Технология диффузионной сварки металлов

Диффузионная сварка — сварка за счёт взаимной диффузии на атомарном уровне свариваемых поверхностей деталей. Диффузионная сварки применяется в частности при производстве компенсаторов шинных медных пластинчатых КШМ для получения монолитной однородной контактной площадки из тонких медных пластин. 

Определения и сущность диффузной сварки описаны в ГОСТ 26011-74. Диффузионная сварка производится воздействием давления и нагревом свариваемых деталей в защитной среде. Перед сваркой поверхность детали обрабатывают по 6 классу шероховатости и промывают для обезжиривания ацетоном.

Температура нагрева составляет 0,5 – 0,7 от температуры расплавления металла свариваемых деталей. Высокая температура обеспечивает большую скорость диффузии и большую пластичность деформирования металла. При недостаточной диффузии в сварке используют металлические прокладки (фольга из припоя ВПр7 толщиной 0,1 – 0,06 мм.) или порошок (фтористый аммоний), прокладываемые в месте сварки. Перед сваркой фольгу приваривают к поверхности одной из деталей с помощью контактной сварки. В процессе сварки прокладка расплавляется.

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. Перед началом всех операций свариваемые поверхности обезжириваются ацетоном, а также подвергаются механической обработке (с целью обеспечения 6-го класса шероховатости).

Сварка протекает при давление в камере – 10−2 мм. рт. ст. или в атмосфере инертного газа (иногда водорода). Вакуум или защитная атмосфера предохраняет свариваемые поверхности от загрязнения.

Сварка производится сжатием деталей с давлением 1 – 4 кгс/мм2. Давление, применяемое при способах сварки без расплавления материалов, способствует разрушению и удалению окисных пленок и загрязнений на поверхности металла, сближению свариваемых поверхностей до физического контакта и эффективного атомного взаимодействия, обеспечению активации поверхностей для протекания диффузии и рекристаллизации. Различается сварка с высокоинтенсивным силовым воздействием (свыше 20 МПа) и сварка с низкоинтенсивным силовым воздействием (до 2 МПа).

Диффузионная сварка проходит в две стадии:

1. Сжатие свариваемых поверхностей, при котором все точки соединяемых материалов сближаются на расстоянии межатомных взаимодействий.
2. Формирование структуры сварного соединения под влиянием процессов релаксации.

В отличие от традиционных способов сварки расплавлением, где к основному металлу вводится дополнительный металл в шве, диффузионная сварка позволяет получить однородный шов без серьезных изменений в физико-механическом составе места соединения.

Соединения обладают следующими показателями:

• наличие сплошного шва без пор и образований раковин;
• отсутствие окисных включений в соединении;
• стабильность механических свойств.

Благодаря тому, что диффузия — это естественный процесс проникновения одного вещества в другое, в зоне соприкосновения не нарушается кристаллическая решетка материалов, а следовательно, отсутствует хрупкость шва. 

Недостатки технологии диффузионной сварки

• тщательная механическая и химическая подготовка и очистка свариваемых поверхностей для разрушения оксидных пленок;
• необходимость вакуумирования рабочей камеры чтобы предотвратить повторное окисление металла при высоких температурах;

Преимущества технологии диффузионной сварки

• диффузионная сварка не требует сварочных припоев, электродов;
• не нужна дополнительная механическая обработка свариваемых поверхностей;
• высокое качество сварного соединения;
• малый расход затрачиваемой энергии;
• широкий диапазон толщин свариваемых деталей – от долей мкм, до нескольких метров.

Применение диффузионной сварки

К преимуществам данной технологии относятся возможность диффузионной сварки разнородных материалов с получением равнопрочного шва без существенных изменений в их физико-химических характеристиках, а также высокий уровень защиты и отсутствие необходимости в использовании присадочного металла. Такая сварка позволяет создавать прочные конструкции как из однородных металлов и сплавов, так и из материалов разного рода, в том числе резко отличающихся своими свойствами, например пористых составов со слоистыми. Это особенно важно при соединении нерастворимых друг в друге, тугоплавких или малопластичных металлов и сплавов, соединение которых затруднено при использовании других методов сварки. Применение диффузионного способа позволяет получать сварные конструкции даже из таких пар металлов и сплавов, которые практически невозможно соединить другими способами. В качестве примеров можно привести диффузионную сварку титана со сталью, стойкой к коррозии, молибдена с медью или ниобия с вольфрамом, а также соединение силикатов (кварца, стекла) с металлами, жестких углеводородов (графита и сапфира) со сплавами, стекла с ферритами и металлами.

Технология сварки предполагает использование оборудования с различным уровнем вакуумирования:

• низкий уровень – до 10-2 мм рт. ст.,
• средний уровень – от 10-3 до 10-5 мм рт. ст.,
• высокий уровень – более 10-5 мм рт. ст.

Кроме того, в некоторых случаях используют оборудование с защитным газом, подаваемым под различным давлением, что обеспечивает оптимальные условия для сварки.

Для нагрева деталей в процессе диффузионной сварки применяют различные методы:

• индукционный нагрев и нагрев токами высокой частоты,
• электроконтактный нагрев током,
• радиационный нагрев с помощью электронагревателей.

Выбор метода зависит от типа материалов, размеров деталей и технологических требований.

В установках используются гидравлические или механические системы давления, обеспечивающие необходимое соединение деталей во время сварочного процесса. Управление оборудованием может осуществляться вручную, полуавтоматически или полностью автоматически с программным управлением. Автоматические системы востребованы при крупносерийном и массовом производстве, так как позволяют повысить точность, повторяемость и эффективность процесса.

По теме

Компенсаторы шинные медные КШМ с диффузионной сваркой контактных площадок

Подключение трансформатора к шинопроводу

Популярные товары

Шины гибкие в изоляции ШМГИ- 1кВ, ШМГИ-10 кВ, ШМГИЛ (луженые)

Шины медные луженые ШМТЛ (М1Т), ШММЛ (М1М)

Шины твердые в изоляции ШАТИ, ШМТИ

Шины медные плетеные ШМП

Изоляторы, индикаторы наличия напряжения

Шинодержатели МК для НКУ наборные

Пластины медные луженые