CC BY
60
Секция «Сварка летательных аппаратов и родственные технологии»
УДК 621.791.18
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ
*
В. А. Ивлев , Е. В. Бормотов Научный руководитель - Н. В. Успенский
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: samsgs-f@mail.ru
Рассмотрены технологические особенности диффузионной сварки.
Ключевые слова: диффузионная сварка, соединение, технологические возможности, повышение температуры, свариваемый металл, достигает равнопрочности.
FEATURES OF DIFFUSION WELDING TECHNOLOGIES
*
V. A. Ivlev , E. V. Bormotov Scientific Supervisor - N. V. Uspenski
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: samsgs-f@mail.ru
The technological features of diffusion welding are considered.
Keywords: diffusion welding, joining, technological capabilities, temperature increase, weldable metal, reaches equal strength.
Международным институтом сварки установлено обозначение "Диффузионная сварка в твердом состоянии - способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомном уровне, возникнувших в следствие наибольшего сходства контактных поверхностей благодаря местной пластической деформации при высокой температуре, создающей обоюдную диффузию в поверхностных слоях".
Различием диффузионной сварки от иных методов сварки давлением считается применение сравнительно высоких температур нагрева (0,3-0,8 Тш) и относительно низких сжимающих давлений (0,3-0 МПа) при изотермической выдержке от пары минут до нескольких часов.
В диффузионной сварке допустима вероятность создания крепкого соединения среди поверхностей с оксидными пленками, но гибкость подобных соединений, как правило, сравнительно низка. Соединения металлов владеют подходящими особенностями, если контактные поверхности ювенильны.
Очищение поверхностей металлов от оксидов способна осуществляться в следствии развития действий сублимации и диссоциации оксидов, растворения оксидов из-за диффузии кислорода в металл (ионов металла в оксид), возобновления оксидов элементами-раскислителями, находящиеся в сплаве и диффундирующими при нагревании к границе раздела металл - оксид.
Сплочение свариваемых поверхностей получается в первую очередь из-за пластической деформации микровыступов и приповерхностных слоев, предопределенных приложением наружных и внутренних напряжений.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
Деформация металла под воздействием непрерывного напряжения (постоянной нагрузки) именуется ползучестью. Процесс ползучести устанавливает большую (накопленную) деструкцию заготовок после диффузионной сварки. Отталкиваясь из предписания, что физическая связь при сварке целиком обуславливается процессом ползучести металла моделируя микровыступы в варианте геометрических фигур правильной формы (например, треугольной), время Тф длительности сглаживания микровыступов возможно установить по выражению: тф = Б/г
Где Б=2П2/12, 1 - длина основания, И - высота элементарного выступа, £ - скорость установившейся ползучести.
Формирование подобного рельефа при диффузионной сварке повышает зону контактирования за счёт ответного смещения микрообъёмов на соединяемых поверхностях. Зазоры, имеющиеся в зоне контакта, имеют все шансы целиком перекрываться складками рельефа, обеспечивая формирование контакта. Подобным способом, формирование физического контакта возможно анализировать как результат действия в то же время проходящих действий: сжатие микровыступов под воздействием приложенного сжимающего напряжения и "заращивания" микрополостей благодаря формированию деформационного рельефа под воздействием личных усилий металла. В диффузионной сварке одноименных материалов сварное соединение доходит до одинакового запаса прочности основному материалу тогда, когда состав зоны соединения не отличается от структуры главного материала. Для этого в месте контакта должны формироваться единые для соединяемых материалов зерна. Это допустимо в следствии передвижения границ зерен, исполняемой или рекристаллизацией обработки, или собирательной рекристаллизацией.
Дефекты в зоне соединения вроде пор проявляют стабилизирующее воздействие на передвижение границы зерен. В меру их снижения до определенного предельного размера делаются вероятными отстранение границы от дефекта и её миграции. В области соединения возникают равные зерна с локализованными в них повреждениями. Темп и устройство миграции межзереных границ обуславливаются от степени искаженности кристаллической решетки и кучности дефектов кристаллического строения, косвенного характеризуемой степенью и глубиной наклепанного слоя.
При диффузионной сварке образцов с заранее наклепанными поверхностями совершается переназначение дислокаций, развитие малоугловых дислокационных границ, которые далее переходят в высокоугловые границы зародышей рекристаллизации, и граница раздела растворяется из-за зарождения и роста равных зерен. Увеличение плотности дефектов напрямую в процессе сварки интенсифицирует миграцию границ в области соединения. Это можно достигнуть, например, повышением темпа деформации. В таком случае следует понимать, что излишнее увеличение скорости деформации способна послужить причиной к деформационном укреплению металла в области контакта и резкому понижению темпа формирования в целом стадий процесса развития соединения.
Диффузионная сварка дает возможность найти решение вопроса получения отличного соединения как однородных, так и разнородных материалов (алюминием, титаном, жаропрочными и тугоплавкими металлами и сплавами, керамикой, стеклом, сапфиром, графитом, композиционными и порошковыми металлами и т.д.). Модель хода диффузионной сварки: заготовки составляют в приспособлении, передающем давление в область стыка, вакуумируют и разогревают до температуры сварки. Через некоторое время прикладывают сжимающее усилие на конкретное время. В определенных вариантах уже после снятия усилия изделие дополнительно выдерживают при температуре сварки для наиболее абсолютного протекания рекристаллизационных процессов, содействующих развитию подходящего соединения. По завершению сварочного цикла сборка остужается в вакууме, инертной среде или на воздухе в зависимости от вида оборудования.
Секция «Сварка летательных аппаратов и родственные технологии»
Развитие подходящего соединения при диффузионной сварке в вакууме обуславливается комплексом условий, главными из таковых считаются: температура, давление, время выдержки, степень разрежения, чистота обработки поверхности. В свою очередь, характеристики режима сварки обуславливаются от фазового состава и структуры свариваемых металлов, а также от типа соединения.
В сварке с применением низких давлений (десятые доли мегапаскаля), небольшой устойчивостью тонкостенных элементов, срок сварки будет исчисляться часами, но деформация соединяемых заготовок при этом является доли процента. Как видим, задача подбора давления обязана решаться с учетом вида конструкций, технологической схемы и геометрических размеров соединяемых заготовок. Время сварки избирается с учетом температуры и давления.
По источникам и методам нагрева, использующимися для диффузионной сварки, установки разделяются на соответствующие группы: с индукционным, радиационным, контактным, электронно-лучевым, лазерным нагревом, с нагревом в поле тлеющего разряда, с нагревом проходящим током и т.д. Максимальное распространение в установках приобрел индукционный нагрев, что обуславливается его несложностью, значительным быстротой нагрева, перспективой стремительной смены номенклатуры свариваемых деталей. Контактный нагрев подходит при потребности локального разогрева зоны соединения. Радиационный нагрев гарантирует значительную точность температуры сварки. Использование лучевых способов нагрева связано с потребностью разогрева до высоких температур при сварке таких материалов, как вольфрам, молибден, ванадий и т.п. Использование тлеющего разряда соединяет в одной установке операции очистки поверхности и сварки.
В зависимости от размеров и конфигурации свариваемых изделий в конструкциях используют различные методы формирования сжимающего давления: гидравлический, пневматический, механический, термонатягом, с вибрационными колебаниями штока и т.д. Максимальное продвижение приобрели конструкции с гидравлической концепцией формирования давления.
Формирование установок для диффузионной сварки в данный период проводится в направлении унифицирования систем (вакуумной, нагрев, давления, управления) и сварочных камер. Изменяя камеру в этих установках, возможно существенно расширить номенклатуру свариваемых узлов.
На данный момент диффузионная сварка применяется с целью формирования тонкостенных слоистых конструкций, соединения пористых спеченных заготовок из никеля с коррозионностойкой сталью при создании пористого фильтра, получения патронных фильтров, рабочих колес турбин замкнутого вида из титанового сплава и др.
Библиографические ссылки
1. «Технологические основы сварки и пайки в авиастроении» / В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.Н. Казаков.
2. Н.Ф. Казаков «Диффузионная сварка в вакууме» Москва изд-во "Машиностроение" 1968г.
3. Диффузионная сварка [Электронный ресурс]. URL: https://bstudy.net/787265/tehnika/ diffuzionnaya_svarka (дата обращения: 20.4.2020).
© Ивлев В. А., Бормотов Е. В., 2020
