Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов

Подождите немного. Документ загружается.

металль|

как

никель,

кобальт'

х{еде3о

плавятся

при

температуре

1455-1б35.

,й"'"

температуру

''9Ё*р'"',';1?ч11

42о-

450"

с.

\аропронн,!Б

",,,,,'

на

никелевой

оёнове

температурами

плавления

1350-1;00'

€

имеют

температуру

рекристалл-:"1зат.\и|1

1]Ё6!,1}?"?'о]}ооъ^ё-

3то

указьтвае1_на

т6,

что

легирование

ме-

таллов

ока3ь1вает

сильное

влияние

на

3амедление

диффузионнь1х

пооцессов'

том

числе

процессов'

'*"'йй!'*

рекристаллизацией_

|]ри

',р.д.'.,йи-_Ёптимальной

температурьт

диффуз:тоннои

сварки

материалов'

по

аналогии

с'-

у:<азанной

3ависимостью

А.

Боявара

для

рекристалли3ш{'ии-

автооом

бьтло

вьтсказано

предполох{ение'

'"о'

оп'""мальЁ1ая'Ё*,Бр{'ура

дифузионной

сварки

составляет

',р*д"'*,"ую

часть

температурь1

плавле[1ия

ка)кдого

металла'

Ё"

т,,|т,-,:=

ч|'1'

Анализ

''..,.рй*",талБнь!}!

значений

температурь1

сварки

по3волил

,''.,','"],

,!'

,р",'денное

отно]1]ение

находится

пре_

делах

т,,|т,,:0'53+-0'36'

@птимальное

соотно1пение'

по

мнен1{ю

автора'

составляет

[',:

0,7т,,'

|1ри

ттали'лии

не}келательнь{х

структурнь1х

и3менений

темпе-

ратуру

сварки

*й,'

сни3ить

при

соотйётствующем

увеличении

продол>кит"',,'"'Ё'Ё,йЁ;;;;'

ЁР

'_""л*'ь1е

автором

послед-

нее

время

исследования

пока3ал''

:1'

температуру

сварки

мо)кно

"низйть

до

0,2-0,47,,

Аля

многих

металлов

!|езависимо

от

типа

ре1шетки.

при

этом

нЁобходимо

обеспечить

соответствующу1о

вь1_

сокую

очистку

свариваемь1х

поверхностей,

увеличить

степень

;;:Ё*;,

д?:о,;]:0-в

мм

рт.

ст.,

давление

продол)кительность

сварки'

п^о4цпс сваонь|х

соединений.

Бьтбор.

методов

йетод'

исследования

сварнь|х

(

исследования

сварнь1х

..соединен_ии

прй

диффузионной

сварке

определяет."

.,"йй1;йкой

изунаемых

явлений

состоянием

совре_

меннь1х

методик.

_й!''д"',

нап-тедшие

широкое

практическое

при-

менение ,'"

""]Ё."Ёй;;"^'йыфузионнь!х

соединений:

металло_

графивеско.

",,Ё^фййо-микР_'сйпическое

исследования;

спект_

ральньтй,

*"'.р'р",|'е!1оспектральньтй

рентгеноструктурнь1и'

анализь1;

метод

р!дй',*'",нь{х

индикаторов;

и3мерение

микро_

твердости;

',р..ЁЁЁ#й]"й"*_*,.ских

свойств

при

ни3ких

вь1_

соких

температурах;

испь1тание

длительную

прочность

пол-

3учесть

"'"д"""Ё'"{

""'ед','ния

термостойкости

корро3ион_'

ной

стойкости

соединения

др'

@дн

из

'.'

']й]'?'!;й;;й'й'

едъя

вля

емь1

р^имен

емь1м

методам'

локальнос'!

и,

свя3и

с'''"м,

для

получения

досто_

верной

картинь1

;^';|Бу;;;;н

ой

зоньт

еоб

ходимость

пр

имен

ен

ия

нескольких

способов'

}1икроструктурньтй

анализ

по3воляет

определять

число'

ра3_

мерь1,

форму,

взаимное

располо}кение

количественное

соотно_

1пение

фаз

структурнь{х

состав.цяющих. }1аль:е

размерь1

пере_

ходной

зонь|'

возникновение

ступеньки

на птлифе при

боль:-пом

ра3л;1ч;1|4

механических

свойств,

ра3личие

электрохимических

свойств

3атрудняют и3учение

3оньт соединения

с помощью

обьтч-

ного

оптического микроскопа. Ёесколько

облегчается

3адача

при

применении

маль]х

скоростей гплифования'

}кестких

алмазнь1х

кругов

теплового травления. ,[{окальность

анали3а

определяется

ра3решающей

способностью оптических

микроскопов

с наиболь_

шим

увеличением

1500.

3лектронно-микроскопическое

и3учение

топографии

поверх_

ности

обеспечивает

гораздо более вь:сокую

локальность (увели_

чение

до

000), однако и3готовлять

реплики

фольги

очень

слох{но'

а иногда

нево3мох{но'

например

для

изучения переходной

зонь!

некоторь1х

ра3нороднь1х

металлов.

€

помощью сканирующего электронного

микроскопа топогра-

фии

поверхности и3учают

путем сканирования

острофокусньтм

электроннь1м

пучком по принципу электронн0го

растра.

3лек-

тро!;ь|'

либо отра>кеннь1е' либо вторично эмиттированнь1е

за счет

возбу>кдения

первичнь1ми

электронами'

слу}кат сигналом. Р1зме-

нение

сигнала

на

поверхности образца образует

(электронную

тень) поверхности. Б сканирующем микроскопе

удалось

преодо-

леть недостаток световой и электронной микроскопии просвечи_

вающего типа,

ибо

сканирующий

микроскоп имеет в 30

раз

боль-

шую,

чем световой микроскоп, глубину

фокуса,

не требуется

и3готовления

фольг

реплик.

|1рактинески

любой

металлографи-

ческий

тплиф

или и3лом

диаметром

12 мм

толщиной

до

3 мм

мо)кно

наблюдать в этом микроскопе при

увеличении

000_

000.

|1рименение

электронного микроскопа в

сочетании с

металло_

графинеским

по3воляет всесторонне и3учать процессь1' протекаю_

щие

при

диффузионной

сварке. |!ри больших

увеличениях

луч1пе

виднь1

следь|

пластической

деформации'

происходящей при боль_

ших

давлениях.

{орошо

виден переход

одной ориентировки

другую

3оне качественного соединения.

!,орогпо

раскрь]ваются

поАРобности

строения

диффузионного

слоя и основнь1х

металлов.

.11рямое

наблюдение,

фотографирование

киносъемку

и3мене-

ний

структурь1

при

нагреве'

охла>кдении и соответствующей

вы-

дер)кке

мо)кно

проводить

на

установках

вь1сокотемпературной

металлографии.

Ёекоторьте

фирмьт

американская

к}нитрон>,

японская

<}нион>

и австрийская

<Рейхерт)

вь1пускают их в

виде

ва1уумнь!х

камер

нагревателем.

1{амеру

устанавливают

на обьтч_

нь]и

металлографинеский

микроског1

со специальнь|м

длиннофо_

куснь|м

объективом.

Фтечественнь1е

установки

снаб>кень1

микро_

с'копом

устройством

для

растя)кения

образцов. ||рактинеское

увеличение

установок

х500, во3мо)кно наблюдение

светлом

темном

поле'

косом

освещении

фазовом

контрасте.

,,''']']е''д

измерения

микротвердости

на

приборе пмт-3

такх(е

1цироко

распространенньтй мётод

для

и1унейия

диффузионньтх

про1|ессов.

Фн

позволяет

оценить

глубину

диффузионнь1х

зон

й|енти6ишировать

образуюшиеся

фазы'и

структурнь1е

составляю_

щие

характерной'

микротвердостью

ти[|а

интерметаллидов'

}{Б*й*'й1.

!.'л'^'льность

метода

составляет

пример!{о

мкм,

пои

мень1ших

ра3мерах

отпечатка

во3никает

больтпая

относитель-

;;;

;;;ъ';

(бБлее

2о|,1.

специальнь1х

случаях'

если

для

и3ме_

рения

диагонали

отпечатка

применить

снятие

реплик

их

про_

смотр

электронном

микроокопе'

локальность

мох(но

довести

йБ"|'*,1.

д'"

"..'ед'вания

соединения

ра3нороднь!х

материалов

Бр'*-**"'е

мет.ода

3атруднено

вследствие

наклепа

поверхности

:плифа,

которь1и

,е

й''й"'

оь1ть

устранен'

этом

случае

необхо-

;;;;;ьд"брЁ',

''*"е

нагру3ки

диаметр

отпечатка'

при

которь1х

Бл'",ие

наклепа

бьтло

бьт

минимальнь1м'

1\{етод

электродви>кушей

силь1

основан

на

явлении

во3никно-

вения

электродвих<ушей

силь1

цепи

и3

двух

проводников'

точки

контактакоторь1х,оддер,киваютсяприра3личнь1хтемпературах.

Фтнотшение

измеренной

термо-э'

д'

с'

перепаду

температур

хар

актер

и 3ует

пр

ир

оду

пр

оводн

ко1,

|{Р

испособлен

ие

д':.^::у.":-

рения

микротермо_'.

д'

монтируют

!{а

загрух(аюш\€м

устрои_

Ё;;;^'ьйт-5.

о}""*

из

проводников

исполь3уют

остроконечную

вольфрамовую

иглу,

вторйм

микроучасток

поверхности

тшлифа

;;;й-5]_зо

'й'

зависимости

от

твердости

образша.

]!1етод

микротермо-э.

д.

с'

особенно

целесообра3но

применять

для

получения

ориентиров9чяч

даннь1х'

}1етод

р."'..,'!Б}!й'-,о.'роционной

микрорентгенографии

основан

на

различном

поглощении

элементами

монохроматиче-

ского

рентгеновского

и3лучения

п9и

:го

прохо)кдении

через

тон-

кую

пластинку

анали3ируемого

объекта'

1(оэффишие!11

!!|"т|Ф1]{€:

ния

не

3ависит

от

того'

каком

виде

находится

элемент

(твердого

раствора

или

химического

соединения);

поглощение

рентгенов-

скихлунейэлементомпропорциональноегоконцентрации.|1ри

определеннь1х

длинах

волн

рёнтгеновского

и3лучеция'

характер-

нь1х

для

ка}кдого

элемента,

коэффишиент

поглощения

меняется

;;;;#;ар;."[-

в.',

пластинку

неоднороднь1м

содер}канием

анализируемого

элемента

поместить

на

фотопленку

и-

осветить

пучком

монохроматического рентгеновского

и3лучения

с соот-

ветствующей

длиной

волнь{'

неравномерное

поглощение

луней

в обр6зше

вь1явится

на

фотопластинхе'

йе"од

*''р'р"й'.ено1рафии-известен

Ав!х

вариантах:

контактный

и^

проекшион1ть:й'

|1осдедний

имеет

ра3решающую

;;;;;а;;;;;

б,5

й'*.

|1росвенивацию

подвергается

пластина

тол-

;;;;'ь'бь__б'14

мм.

36от

метод

успе1пно

применяют для

исследо'

вания

микронеоднородностей

п1еталлов'

так}ке

для

и3учения

качественного

и количественного

распределения

элемен-тов

в пере_

ходной

3оне'

вь1явления

любьтх

нёоднородностей

в 3оне-контакта'

'-й"''д

микрорентгеноспектрального

анализа

основан

на

том'

что

пучок ,',"*'рй!

о,',*Ба

энергией

фокусируется

системой

электромагнитнь1х

лин3

до

3онда

микронного

диаметра

и направ_

ляется

на

вьтбраннь:й

участок

образца, поверхность

которого

наблюдается

под

оптическим

микроскопом

при

увеличении

400-

600.

|1опадая

на образец,

электроньт

возбу>кдают

в анали3ируе-

мом

участке

рентгеновское

излучение' которое

разлагается

спектр

системой

кристаллов

регистрируется

счетчиками.

|1о

длине

волнь1 и

интенсивности

рентгеновского

излучения

про_

водят

качественньтй

и количественньтй

а!{али3. 9увствительность

метода

различна

для

ра3личнь!х

элементов.

1очность

количествен-

ного

анализа

3ависит

от

условий

возбу>кдения

излучения и

х|4-

мического

состава объекта,

так

как

3ависимость интенсивности

от

концентрации

нелинейная.

Аля

точнь]х

количественнь!х и3ме_

рений

ну)кнь] эталонь1'

этом

случае точность

составит

до

50/о,

без

эталонов

10_15%.

Б настоящее время

применяют

серийньте отечественнь1е

уста-

новки

мАР-2,

французские,

английские'

японские микроанали_

3аторь1.

Фни позволяют

проводить

анализ

элементов

от

магния

до

урана

при локальности

2_5

мкм.

|]очти все микроанализаторь1

снаб>кеньт

сканирующим

устройством,

поэтому

одновременно

мо)кно

анали3ировать

элементь|

в точке

получать топографи_

ческую

картину

распределения

элементов

нескольких характе-

ристических

и3лучениях'

а так}ке в

отра)кенных

и поглощеннь1х

электронах. }1етод

микрорентгеноспектрального

анал|!за обла_

дает

1пирокими

во3мох(ностями

для

анали3а

структурь| и

состава

переходной

зонь:.

|1ринципиальное

его

преимущество

во3мо}(-

]'1ость

с наивьтсгпей

степенью

локальности

и3учать

переходную

зону

мн

огокомпонентньтх

систем.

Фазовьтй

состав переходной

зонь1 при

диффузионной

сварке

мох{но

исследовать

на

дифрактометре

дРон_1.

Рентгенострук_

турньтй

анализ

проводят

путем

сравнения

дифрактограмм

соединяемь]х

материалов

до

сварки и

после взаимодействия

про11ессе

сварки.

Аля

преци3ионного

определения пара-

метров

кристаллической

решетки

мо}кно

исполь3овать

рент_

геновские

камеоь1

для

обратной

съемки'

например ти|1а

кРос-1

€остав

переходной

зонь1 мо}кно

определить

помощью

послой-

ного

спектрального

анализа

по методике,

разработанной

||ро-

олемной

научно-исследовательской

лаборатории

диффузионной

сварки-в

вакууме

на основании

методики

спектральной лабора-

}Рии ..7нститута

электросварки

им.

в.

о. |1а{она Ан уссР.

1!ослойнь:й

аналиэ

перёходной

3онь1 применяется

при 1пирине

диффузионной

зоньт

сЁьттпе 40

мкм.

'.^^}".'.

радиоактивнь1х

индикаторов

(радиоавтографинеское

исследование)

по3воляет

исследовать

дифузион"",е

йроцесс,'

:1 |ранице

раздела

свариваемь|х

материалов'

вь1явить

3акономер_

::т"

изменения

диффузионного

потока

поверхности

первона_

чального

контакта

и_Ёс5

глубине

3онь1

сварки.

м'е"о!

заключается

::,Р'-.1."'и

свариваемь|е

материаль1

радиоактивного

элемента'

ди(рфузия

которого

подлех(ит

изучению.

/!1еханические

испь]та!{ия

при

комнатной

температуре

по3во_

ляют

получить

наде)кнь1е

характеристики

прочности

пластич_

ности

сварнь1х

соединений,

но

фактор

времени

при

этом

не

яв_

ляется

решающим.

Р1спьттания

при

вь!соких

температурах

тре_

буют

непременного учета

в'пияния

времени'

так

как

материал

повь1шением

'е*'ературь1

становится

менее

устойяттвьтм

и при

действии

нагру3ки

йз'ёй"е'

свою

форму'

претерпевая

пласти_

ческую

деформацию'

},арактеристики

прочности

-и

пластичности'

получаемь1е

ре3ультате

испь1таний,

о''ень

бодьшой

степени

3ависят

от

дли_

тельности

испь:таний,

их

скорости

температурь]'

п"?Ру|-'}:

рактеристики

при

кратковрейеннь1х

испь1таниях

при

комнатнои

температур"

*'.у,

б,,т,

Ёр"."'ьт для

расчета

деталей'^длительно

рао'"}.ййх

под

нагрузкой

усло:.иях

вь1соких

температур'

Аля

оценк"

,ригод"ос'и

материала

его

свар1ч-:оединения

этом

случае

судят

р"у','атам

специальнь1х

испьттаний

на

ра_

ботоспособность.

""^Ё!_о-'1'!пособность

сварнь1х

соединений

при

вь1соких

темпе_

ратурах

определяется

комплексом

свойств

их

х{аропрочности

й-_й^,р'-''йкости.

€юда

относятся

испь1тания

на

пол3учесть'

кратковременную

длительну}о

прочность

определением

изме_

нения

пластических

свойств,

усталостную

прочность

при

вь1соких

температурах'

на

окалиностойкость'

1\иклические

испь1тания

при

йерейеннь1х

нагрузках

х9ле!11иях

температурь1'

1(роме

перетислейньтх

методов'

при

исследовании

дифузион_

нь1х

соединений

применяют

другие'

Беобходимость

применения

вь13ь1вается

-'"',,'й и

свойс|вами

соединяемь1х

материалов

.й"ййф"''а

,''у'..й,'*

соединений'

Ёапример'

при

исследовании

соединений

неметаллических

материалов

металлами

применяют

петрографический

анали3,

а\1али3

инфракрасной

спектроскопией

ит.д.

3фективность

описаннь!х

методов

мох{но

рассмотреть

на

приме-

о а х

исследован

ия

соединен

и й,

полученнь}х

дй66узионнойсвар

кой'

"'^Ё;"';;."

Ё-1'

пока3ана

микроструктура

соединения

ком_

пактного

вольфрама,

вь1полненного

диффузионной

св^Фкой'

на

ко_

торой

мох{но

ра3личить

следь1

л|1||у1у|^йон'ак"а

толщиной

гра_

;;--;'

;;;:

й'*^'"*

структурнь]х

и3менений

зоньл

не

наблю-

дается'

что

чре3вь1чайно

_вах<но

для

сварки

вольфрама'

Ре>ким

сварки:

1900?ё;;:т;;;"/--'

у1_:50

мин'

Ёа

рис'

п':'

приведена

микроструктура

соединения

пористого,вольфрама'

вь|полненно.'

,р?''/:'{ооо;

ё|

:1'5

кгс/мм2;

мин'

[раница

ра3деда

полностью

отсутствует'

при

металлографическом

;;йъ;ъ;йий'

обнару>кить

ее

нё

уАалось.

Ёаблюдается

сращива-

ние

вольфрамовь|х

з!готовок,

3оне

{'"''*'^

образовались

общие

зерна.

1(ак

видно

р'..

|1_

в,

,р"

,фБу,ионн6й_с_варке

меди

1у11

заметное

влияние

й.'

,р'ш.".ьт

д!а66у;гии

структуру

зонь1

кон-

такта

ока3ь1вает

рекристалли3ация'

"Рех<им

сБарки:

380'

€;

0,36

кгс/мм2;

10 мин'

Ёа

рис.

[1;\-''е.показано

соединение

двух

образцов

и3 титано_

вого

сплава Б15-1.

€оединение

практичеёки

по

всей

плоскости

монолитное.

Ре>ким

сварки:

350_:_ 1000"

€;

0,5 кгс/мм2;

мин.

Ёа

рис.

п-1,

а,

е приведень]

сварнь]е

соединения

из

^с_тали^мар-тенситного

класса

20х13'

полученнь1е

при т

800-:-€20"

€

(су:

рис.

п-1,

а) и

:940-:-960"1€

(см.

рис.

||-1,е);

мин;

|,6

кгс/мм2.

Ёа микрос|руктуре

соединения'

вь|полненного

диффузионной

сваркой

при

999: 9

(.'.

рис.

|{_1,

0), видн1_граница

ра3дела'

а лри

960'€

(см.

рис.

[1_1,

е) границ}

раздела

металлографинески

установить

не

удалось

при

увеличении

в 250

раз.

Ё1а

р]4с.

1-1,

эю представлена

микроструктура

соединения

чугуна.

Рекристаллизация

коснулась

не

только

металлической

основь1

чугуна:

пластинки

графита

обоих

свариваемь|х

образцов

представляют естественное

продолх<ение

друг

друга.

3она

отбела

чугуна отсу']ствует. :\{еталл

1пва

около1повной

зоньт

монолит_

нь;й

чугун. 3ти

9!р9з-шьт

серого

ферритно-перлитного

чугуна

сварень]

при

900"

(;

:0,5

кгс/мм2;

мин. [раница

т\{еталлографинески

нер а3л ичима.

Ёа

рис.

|-2, а приведена

микроструктура

3онь|

диффузион-

ной сварки металлокер

амики;

предварительно

спеченнь;е

о6разцьт

из

дисицилида

молибдена

(63%

.\{о

и 37%

5!)

сваривали при

1250"

:0,1

кгс/мма;

[

мин; 6

10-3^ мм

рт'

ст.

[раница

ра3дела

отсутствует.

Ёа

рис.

п-2,

представлено

свар_

ное

соедиг|ение

из твердого

сплава марки

т15к6, а

на

рис.

1-2, в

9в-1Рное

соединение

из

металлокерамического

твердого

сплава

вк8.

Физической

границь1

мех(ду

сварнь1ми образшами

микРо-

ског1ически

обнарух<ить

не

удалось.

?аким

образом,

при

диффузионной

сварке

одноименнь1х мате-

риалов

на

оптимальнь]х

ре}кимах

полностью

отсутствует

физи-

ческая

граница

раздела

ме)кду

свариваемь1ми

деталями'

мате-

риал

не претерпевает

существенного

изменения

физико-химине-

ских

свойств.

Рес:<олько

инь1е

3акономерности

встречаются

при

диффузионной

сварке

разнороднь]х

материалов.

'^.]1ш

диффузионной сварке твердого

сплава Б(8

со сталью

]6{|1

1000"

€;

0,36

_кгс/мм2;

\0 мин;

]0_'

ч[''

рт.

ст.) ме>кду

сплавом и

сталью

образовался переход-

:тьтй

слой,

отличнь:й

по

свойствам

составу

от свариваемь{х мате-

Р|9*ов'

А4икротверАость

стали 298

кгс/мм2,

нового слоя

) 1,|

кгс7мм2,

микротвердость

твердого

сплава

1534

кгс/мм2

!!].

р'..

[!-3).

Рентгеноструктурнь]м

анали3ом

установлено'

что

кри-сталлическая

ретшетка

-об1:)зовавтпейся

ф!зьт

аналогична

кристаллическим

регпеткам

ш3со3с и

$/3Ре3ё. €ледовательно,

цР-и^

сварке

разноимен1{ь1х

материалов

месте контакта

могут

0ор.а3оваться

переходнь|е

слои или

новь1е

фазьт,

состоящие и3

1|омРнентов

свариваемь1х

материалов.

.--

11роведень1

эксперименть|

для

вь|явления

структурь| переход-

нь]х

слоев'

содер)|(ащих

твердь1е

р'.."'р!,

1й1'рйЁ!

й:ц]'_б.

*э

Ёл

700

100

4[,нан

Ршс.

15. 3авшсцмосгпь

проншкновеншя

уеле'

ро0а

арм1со-'юелеФ

о!п

0лцтпельносгпц

вьс0ерэ:скш

прц

сварке

результате

нагрева

(7:1000'€;

]

1-кгс/мм2;

мм

рт'

ст')

образеп

из

армко_}келеза'

имею_

щий

ферритную

структуру'

нась|-

щается

у}леролом

из

обра3ца

ста-

ли

45,

участок

которого'

примь1_

кающий

зоне

контакта'

соответ_

ст'енно

обедняется

углеродом'

3то

мох{но

видеть

поувеличени1о

коли-

чества

феррита,

располагающегося

{;о

границам

3ерен'

1(оли_

;;;й

9Ёррита

в о'бразше

стали

постепенн0

умень1пается

по

мере

удаления

от

зонь]

контакта'

3ависимость

глубинь]

проникновения

углерода

от

длительности

*,,д"р**,

(рис.

15) свидетельствует

том'

что

ли1шь

определен-

,'['

^.'уо"й.

,ро"и*новения

мох(ет

обеспечить

равнопрочность

соединения

основного

металла

при

диффузионн9й

свархе

в ва-

кууме;

по-видимому,

вречя-

сварки

одинаково

влияет

как на

диф-

фузию,

так

и на

самодиффузию'

1!оисваркеоора3цатехнического)келе3асвьтсо(оуглеродис.

''а']!'']Б!?!}й.

диффузия

углерода

происходит.в

более

ши-

рокой

3оне;а

'д,'

"'"''й6,врейя

(см.

рис.

|1-5,

а).

}4о>кно

заме-

тить,

нто

в зоне

сварки

образшов

прои3о1пло

интенсивное

переме'

щение

углерода

^.''р'"у

безугйеролистого

образша'

зоне

диффузйи

углерода

след

границы

контакта

вь1является

химическим

травлением

в виде

''рослБй*,

феррита'

-Ёа

рис'

п-5'9

представ-

'!'й1

йй^р'фотографйя

сварного-стьтка

бьтстрорех{ущей

стали

Р18

|{ технического

арйко-)келе3а.

(ак

видно

и3 сравнения

микро_

фотографий

сталей

Р13,

содер)кащих

одинаковое

количество

углерода,

на

характеР

диффузии уг''1фода

существенное

влияние

ока3али

легирующ11е_добавки

стали

Р18'

_б!й'

йз сЁ'с'оов

определения

ра3меров

диффузионной

зоньт

}1змерение

микротвердости

по

плоскости

разре3а

образша'

прохо-

дящего

чере3

зону.6е}""."'".

3тим

методом

исследовану

о-бразшьт

ра3личнь1*

.'д.р*,,ием

углерода

(см'

рис'

|{_6'

с-а)'

1(ривьте

влияния

длительности

вь1дер)кки

на

и3менение

микротвердости

в 3оне сварки'

например'

технического

}келе3а

сталу|

45,

полу_

ченнь]е

экспериментально,

хоро1шо

согласуются

теоретическими

кривь1ми

распределения

концентрацци

вдоль

направления дифу-

зйи

, бесконёчном

пространстве

г34].

Ёа

рис.

|1_7,

,-,

йока|ан

общий

вид

всей

дифузионной

зоньт

сварки

армко_х{елеза со

сталями

уц

17,

а так)ке

чуцна

со

;;;;'

€т3,

при

боль:пом

увеличении

виднь1два

участка.

[1ервь:й

участок

содер}кит

среднем 0,3уо с'

второй

0'1% €. Расстоя_

ние

границ

этих

участков

от

плоскости

ра3дела

при

[

1000'€

составляет

0,012 см и 0,37

см;

ко}{центрация

углерода

во

вне1пнем

слое

равна

нулю;

длительность диффузии

составляет

300

с. [!ри

сварке

чугуна

чнмх

со

сталью

€т3

наблюдаются

3начительнь1е

зоньт

измененной концентрацией

углерода'

вь|званной

диффузией

углерода

и3 чугуна

сталь

(см.

рис.

||-7). Ре>ким

сварки:

950"

:0,36

кгс/мм"; |

1,5

мин.

-&1еталлографинеский

анализ

соединения

стал|1,20

медью

}11,

!'|олученного

диффузионной

сваркой

вакууме'

пока3ал'

что

по_

верхность

ра3дела

ме)кду

образцами исчезает

(см.

рис.

||-8)

место

соединения

определяется

ли1|]ь

по

ра3личию

структуре.

этом

случае,

как по микроструктуре'

так т1 лри

помощи

микро_

рентгеноспектрального

анализа

не

удается

обнарух<ить

сколько_

ни6уль

заметнь]х

дифузионнь|х

зон' и

соединение

происходит

по

г!оверхности

при толщине' примерно

равной

толщине

границь|

3ерен.

Бсе

инструментальнь|е стали и сплавь1

хоро1по

соединяются

ме)кду

собой

и с

углеродистой

сталью при

нагреве

вакууме

(см.

рис.

п-9).

!!1икроструктура

сварного

соединения

армко-

)келе3а

|| стали

12х18н10т иллюстрируется

рис.

|1-10,

с. 1рав-

лению

подвергали

только

части образца из

стал|\ 310

стали

12х18н10т в

отдельности'

так как

не

всегда

удавалось

одновре_

менно качественно вь1явить

структурь'.

Фсобьтх

изменений

струк-

туре электротехнической стали 310

вблизи

зонь1

соединения

при

больтшом

увеличении

(х

1980)

обнарух<ить

не

удалось.

14змерения микротвердости подтвердил|\,

что

сталь 12х

18н

10т

имеет

более

вь]сокую твердость. €о

сторонь: электротехнической

стали

310

наблюдался

рост

зерна' что могло

бь:ть

вьтзвано

вь|со-

ким

нагревом или про-цессом

рекристалл\4зац|1\1,

так

как

со

сторонь[

3аготовки

и3

стали

310

имела

место

не3начительная

остаточная

деформация.

3она

-контакта

по 1пирине

не превь1|шала

ра3мера

границь1

3ерна.

!\4еханические

испь|тания

места

соединения

пока3али

вьтсокий'. предел

прочности

при

изгибе

(о,

:200;-260

кгс/мм2),

1^такх{е

условнь:й

предел

прочности

при

кручении

о',^

225_4$0 кгс/мм2.

Ёа

рис."п-10,

представлена

микроструктура

соединения

сталей

и 15{,Р. 1равлению подвергали

одновремённо

обе

стали.

}1еталлографитеские

исследования пока3али'

что

поверхность

ра3дела

мех(ду

двумя

образцами исче3ает

и место

соединения

определяется

ли]'|]ь по

различию

структур

сталей

15{,Р

и 10.

Ёа

рис.

|1_10, в представлена микроструктура

соединения

пористого,

вольфрама

лить1м молибденом

1700.

(;

|'5

кгс7мм2;

/:60

мин). |рзни_ць1

ра3дела

устраняются

путем

}.|]гашии

границ

3ерен. Рис. |1-10,

а иллюстрирует

микрострук-

туру^соединения

титановь1х

сплавов Ф|4

и'

Ё1:ь

1г

]

эьо""с;

|-_:

0,2

кгс/мм2;

60 мин).

Б 3оне

сварки

наблюд}ется

диффу-

зионная

3она'

имеющая

строение

вь!сокодисперсного

эвтектоида'

обра3ование

в зо11е

соединения

общих

3ерен

вследствие

рекри_

сталлизации.

||ри

сварке

ра3нороднь|х

металлов_в

ре3ультате

в3аимодиффу_

3ии

появля'"."

,*'фй!1''",."кие

фай.

|1оявление

таких

фаз

приводит

тому'

,Б

',"

образуют

;з

:у:::::ь]х

поверхностях

с|ои,

нарушающие

непрерь1вность

концентрации'

-"'"й''Б.'"|''цией

слух<ит

сЁарка

вакууу^е

образша_из

алюминия

й,/,й

ёт3

диаметром

йм,

вьтсотой

мм'

€лой

интерметал-

лической

зонь|

вь]де

лу|лся

на

микроструктуре

белой

сплошной'

линией,

р,.д"'",'Ё;';;;

*;;;лла

(см.

ь;..'Ё-

|1,^а)'

!!1икротвер_

дость

алюм

у|ъ1,4я

";;й;ы;'"'"'й"

26'5

кгс/мм2;

на

расстоянии

'!'5

*^*

от

зонь]

шва

7\,6

кгс/мм2,

на

границе

интерметалли_

|']*"'',)'[

у"

"'Ё:-йй;

отвердос',,

, й"та

л л

идо

8 кгс/

мм2'

!!1икротвердость

стали

^€т3

ис*од"'й

"'''',"'и

|07

кгс/мм2;

1{я пясстоянии

4 мкм

165

кгс/мм2;

на

границе

интерметаллидами

Ё6#н,;;;.'й;;;;"'еннь|е

гагаринские

образшьт

диаметром

мм

из-3а

наличия

хрупкого

интерметаллического

слоя

показали'

соавнитель"'

*".'5/''йЁ',"'.',|

Фни

разрушались

при

уАельной'

"}'ру.*.

4 кгс7мм2.

1итановьтй

с:плавБ15-

1 с

армко->келе3ом

сваривали

лри

:700'

тьо,

_вбс),

-вьо,

900

1000"-€.

Аавление

продол)кительность

вь1дер}кки

обр

азшо{

р,

!'1'",ой

темпер

атур

измен

ял

ись'.}1ет1л_,

;;Б;ф;;ь*йа

а,ал',з

соединений'

вь1полненнь1х

при

минималь-

ной

максимальной

температурах-'^

показал'

что

ух(е

лри

]'7оо.

|,76

кгс/мм22'

мин

повь1шается

твердость'

металла'прилегающегокплоскостиконтакта,где,по.видимому'

;;;ы;;.;?'!й

й*'"рметадлидная

прослойка

(см'

рис'

|{-\1,'

б\'

1ширина

которои

о,е,|

мала

(0,5-0'9

мкм)'

14змерить

ее

твердость

ил:[1

провести

рецтгеноструктурнь:й_

аътал|1з

не

представляется

во3мо)кнь1м'

}1икротвеРдо91ч

)келе3а'

прилегающего

этой

прослойке'

повь1шается

-до

234-286

кгс/мм2'

титанового

.,,й,''-

д'

42в-490

кгс/мм2

при

твердости

;"-;;;ъ;ь

300

кгс/мм2.

1акое

повь1шение

твердости

вь|3ь1вается'

по-видимому,

взаимодиффузией

х{еле3а

{и'ана'

|1ри

т:

;06^0;ё;-"р

1,06

к|ё|мм2;

100

мин

интерметаллидная

прослойка

очень

незначительно

во3растает

по

1пирине

(до 0'9_

1,2

мкм),

но

со

сторонь!

}1(еле3а

появляется

слабо

травяшийся

слой

повь:п-тенной

микротвердостью

030.

кгс/мм2)'

111ирина

Б.й"д"*"/й{

з,б_з'5

йкм

(ём'

рис'

||-11'

в)'

й"*р'"'.рдость

титанового

спл

ава,

пр

илег^т-_т''-

интерме-

таллидной

прослойке,

так)ке

увеличивае|ся

до

458-526

кгс/мм2'

Ёаличие

ийтерметаллидной

хрупкой

прослойки

г1риводит

хрупкому

р..ру'"нию

образйв'^

Бсе

гагаринские

образт{ьт''

дах{е

те'

которь!е'имели

о,

28-:_30

кгс/мм2'

ра.3ру1пались

по

плоскости

контакта

"'""рйе,,'

без

пластической

лформашии'

ё'.йо,,'.'ьно,

образование

хрупких

г1рослоек

ме}кду

сваривае-

мь1миметалламимох(етпрепятствоватьсо3даниюравнопрочного

соединения.

Фбразование

интерметаллидов

мо)кно предотвратить, приме-

няя

промех{уточную

прослойку

и3 третьего

металла.

Ёапример,

при

диффузионной

сварке

титанового

сп.цава

вт5-1

армко-

)келе3ом

в качестве

прослойки мо)кно

применять

молибденовую

фольгу

толщиной 0,3

мм. Бсе образцьт|из

армко-){(9л-е3а

и сплава

вт5-1'

свареннь1е при

температуре 7

300_:_

1000'€,

легко

раз-

ру1пались'

причем

частиць1

молибдена остались на

титановой

заготовке

и отделились

от х{елеза

(см.

рис.

||-12, а).

}1еталлографический

анали3

фиксирует

образование

прослойки

вьтсокой

твердости

ме)кду }келе3ом

и молибденом

(см.

рис.

1-\2,

6).

образшах, свареннь1х

при

1000" €;

|,76 кгс/мм2;

20 мин' ширина

прослойки невелика

колеблется в пределах

3,7-7,5

мкм. 3та

прослойка

дол)кна

представлять собой соеди-

нение

Ре'}1о2 и тверАьтй

раствор

)келе3а

в молибдене.

Аля

образцов,

свареннь:х

моли6деновой прослойкой,

харак-

терг1о

наличие

пограничной

зоне

)келе3а слаботравящейся

по-

лось1

повь|1шенной

микротвердости

1пириной

30-50 мкм' которая'

очевидно,

представляет собой

твердьтй

'раствор

молибдена

х{еле3е.

}ак

х<е,

как и в предь1дущих случаях'

наличие

прослойки

вьтсокой

твердости

ме)кду молибденом

и )келе3ом

приводило к неудовлет-

ворительной

пронности соединения.

[!оскольку ванадий

относится

к металлам' не склонньтм

обра-

зовь1вать

хрупкие соединения

титаном' и одновременно

легко

образует твердь]е

растворь|

@-)келе3ом, бьтло

ре1пено

провести

так)ке

сварку сплава

вт5-1 со сталью

чере3

ванадиевую

прослойку

(см.

рис.

|1-\2, в). Ёа

рис.

|7-72, е представлен

гшлиф сварног0

соединения из Б15-1

и армко-)келе3а с

прокладкой

и3 ванадия'

(онтакт

ме)кду

металлами в 3оне сварки

получился

полнь1м при

весьма

вьтсокой твердости этой 3оньт,

что свидетельствует

об

от-

сутствии

охрупчивания.

€о сторонь1

армко-)келе3а

имеется светлая

полоса'

по-видимому, из

феррита'

сильно

легированного

ванадием'

что

3атруднило

вь1явление границ

зерен

при травлении.

[[ри

диффузионной

сварке бьтстрорех<ущей

стали

Р18

угле-

родистой

сталью 45 нерез

медную проме}куточную

прокладку

толщиной

мкм при 7

800'€ медь

дифунлировала

сталь

по

границам

зерен

феррита

и перлита

(см.

рис.

[|-13, а). Ёа

рис.

!-{-13,

б показано место

контактирования

стали

медной

прокладкой

(т

900'€).

Б месте соединения

со сторонь|

стали

видно

перлитное

3ерно с

характерной структурой

перлита,

Аз-за

пластинчатой

структурь| перлита 3она

контакта

имеет волнистую

форуу.

1т1едь

диффундирует

сталь

45 по

ферритнь1м

г1ласти!:кам.

\ак известно'

особую трудность

представляет соединение

твердь|х

сплавов

со сталями, коэффициенть1

температурного

рас-

ширения

которь1х

обьтчно отличаются

в 2

раза.

|1оэтому

для

сни-

жения

внутренних

напря)кений

весьма

эффективно исполь3ование

прокладок.

1ак

как

процессе

нагревания пластинь|

твердого сплава

на ее

{|оверхности

во3никают

с}кимающие

[1апря)ке|1ия'

а в

середине

н.

о.

(азаков

60 55 50 45 40

2[ 20

Рцс.

16.

!шфракпоерамма

керамцк!!

228.€

после

взацло0ейспвця

с ме0ью

|у1Б

растягивающие'

то при нагреве не

следует

превь|1пать

максимально

допускаемь|х

скоростей

нагрева.

€корость охлах{дения

долх(на

бьтть

в 8-10

ра3

мень1пе скорости

нагрева.

€

увелинением

тол-

щинь|

прокладки

внутренние

напря)кения'

как

правило'

умень_

п.таются.

Фднако

ре1пающее

значение

имеет

их материал. ||оло>ки-

тельньтй

эффект

дало

применение

прокладок

и3

низкоуглеродистой

стали'

пермаллоя'

никелевой

фольги

|1ли

поро1шка никеля.

7сследованиям

подвергали образць1

и3 стали

}8 и стали

ра3мерами

60х14х15,

к котор-ь|м

приваривали

пластинь|

и3

твёрдьтх сплавов

Б(8 и

т15к6.

(онтактную

поверхность

сталь_

цого

образца

строгали

не

подвергали

дополнительной

механи_

ческой обработке.

1верльтй

сплав 3ачищали

на на'{дачном

круге'

€вариваейьте

поверхности

обеих

деталей

обезх<иривали

ацето!1ом.

Рейим

сварки:

т:|100"(;

Р:|

кгс/мм2;

[_6

мин; !:

10-4 мм

рт.

ст.

}1еталлографинеские

исследования

пока3али

плотньтй

контакт

твердого

сплава

материалом

прокладки

поро1шкообразньтм

никелем

(см.

рис.

||-|4,

а и

Ф.

Бдоль

ли\1|1и

контакта

видньт зерна

карбида вольфрама

овальной

формьт'

отличнь1е от материала

прокладки'

твердого сплава

дерх{авки

появив1пиеся

при

дйффузионном

взаимодействии

зерен

карбида

вольфрама с

мате_

риалом

прокладки'

€равнительнь1е

испь1тания

пока3али' что

пре_

дел

прочности

на

сдвиг

дифузионного

соединения

твердого

сплава

со сталью

без прокладки

составляет

17,2 кгс/мм2,

а предел

прочности

соединения

тех х(е материалов

прокладкой

из

по-

ротпкообразного

никеля

во3рос

до

26 кгс/мм2.

Рцс.

17.

Распре0елена;е

9лемен/пов

ооне

сое0шгенця

вольфрамомолшб0е'

ноццрконцевоео

сплава

с пцп1ановь!м

||ри сварке

стали

18х2н4вА

твердь|м

сплавом

Б(20

через

прокйадку

_фольгу

никеля

(ре_

)ким

сварку4|

:1050'

€;

кгс/мм2;

10 мин)

со

сторонь|

стали

наблюдаетс

кл:,1,'

нообразное

рас1ширение

границ

3ерен'

появив11]ееся'

вероятно'

|'-

вследствие

гранинной

дифузии

никеля

[11ирина

дифузионной

зоньт

твердом

Аналогичньте

явле!{ия

наблюдались

риалов.

э'о

объясняется

тем'

что применение

специально

подобранной

проме>кутонной

прокладки

способствует

повь11шению

прочности

в!куумйой

плотности

сварного соединения,

образованию

согла-

сованнь|х

соединений;

по3воляет

получить

монолитное

соедине'

ние

при более низких

температурах

сварки,

сни)кает

внутренние

напрях(ения

в зоне соединения'

препятствует

образованию

чре3-

вь:чайно стойких

окислов

на'поверхности

алюмину1я,

т|11.ана

дисперсионно-твердеющих

сплавов'

которь|е

препятствуют

диф_

фузий.

}[атериал

прокладки

рассась|вае1€9_диффунлирует

основном

металле;

результате

повь|шается

температура

сое-

динения

целом.

Ёа

рис.

приведена

дифрактограмма

керамики

22хс

после

взаимодействия

медью

:}1Б в процессе

диффузионной

сварки

вакууме'

вь]полненная

^ля

обнарух<ения

медесодерх<ащей

кри_

сталлической

фазь:.

Анализ

дифрактограммь1

по3волил

установить

межплоскостнь1е

расстояния

в ангстремах.

Ёекоторьте

ме)кпло-

скостнь1е

расстояния

характер!{ь|

для

кристаллической

ре1петки

медной

тпйинели

(алюмината

-меди)

€шФ'А12о3.

|1ики,

соот-

ветствующие

кРисталлической

решетке

чистой

меди'

на

дифрак-

тограмме

отсутствуют.

Рентгеноструктурньтй

а|1ализ

зонь1 стыка

сварного

соединения

ниобиевого

сплава_5вмц

титановь1м

Ф14,

полученного

дифу-

зионной

сваркой,

-как

в сторону

сплава

5вмц'

так

в с-торону

сплава

Ф14

|ьтявил наличие

хрупкой

ш-фазьт

остаточной

$-фазьт.

1(роме

того'

зафиксировано

ра3мь|тпе

линий

а,-тита|та'

просве'

чивающих

сквозЁ

и_ш-фазьт, что

мо>кет

иметь

место

при

образо-

вании

процессе

охлах{дения

образшов

мартенситной

с-фазьт.

Расчет

периодов

ре1петки

обнарухсенньтх

фаз

аъ\ализ

ре3ультатов

микрорентгеноспектрального

анализа свидетельствуют

небла_

гоприятной

роли

дй66у3ионнь1х

процессов'

приводящих

обра'

мь

/о

в сталь

(см.

рис.

|1-14,

с).

сплаве

составляет

20 мкм.

при сварке

других

мате_

спл00

58мц

(пло0

0[4

)

зованию

хрупких

фаз'

свя3и с

этим

дальнейтпих

эксперимен-

тах бьтло

сни)кено

время

сварки и

увеличено

давление.

€оединение'

получе1{ное

по

уста[1овленному

ре}{иму'

характе_

ризуется

оптимальнь!ми механическими

свойствами.

}1икрорент-

геновским

3ондированием

определено

распределение

элементов

в 3оне сть1ка

(рис.

17).

Ёаблюдается

преимущественная

диффузия

т14та11а

нио6ий, что свя3ано

с преимущественной

диффузией

легкоплавкого

элемента в

более

тугоплавкий.

Рассмотреннь!е

вь]ше

3акономерности

условия

получения

соединений

диффузионной

сваркой

следует

учить1вать

при

раз_

работке

технологических

процессов

соедР]нения

ра3личнь|х

ма-

териалов.

Фсновнь|е

параметрь|

рекомендуемь!е

режимь|

с помощью

диффузионной

сварки

изготовляют

у3ль|

детал\4

из

ра3лич1{ь|х

металлов' сплавов

неметаллических

материалов.

(омпозиции.

свариваемь1х

материалов

исключительно

разнообразньт.

рфультате

накопленного

опь1та

мох{но

сделать

вь|вод'

что

большинство

металлов' таких как никель'

медь' титан

и их сплавь]'

стали'

том

числе

и аустенитного

класса

др.'

обладают

хоротпей

взаимной свариваемостью.

1о х(е

мох{но

ска-

зать о

тугоплавких

металлах

молибдене,

вольфраме' тантале'

нио6ии.

!,оротпо сваривается

модибден со

сталью' Ёиобием.

|1олунено

сварное

соединение

алюминия

с коваром'

обладающее

герметичностью

прочностью'

удовлетворяющими

необходимьтм

требованиям. €вариваются

керамика' стекло'

кварц, графит,

керметь1

и металлокерамика

металлами.

Без труда осуще-

ствляется сварка

чугуна со сталью

по больтпой

поверх1{ости.

€ва_

риваются

такие

разн0роднь1е

металль]'

сплавьт

и неметалль!'

как

титан

и медь }1Б,

титан

и ковар'

титан и константан'

титан

и мо-

либден,

золото

бронзой, серебро

корро3ионно-стойкой

сталью,

титан

и плат]1на'

молибден

и ковар' стекло

ковар' качественнь1е

соединения

которь|х нево3мо)кно

получить

другими

методами

сварки

и лайкп.

1ак

как

при

диффузионной

сварке

свариваемь|е

поверхности

деталей нагреваются

до

температур

них(е

или

вь|ше

точки

рекри-

сталли3ации

при

неболь:шом

давлении'

то ока3ь|вается

во3мох{нь1м

сваривать

металль|

и сплавь1

без существеннь1х

изменений

их

физико-механических

свойств.

€ пойощью

весьма прость1х

прие-

мов

во3мо)кно

управлять

процессом

сварки: нагревом

деталей,

увеличением

или

умень!пением

давления

на

поверхности

контакта'

поних(ением

ра3рех(ения

рабоней

камере,

увеличением

вь]дерх{ки

деталей

при

соответствующих температурах,

ра3личными

спосо-

оами

подготовки

соединяемь]х

поверх!|остей

и т.

п. }становление

соотно1пений

ме>кду

этими параметрами

процесса сварки

имеет

первостег1енное

3начение

для

отработки

оптимальной

технологии.

[рафинеская

3ависимость

прочности

получаемого

соединения

от

и3менения

давления

вь1ра)кается

кривой

(рис.

18).

.[[авление

}

кес|

нм2

105

10'

10,

10'

?о

нм

ргп.

стп

/0-

10-2

10'

/0-

40 50р,т:29/нмэ

10 15

20 2[ [,ншн

Рцс,

18. 3авцсцмоспь

процносп!ц

сварноео

соеоцнен!1я'

пол!ценноео

прш

10-ц мм

р[п.

сп.,

лан,

о[п

оавленця:

1-чугунсч

|8-36, ?:900о(;2_сталь

50'

7:1100о6;

3_сталь

4х14н14в2м'

?:1200"

Ршс.

19' 11,шкл шзлоененця

ра3рео!сеншя

пр!'

сварке сплава

115|(6

со

сгпалью

требуется

для

обеспечения

плотного

контакта

свариваемь!х

по_

вёрхностей,

что необходимо

для

в3аимного

диффу3ионного

обмена

атомов свариваемь1х

материалов.

8сли

давление

при

сварке

мень1пе

оптимального,

то на границе

соединения

могут

появиться

непроварь|.

!арактер

изменения

остаточного

давления

рабочей

камере

температурь1

нагрева

в процессе

диффузионной

сварки

пока3ан

на

ри9.

19. Ёа создание

вь|сокого

вакуума в

камере

затрачивается

10-12

мин, 3атем начинается

нагрев свариваемь]х

деталей.

Ёагрев

деталей

приводит

неи3бе)кному

вь1делению

раствореннь1х

них

газов

(участок

аб)'

1(оличество

этих газов

зависит

от

состава

металла

размеров

свариваемь1х

деталей.

€корость

вь1деления

га3ов определяется

интенсивностью

нагрева.

при

этом

давление

в камере

повь|1шается

(уяасток бо)'

}часток

(а0)

характери3ует

установив1пееся

давление

в ка-

мере

во время обезга>*<ивания.

|1роцесс

обезгах<ивания

мох{1{о

ускорить

за

счет

повь11пения

температурь1

нагрева'

исполь3уя

более

мощную откачную

систему.

противном

случае

повь|1пение

давления

д6

:0_' мм

рт.

ст.

мох{ет вь]звать

иони3ацию

пробой

(короткое

замь1кание

ме)кду

витками индуктора).

||о окончании

обезга>кивания

происходит

умень1пение

остаточного

давления

камере

до

10_4

мм

рт.

ст.

(участок

0е),

после чего

передается

необходимое

усилие

с)катия

деталей.

Ршс

20.

4цкл

пера!пуры

пр1!

ковара

!13ленен11я

п?ем-

т,ос

сварке

меош

"^^'

}часток

характери-

зует

непосредственньтй

процесс

сварки'

продолх(и_

тельность

которого

15-

мин

(унасток еэю).

|1о

истечении

указанного

вре-

мени

нагрев

прекраща-

ется'

давление

остаточнь1х

га3ов

в камере

умень_

шается.

}силие

с}катия

[1е

снимается

до

охла)кде-

|1ия

деталей

до

темпера-

турь1

80-150'с.

Бсли

600

200

!,ншн

давление

снять

пре)кдевременно,

то

случае

сварки

ра3нород-

нь1х

металлов

мо)кет

прои3ойти

ра3рь|в

по линии

сть1ка'

а при

сварке

однороднь|х

металлов сни)кается

предел

прочности

свар_

ного

соединения.

14з

графика на

рис.

20 видно, что

для

А}ФФ}зионяой

сварки

меди

йфю

(кривая 2),

коьара

коваром

(кривая 3),

твердого

сплава

т15к6 со

сталью

(кривая ,1) необходим

нагрев

перво-

начально

до

температурь1

несколько

вь|1пе

температурьт

сварки

(вьттше

на

50_70"

€),

так как

при

прилох(ении

давления

к свари_

ваемь|м

деталям

часть

теплотьт

за

счет

увеличения

контакта

тег1лопроводности отводится

в при>кимнь|е

устройства.

|(роме

того'

тепло

расходуется

на

диффу3ию

частиц

одного

металла

другой.

|]осле

окончания

нагрева

целью

исключения

окисления

де-

талей

на во3духе

они

дол)кнь1

охлах(даться

до

определенной

тем_

пературь1

в камере.

Аля деталей

из нерньтх

металлов

температура

охла}кдения

не

дол)кна

превь111]ать

150-250'с,

для

цветнь1х

в0'

с,

для

твердь1х сплавов

100" с'

|1ри

охла>кдении

свареннь1х

деталей

до

ука3аннь1х

температур

происходит

термическое

сокра-

щение

ка)кдого |тз

материалов

||ри

сварке

ра3нороднь1х

металлов

стальная

деталь

сокра_

щается в 2

раза

больтше,

чем

деталь

и3 твердого

сплава

или

гра_

фита.

Развивающиеся

при

этом напря}(ения

в сварном

соедине_

нии

сни}каются

пр|{

опрёделенной

температуре

(на'ример,

900'

для

стали

12х18н10т и

графита).

Ёих<е

этой_температурь|

про_

цесс

релаксации

практически

прекращается.

Ёапрях<ения,

вь1-

зь1ваемь1е

неравномерной

усадкой

при

охлах{дении'

могут

при-

вести

растрескиванию

сварного

соединения

по плоскости

сварки

его

полному

ра3ру1шению.

Рцс. 21. 3авцсцмостпь

процносп!ш

сое0нгоеншя

!!3 с/палц 45 огп

механшцеской обрабопокн

повер хнос/пц

пере0

свар кой

3того

мо)кно и3бе)кать'

если

после

окончания сварки

детали

оставить

под

давле}1ием.

[1ри этом подвих{-

ность

дис"цокаций'

приводящая в си-

ловом

поле к

развити|о

трещин'

сни-

)кается 3а счет

давления;

при охла)к-

дении

под

давлением

так)ке происхо-

дит

процесс вь|равнивания напря}ке_

ний,

что практически

исключает вдан-

нь1х

условиях

обра3ование

трещин.

||1з

свареннь1х в вакууме заготовок

вь1тачивали образцьт.

}1есто

соединегтия всегда

находилось

середине

расчетной

длинь|

образца.

!,ля

ках<дого и3 исследованнь1х

ре)кимов

изготовлено

не

менее

трех

образцов. оценку

качества сварного соединения

проверяли

механическими

испь1таниями

на

растя)кение.

.[|ля

успетпного

решения

задач

по

разработке

и получению

диффузионного

соединения

различнь1х

конструкций технолог

долх<ен

хорошо знать основнь]е параметрь1

диффузионной

сварки'

их

влияние

на

качество соединения'

методику определения

основ-

}|ь1х параметров

ре>кимов

п0следовательность

разработки

тех-

нологического процесса

сварки.

Рассмотрение

ука3аннь]х

вопро-

сов

является

содер>канием настоящей

главь1.

[!одготовка

поверхностп перед

сваркой. Блияние

способов

подготовки

свариваемь!х

поверхностей

на

прочность соединений

при

диффузионной

сварке исследовали

экспериментально.

||ервая

серия экспериментов

заключалась

-определении

прочности

соединения

в зависимости

от 1пероховатости

поверх-

ности.

[иффузионную

сварку

проводили при постояннь]х

пара-

метрах:

1000'(;

р:2

кгс/мм2;

|:5 мин.

€оединяемь:е

поверхности обрабатьтвали

следующими спо-

собами:

черновое

точение;

тонкое получистовое

точение;

тшлифо-

вание;

полирование; все остальнь1е

условия

сохранялись

одина-

ковь1ми.

Анализ

диаграммь1'

приведенной на

рис.2!,

пока3ь1вает'

что

при

нерновой обработке

давление

недостаточно

для

обеспече-

ния максимальной г1лощади

истинного

контакта. Ёа поверхности

контакта

сохранялись неровности'

препятствовав1пие

непосред_

ственному контакту чисть1х

поверхностей

металла

при

маль|х

давлениях.

|{ри полунистовом

точении

рельеф

поверхностей

бо_

лее

гладкий, нто

для данного

рех(има

сварки

по3волило

получить

прочность

соединения

на

200/о

вь11пе. |1ри

тплифова!1у\и

прочность

соединения

ока3алась на

10%

мень11]е

по

сравнению

тонким

получистовь|м

точением.

Бозмох<но, при

абразивной

обра6отке

€

{

*-\

Ршс.

22' 3авшсшмоспоь

прочнос[п!1

свар'

ноео

сое0шненьоя

опт

спосо6а

хоомс:цеской

обр

абогпкш

повер

хнос/п|1

на

поверхность

3ачищенного

ме-

талла

попадали

твердь1е

части1(ьт

а6разива,

которь1е

препятство-

вали

диффу3ионнь1м

процессам.

||ронность

соединения

при

полировании

аналогична

проч-

ности

при

получистовом

точе_

11ии.

такое

практическое

совпа-

дение

величин

прочности

соеди_

г:ений

слу)кит

хорошим

дока-

зательством

того'

что

вьтбран_

ньтй

рех<им

(температура'

давление,

длительность

вь1дер)кки'

раз-

ре>кение)

обеспечйвает

чре3вь1чайно

теснь1й

контакт

поверхностей

заготовок

ух(е

при

получистовом

точении

Фчень

перспективен

способ очистки свариваемь!х

поверхностей

ультразвуком.

|1рименение

ультразвуковь|х

колебаний

для

очистк|4

свариваемь|х

поверхностей повьтсило

предел

прочности

сварнь1х

соединений

при изги6е

70-80

до

80-130

кгс/мм2.

[ругая

серия

экспериментов состояла

в определении

проч-

ности соединения

в 3ависимости от способов

удаления

поверх-

|-|ости

металлов

адсорбированньтх

пленок

(масел,

>киров'

пь1ли'

грязи' краски

и т.

п.), метпающих

сбли>кению

соединяемьтх

по_

верхностей.

}(ировьте

пленки

удаляли различнь1ми

способами:

протиркой

спиртом'

ацетоном' четь!реххлористь1м

углеродом

и прокалива-

нием

в вакууме. Фчистка

металлических

поверхностей

методом

травления

основана на

способности

кислот

щелочей

растворять

окисль].

результате

этого поверхность

металлов'

полученная

при

травлении

кислотой,

имеет

ровньтй

рельеф

равномерной

пленкой

по всей поверхности.

(роме

того'

поверхности

образцов

очищали

от адсорбированнь1х

и окиснь]х

пленок

предваритель_

нь1м

прокаливанием

в вакууме

при

температурах'

достаточнь1х

для

испарения

поверхностнь]х

слоев

металлов

и во3гонки

окиснь|х

пленок;

состояние поверхностнь1х

слоев

характери3овалось

по-

вьтшенной

энергией

активации.

||роведенньте

исследоваг!ия

позволили

сделать

следующие

вь|водь|:

подготовка поверхности

имеет

значение

для

со3дания

площади

фактинеского

контакта;

луч1пие

результать1

обеспечи_

вает

механическая

обработка

ре3цом'

т. е.

получистовое

точение;

химияеская

обработка

пове1эхности

по3воляет

стабилизировать

прочностнь]е

характеристики

соединения

(лействие

ра3личнь]х

сРеА

неодинаково);

так'

при

обез>кириваттии

четь|реххлористь|м

6р,

€

Ёъ

}Ё

\ъ

"*ц

эБ

\ь

]ь

х\

Ао

*е

€

$ч

ох

ч'

х}

€

о5

углеродом

по

сравнению

протиркой

ацетоном

прочность

повь|_

йается

на

\4о/,

(рис' 22);3)

при

диффузионной

сварке

вакууме

не3ависимо

от способа

очистки

поверхности

соединяемь|х

мате_

риалов

имеют

место обезгах{ивание

поверхностей

материалов

во3гонка

окиснь1х

пленок,

приводящие

упрочнению

соеди|{ения

улуч1пению

свойств

материалов.

1емпература

давление

при

сварке.

Блияние

температурь|

диапа3оне

800-1100'

вь]яснялось

при

ра3личнь1х

давлениях

(0,5;

и 5 кгс/мм2),

продолх(ительности

сварки

5 мин,

разрех(е_

йии

10_3

мм

рт.

ст.

Аз

аналуцза кривь!х'

приведеннь1х

на

рис.

23,

следует,

что

прочность соединения

при

всех

давлениях

сильно

зависит

от

температурь].

|(ривая /

(лайление

!,!

кгс/уу')

показьт-

вает'

что

при

увеличении

температурь1

на

100" €

(с

300

до

900'€)

прочность

соединения

увеличивается

ра3а'

а при

повь11пении

тёмпературьт

до

1 100"

в 3

раза.

^меньтпей

степели

эта

разность

проявляется

при

давлен|1и-

1 кгс/мм2^({Ривая

2). \ак,

при повьт_

1шении

температурьт

от

800'

€

до

1 100" с

прочность-

увеличивается

в 2

раза;

прй

дйвлении

2 кгс/мм2

(кривая

\,4

раза,

а при

давлении

5-кгс/мм2

(кривая

только

в 1,2

раза'

|1ри

давлении

2 и

5 кгс/мм2

пРонность

соеди_нения

увеличи_

вается

ли1пь

для

температурьт

1000'€.

||ри

1 100'с наблюдается

да)ке

некоторое

умень1пение

прочности

соединения'

что'

по-види-

мому'

вь1зь|вается

ростом

зерен.

Р1зменение-

ра3меров.зерна

ока_

3ь1вает

меньшее

влиян|4е

для

давлений

0,5

1 кгс/мм2,

когда

вследствие

слабого

контакта

ме)кду

свариваемь1ми

частями

наблюдается

больгпой

разброс

п низкий

уровень

прочности

соеди-

нений.

1а

>ке закономерность

характерна

для

температур

1000

и 1100" €

при

давлениях

0,5

и 1 кгс/мм2'

|1ри

увеличении

давления

(рис. 24) от 0'5

до

2 кгс/мм]

,Рчч_

ность соединения

значительно

растет

для

температур

800, 900,

1000,

1100'

с.

!,альнейгпее

увеличение

давления

от

до

5 кгс/мм2 сказь1вается

не3начительно

на

прочности

соединения.

3то

мо>кно

объяснить

тем'

что поверхность

металла

никогда

не

бьтвает

абсолютно

ровной,

на

ней

всегда существуют

вь1ступь1 и

впадинь1.

[1ри соприкоснове|{ии

таких

поверхностей

в теснь:й

кон-

такт

вступят

только

вь1ступъ1

небольтпой

части

поверхности.

|1ри

повь:гшени1.1

давле\1|4я

эт14

вь1ступь!

сминаются

и площадь

истинного

контакта

увеличивается.

€ледовательно,

г{олное

изменение прочности

соединения

при

увеличении

давле1{ия

до

2 кгс/мм2 и

вь|1пе мо)кно

объяснить

главнь|м

образом

увеличе-

нием

площади

истинного

контакта

ме)кду соединяемь1ми

поверх_

ностями.

!ксперимен'гально

установлена

3ависимость

прочности

свар'

ного

соединения

от

давления

температурь1

сварки.

}величение

давления

повь|1шает

прочность

соединения

только

до

определенного

значения.

Аальнейгшее

увеличение

давления

сни)кает

прочность

сварного

соединения

(рис.

25). 1аким

образом,

характер

3ави-

симости

глубиньт

зоньт

диффу3ии

от

давления

совпадает

харак_

23о

66,

кес/мн2

0,5

4р,кас|нн2

Рцс. 23. 3авцсцмостпь

прочносп!ш

сварно2о

сое0цненця

о/п ,пемперо/пцрь!

сваркц

([:

мшн) прш

0авленшях

процессе

сварк!1:

0,5 кгс/мм2;

| кгс|мм2: 3

2 кгс/мм2;

5 кгс/плм2

800

Рцс.

24.

3авцсцмостпь

5 мшн):

/)7:800"с:2')т:

процнос!пц

сое0цненця

огп 0авленс;я ц

!пемперап|урь!

сваркц

900'€;

3) ?

1000"

(;

ц) т: 1100"

Рцс.

25.

3авцсцмосгпь

процносп!|!

сое0цненця

оп

0авленця сварк|!:

титановый

сплав Б15-1; 2

сталь

45х14н14в2м;

сталь

(7:

1000'€);

4_сталь

(т:900'€);5_ковар

н29к18А;

6_медь

мБ; 7-вугун

({

18_36

тером

3ависимости

прочности

соединения

от

того х{е

параметра.

3то

мох<ет

бьтть следствием

того,

что

давление

одинаковьтм

обра-

зом

влияет

на

диффузию

и самодиффузич

(рис.

26).

!!овьтшение

температурь1

при постоянном

времени

сварки

прочих

равнь1х

условиях увеличивает

прочность

соединения'

но

до

определенного

предела.

Аальнейтпее

повь1шение

температурь1

разупрочняет

соединение

ре3ультате

бьтстрого

роста

зерна

1рис.27,28).

Бремя

сварки

аналогичньтм

образом

влияет

на

все

прочностнь1е

характер|4стики (рис.

29). Ёа

рис.

30, с

приведеньт

кривь1е

3ависимости

ударной

вязкости сварного

соединения

от

температурь1'

на

рис.

30, б

зависимости

относительного

удлине-

ния

от

температурь[

сварки'

1емпература

сварки

влияет

на

все

механические

характеристики

сварнь|х

образцов.

с-