные никелевые сплавы перед сваркой обрабатывают в смеси газов:
40—30 % Не, 70—90 % Н2. Температура |
обработки 1100— |
|
1300 °С, выдержка |
10—30 ч. |
в приконтактных |
Активировать |
диффузионные процессы |
|
слоях при сварке тугоплавких и разнородных материалов можно предварительной электроэрозионной обработкой поверх ностей. Это позволяет снизить температуру сварки и исключить образование интерметаллидов.
При сварке диэлектриков с металлами (например, стекло — металл) применяют электрическое поле высокого напряжения, позволяющее в результате действия электроадгезионного эф фекта существенно снизить температуру сварки и уменьшить остаточные напряжения в стекле.
Для интенсификации пластической деформации за счет ак тивации диффузионных процессов применяется циклическое из менение температуры. При сварке сплавов, испытывающих полиморфное превращение, термоциклирование проводят вблизи интервала превращения.
Термодеформационный цикл при ДСПД осуществляется под непрерывным контролем, поэтому возникает возможность обеспечить строгую согласованность всех его этапов. Исполь зование сложных циклов нагружения, деформирования и разгружения после сварки, назначенных с учетом деформацион ной способности свариваемых материалов, а также состояния контактных поверхностей, позволяет активно управлять про цессом формирования соединения и его свойствами [5].
10.3. Технологическая оснастка и оборудование
Практическое применение диффузионной сварки в производ стве связано в большинстве случаев с использованием специ ального технологического оборудования (установки для диф фузионной сварки), при необходимости укомплектованного до полнительными приспособлениями.
10.3.1. Основные типы приспособлений
Сдавливание и деформирование деталей при диффузионной сварке проводят прикладывая усилие перпендикулярно поверхности контактирования. Наи более просто это осуществляется при плоских свариваемых поверхностях,
|
|
|
|
которые следует считать |
предпочти |
||||||||
|
|
|
|
тельными. В этом случае усилие, как |
|||||||||
|
|
|
|
правило, |
передается |
непосредствен |
|||||||
|
|
|
|
но или через приспособление (рис. |
|||||||||
|
|
|
|
10.4) от рабочих пуансонов свароч |
|||||||||
|
|
|
|
ной машины к деталям. Для взаим |
|||||||||
|
|
|
|
ного фиксирования |
свариваемых эле |
||||||||
|
|
|
|
ментов |
предварительно |
выбирают |
|||||||
|
|
|
|
рациональную |
конструкцию или про |
||||||||
|
|
|
|
стейшие средства с тем, чтобы по |
|||||||||
|
|
|
|
возможности обойтись |
без дополни |
||||||||
|
|
|
|
тельных |
приспособлений, |
которые |
|||||||
|
|
|
|
усложняют |
сборку, |
увеличивают на |
|||||||
|
|
|
|
греваемую |
массу |
металла. |
Кроме |
||||||
|
|
|
|
того, при этом возможно схватыва |
|||||||||
|
|
|
|
ние деталей |
с оснасткой. |
|
|
||||||
|
|
|
|
С этой целью могут быть ис |
|||||||||
|
|
|
|
пользованы |
технологические |
уступы, |
|||||||
|
|
|
|
проточки, |
буртики |
для |
фиксирова |
||||||
Рис. 10.4. Типовая конструкция простей |
ния, |
которые |
после |
сварки |
могут |
||||||||
удаляться |
механической обработкой. |
||||||||||||
шего многоместного приспособления |
для |
||||||||||||
диффузионной сварки: |
|
|
На |
практике простые |
по |
форме де |
|||||||
/ — шарик; |
2 — прижим; |
3 — пуансон; |
тали |
собирают |
с |
помощью |
полосок |
||||||
4 — корпус; |
5 — тепловой |
экран; 6 — цен |
фольги, |
закрепляемых |
контактной |
||||||||
трирующая |
оправка; 7 — свариваемые |
де |
точечной |
сваркой |
или |
вязальной |
|||||||
тали |
|
|
|
проволокой. Во всех случаях основ |
|||||||||
|
|
|
|
ным требованием правильной |
сборки |
||||||||
является свободное прилегание свариваемых поверхностей.
Применительно к деталям сложной формы (например, телескопические конструкции) для создания давления чаще всего применяют метод термо-
/ — конусный пуансон; 2 — оправ- |
/ — фланец; |
2 — стяжной |
болт; |
3 — цен |
ка; 3 — свариваемые детали |
трирующее |
отверстие; |
4 — компенсирую, |
|
|
щие прокладки; 5 —- свариваемые |
детали |
||
натяга (рис. 10.5). Метод термонатяга может быть использован и при сварке сравнительно простых по форме деталей в сочетании с многоместными приспо соблениями (рис. 10.6), что существенно повышает производительность и уп рощает технологию. В обоих случаях для нагрева пригодны универсальные вакуумные печи или печи с контролируемой атмосферой, в том числе шлюзо вые и конвейерные. При расчете основных размеров приспособлений исходят из требуемого для сварки удельного давления и разницы температурных ко эффициентов линейных расширений свариваемых материалов и стягивающих элементов оснастки.
Для изготовления деталей Приспособлений рекомендуются высокохроми стые стали и сплавы (например, 0Х27Ю5А, Х25Н20, Х20Н80, 12Х18Н10Т, 12X13, 20X13), молибден (МРН и др.), графит (МПГ-6, МПГ-7). Приспособ ления из графита перед использованием отжигают в вакууме при 1300 °С.
10.3.2. Герметизируемые контейнеры
Применение диффузионной сварки крупногабаритных деталей сдерживается отсутствием специализированного оборудования. В связи с этим для практики представляют интерес техниче ские решения, предполагающие использование стандартного прессового оборудования. Свариваемые заготовки предвари тельно укладывают в тонкостенный контейнер, изготовленный по форме собранного узла. Контейнер герметизируют, обвари вая по периметру, и после вакуумирования внутренней полости осуществляют нагрев и сжатие заготовок с помощью пресса,
Вне. 10.7. Диффузионная сварка в герметичном контейнере [4]:
1—плита прЧса; |
2 — свариваемые детали; 3 — контейнер; 4 — вакуумная трубка; 5 — |
вакуумный |
f\ — нагревательные плиты; 7 — нагреватели |
оснащенного сравнительно простыми нагревательными элемен тами (рис. 10.7). В некоторых случаях герметизируют прост ранство только между соединяемыми поверхностями. Для этого обваривают детали по периметру контактных поверхностей не посредственно или с использованием специальных манжет из жаропрочного сплава или гофрированных элементов.
10.3.3. Универсальные установки
Установки для диффузионной сварки в общем случае имеют рабочую камеру, механизм для создания сварочного давления или деформирования, систему для получения рабочей среды (вакуума или газовой среды), аппаратуру управления и конт роля [1]. Применяемое на практике оборудование имеет боль шое разнообразие конструктивного решения функциональных узлов и систем, обусловленное, главным образом, габаритами свариваемых узлов, степенью их прецизионности, применяе мыми материалами и необходимой производительностью. Эти требования определяют в основном выбор систем нагрева, ва риантов рабочей среды, нагружения или деформирования.
Внастоящее время в эксплуатации находятся универсаль ные установки разных модификаций типа СДВУ, УДС, А-306, А-308, ОЗД, УДСПД и др.
Вобщем случае наиболее интересные технические решения направлены на повышение производительности универсальных установок. С этой целью применяют принципы создания много камерных комплексов (установка УДС-ЗМ) или полностью
автоматизированных конвейерных систем (УДС-5, УДС'б).
В установках типа УДСПД, разработанных для реализации принципов контролируемого нагружения и деформирования (ДСПД-процесс), в качестве системы нагружения использу ются силовые элементы универсальных испытательных машин.
Учитывая современную тенденцию применения диффузион ной сварки для изготовления крупногабаритных изделий слож ной формы проводятся работы по созданию крупногабаритных установок модульного типа [4]. Модуль такой установки снаб жен автономными системами вакуумирования, нагрева и сжа тия. В зависимости от размеров свариваемой конструкции монтируется необходимое количество модулей. Отдельная зад няя стенка и передняя сдвижная дверца' ограничивают в це лом рабочее пространство установки. Конструкция модулей предусматривает возможность изменения рабочего простран ства в вертикальном направлении.