Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов

Подождите немного. Документ загружается.

{,,ь

0,2

0,4

0'0

кес| мм

600

800

000

1000

т,ос

Ршс.26.3авцсцмостпь

пласп!цчносп|ш сое0цненцй

пн!т!ановото сплава

Б!5-1 оп! оав-

лен!!я сваркш;

реэ!сшм

сваркц:

1:1000о€;|:5мин

Ршс. 27.

3авт.ссцмостпш

прочноспш соеоцненця

о!п ,пемпера/пурь!

сварк.!:

-титановый

сплав вт5_1; 2_сталь 45:

ковар н29к18А;4_ медь}11

Рцс.

28.

3авцсцмосгпь

ра3руц]ающеео

напря0юен!^.я о!п пе.|4перо!пурь!

сварк!1

прц

цспыпанцц

на ц3ло!14

ц цзецб

ш 4):

,_титановь!йсплавот4сваренсмедью}1[;ре)кимсварки:р:0'5кгс/мм2,!:5мин;

титановый

сплав

Ф14 сварен

медью ?[Б;

режим

сварки:

0,5

кгс/мм8,

мин; 3

сталь Р18

сварена со сталью 45;

режим

сварки:

2 кгс/мм2,

мин;

медь

}1Б

сварепа

с керамикой 22хс;

ре)|(йм

сварки:

кге/мм2' /:

5 мин

Рцс. 29.

3авшсцмосупь

преоела процнос!п.| соеацненця о!п временц

сваркц:

_титановь|й

сплав 815_1; 2

сталь 45: 3

ковар

Ё29|(|8А; 4

медь

1{|

Ёг*

2'2г

Ё.,[

$,,1

ч |ч

$'т $

/'4|-

{

0[-

600

2'8

1000

1200/,'с

ес|нм

66,

ксс/гап2

о",

кас.н

сн

900

1000

п00

!00

1040

800

Рцс^. 30. 3авнсшмосп!ь

фарной

вязкосгпс: (а)

ш о/г[носц!пельноео

ц0лнненшя

(б)

сое0цненшя

сплава

Б[5-| о!п

/пемперапурь|

сварк.!

Рт:с.

31.

,0,шаерамма

о6ъемной

3авшсц!1|осп!.!.

процнос!пц

сое0цненсся

ц3

с[т!а-

лц

огп !пемпера!пуры

т:

0авленшя

сваркт:

(овмещенная

объемная

3ависимость

прочности

соединения

от

температурь|

давления

на примере ко|{струк|дионнь]х

сталей

иллюстрируется

рис.

31. 3та

зависимость

и3обра}кается

поверх-

ностью'

которая

при

пересече|{ии

с гори3онтальной

плоскостью

р-7

о6разует

границу

свариваемости.

_1онки,

лех{ащие по

пра-

вую

сторону

от

ука3анной

границь1'

характери3уют

ре)кимьт'

которь!е

не обеспечивают

качественного

соединения.

1очки,

ле}ка_

щие

по

левую

сторону

от

границьт,

характеризуют

оптимальнь1е

ре)кимь1

сварки.

Ёа

горизонтальной

плоскости

представлена

3а-

висимость

оптимального

давления

от температурь1.

|{ри

пересене-

нии

границь1

свариваемости

с осями

давления

температурьт

опре-

деляются

условия

сварки. € повьтгпением

температурь1

до

темпе-

рату*рь1

плавления

материала

давление

равно

нулю.

,,-

?емпеРатурный

ре)ким

следует вь]дер}кивать

очень

строго.

г1агревать

изделия

следует

до

более вь1соких

температур'

чем

необходимо

для

сварки'

учетом

отвода

теплотьт в пуа|{сонь]'

передающие

давление.

емпература

800

900" с и

давление

0,5 и

кгс,мм2

не

обеспе_

::1Р"

равнопрочного

основному

металлу'

соединения

(разру-

:..:'"

происходит

по

месту

соединения),

йластинность

сварного

оора3ца

низкая.

1емпература

соедине;ия

1000

и 1100.€ при

давлениях

1,2

кгс/йм2

обеспечивает

соединение,

равнопроч-

ное-основному

металлу;

при

этом

фактически

исчезают границь!

раздела

двух заготовък,

образцьт

разруп1аются

по основному

!а

1100

|000

900 800г,.с

Рцс.32.

Фбразцы после

цспь!паньой

на

рао!пя0юен1!е

(а),

крупенше

(б), с0вше

(в),

уеол

созешба

(е),-

у0арную

вязтсоопь

(0)

металлу.

Ёекоторое

сних(ение

пластичности

наблюдается

при.

давлении

кгс/мм2.

3то, по-видимому'

мо'шо

отнести

за счет

наклепа'

вь13ванного

деформацией,

роста

зерна.

Беличина

относительной

осадки

длЁ

,{авления

кг1/мм2

при

1000 и

1 100' 6

составляет

4,5

16о/о,

для

тех

х(е температур

при

давле!!ии

2 кгс/мм2

\,5-20/о

Аналогичнь1е

зависимости

прочности

соединения

от

темпера-

турь|'

давления'

разре}кения

других

факторов

получень1

для

других

материалов.-3

зависимости

от

условий

работь!

сварнь1х

соединений

прочность

оценивали

испь1таниями

на

растя}кение'

кручение'

ударную

вя3кость,

угол

изгиба

сдвиг

(рис. 32).

|{ри-

чем

ра3личнь1е

прочностнь1е

характеристики

и3менялись

в 3а'

висимости

от температурь|

давления

при сварке

(рис. 33).

[!родолхкительность

сварки

охлаждения.

ре3удьтате

экс-

периментов

установлена

3ависимость црочности

сварного

соеди_

}1ения

от

времени сварки'

увеличением

которого

прочность

свар-

ногосоединениярастетдопределапрочностиосновногометалла

(рис.

34).

.[1альнейгпее

увеличение

продолх(ительности

сварки

[|а

/'''"с

1100

'с

700'с

ё,

|о

1а

р,кес|мм2

ксс| мн2

4,,

а)

[,ман

|= /100

о[;

р=0,$кес|пм2

Ршс.

33. 3авоосцлостпь

плас/п!!цнос!пц

сое0цненця

отп 0авленця

1! !пе14перапцры

сваркц

Рцс'

34.

3'авшсшмоспоь

прош-

ьюстпш

образцов

о!п

време,'ц

сварк1|:

копструкци-онна_я

сталь;

оцо-сплаввт5-1

а",

ксс.н|

см2

14-

р=

0'5к?с| пм2

|т_-эоот

4!,

а)

--/-

1000

"с

!00

ос

-ь

800"с

о-

ё,пон

[,пан

66,

к?с|мн2

!0гт-'---т

600

400

Рцс.35.

3авцсцмоспоь процнос/пш

пласп!шцносп!|' соеоцненшя

ц3

конс!п'

рукцшонно(1

с!пал!'! о

/п !пемперапу

рь!

охла9!соеншя

прочность

сварного

соедине-

ния

практически

не

влияет.

Фднако чрезмерное

увеличе-

ние

вь|дер}кки

сних{ает

проч-

ность

сварного

соединения

из-3а

роста

зерна.

Аналогич-

нь1м

образом

влияет

продол-

х(ительность

процесса

на

пла-

стичность'

относительное

удлинение

ударную

вязкость.

Бопрос

влиян14|4

температурь|

охла)кдения

свареннь|х

в ва_

кууме образцов

на

прочность

пластичность

изучали

пр14 т

:1000"(;

р:2

кгс/мм2;

1:5

мин.

Ёа

рис.

35 приведень1

кривь1е

прочности

соединения

образцов,

охлах{даемь1х

до

разнь1х

температур

вакуумной.камере'

Бсли

прочность

соединения

при 1000б

€

принять

3а

100%,

то охла}кде-

"'""

, камере

до

600"

('позволяет

Ёовьтсить

прочность

на

0,1%,

!о

400" €

на

3396

до

200'с

у)ке

на

44о/о. Б

интервале

тем-

,ера'ур

1000-600"

€

пластичн0сть

отсутствует.

€^понихсением

тейпе|}турьт

до

400'€

пластичность

во3'р_астает

до

3%,

при

даль_

нейтш6м

пони)кении

температурьт

до

200'

(

пластичность

повь1-

1пается

до

7%' а

при

температуре

100' €

и ни>ке

она

достигает

максимума

13о/о.

1аким

образом,

постепенное

охлах(дение

, ,'*уу','й

камере

под

давлением

сваренньтх

образцов

(леталей).

способствует

повь|шению

прочности

пластичности

соединяемьтх

металлов

сплавов.

Бакуумирование

при

сварке.

-Р1сключительно

ва}|(ное

3начение

для

проведения

процессов

диффузионной

сварки

имеет

степень

р'.рей.""я.

|1ри

этом следует

учить1вать

некоторь1е

особенности,

в частности

усиление

га3овь|деления

и3

деталей

стенок-каме-р_ь_т

при

повь1шении

'1'емпературь1.

Фпьттьт

проводили

при

900

и_ 1000"

(;

кгс/мм2;

мин.

Анализ

кривь'х,

построеннь]х

для

стали

45,

показьтвает'

что

при

температуре

1000'

€

прочн_о^сть

соединения

3начительно

во3растает

до

степени

разре>кейия

10_1 мм

рт.

ст';

при

дальнейтпем

увеличении

ра3ре)кения

наблюдается

значительное

увеличение'

пронности.

|1ри-температуре

900'

с прочность

соединения

ре3ко

повь1шается

до

""е,е'й

ра!рех<ения

10-2

мм

рт.

ст.'

дальнейгшее

повь|1пение

ра3ре}кения

не

ока3ь]вает

столь

больп:ого

влияния

на

прочность

соединения

(рис.36).

3ависимость

прочности

соединения

от

температуру

Ё1ия мо'{но

изобраз:тть на

совмещенной

объемной

разре)ке-

диаграмме

66,

;сас|

нн2

80 :--'-''т-

кас|мн2

6о

з8

а0

20.

п-4

з6

кес| мм

'г',-е

:сФ'

'^\Ф

п00

900

\ос

;.$'

Рцс.

36.

3авцсшлостпь

прочноспц

пр!!

сварке:

8,нн

рп.сп.

61, кес

мн2

0паль

4!,

т=

1100ос

€йапь

45,

т= 1000

ос

ч'т=8'0ос

йт,т=000

,с

20 10 40

[,пон

свар1!оео

сое0цненшя

о/п

спепенц

ра3ре'!сенця

70-

а)

сталь

45;

сталь 45

со

сталью Р18

|,:::..|!;

'0,иаерамма

о6ъемной

вш]цсамосп1|

процнос!пц

сое0соненця

шо конспрук-

ццоннол

спалц

оп

спепенц

рск'ре0!сенця

ц /пемпера/п!ры

Рцс'

38.^Блцян.!е

пемпера!п9ры

!! временц

наерева

в воку!ме

на прочноспь

свор-

ноео

сое0цненця

поверхностью'

которая

при

пересечении

с гори3онтальной

пло-

:19._1,''

образует

границу

свариваемости

(рис._37).

€права вни3у

находится

область,

в пределах

которой

свар:!а

нёвозмох<па.

_1-1Р]

,э,д.рх(ке

нагретого

металла

вакууме

происходит

дегаза_

ция.

!1ри

этом

первую

очередь

удаляются

га3ь1

из

11ару}|€ых

слоев

металла.

3атей

йрошес6

диффузии

способствует

пе|:емеще-

нию

га3а

от

внутренних

слоев

металла

вне1шним

дальней:шей

т=9'0,с;

|= /5нцн

р=

0,4

кас/пп2

н.

о.

1(азаков

дегазации.

||роцесс

дегазации

металлов

определяется

двумя

факторамгт:

во-первь|х' количеством

растворимого

газа

и темпе-

ратурой

металла

при его

последующей

обработке

и'

во-вторь1х'

диффузией'

скорость которой

зависит от

рода

металла'

растворен_

ного

нем га3а и от

температурь1'

при

которой

ведется

обезга>ки-

вание'

|!оэтому

ре3ультате

дега3ации

более

интенсивно

про'

исходит процесс

(3алечивания)

микрощелей

при

повь11пеннь1х

температурах' что

3начительной

степени

объясняет

вь|сокую

прочность и

пластичность

получаемь1х соединений.

Ёа основе

расчетов

экспериментальной

проверки

установ-

лено' что степень

разрех{ения

в вакуумной

камере

диапа3оне

использованнь1х

ре)кимов

(10_2-10_5 мм

рт.

ст.)

вполне обеспе-

чивает

такую чистоту соединяемь1х

поверхностей'

которая

га-

рантирует

со3дание

монолитного

соединения'

равнопрочного

основному

металлу.

Бьтдерх<ка

меди при повь|шенной

температуРе

вакууме

те_

чение

15_мин

повь11пает

ее прочность на20-25%'

вакуумирование

стали

упронняет

ее на

10_15%

(рис.

38).

}величение

вь1дер}кки

вакууме практически

ска3ь1вается

только

до

определенного

предела' обусловленного

наличием

раствореннь1х

га3ов

тол-

щиной

поверхностнь|х

пленок.

||ри

прочих

равнь|х

условиях

по'

вь11пение температурь1

при

вакуумирован|1||

в и3вестном

интервале

способствует

упрочнению

металла.

|1осле-сварки

в вакууме

прочность

полученнь|х

соединений

оценивали

механическими

испь1та\1у|яму|

на

растя)кение.

Блияние

термообработки на

прочностнь1е

свойства

материала

(в

данном'

случае

прочность

прй

растя>кении)

определял-и

для

стали

45,

ме1и $1 и стали

20х13.

3аготовки

из стал||

диаметром

15 и

длиной

мм изготовлень[

из одного

прутка'

чтобьт

уменьшить

влияние

изменений

прочностнь1х

характеристик

материала.

1акая мера лишь частично

создает

абсолютную

идентичность'

условий

проведения опь1та.

1,1з

этого же

прутка бьтл

испьттан на

растя)кение

образец

без

вакуумирования.

заготовках'

предназна_

ченнь|х

для

термообработки

вакууме, сверлили

отверстия

для

термопарьт'

а 3атем

их термически

офа6ать|вали

в камере

свароч-

ной

диффузионной

установки

(сдву'50) с

индукционнь]м !1агре'

вом.

1емпература

термообработки

1000 и

1!00" с, продол)китель_

ность

1; 10; 60

мин;

ра3рех(ение

в камере

10_3

мм

рт.

ст.;

после

вакуумирова\1|1я

обр}зшьт

охла)кдались

в вакууме

до

200" с.

йз

заготовок

и3готовлень1

стандартнь]е

образцьт

для

испьттаний

на

растях{ение.

Результать|

исследований

показали' что

прочность.

стали

20х13 повьтсилась на

|0-\2о/о

при

нагреве

в вакууме

вте_

чение

10 мин.

1ехнология

лиффузионной

сварки.

€ технологической

точки

3рения

при вь]полнени::

дифузионной

сварки

ва}кнь1

следующие

основнь1о требования:

долх{нь|

бь:ть

обеспечень1

очистка

поверх_

ностей соединяемьтх

материалов

и непосредственнь]й

их контакт;

материаль1'

подвергаемь1е

соеди!1ецию' следует нагреть

до

соот-

ветствующей

температурь|'

способствующей

диффузии

через

соединяемь1е

поверхности

за обусловленньтй период времени;

3ащит[{ая

атмосфера

дол}кна

предотвращать ок}тсление

или

3агря3нение

материалов.

Аля

осуществления

диффузионной

сварки части

деталей,

под,це)кащие

соединению'

помещают

в вакуумну]о

камеру

уста-

навливают

в контакт

друг

другом.

Бесь

узел

поддерх(ивают

таком

поло}кении

3а счет прилох{ения

вне1пнего контролируе-

мого

давления.

3атем

у3ел

нагревают

до

заданной

температурь1

течение

обусловленного

периода времени' передают

необхо.

димое

сварочное

давление

и вь1дерх{ивают при- этих температуре

давле|1\4ц

в течение определенного

времени.

||осле сварки

детали

охла)кдают

в вакуумной камере

\4л|4

на

воздухе'

3ависимости от свойств соеди|{яемь|х

материа_

лов.

Фптимальное

3начение вакуума вьтбирают

учетом

свойств

свариваемь]х

материалов

ре3ультатов

исследований.' |1ри

недо-

статочном

вакууме

усиливается

окисление свариваемь1х

мате-

риалов.

|1олунение

вь1сокого вакуума

существенно сни}кает

произво-

дительность

сварки' приводит к

удоро>канию

процесса и мо-

х<ет

бь:ть оправдано

только

с точки зрения эффективности очистки

свариваемь!х

поверхностей

от окйслов и

ра3личнь1х

га3ов.

Фбработка

поверхности

дол)кна.

обеспечить

максимальную

фактивескую

площадь контакта

свариваемь|х

поверхностей. |1ри

вьтборе класса

1шероховатости поверхности следует

ориентиро-

ваться

на

тех}'1ико-экономические во3мо)кности

предприятия.

€пособ очистки

свариваемь|х

поверхностей от всякого

рода

пленок

вьтбирают

3ависимости от

природь| ивида пленок

на осно_

ван1414

существующих

рекомендаций.

1емпература

сварки

долх(на

обеспечить больтшую скорость

п.цастического

деформирования

развитие

дифузионнь1х

про_

цессов.

1емпературу

сварки определяют из соотно1п0}{1{9! 7"'

0,77,,.

!,ля

х<аропрочнь|х

сплавов

и тугоплавких металлов

она

мо}кет

бь:ть

несколько

вь11]]е.

!.авление

должно достигать

такой величинь1' чтобьт осуще-

ствить

деформацию

микронеровностей

и |шероховатостей на сва-

риваемь]х

поверхностях

и обеспечить максимальную

истинную

площадь

контакта

последних. 3начение

давления

3ависимости

от

рода

свариваемь!х

материалов мо>кно

уста1{овить

опь1тнь1м

путей

или

расчетом.

Фриентировочно

оптимальное

значение

дав_

ления'

обеспечивающего

получение качественного соединения'

це

приводящего

к макроскопической

деформации

зонь|

сварки,

примерно

равно

пределу

текучести свариваемь1х

материалов

при

температуре

сварки.

|1ри сварке

ра3нороднь1х

материалов

давле-

ние

устанавливают

3ависимости от

характеристик менее проч-

ного

и3

свариваемь]х

материалов.

о/

|о

120

110

100

0о

кас|нн2

1,0

1,5

2,0

2,5

а)

1,0

р,кас|

пн2

0ц

7,0 2'0

2,5

1,0р,кас/пм

б)

0о

к ?с|

нн2

0о,

,,1

Рас.39.

8лця]аце

0авленця

с9юа!т!ця

!пемпера!п!ры

сваркш

на

]1|ехан!1цескце

свой-

спво

сое0цненцй:

с_сплав

эп99;

б_сплав

хн75мБтю

(3и602);

1') т:

!000'€; 2|

1150ос;

3) 7

1\75о

с; 4)

1200'€

Бремя

сварки

вь|бирают'

в 3ависимости

от нал'1ч|7я

промех(у'

точной

прослойки

мех(ду свариваемь|ми

поверхностями'

опь1тнь1м

путем

или

расчетом

по

существующим

методикам.

качест1е

примера

рассмотрим

методику

ра3работки

техно-

логического

прошесса

диффу3ионной-сварки

жаропрочнь|х

спла-

вов

хн75мБтю

(эи602)

3||99

|421!'

€ворка

без

пр6меоюцгпошньох

прослоек.

14сследование

начато

сустановленияоптимального3начениядавлениясх{атияитем-

пературь1

сварки.

опь1тах

давление

увеличивали

от

до

?гс|йм'

череъ

ка)кдь1е

0,5

кгс/мц2:

€варку

вьтполняли

при

тем-

пературах

[оо;

:150;

1 |75 и

1200'6,

время

сварки

бь:ло

постоян-

нь[м

мин).

|1осле сварки

образць:

и3влекали

и3 камеры

и охлах{-

дал|{

на

во3духе.

Рех<им

сварки

при3павали

оптимальнь1м'

если

сварнь|е

соеди-

нен

ия бьтл

авн опр

очнь!

осн овному

металлу,

т:

-е_.

![9{

Р^р_е-{9!.

ное

сопротивление

ра3рь1ву

для

сплаРа

хн75мБтю

(эи602)

75 кгс/мйв

для

спл6ва

3||99

100

кгс/мм2.

}1еханические

свойства

соединений

определяли

на

пятикратнь1х

гагаринских

образцах

диаметром

мм,

вь|ре3аемь1х

перпендикулярно

сть1ку'

€реднеарифметические

значения

временного

сопротивления

разрь1ву

ов и относительн_ого-

удлинения

6, подснитаннь1е

-по

ре-

зультатам

испь1тания

3-12

об$азшов,

приведень|

на

рис.

40'

[|о мере

увеличения

давления

с>|(атия

при

всех

температурах

рас-

тет прочность

соединений'

которая

преимущественно

свя3ана

увеличением

поверхности

фактинеского

контакта'

т.

е'

со сте_

пенью завер1пения

первой стад\4и

процесса.

Фднако,

как

пока3али

металлографические

исследования'

момент

3авер1шения

первой

стадии

не совпадает

моментом

достих(е[|ия

равнопроч[|ости

сое_

]

-68

Ршс.

Ф.

Блцянце

вре]'4ен[!

сваокц

на

леханцческце

сво'йспва

сое0цненцй

спла-

вов

3[199

(1)

3и602

(2).

Реоюцм

сваркц

сплава

3{799:

[

1150" €,

р:

кес|мм2; сплава

хн75мБтю

(3|'1602):

?:1150'€'р:зкгс|мм2

{,4о|9;61,хас/нн1

фс

109|2[,,нон

динен|4й

с основньтм

металлом.

Ёапример, при

температуре 1100'

фактинеский

контакт

по всей поверх1{ости

соединений сплава

3[199

устанавливался

при

давлении

3 кгс/мм2, пронность при этом

составляла 92 кгс/мм2.

|1ри

сварке сплава

хн75мБтю

(эи602)

аналогичная

карти|1а

наблюдалась при

давлении

2,5 кгс/мм2.

|1ронность

при

таком

ре}киме

составляет 60

кгс/мм?.

|]о-видимому'

момент

установления фактического

контакта

соединения

еще

содер}1<али в

сть|ке

ультрамикроскопические

не-

спло11]ности

и включения

(не

обнарух<иваемь1е при

увеличении

450).

!.ля

рассасьтвания

этйх

дефектов

требуется

дополнительное

время.

|!ри

дальнейгпем

увеличении

давления

с>1<атия

время

установления

фактинеского

контакта становится меньтпе истин_

ного

времени

сварки'

3а

остающееся время

успевает

3акончиться

рассась1вание

неспло1пностей.

}1еталлографинеские исследования

пока3ь|вают'

что

дости)кению

равнопрочности

соответствует

обра-

3ование

внутрикристаллической

связи на больгпей

части контак-

тирующих

поверхностей.

||ри

увелинейии

температурь1

сваРки

до

1200"

(

пластичность

прочность

сварнь|х

соединений обоих

сплавов

пони)кается. это

свя3ано

чре3мернь1м

ростом

зерна

сплава

хн75мБтю

(эи602)

растворением

упрочняющих

фаз у

сплава

эп99.

(,пь|т^ьт'

проведеннь!е

при

температуре

1250" с и

давлении

вь|1пе

кгс/мм2,

показали'

что

соед1{нениях обоих сплавов

по

границам

:.:!."

образуются

трещинь1.

3то

подтвер)кдает необходимость

|:ета

диаграмм

техЁ0логической

пластичности

при

назначении

температуры

сварки.

-^-

|1осле

определения

оптимальнь1х 3начений

температур и

дав_

{}^1гонность

сёедин'ений.

.д}1иЁимальное время сварки

сплава

::]:у

мин,

сплава

хн75мБтю

(эи6б2) 3

мин.

Фбращает

внимание

некоторое

повь]шение

,р''но|'и

соединений

при

дли-

110

100

оо}

00\

701

601

5о[

,')

0,1

тельности

сварки

0,1

мин. 3то

мох<ет бьтть

объяснено

явлением

термомеханического

упрочнения

наклепом,

которьтй снимается

при

более

длительном

нагреве.

|1риведеннь|е

да}1нь1е

по3воляют

рекомендовать

рех{им

сварки:

для

сплава

хн75мБтю

(эи602) т

1150-:-\\75"

(,;

:2'б-3

кгс/мм2;

[:3_4

мин;

для

сплава

эп99 т

|150-1175"

€;

:3,5-4

кгс/мм2;

:6+7

мин.

|!о

мере

увел1{чения

давления

одновременно

ростом

средн|4х

значений

механ]{ческих

свойств

повь1!пается и

пх

ста6ильность

умень!пается

величина отклонения

от средней

величинь|.

€та-

бильность

свойств

зависит

так)ке

от

длительности

перерь|ва

мех{ду зачисткой соединяемь1х

поверхностей

и сваркой;

она

повь|-

1пается

умень|'пением

перерь1ва.

€варка

прослойкой

шз

фгпоршогпоео

аммоншя.

|1рименение

прослоек из

фтористого

аммония ни

качественно, ни

количественно

не

и3меняет

получен[{ь1е

3ависимости

мех(ду параметрами

ре)кима

сварки

без прослоек, но

ста6илпзирует

качество

сварки

ослаб_

ляет

влияние перерь1ва

ме)кду очисткой

поверхностей

и сваркой

в пределах одних суток.

€варка

расплавляющейся

прослойкой.

Б качестве

расплав-

ляющейся

прослойки

применяли

промь]тпленньтй

припой

Б||р7

на никель-марганцевой

основе

с содер)канием

30-35%

}1п.

1(онцентрагция

остальнь1х

элемент0в

в припое близка

к концен-

трации

этих элементов

в сплаве.

1емпература сварки

прйнята

1175'с

(температура плавления

припоя);

время

сварки

6 мттн.

Расчет пока3ал'

что при 3аданных

температуре и временй

ко1{ечная концентрация

марганца

центре

прослойки 0,4о/о 6уАет

достигнута

при

ее толщине

0,1

мкм, а концентрация'

равная

40/о,

при

толщине

1 мкм. |!олунить

такую

тонкую

фольгу

работать

с ней

сло}кно.

Фднако

требуемая

толщина прослойки

могла бьтть получена

путем

вь1давливания

расплавленного

ме-

талла более

толстой

фольги

при

сх{атии

деталей.

3адача

эксперимента сводилась

нахох(дению

для

3тФ[Ф

€.;!}.

чая оптимального

давления

с)катия

и времени сварки.

йсследова'

ния

проводили на сплаве

эп99.

1олщина

фольги

припоя состав-

ляла 0,06_0,08

мм.

1олщину

прослойки, образующейся

после

вь1давливания избьттка жидкого

металла' определяли

делением

интегральной

суммь|

концентрации

марганца в

дифузионной

зоне

(площади

под кривой

распределения

марганца

сть:ке)

на его

начальную

концентрацию

припое.

Аля

получения кривой

рас-

пределения концентрации

марганца

других

элементов исполь.

зовали

рентгеноспектральньтй

микроанали3атор

<€агпеса>,

по3,

воляющий

определять

химический состав

металла

в объеме

2 мкм3.

Аз

рис.41

видно, что

величина прослойки зависит

от

давле-'

ния

умень1пается

увеличением

последнего.

Фднако

увеличе-

ние

давления

более !,5-2

кгс/мм2 нецелесообразно'

так как

его

влияние

ре3ко

ослабевает.

ука3анном

диапа3оне

давлениЁ

7о

,/,

!'1п

ь,

пкн

Ршс.4!.

8лцянце

0авленця

с0юо!п!]я

на

концен?п-

р-ащ]ю

лареанца'

!полщцну

прослойкш

1ь

ш шлршну

0шффцзшонной

воны

в сое0цненцш

сплава 3199;

!: 1175

о€'

6 лашн

Рцс'

42.

Блцянше вре1|енц

сваркц

на оспа[поцную

кон-

цен!праццю

14ареанца в сое0цненцц

сплава 3|199;

|: 1175'с,

р:

|,б кес|мм2

"о

[,пцн

фактин^лкая

толщина

прослойки составляет 1,3 мкм,

а концентра-

ция

2,2о/о.

3то

значение близко

даннь|м'

получе}|нь|м

расче-

том.

Аналогично

толщине

прослойки пРи

увеличении

давления

изменяется

и прочность

соединений.

||ри

давлении

1,5_2

кгс/мм2

практически

достигается

прочность основ!1ого металла.

увеличение

длительности

сварки способствует более полному

выравниванию

содерх{ания

марганца

(рис.

42). бднако

увеличение

вр-емени

сварки

более

6. мин

нецелеоообразно'

так

как

скорость

вь]р€внивания

резко

3амедляется.

Распределение

содер)кания

никеля,

хрома и вольфрама в

зоне

:1ь1ка

пока3ано

на

рйс.

43.

Равномерно

распределень1

такх(е

алюминий,

молибден

титан.

|1оследнйй и

}

основном

металле'

из

п!ослойке

присутствует

в виде карбидов.

Б прослойке имеется

|о''

/о

!|'

Р2нее

не

содер)кав|'шегося

ней. 3то свидетельствует

101501530

об

интенсивной

дифу3ии

хрома_

в прослойку

из основного

ме-

талла'

содер)кащего

22%

(т.

Аналоги^чно

хрому

распределен

!Б'!Ф!'^".

в^прослойке

его содерх{ится6о/о'

основном

металле

6,6о/6'"

Бусловияхэксплуатации^детали11з)каропрочнь1х.сплавов

нагреваю'ся

до

температурьт

900"

с,

а иногда

вь11пе' ||оэтому

с 11елью установления

влияния

длительной

вь'дер}ц1^300

при

;;;;;;,';-оъб.

"р.'*'временной

16 в при

1100"

с на

рас_

поеде;ение

элементов

в сть1ке

проведено

дополнительное

исследо'

,!""..

(ак

видно

из

рис.

43,б

концентрация

хрома

полностью'

марганца

в 3на;ительной

мере

вь|рав.нивается.

1аким

обра_

зом'

процессе

эксплуатации

соединений

их химическая

одно-

оодность

повь]1пается.

Ёа

основании

проведеннь1х

исследований

признан

оптималь_

,,'й_.'.дующий

р&им

сварки

с-расплавляющимися-^прослой_

;;;;;;;йБ

эп!:э

хн75мБтю-(эи602):

!\75" с:

:|,5+2

кгс/мм2;

/:6

мин'

йсс'ед''',иями

установлень1

вах(нь1е

преимущества

сварки

срасплавл,,'щ"*,с"прослойкамилосравнениюсосваркойбез

прослоек,

применение

которь|х

стабилизирует

качество

сварнь1х

с6единений'

делает

их

нечувствительнь1ми

длительности

пере_

оь1ва

ме)кду

3ачисткой

и с1аркой,

резко

уме_ньтшает

общее_

уко-

;;;;;

;|айеи,

вьт3ванное

их

пластической

деформацией

при

сваоке.

€плавьтсповь11шеннь1мсодер)каниемэлементовсбольтшим

сродством

к кислороду

(алюминйй'

титан

др')'

в частности

сплав

эиоо,

предповтительно

сваривать

промех(уточнь|ми

расплав_

ляющимися

прослойками'

€варкубез.расплавляющихсяпрослоекрекомендуетсявыпол.

нять

нанесением

на

сть|куемь1е]1^оверхности

фтористого

аммо_

ния'

причем

при

сварке

сп/ава

эп99

не3-ависимо

от

перерьтвА

мех{ду-

очисткой

поверхностей

сваркои'

йЁ"

'{естких

требованиях

точности

деталей

сварку

во всех

слун6ях

следует

вьтполнять

применением

расплавляющихся

поослоек.

Ёасваркудеталипоступаютпослемеханическойобработки,

ооесйе,",ййе;|

оораоотку

соединяемь|х

поверхностей

по 6-му

классу

:.шероховатоёти.

}1епосредстве!1но

пер'ед

сваркои

соеди_

няемь|е

поверхности

3ачищают

мелкозернистой

на>кдачной

бума-

гой

промь|вают

ацетоном'

|1ри

применении

расплавляющихся

прослоей

зачистку допускается

вь1полнять

за сутки

до

сварки'

качестве

рас!тлавляющихся

прослоек

для

указан|{ь[х

сплавов

оекомендуется

,рййе,,',

фольгу

из

припоя

Б|1р7

толщиной

б;!:б'б6'мм.

||е}ел

введенйем

сть1к

фольгу

зан1ч,Р:

мелко'

зЁрнистоа

нах<да'|ной

бумагой

промь]вают

ацетоном'

всли

кон'

струкция

детали

не

до1ускает

вь|теснения

избь:точного

количе-

ства

расплавленного

металла

прослойки

на

боковьте

кромки

(Аетали с

внутреннйй,

''"а,'ми[,

то

толщину

площадь

фольги

%|!!,,сг,ш

60 г---т'---г

Рцс. 43'

Распре0еленше

элеменпов в

сое0цненшц

сплава

3199' выполн|н-

ноео с прослойкой:

а)

[:\175'€'

р:1,5

кгс/мм',

':6

мин; б) т:

1100'с'

/:6

ч;

в)

т:900о с'

!:300ч

110

70 50 30

]]0

70 90

п0 мкн

умень1шают.

@днако

площадь

фольги

не

дол)кна

бь:ть меньтпе

двух

третей площади

контакта

деталей.

Более

рациональньтй

способ

умень!пения

количества

расплавленного

металла

прослойки'

умень|'пение

не

площади, а толщинь1

фольги.

Фольгу

рекомен-

дуется

приваривать

к поверхности

одной из

деталей

с помощью

точечной конденсаторной

мац]инь1.

€варку

мо)кно вь|полнять

на обьтчньтх

установках

для

диффузионной

сварки

в вАкууме.

Ёастоящие

рекомендации

исполь3овань1

при и3готовлении

особо точньтх

деталей

слох{ного прфиля.

|1о сравнению с

ранее

применявтшейся пайкой

дифузионная

сварка

ре3ко

повь1сила

прочность и

точность

деталей.

€варньте

соединения не

разру1пались

при изгибе на

180', тогда

как паянь|е

ра3ру1пались

без заметного

изменения профиля. ||ри

испь1тании

на

ра3рь1в разруш!ение

сварнь1х соединений частично происходит

по

основному

металлу.

Бьтсокая

стабильность

механических

свойств, не3начитель11ая

и легко контролируемая общая

деформашия

сварнь|х соединений

достигаются

при использовании

расплавляющихся

металли1ю-

ских

прослоек. €варка

расплавляющимися

прослойками

наи6о-

лее

рациона[!ьна

для

соединения

х{аропрочнь|х сплавов в

вакууме.

3мпиринеский

подбор параметров

на

образцах

трудоемкая

длительная

операция. Фднако

до

настоящего

времени

не суще-

ствует единой

научно обоснованной

методики

расчета

оптималь-

нь1х

параметров

ре}{{има

дифузионной

сварки.

Фбразование

сварного соединения при

диффузионной

сварке

сопровох{дается

целым

рядом

параллельнь1х

последовательных

процессов

возгонки и

растворения

окислов'

пластического

тече-

ния'

рекристалли3ации'

в3аимной

дифузиц

АР.

Бстественно,

что

на6людаемая на опь|те скорость сварки будет определяться

скоростью

самого

медленного

процесса.

(освеннь:м

пока3ателем

завер1пения процессов' происходящих

на

контактирующих по-

верхностях

при

диффузионног]

сварке'

мо}|(ет

слу)кить

предел

прочности

сварнь1х соединений

Ёа

рис.

44 приведень1 кривь1е' построеннь1е

согласно

расчет-

нь|м

даннь|м.

Р1з кривьтх

{рис.

44, о) видно, что при вь1дерх(ке

мин при 700" [

зона

диффузии

пРактически отсутствует.

|1ри

температуре

800'(

(рис.

44,

б) за

время

сварки

30 мин появляется

незначительная 3она

дифузии.

||ри

нагреве

до

900"

(

(р*тс. 44,

в)

10-минутная

вь1дер)кка обеспечивает приемлемую зону

дифузиц.

||ри

температуре 950'с

(рис.

44,

е)

и температуре 1000" с

(рпе.

44,0)

гарантия получения

качественного

соединения

повь!-

1шается.

1аким

образом,

дифузионную

сварку стали

20х 13

следует проводить при

температуре 900-950'€

течение

10 миЁ.

3 этом

диапа3оне

температур

предел

текучести

стали'

по

дан-

нь1м

ра3ных

авторов' ле>л{ит в

пределах

!,2-2 кгс/мм2.,[|авление

на

детали

при

диффузионной

сварке

целесообразно

принять

равнь]м

1,6 кгс/мм2.

Ёа

рис.

45 приведены экспериментальнь|е

даннь1е

для

стали

20х13.

Рассчитаннь]е оптимальньте

рех(имь|

хоро1по согласуются,

1,5 1,0

ц[ ц1

1,0

0,5

,!Ё

0,01

0,010'5

1,5

2,0нкм

0.5

1,5

2,0нкм

|= 600

|= 60с

1,0

0,5

0[_

0,01

1,0

1,5 2,0

мкп

Рцс.

44. Распре0е.ое-

нце э!ееле3а в

спалц

20|.13

прс^с

/пемперо-

!пуре

сварк!|:

700" €; 6

800"

а_900'€; а_950'6;

1000'с

о[!д

"0,0т

0''

1,5

?,0нкн

ц01

0,5

1,0 1,5

2,0

нк/1

66, кас|нн2

66,кес|пп2

{

;

ч,

ь4

ь0

Ф4

в8

нл

ч-

ц0

800

000

|000

1100 т,,с

1.0

1,2

1,0

р,кес|

мп2

66,

кес| пн2

1!0т

|00

200

300

400

500

000 т'ос

Ршс' 45'

3авцсцмостпь

''4еханцце-

скцх

свойспв соеош[!2н.!я

оп

сле:

0цющах

параме!пров

сваркц

(б'."'

*"'

86,3 кес/лм2) :

температурь1;

времени;

давления

сх(атия;

а_степени

разрежения;

температуры

охлаждения ооразцов

в вакууме

1,4 1,0

-8

0о

с экспериментальнь|ми

даннь1ми.

этом

отно1пении особенно

показательно

и3менение

ударной

вя3кости в

связи с

тем' что

ударная

вязкость

является

величиной

структурно-чувствитель'

ной,

особенно

для

стали

мартенситного

класса

20х13.

|!ри

сварке

сплавов

с повь]шенньтм

содерх{анием

элементов

с больш1им сродств0м

кислород}

для

стабили3ации

качества

\а,

Рцс.

46,

!елотаерапоурная

Ф!{]цоц-

14осп1ь

упруеоспей

0шссоцшаццц

окцс-

лов

9леменпов'

распворен|!ь|х

в спла-

ве

*|175|у|Б7ю

(эи602)

прц

усло-

вц!''

цпо спла1'

насыщен

к1,0слоро-

0ом.

[птршховоя

лцн!1я

упру-

2оспь

0ассоцшацшсо окцсц

!еле-

ро0а

прш

налццш!/

свобо0тюео

целе-

ро0а

условцях

вак!ц'!о

в:

10-цмм

рп'

с!п.

сварнь1х

соединений

необхо-

димо

прибегать

к активному

удалению

окиснь|х пленок

со

свариваемых поверхно-

стей.

9то мо>кет бь:ть

осу-

ществлено

помощь1о

рас-

плавляющихся активирован_

нь1х

металлических

прослоек'

углеродисть|х

прослоек' а так-

)ке

помощью

активньтх

химических

соединений' например

фтористого

аммония.

|1аршиальное

давление

кислорода в камере превь11пает

упру-

гость

диссоциации

окислов

всех

элементов' кроме

никеля,

|''

следовательно'

при сварке не только нево3мо}кна

диссоц\4ац\4я

их

окислов'

но' напротив' следует о}кидать окисления

элемен_

тов

сплава

газовой

фазой.

Ёаибольгпее

сродство

к кислороду

(наименьп]ая

упругость

дисс0циации)

имеют алюминий' титан' кремний' поэтому

следует

о}кидать'

что при вьтсоких температурах пленка окислов

на

х(аро-

прочнь|х

сплавах будет обогащаться

окислами

этих элементов.

Бсли

сплав

не

нась|щен

кислородом' то

упругости

диссоциаций

оках{утся

мень1ше

значений, приведеннь1х

на

рис.

46, и этот вь1вод

будет

тем

более

верен. Анало}ичный

рфультат

получается |1

для

сплава

эп99.

Бсли в вакуумную камеру воздух

не

натекает' то

по

мере

расходования

остав1пегося кислорода окисление будет

3амедляться

и прекратится

совсем'

когда парциальное

давление

кислорода

в камере

ока}кется

равнь1м

упругости

диссоциации

окислов.

Фднако

последнее

состояние'

согласно

полох(ениям

химической

кинетики'

практически

недостих<имо'

так как

для

этого

требуется

бесконечно

больтпое

время.

1аким

обра3ом,

рабочий

вакуум

в сварочной

камере не

пред-

отвращает

окисления'

лишь осла6ляет его. со3дание

6олее

глу_

бокого

вакуума

нельзя

считать оправданнь1м.

10-

ш'

р02

мм

р/п

'сгп.

7000 п00

1200

т,.с

10-

10'

10-

/0-

п'|2

ш-|0

10-8

/0-6

оп-

п-2

Фборулование

для лиффузионной

сварки

Фсновньтми частями

установки

для диффузионной

сварки

в вакууме

являются

вакуумная

сварочная камера с ва-

куумной системой, источник нагрева

деталей

гидроцилиндр

с гидросистемой, слух{ащие

для

передачи

необходимого

давления

на свариваемь]е

детали.

|{риборьт

для

измерег1ия

температурь1

и вакуума в

установках

для диффузионной

сварки

вспомога-

тельнь]е

элементь1

предна3начень1

для

регулирования

и кон-

троля температурь1

свариваемь[х

деталей

зоне

контакта' и3ме_

рения

и контроля

остаточного

давления

рабоней

камере в период

обеспечения'

сохране|1|1я

улучшения

вакуума.

Фбщие сведения

по основам

технологии вакуума

?ехнология

вакуума

рассматривает

вопрось1'

свя3ан-.

нь1е с

получением'

сохранением и |-{3мерением вакуума. Бакуумом

на3ьтвается состояние пространства'

3аполненного га3ами

\4л|4

парами при

давлении'

3начительно мень1пеп{ атмосферного.

Бакуум

считается

вь]соким'

или очень

хорошим' тогда' когда это

давление

практически прибли>кается

к нулю'

т.

е.

когда

оно и3ме-

ряется

миллиоь1нь|ми' миллиарднь1ми

или еще ш1еньшими

долями

атмосферного

давления.

||олунение вакуума

заключается в

бьтстром

наде)кном

уда-_

лении га3ов и

паров и3 некоторого пространства.

Аостигается

это

чаще

всего

помощью вакуумнь1х

установок'

но

иногда

другими

способамтд

|\5,22,34,

43,48,

56,

74,861.

||осле получения

вакуума его необходимо

сохранить

в тече-;

ние некоторого'

часто очень

дл}1тельного'

проме)кутка

времени.

3то

достигается

тщательнь1м

уплотнением

стенок

и поддерх{анием

надлех{ащем состоянии

всех тел и поверхностей, соприкасаю-

щихся

с вакуумом' а так}ке

применением специальнь1х

поглоти-

телей

вь:деляющихся

га3ов. |1роблема

сохранения

вакуума свя-

3а1{а

с применением в

вакуумной технологии

соответствующих

8роа4апельнь:е

пн0?0пласпцнчапьуе

нос0сьу

1оо

10'1о2

/о,

!,а0ленае,

нм

ргп.стп-

104 10-2 /0-э

|0-4'

|0-5 |0-6

10-7 10-0 10-' 70-10 10-1, 10-12

Рцс'

47.

!,авленшя,

обеспеццваемьте насосамц' ц лов!шкомц

стекол'

металлов' изоляцион}|ь1х материалов и т.

д.'

так}ке

умением

плотно и прочно

соединять

их ме)кду

собой.

Бопросьт

измерения

давлений,

от близких к атмосферному

до

самь]х

низких'

прибли>кающихся к

нулю'

как и вопрос

изме_

рения

скорости

откачки' а

так}ке

обнарух<ения течи в вакуумной

системе'

составляют

предмет

и3мерения вакуума.

Аля лиффузионной

сварки

в вакууме

металлов и

сплавов

обьтчно

требуются

давления

рабовем

объеме

10-1_10_?

мм

рт.

ст.

1акой

диапа3он давлений

нель3я

получить каким-либо

одним

способом.

настоящее

время

существуют

два

основньтх способа

получения

вакуума: вакуумнь1ми

насосами

специальнь1ми

поглотителями

га3а. Ёеобходимо

упомянуть

и третий, правда,

вспомогательньтй

способ-применение

вь1мора}кивающих

ло-

ву11]ек'

сни)кающих

давление

паров'

присутствующих в вакуумной

системе.

Фбласти

давления'

которь]х наиболее

рационально

при-

менение

вакуумнь]х

насосов'

поглотителей

и ловутшек' показань1

на

рис.

47.

|риведеннь|е

на

рис.

названия

насосов

характери-

зуют

принцип

их

действия.

Бьлбор

откачивающих

средств

одна

и3

основнь1х задач при

1!ццРуировании

сварочнь]х

диффузионно-вакуумньтх

установок

(сдву).

3то

объясняется

тем, что к системе откачки обьтчно

цредъявляют

комплекс

не

всегда

совместимь1х

требований.

€

одной

сторонь|'

она

долх{на

бьтть

возмо>кно

более

экономинной,

простой

по

устройству

удобной

в эксплуатации'

другой

ооеспечивать

широкий

диапазон

разрех<ений.

||ри этом процесс

вакуумирования

не

долх{ен

ока3ь1вать

побочньтх воздействий

на

свариваемь1е

материаль1.

€уществующие

методьт получения вь1сокого вакуума основь|-

ваются

на

передаче

дополнительного

импульса молекулам га3а'

вь1зь1вая

их

двих<ение

направлении

откачку!' |1

у!а

удалении

га3ов

путем

связь]вания

их

на

поверхностях,

о6ладающих определен-

ньтми

физико-химическими

свойствами

!вв].