Процесс диффузионной сварки с использованием никелевой прослойки
Введение
В настоящее время в сфере машиностроения широко используется диффузионный способ сварки. Основная проблема использования вида сварки, в том, что в процессе используется очень высокая температура нагрева, вследствие чего идут большие затраты энергии и оказывается высокое деформационное воздействие на металл шва. Чтобы устранить эти проблемы, между поверхностями свариваемых металлов используем прослойку из никеля.
Общие сведения
Диффузионная сварка производится воздействием давления и нагревом свариваемых деталей в защитной среде.
Свариваемые детали тщательно зачищают, сжимают, нагревают в вакууме специальным источником тепла до температуры рекристаллизации (0,4 Тпл), и длительно выдерживают. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями.
Низкое давление способствует удалению поверхностных пленок, а высокая температура и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния. Затем протекают процессы диффузии в металле, образуются промежуточные слои, увеличивающие прочность соединения. Соединения получают при небольшой пластической деформации.
Перед сваркой поверхность детали обрабатывают по 6 классу шероховатости и промывают для обезжиривания ацетоном.
Процесс сварки осуществляется с использованием разных источников нагрева. В основном применяют индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, нагрев проходящим током, тлеющим разрядом или в расплаве солей.
К преимуществам диффузионной сварки можно отнести:
|
|
- минимальная энергозатрата по сравнению с остальными инверторами;
- для соединения диффузией не применяются электродная проволока и припои;
- высокие показатели соединения;
- возможность соединить любые геометрические элементы;
- безопасный рабочий процесс.
Оборудование для диффузионной сварки
Установки для диффузионной сварки в общем случае имеют рабочую вакуумную камеру, механизм для создания сварочного давления, источник нагрева, вакуумную систему, аппаратуру управления и контроля (как показано на рисунке 1). Конкретные установки для диффузионной сварки могут иметь большое разнообразие конструктивного оформления отдельных функциональных узлов и систем.. Рабочую вакуумную камеру, в которой размещены свариваемая заготовка, нагреватель, механизм давления, выполняют обычно цилиндрической или прямоугольной формы из коррозионно-стойкой стали. Стенки Водоохлаждаемые. Для увеличения производительности предусматривают несколько камер с целью получения непрерывности процессов загрузки и выгрузки Заготовок и изделий (камеры шлюзования), совмещения по времени отдельных операций цикла сварки (многокамерные установки карусельного типа)
1 — вакуумная камера; 2 — система охлаждения камеры; 3 — вакуумная система; 4 — высокочастотный генератор; 5 — гидросистема пресса.
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки для диффузионной сварки
Технология сварки с использованием никелевой прослойки
В настоящее время процесс получения шва диффузионной сваркой иногда протекает довольно тяжело для облегчения соединения деталей можно использовать еще промежуточную прослойку, в качестве которой выступает суспензия порошка никеля и связующего вещества - раствора поливинилбутираля.
|
|
Поливинилбутираль - это смола, которая в основном используется для применений, требующих сильного связывания, оптической прозрачности, адгезии со многими поверхностями, вязкости и гибкости. Его получают из поливинилового спирта реакцией с бутиральдегидом.
На одну из свариваемых сторон поверхностей детали наносят промежуточный слой в виде покрытия металла с аствором никеля и полибутираля, с родственного по крайней мере с одним из элементов материала подложки. Слой наносят толщиной, соответствующей количеству металла, способного в процессе сварки полностью продиффундировать в материал подложки с образованием монолита.
Затем конструкцию собирают, нагревают и осуществляют диффузионную сварку при температуре 0,9-0,95 температуры плавления наименее тугоплавкого из диффундирующих металлов. В процессе сварки на конструкцию оказывают давление, способствующее протеканию диффузионных процессов в сварном соединении. Детали могут быть выполнены из хромоникелевой нержавеющей стали. Одна из свариваемых поверхностей может быть выполнена с проточками.
Выполненный промежуточный слой можно наносить на свариваемую поверхность через слой никеля одинаковой с ним толщины. Слои никеля можно наносить толщиной 1-2 мкм каждый. Способ позволяет исключить деформацию свариваемых поверхностей и усадку сварного соединения.
|
|
Способ не требует применения специального оборудования и экономически выгоден для производства изделий, получаемых диффузионной сваркой, в частности, для изготовления твердосплавного режущего инструмента
Преимущества данного метода сварки
- повышение качества стыка;
- препятствие на пути образования пористости в волокнах металла;
- захват большей площади заготовок;
- контактирование с поверхностью сварного элемента;
- стабилизация температурного режима без разрушения внутреннего слоя.
Заключение
Применение промежуточной прослойки позволило снизить химическую неоднородность и термодинамическую нестабильность, значительно уменьшить или исключить деформационное воздействие температуры на свариваемые материалы и детали, а также исключить образование химических соединений металлов в переходной зоне соединения. Кроме того, новый способ позволяет снизить температуру процесса диффузионной сварки.
Список использованной литературы
Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Изд. Металлургия, 2016.
Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 2013 (1-4 т).