Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов
Подождите немного. Документ загружается.
Ф
\
$
Рцс.
48.
€хела
гпрехс:пупенцап1оео
0асфузаон-
ноео
паро'!асляноео
наооса
(0вшпсенс;е
пора
пока-
затю
сптрелкамш)
}1аслянь:е
дифузионнь|е
насосьт
простьт
и
дешевь|
в эксплуатации' обла-
дают
достаточно
больтпой скоростью
откачки, обеспечивают
конечный ва-
куум
10-7-10-8 мм
рт.
ст.
(рис.
48).
1(огда
в
качестве
рабочей
х{идкости
исполь3уются
полифениловь:е эфиры
или
силоксановь!е
масла' с помощью
этих
шасосов
достигается
предельньтй
вакуум
10-9 мм
рт.
ст. €ушественнь:й
недостаток
маслянь|х
дифузионнь|х
на-
сосов-миграция
в
рабочий
объем паров
масла и продуктов его
ра3ло)кения'
что
3аставляет
услох{нять
вакуумнь|е
си-
стемь1'
вводя
маслоулавливающие
9ле_
менть1
-
лову1пки.
Ёасосьт,
снабх<ен_
ньте
хоро|пими
вь1морах(ивающими
ло-
вушками' обеспечивают
достаточ!{о
(сте-
рильньтй>
вакуум порядка 10_10ммрт.
ст.
Ртутньте
диффузионнь1е
насосьт
по3воляют
получать
давление
10-12
мм
рт.
ст.
Бь:сокая
химическая
и
термическая ста6ильность
ртути
обеспечивает
кчистьтй)
вакуум.
Фднако и3-за
вь1сокой
ток-
сичности
ртутнь!х
паров применение
ртутнь|х
дифузионнь1х
на-
сосов весьма ограничено.
€ помощью
молекулярных насосов
в
небольт'ших
прогреваемь|х
объемах
мо>1шо
получать
вакуум
до
5. 10_10 мм
рт.
ст.
(рис.
49).
Фпи обладают
вь|сокой селективностью
откачки:
газь1 с больтпой
молекулярной
массой откачиваются
бьтстрее' чем с
малой.
,[|ля
частичного
исправления селективности
откачки
молекулярнь1е
насось1
мо}{шо
сочетать
с
другими
насосами'
которь1е хоро1по
откачивают
легкие составляющие
остаточнь1х
га3ов'
например
с
маслянь|ми
диффузионнь1ми
насосами.
Б
этом
случае
молекуляр-
нь:й насос
играет
роль
эффективной
лову1|]ки.
Ёедостаток
молеку-
лярнь1х насосов
_
восприимчивость
к
механическим
толчкам
и прорь1вам
атмосферьт.
||риншип
действия
испарительнь|х
насосов
основан на
гете_
рирующих
свойствах
ра3личных
металлов.
€корость откачки
испарительнь]х
насосов
мо)|(ет
бьтть
достаточно
больп:ой.
||ре-
дельнь:й
вакуум
достигает
10_7_10_8
мм
рт.
ст.
при использова_
нии
распь|ленного
титана
в
качестве
ге-ттера'
причем чем
чище
титан'
тем вь11пе предельньтй
вакуум. йспользование
в качестве
поглощающего
металла молибдена
по3воляет
получать
более
высокий вакуум в прогреваемь1х
камерах
(10_о-10-10
мм
рт.
ст.).
80
+4
я)
Р цо.
49.
|
спаройспво
тпу
рбомолеку
ляр
ноео на'оса :
а
_
о6щ*,й
вцл; б
_
схема
располох(ения
прорезей
в
роторных
и
статорных
дисках;
,
_
корпус;
2
_
статорные
д|!скА;
3
_
впускной патру6ок;
4
_
роторныё диски;
5
_
выпускной
патрубок
|1оскольку
откачиваемьтй
га'з остается в вакуумной
системе,
эти
насось1 обладают принципиальнь1м
недостатйом
-
обратньтм
вь|делением
ранее
поглощеннь1х газов.
{,имическая
активность
поглощающего металла
приводит к тому'
что в
нем
всегда
содер_
}кится
растворенньтй
газ или химически
связанньтй водород'
кислород
и а3от' которь1е
вь|деляются
при испарении
металла.
|(роме
того'
углерод'
содер}|{ащийся в металле'
взаимодействует
с
растворенньтми
га3ами' в
результате
чего
образуются
углево_
дородьт'
водянь]е
пары и
окись
углерода.
Активное
поглощение
газов ионно-геттернь1ми
насосами
обусловлено
тем'
что иони3ированнь1е и возбух<даемь|е
газовь1е
частиць1
сорбируются
3начительно активнее
нейтральньтх. !,отя
фи-
зические
процессь|
поглощения газа
одинаковь|'
насось|'
в
которь1х
используется
ионная
бомбарлировка активного
металла'
на3ь1_
ваются
ра3ряднь1ми'
насось1'
в которь1х вещество
испаряется
при
пропускании
чере3
него
тока,
-
ионно-геттер!{ь1ми.
Фба
типа
насосов обладают аналогичнь!ми'свойствами:
при
включении
склоннь1
к
обратному
вь1делению
ранее
адсорбиро_
ваннь|х
га3ов'
имеют в
спектре остаточнь|х газов компоненть!
углеводородов
и
плохо
откачивают благородньте газьт. 3ти
насосьт
ооеспечивают
предельньлй
вакуум 10_9
мм
рт.
ст.' хотя
о|{ мо)кет
оь|ть
достигнут
при
маль1х
количествах откачиваемого
газа' т. е.
в
маль1х
прогреваемьтх
объемах. 14онно-геттернь1е
насось1
тре_
оуют
источников
питан||я
больтшой мощности.
3лектроразрядцьте
насось1
трудно
(3апускаются)
при ни3ких
давлениях.
!|ринцип
действия
сорбционньтх насосов
основан
на способ_
ности
твердь|х
пористь|х
тел
поглощать га3ь| и парь|'
6
н.
о.
1(азаков
8|
Адсорбционнь1е
насось| применяют
в
системах
безмасляной
откачки
как
для
создания предварительного
разре)кения,
так
и
для
получен|1я
|4ли
поддер}кания
весьма
низких
давлений
в
3ам_
кнуть1х объемах.
Б качестве
поглощающих
материалов (сорбентов)
в настоящее
время применяют
силикагели' алюмогелу1'
акт|!в|1-
рованньтй
Аревесньтт?
уголь
и природнь1е
и искусствен1{ь|е
цеолить1
различнь1х
марок.
(риогенньте
методь1
откачки в
настоящее время
полунают вёе
больтпее
распространение.
Фткачка
криогеннь1ми
насосами
обус-.
ловлена конденсацией
га3ов
на поверхностях'
охла}|{деннь|х
до
низких температур.
Фтличие
криогеннь1х
насосов от обьтчных
вь]морах(ивающих
ловушек
состоит
в исполь3овании
ра3личнь|х
хладагентов:
для
охла}кдения
рабоних
поверхностей криогенньлх
насосов
используют
не х<идкий а3от'
температура
кипения кото-
рого
при
нормальном
давлении
-196'€,
а водород
||л\4 гелий
с
темперацрой
кипения
при
нормальном
давлении
-253
и
-269'с.
|!оверхность'
охлах{денную
до
температурь1
'(идкого
'
а3ота'
такх{е
мо'{но
рассматривать
как
криогенньтй
насос
для
легко
конденсирующихся
газов' в
частности больтпинства
прбдук-
тов
разлох{ения
масла
дифузионньтх
насосов.
|-[р" температуре
кипения
водорода
давление
нась]щеннь1х'
паров
а3ота'
кислорода'
окиси
углерода
и
аргона
находится в пре-
делах
10_11-10_14
мм
рт.
ст.'
и
только
для
водорода'
неона и ге-
лия оно заметно
вь11пе. |1ри
температуре
кипения гелия п2!(и3.т|ь-
ное
давление
водорода
составляет
около
10_8
мм
рт.
ст.; что
ка_.
сается
остальнь1х
газов' то
их
давление
столь мало' что
не
мо}кет
бьтть измерено
(менее
10-15
мм
рт.
ст.).
9 криогеннь|х
насосов наблюдается
ре3кая
3ависимость
пар-
циального
давления
газа
от
температурь:.
|1оэтому' когда темпе-
ратура
охлах{даемой
поверхности
криогенного
насоса
хотя бь:..
незначительно
возрастает (нто
мох(ет происходить при конденса-
ции
на
ней
толстьтх
малотеплопроводнь1х
слоев
газа), предельньтй
вакуум
ухуд1пается.
}то
обстоятельство объясняет, почему
криогеннь|е
насось|
позволяют
чаще всего
на
практике
полу-
чать
разрежение
лигпь
10-10-10-11
мм
рт.
ст.'
хотя в принципе
предельное
давление
могло
бьт бьтть на несколько порядков
меньше.
||оскольку
парциальное
давление
плохо
конденсирующихся
га3ов
_
гелия'
водорода
и
неона
-
в во3духе
составляет
соот_
ветственно
4.10_3;4.10_4;
1,4.10*в мм
рт.
ст.'
получение
предель-
но
ни3ких
давлений
чисто
криогеннь1ми методами очень
слох(но.
|1оэтому
криогеннь1е
насось1 приходится соединять с
другими
|
насосами'
которь!е
эффективно
откачивают неконденсирующиеся
газь:.
1еоретическая
скорость откачки во3духа
криогеннь1ми на_
сосами
составляет
около 11,6
л/с на
ка>т<дьтй квадратнь:й
санти_
метр
охла}кденной
поверхности.
|1оэтому,
вьтбрав площадь
охлах(_
даемой
поверхности
достаточно
больш:ой,
ш1ох{но
и3готовить
криогеннь|е
насось|
с огромной производительностью
откачки.
82
[|1Ё-05$! :Рцс.
50. €хема
насоса
|
|1
[|-05$!:
,_анод;
2_пспарители; 3_вольфрамовый
катод;
4*охла)к-
даемый
корпус
1акие
насось1
получили
1пирокое
распространение
в ядерной
физике
и в имитаторах космоса
[40,
43, 44,5о1.
|!ри
дифузионной
сварке
в
вакууме
диффузионнь!е
методы
откачки
получили
наибойее
широкое
распространение.
Фни
исполь3уются
как
самостоятельно
(с
ра3личного
рода
лову|шками),
так
и в
качестве
предварительной
ступени
для
ионно-геттернь1х
и
криогеннь1х
насосов.
€ущественньтй
недостаток
диффузионньтх
насосов
_
миграция
паров
масла и
продуктов
его
крекинга
и3
насоса
в
камеру.
Фднако
эта миграция
мох{ет бьтть
заметно
умень_
шена
соответствующими
лову|пками'
антимиграционнь!ми
устрой_
ствами'
применяемь1ми
в качестве
конечнь!х ступеней
откачки
ионно-геттернь!х
или
криогеннь|х насосов.
!,ля
поЁунения
сверхвь1сокого
вакуума
в
установках
обь:чно
используют
ионно-геттерньте (рис.
50) и
электроразряднь1е
насось|.
9
т:аибольшей
степени
условиям
вь]сокого
вакуума
(до
5'10_8
мм
рт.
ст.)
удовлетворяет
система
с
электроразряднь1ми
6*
83
насосами. Фни не имеют
горячих и подвих{нь|х
деталей;
предвари-
тельное
разрех(ение,
необходимое
для
начала
работьт
электро-
ра3рядного
насоса'
составляет 10_2-10_4 мм
рт.
ст. 3то
давление
мо}|{но обеспечить
с помощью адсорбционнь1х
цеолитовь1х
насосов.
1аким
путем
мох(но
получить
безмасляную
откачку.
Фднако
скорость откачки 1акими
насосами в области
вь1сокого
вакуума
сравнительно
невелика.
|1оэтому'
когда газовь|деление
материала
при
сварке становится
3начительнь1м' эти насось[ не
могут
обеспечить
необходимого
разрех(ения'
1(роме того' при
их
работе
существует
опасность
3апь1ления
свариваемьтх
поверхностей
геттером (например,
титаном);
из-за
неболь:пой
прои3водитель_
ности откачки
ионно-геттернь1х
и электроразряднь|х
насосов
уста.
новка и исследуемьтй
объект в процессе вакуумирования
обь:чно
подвергаются
подогреву,
что
мох(ет
привести к и3менению
свойств
материала
свариваемой парьт.
Больтпое
преимущество
криогеннь|х
насосов
_
вь1сокая
ско-
рость
откачки' что позволяет
конструктивно
упростить
сварочную'
установку
(например,
исполь3овать
резиновь1е уплотнения)
и ее
обслу>кивание'
ускорить
вьтход
на
рабоний
ре}ким'
не
прогревая
аппаратуру.
Б вакуумнь1х
системах с криогенной
откачкой состав
остаточнь1х
га3ов в
рабонем
объеме
достаточно
стерильнь:й
дах<е
при
использовании
диффузионнь|х
насосов в качестве предвари_
тельнь|х
ступеней
откачки.
Бакуумньте
камерь|
Фсновньте
технические
требования,
предъявляемь1е
к вакуумнь1м
системам
установок
диффузионной
сварки'
опреде_
ляются
условиями
их
работьт;
эти требования
сводятся
к
следую_
щему:
1)
полная
герметичность,
необходимая
для
всех
установок.
вакуумной
сварки; под этим
следует понимать
применение
для
вакуумнь]х
систем определенного
круга
газонепроницаемьтх
ма-
териалов'
а
так)ке вь!сокую
вакуумную
плотность
сварнь1х
и
паянь1х
швов и
особьтй характер
ра3ъемнь1х
соединений;
2)
особо
тщательная
обработка
внутренних
поверхностей
для
установок'
работающих
при вь1соком
вакууме (них<е
10_? мм
рт.
ст.);
3)
до_
статочная
механическая
и термическая
прочность и
формоустой-
чивость;
эти требования
предъявляются
к
установкам
с больгпими,
рабоними
объемами
вакуумнь|х
камер' а так)ке к
установкам'
эксплуатируемь1м
при вьтсоких температурах
сварки;
4)
соответ_
ствие особьтм
физинеским
условиям работьт'
свя3аннь1м с
приме_
нением специальньтх
источников
нагрева'
как'
например'
работа
'
под вь|соким электрическим
потенциалом
или
работа
в магнитнь|х
'
полях вьтсокой
частоть|
и
т.
д.
Бакуумная камера
установки
_
основной
рабоний
орган'
слух<ащий
для
проведения процесса
сварки. |(онструкции камер
по
форме
и
ра3мерам
разнообразньт.
Фднако'
несмотря на
это'
они имеют
много
общих элементов
[34,
43, 45,
57,841'
84
Рцс.
5!. Бакуцмная
камеро
Бакуумная
камера
уста-
новки
состоит
из корпуса /
с
рубатпкой
охлах<дения,
загрузочного
люка 5 со
смотровь1м
окном' проме-
)куточного
1птока 2
сэле-
ментами
уплотнения'
Ё2-
гревательного
устройства
3
иэлектровводов4вва-
куум
(рис.
51).
|(олине-
ство
тех
утл||
инь|х эле-
ментов
в камере мо)кет
бьтть
различнь1м
и 3ависеть
от
на3начения
установки.
|1омимо
основнь!х
элементов'
без
кото-
рь|х
невозмох(на нормаль|1ая
работа,
очень
часто
в камерах
пре-
дусматривают
дополнительнь1е
элементь|'
например
устройства
для
подсветки
внутри камерьт'
элементь|
охлах(дения
|'
"['
д'
|(орпуса камер
бьтвают
цилиндрической
и прямоугольной
формьт.
|1рименение
дРугих
форм
экономически
и
технически
нецелесообра3но'
хотя
и
допустимо.'Ёаиболее
вь1годна' с
точки
зрения технологии и3готовления
и
прочности
цилиндрическая
форма
камер. Фднако в
ряде
случаев'
например
для
многопо3и_
ционньтх
камер'
наиболее
приемлемой
считается
прямоугольная
форма.
Форма
и
объем
камерь1
определяются
ра3мерами
свари-
ваемь1х
деталей,
прои3водительностью'
методом нагрева'
усло_
виями
3агру3ки и вь!грузки
изделий,
а
так}ке
требованиями
тех_
нологии'
||ри
дифузионной
сварке
в вакууме
применяют
несколько
видов
источников
теплоть1'
позволяющих
получать
ра3личную
температуру
нагрева.
|1о способу
превращения
энергии
в теплоту
их
мох{но
разделить
на
следующие
группь1:
индукционнь|е'
ра_
диацио}1нь]е' электроконтактнь|е'
электронно'лучевь1е
и
га3о_
разряднь1е.
||омимо
вь|1пеука3аннь1х
источников
нагрева'
при
лиффузионной
сварке
могут
бьтть
исполь3овань1
!
АР}гие,
напри_
мер
дуговь|е,
плазйеннь1е' светолучевь|е
и т.
д.
(ахсдь:й
источник
нагрева
обладает
определеннь1ми
преимуществами
и недостат_
ками.
|[оэтому
при вьтборе их
необходимо
учить1вать
температуру
нагрева
при
сварке' прои3водительность,
габаритнь|е
размеры'
форму
и
йатериа!т
свариваемь|х
деталей,
а такх(е
стоимость
обо'
рудования и эксплуатационнь1е
расходь|.
Аля соблюдения
_
требуемого
температур!1ого
рех{има
при
сварке
изделий
в
установках
применяют
и3мерительнь1е
и
регу-
лирующие
при6орьт.
Ёаибольтпее
распространение
получил
тер_
85
моэлектрический
пирометр' представляющий
собой
комплект'
состоящий
и3 термопарь| и измерительного
прибора. € помощью
термопар
измеряют температуру
в пределах
100_2000'
€
и вы1пе.
Б
установках
для дифузионной
сварки
применяют
термопарь1
следующих
тйпов: платинородий-платиновьте,
хромель-алюмеле-
вые'
хромель_копелевь|е' х{еле3о-копелевь|е
и
др.
наРяду
с системами нагрева
в
установках
дифузионной
сварки
используют
системьт
охлах(дения'
предназначеннь1е
для
обеспечения необходимого
температурного
ре}кима
работь:
от-
дельнь|х
у3лов
и агрегатов
установки.
Ёормальная
работа установок
мо)кет
бьтть обеспечена
при
на-
личии эфективного
охла}кдения
их
отдельнь1х
у3лов
и агрега-
тов
(вакуумньтх
камер'
паромаслянь|х насосов,
генераторов
т.
в.
ч. и т.
А.).
Фт того, насколько
рационально
спроектирована
схема охлах(дения' зависит
прои3водительность
установки
и
ка'
чество соединяемь1х
изделий. |(ак
правило,
для
охлах(дет{ия
используют
проточную
воА}, поступающую
|13
водопроводной
сети.
3
некоторь1х
случаях
для
этих
целей
применяют
аргон или
сх<атый
во3дух.
!,ифузионное
соединение
образуется
под
действием
опреде_
леннь1х вне1пних
нагрузок'
прикладь1ваемь]х
к
свариваемь1м
и3де_
лиям. Беличина этих
нагру3ок
определяется
площадью
свари'
ваемьтх
поверхностей и
давлением,
необходимь|м
для
соединения
даннь[х
материалов.
Б зависимости
от
температурь| нагрева
и ма-
териала
свариваемь1х
изделий
давление
мо}!(ет
изменяться
в 1пи-
роких
пределах
(0,5_10
кгс/мм2 и
вьтшле).
Аля
того чтобь: сварить
издел|1я
с
различной
площадью
контакта, необходимь1
нагрузки
от
нескольких
сот
граммов
до десятков
и
соте!|
тонн.
Ёи одна из
существующих
систем
давления
не
позволяет
получать
нагру3ки
в столь
широком
диапа3оне.
|1оэтому
в
установках
дифузион-
ной
сварки используется несколько
типов систем
давления'
ка>*цьтй и3 которь|х
рассчитан
на
определенньтй
диапазон
нагру-
зок.
Бсе
системы
давления'
применяемь1е
в
установках'
делятся
на следующие
основнь|е
типь1:
гидравлические'
пневматические'
механические'
термические и
комбинированнь1е.
Бьтбор
той или
иной
системь|
давления
определяется
величиной нагру3ок,
необ-
ходимь|х
для
сварки'
диапазоном
регулирования'
производитель-
ностью' эксплуатационной
надех{ностью
и
экономическими
сооб-
ра)кениями.
€истемьт
давления'
исполь3уемь1е
в
установках
лиффузионной
сварки'
долх(ны
отвечать следующим
требованиям: обеспечивать
регулировку
нагру3ок
в
наи6олее
1пироких пределах;
иметь
ми_
нимальнь|е
ра3мерь|
и стоимость'
а
такх(е вь1сокую наде}1{ность;
обеспечивать
постоянство
нагру3ок
в течение всего сварочного
цикла.
Бсе
эти требования вь!зь|вают
необходимость
и3готовления
деталей
и
узлов
вакуумнь]х систем
из
специальнь1х
\,1атер1{алов.
86
}(лассификация
установок
Б
настоящее
время со3дано свь1|ше
60 типов
установок
для
дифузионной
сварки'
используемьтх
в
различнь|х
отраслях
промь:йленности.
![ногообра3ие
ко-нструкций
привело к
нео6хо_
дймости
создания
:<лассификации
обоРудования'
в
основу
которой
поло)кен
принцип
у3лового
и системного
деления.
€огласно этому
принципу
в качестве
классифицирующих
при3наков
бьтли приняты
отдельнь1е
узль!
и системь1
установок'
а так}ке характер
их
ра-
ботьт
[34].
|1рошесс
дифузионного
соединения
мох(но осу_ществить
не
только
в
вакууме' но
и в
3ащитнь|х
га3овь|х средах.
Аля
соедине_
|1'ия
одних
материалов
необходим
низкий
вакуум порядка
10_2
мм
рт.
ст.'
для других
_
более вьтсокий
(10-4_10-0 мм
рт.
ст.).
|-|оскольку
вакуум
ока3ался
переменнь1м
технологическим
па'
раметром'
зависящим
от
материала соединяемь1х
изделутй,
появи-
лась
необходимость
в
со3дании
оборулования
с
различной
сте_
пенью
разрех{ения.
|1о
степени
разре)кения
или предельному
вакууму'
получае_
мому
в
рабонем
объеме,
установки
мо)кно
разбить
на
четыре
груйпьт:
-1)
с низким
вакуумом
(до
10_2
мм
рт.
ст.);
2)
со средним
ва1уумом
(10_8_10_5
мм
рт.
ст.);
3) с вь1соким
вакуумом
(свь::ше
10*'-мм
рт.
ст.);
4)
с
поних<еннь]м
(повь:шённьтм)
Аавлением
3а-
щитнь1х
га3ов.
|1о объему
вакуумирования
изделий
установки
делятся
на
установки
с полнь1м
вакуумированием
свариваемь1х
изделий и
установки
с частичнь1м
или
местнь|м
вакуумированием.
||ослед-
ний
тип
установок
по3воляет
осуществлять
соедине1{ие
крупно-
габаритнь:х
изцелий
(стерх<ней,
труб и
т.
д.)
с локальной
защитой
3онь]
сварки от вредного
действия
атмосферного
во3духа.
!,ля
диффузионной
сварки'
как и
для
больтшинства
других
видов
сварки' требуется
нагрев
соединяемых
изделий
до
опре-
деленной
температурьт'
1емпература
сварки'
конструктивные
формьт
и
ра3мерь1
изделий
определяют
вь:бор
источника
нагрева'
Б
общем
случае нагрев
изделий при
диффузионной
сварке мо}кно
осуществить
с помощью
любьтх
известнь1х
источников
нагрева
(индукционньтх,
радиационнь|х'
плазменнь1х'
дуговь1х'
светолу-
чевь1х
и
т.
д.).
Фднако
и3-3а специфинеских
требований'
предъяв-
ляемь1х
к
нагреву
при
данном
способе соединения'
использовать
все
существующие
источники
нагрева
нецелесообразно.
||о
источника1\{
и
способам
нагрева' применяемь|м
для
дифу-
зионной
сварки'
установки
делят
на следующие
группь1: с индук-
ционнь1м
нагревом;
радиационнь1м;
контактным;
электронно-лу-
чевь|м;
с
нагревом
в поле
тлеющего
разряда;
с нагревом
проходя-
щим
током;
с
ла3ернь1м
нагревом; лучисть|м;
комбинированным
ит.д.
Ёеобходимость
со3дания нагрузок
в
1|]ироком
диапа3оне
(от
нескольких
сот
граммов
до
сотен
тонн) потребовала
применения
87
ра3личнь|х
систем
давления:
гидравлических'
пневматических;
механических;
термических'
комбиъированнь|х;
с
вибрационнь|ми
колебаниями
ц:тойа относительно
плоскости
соединения
(с
импульс-
нь1ми
колебаниями);
без
колебаний
ш]тока
относительно
плоскости
соединения;
с нало)кением
удьтра3вуковь|х
коле6аний;
с
налол{е-
нием электроколебаний.
Ёаибольтпее
распространение
получили
установки
с
гидрав_
лическими
и
механичёскими
системами
давления.
9становки
с
тер'
мическими
системами
-
это по
существу
обычные
вакуумнь1е
или
газовь1е
печи.
|!о
количеству
вакуумньтх
камер
установки
мох(но
ра3делить
на однокамернь1е
и
многокамерньте.
.А{ногокамернь1е
позволяют
увеличитьпрои3водительностьприне3начительномростепрои3-
водственнь1х
площадей,
а
так>ке повь1сить
коэффициент
загру3ки
источников
нагрева.
.&1аксималь!{ое
число
камер
на
одной
уста-
новке'
как
правило'
не
более
2-3.
по числу
по3иций
(яислу
промех{уточнь|х
1птоков)'
рас-
поло>к€ннь|х
в вакуумной
камере'
установки
делятся
на
одно_
позиционнь1е
и
многопо3иционнь1е.
}1ногопозиционные
уст?_
новки по3воляют
одновременно
сваривать
несколько
изделий'
аследовательно'повь11патьвнесколькора3прои3водитель-
ность процесса.
наиболее
целесообра3но
использовать
установки
с
двумя-четь|рьмя
по3ициями'
так
как
с
ростом
числа
позиций
нагрев соединяемь1х
изделий
становится
неравномернь1м'
|1о степени
автомати3ации
установки
мох(но
ра3делить
на
установкисручнь1м'полуавтоматическимиавтоматическимпро.
граммнь1м
управлением.
Ёаиболее
1пироко
применяют
установки
с
ручнь|м
и полуавтоматическим
управле!{ием.
установки
могут
бьтть
стационарньте
и передвих{нь|е.
|[о
назначению
установки
делятся
на
универсальнь1е
и спе-
циали3ировашньте.
Б
перв,:е
годь1
развития
дифф}зионной
сварки
разрабатьтвались
преимущественно
только
универсальнь1е
уста-
новки'
так
как
в это
время
не бь|ли
определень1
четкие
границь1
области прцменения
данного
способа
сварки.
]{альнеи:'шее
усо'
вер!шенствование
способа
привело
к
разработке
специали3ирован-
но!о
оборудования
для
сварки
узлов
электровакуумнь1х
приборов'
инструмента
и
т.
д.
|[о
характеру
проведения
процесса
ра3л:,тчают
установки
пери'
одического
и полуйепрерь1вного действия'
1(
последним
относятся
установки
роторного
и
1плю3ового
типа.
'
|(лассификация
оборудования,.
и3лох(енная
вь11ше'
естест-
венно' не
является
исчерпь1вающеи'
так
как
при
ее
ра3рафтке
не
учтено
боль:пое
количество
второстепенных
отличительнь1х
признаков'
1( материалам
в
вакуумной
технике
предъявляются
повьтш:еннь:е
требования
;
мин
ималь
ное га3осодер}к
а|1|1е
||
вь1сокая
скорость обезгА>кивания;
минимальная
пористость
и
вь]сохая
кор_
роз!,лонная
стойкость;
отсутствие
взаимодействия
с органическими
маслами
и
растворителями
и
др.
88
}становки
с
индукционнь|м
нагревом
||одавляющее
больтшинство
установок
диффузионной
сварки'
эдсплуатируемь1х
в
промь11пленности
и научно_исследо_
вательских
организациях'
имеют
индукцио!{нь1е
источники
нагрева.
Б
настоящее
время
их со3дано
около
40 типов
для
сварки
различ-
нь|х
и3делий.
?|з
общего
количества
установок
с
-и_ндукционнь1м
нагревом
примерно
90%
универсальнь1е
и около
10% специали_
зированнь1е.
''
[|ромьтш:ленная
установка
сдву_50
(рис.
52)
-предназначена
для
,:{иФФтзионной
сварки
в
вакууме
ра3личнь1х
образцов
и
дета-
|ей
из'ё,днороднь:х
и
разнороднь|х
металлов
и неметаллов
'6ез
применения
припоев'
флюсов
и присадочнь1х
материалов.
3то
унифишированная
сварочная
установка'
однокамерная'
с
индукционнь:м
нагревом
деталей'
электромеханическим
способом
передачи
ус|1лия
сх(атия
и
дистанционнь|м
управлением.
}становка
рассчитана
для
эксплуатац|4п
в сухом
вентилируе_
мом
помещении
при
температуре
окру)кающего
воздуха
25
у
=10'
€,
относительной
йлах<ности
65*15%,
атмбсферном
давлении
750
Ё
30
мм
рт.
ст.
при
отсутствии
в окру}каю_
щей
среде
паров
кислот'
ще_
лочей и
других
агрессивнь1х
сред.
йсточник
нагрева
свари-
ваемь1х
деталей
-
вь1сокоча-
стотньтй
ламповь:й
генератор.
-&1аксимальное
усилие
сх(а_
тия
деталей
3000
кгс;
макси_
мальная температура
нагре_
ва
1500'€;
рабоний
вакуум
5.10-6
мм
рт.
ст.;
размерь1
свариваемь1х
деталей
200
х
х
'50
х
400
мм;
габаритньте
ра3мерь1
уста[1овки
1100
х
х 1100
х
2350
мм;
масса
520
кг.
€варонная
диффузионная
вакуумная
установка
сдву_
50
состоит
из
следующих
основнь|х
у3лов:
вакуумнои
камерьт;
;,
вакуумной
систе-
мь1;
механи3ма
с)катия;
кор-
пуса;
приборов контроля
14
Рцс.
52.
[!ролыо:;ленная
успон0вка
сдву-50
89
управления;
электроаппаратурь1;
водораспределительной
гре-
бенки.
|(амера
изготовлена
и3
коррозионно-стойкой сталп.
Фна имеет
3агру3очнь1й лток,
которьтй
закрь1вается
дверцей
с помощью
от-
киднь1х прих(имов.
3
дверше
имеется окно
для
ви3уального на-
блюдения
процесса
сварки.
}становка
сжм|2.327
(рис.
53) предна3начена
для диффу-
зионной
сварки в
вакууме
ра3личнь1х
образцов,
деталей
и
у3лов
из
однороднь1х
и
ра3нородць1х
металлов
и неметаллов при
темпера-
туре нагрева
до
1 100' с. €вариваемьте
узль!
нагреваются
вь1соко-
частотнь1м
ламповь1м
генератором
мощностью 25 кБт. |идравли-
ческая
система
обеспечивает
два диапа3она
усилий
с>катия: 50-_
1000
кгс и 1000-10 000
кгс. [абаритньте
ра3мерьт
установки
1550
х 1000 х 2110
мм. }1аксимальнс{я
прои3водительность
-
два
сварочньтх
цикла
в час.
}становка
состоит
и3 следующих
основнь{х
узлов:
вакуумной
камерь|; вакуумной
системь|;
гидравлической
системь|; привода
перемещения
дна
камерьт;
корпуса;
приборов
контроля и
управле-
шия процессом сварки;
электроаппаратурь| и водораспределитель-
ной гребенки.
Бакуумная камера
установки
состоит
и3
двух
частей:
верхней
и них<ней
(рис'
54).
Фбе части
камерь1
уплотняются
прокладкой
и3 вакуумной
резиньт.
Берхняя неподвих{ная
часть камерь1
цилиндриче-
ской
формь1
сварена
и3 кор-
ро3ионно-стойкой
стали.
Аля
Рцс' 53, |оптатювка
сжм2.327
Ршс, 54, 8окцумная'
ка'|ера
ус!паповкш
€&|\42.327
:
,/
_
рабовая
часть
камеры;
2
т
индуктор;
8
_
откачной
патрубок;
4
-
ввод
термопары;
5
_
|:ижняя
насть каме-ры;
7
_
смотровое
окно;
8
_
светильник
90
наблюдения
3а процессом
имеется смотровое окно'
экранирован-
ное
металлической
сеткой.
('задут
располо}кен
ввод и|{дуктора.
3
крь:тшке,
приваренной
к
обенайке,
имеется
водоохла}кдаемьтй
упор'
которь:й воспрйнимает
нагрузки,
прикладываемь1е
к свари_
ваемьтм
деталям.
1(амера
внутри
освещается
специальньтм
све-
тильником.
Ёих<няя
подви)кная
часть камерь1 такх{е
и3готовлена
и3
корро-
зионно-стойкой
стали.
,[[вих<ение
этой части
камерь! обеспечи_
вается
механи3мом. Б
канавку прямоугольной
формьт
улох(ена
уплотняющая
прокладка |\з
вакуумной
ре3инь1.
[}|ток
уплотнен
гибким
сильфоном
и
медной
прокладкой,
3а)катой
ме)кду
флан'
цами.
€ильфон
позволяет осуществлять
перемещение
1птока
до
10
мм.
Ёа
лицевой
стороне
устан0вки
имеется столик
для
подго-
товки
изделий к сварке.
}становка
сдву-30л
(рис.
55)
предназначена
для
диффузион-
ной
сварки
в
вакууме
различнь1х
металлов и неметаллов
без при-
менения
припоев'
флюсов
и присадочнь!х
материалов.
!!4сточником нагрева
свариваемь1х
изделий слух(ит
вь1соко-
частотньтй
генератор
л3-107в.
||ринцип
работьт
камер
-
циклич-
ньтй.
|идравлическая система
обеспечивает
максимальное
усилие
70 000
кгс'
^[1аксимально
достигаемая
температура
нагрева
свари_
ваемь!х
деталей
1500'с.
[абаритнь:е
ра3мерь|
установки
4250
х
х 1200 х 3350
мм.
.},1асса 3500
кг.
}становка
состоит
и3 следующих
основнь1х
узлов:
вакуумной
камерь]; вакуумной системь];
механизма
передачи
давле\1|\я;
источника
нагрева.
Бсе основнь1е
у3ль!
установки
серийно вь[пу-
скаются
отечествепной промь11пленностью.
!!4зготовление
уста-
новки
сводится только
к
и3готовлению
камерь|'
монта}ку и сборке.
}становка
сдву-24
предна3начена.
для
диффузионной
сварки
в вакууме
разли(1ньтх
малогабаритньтх образцов
и
деталей
из
одно-
роднь1х
и
ра3нороднь|х
металлов
и неметаллов
без
применения
припоев'
флюсов
и
присадочнь1х
материалов
(рис,
56)'
||ринцип
работьт
камерь1
цикличньтй.
.[:[аксимальньте
габарит_,
нь|е
ра3мерь1
свариваемь1х
изделий
40 х 70
мм, А{аксимально:
достигаемая
температура нагрева
свариваемь1х
деталей
1500"
с.
"т\еханическа"
сис{емй^сх<атия
обеспечивает
максимальное
уси-
лие
220
кгс.
!,авление
на поверхности
сварки
деталей
0,2-
0,7
кгс/мм2
(варопная
установка
состоит
и3 вакуумной
камерьт; вакуумт:ой.
системь1;
механи3ма
с}катия;
корпуса' на
котором
монтируется
все-оборудование
установки;
прйборов
контроля
и
управления.
установка
сн_335
(рис.
57)
предна3начена
для
дифузионного
соединения
мелких
узлов
приборов
и3
материалов'
температура
сварки
которь1х
не превьтшац!т
1500" €. 9становка
состоит и3
двух
олоков:
блока
сварк[или
вакуумной
установки
и
вь1сокочастотного
источника
нагрев|.
Блок
сварйи
прфтавляет
собой
агрегат'
в ко-
]!гом
на
едином
каркасе
смонтированы
вакуумная
камера' ва-
куумная
система'
система
давлех1,ия
и система
!<онтроля
и
управ'
91
Ршс,
55.
&рцпноеабарштпная
цсп!ановка
сдву-30л
Рцс. 56. |стпогювко
сд.ву-24
0ля сваркш малоаабарапньох.
0е-
палей
лен|4я
процессом
сварки.
Рабочая камера
установки
ра3мером
128
х
140
мм
по3воляет
соединять
детали
вь]сотой
до
140 мм.
ва-
куумная
система
установки
обеспечивает
предельное
ра3ре}кение
в_вакуумной
камере 5.10-6 мм
рт.
с'!".
€истема
давления
по3воляет
развивать
усилия
с}катия в
диапа3оне
0-600
кгс. [абаритнь1е
раз-
йерьт
установки
1
150 х
690
х 1950 мм.
-,[вухкамерная
универсальная
установка
сдву-15-2
предна-
3начена
для
диффузионцой
сварки изделий
диаметром
до
250
мм
и3
ра3личнь1х
металлов
и сплавов с
температурой нагрева
не
вьт1пе
1000-1100"
с
(рис.
58).
14сточником
нагрева свариваемь1х
изделий
слу}кит
вь1сокоча_
стотньтй
генератор л3-107, но
могут
бьтть
использовань1
и
другие
типьт
генераторов
т. в. ч.
!становка
состоит
из
вакуумньтх камер
с откачнь1ми систе-
мами'
гидравлической системь|' системь1
управления
процессами
сварки
и откачки'
системь1 охлах(дения.
|(а>кдая
камера и\{еет свою независимую
систему
откачки'
поз-
воляющую
получить вакуум в
рабонем
объеме
до
10-4
мм
рт.
ст.
|идравлическая
система'
которая
так
)ке'
как
'1
системь1 от-
качки'
смонтирована внутри корпуса
установки'
обеспечивает
ра-
боту
ках<дого
гидроцилиндра
не3ависимо
друг
от
друга.
.[,!.акси-
мальное
давление'
создаваемое гидравлическим
насосом'
достц-
гает 100
кгс/см2' |1ри таком
давлении
в
системе
гидроцилиндрь1
развивают
усилие
до
21 000 кгс.
.(вухкам9рная
универсальная установка
для
сварки
крупно-
габаритньтх
деталей
предна3наче}{а
для
сварки
деталей
арматурь1
при
ра3рех<ении
до
5.10*4 мм
рт.
ст.' с
усилием
сх(атия
деталей
500-10
000 кгс
(рис.
59). [абаритньте
ра3мерьт установки
3140
х
х 1600
х 2200.
.&1аксимальная температура нагрева сваривае-
мьтх
деталей
1300"
€. Бремя вь|дер}кки
до
60
мин.
€
целью
увеличения
производительности
установки
обеспечена
возмо}кность
одновременной
сварки
двух_четь1рех деталей
в ка)к-
дой
камере.
Б
слунае необходимости сварки
деталей
боль:ших
размеров
(4
:
300 мм
и
вьтсотой250 мм) камеру мох(но перестроить
на
одно
рабояее
место.
Фпьтт эксплуатации
установки
пока3ал
ее
вь1сокую
наде}кность
и
стабильность
в
работе'
!вухкамерная
установка
)/.[€_3
(рис.
60)
предназначена
для
сварки
в
вакууме
у3пов
ра3личного
на3начения и3
металлов'
спла-
вов
и
неметаллических
материалов с площадью поперечного
се-
чения
до
2000
мм2
и вьтсотой не
более
100 мм.
^^_Ёа
каркасе
установки
смонтировань1
две
камерьт
ра3мером
280
х
280
х
2&0"
мм,
оборулованЁ,'" ,".'Б"симой
?ист?мой'от-
канхи,'обеспе'ивающе*
ус6оанивое
получение
вакуума
в пределах
до
5.10-4
мм
рт.
ст.
_
}становка^
оборудована
двумя
рь1ча)кно-механическими
си_
стемами
давления, позволяющими получать
усилия
с)катия
на
свариваемь[х
деталях
в
диапа3оно
20-1000 кгё. €вариваемые
де_
тали
нагреваются
с
помощью
лампового
вь1сокочастот}!ого
генера-
93
Ртдс.
57. !спау+ювка
сн'335
Р шо
;58' | спатювка
€
!,
в у'|
5
:2
Ртлс' 59.
!вцхкалер[|[!я
успановка
0ля сварки
крупноеабаршпных
0ёпалей
то!а
.[3:2-67,
размещаемого
за-установкой.
||редельная
темпера_
тура
н9|Р9ва
ц9^превь|1п'ает
1500"с.
[абаритньте
размерьт уста-
новки
1040
х
2200 х 1950
мм.
]['становка
удс-4
(рис.
61)
предназначена
для
диффузионной
сварки
биметаллических
пуансонов'
армированнь1х
твердь|м
спла_
вом.
Фсновнь1е
системь|
установки:
со3дания
и контроля
вакуума'
со3дания
и замера-.
усил!4я
на свариваемь!х
деталях'
нагрева
и
охла>кдения
деталей,
управления
сварочнь1м
процессом.
€йстема
управлеция
сварочнь1м
процессом
обеспечивает
работу установки
в
автоматическом
ре)л(име
и
ре){(име
ручного
управления.
установка
для
сварки металлокерамических
изделий
скон-
сФ}ирована
и
и3готовлена
на
основе
имеющейсЁ'
у.'',','"
:1''-|/'
но модерни3ирована
и
усовершенствована
специально
для\/::1рки
металлокерамических
изделий (см.
рис.
139).
^^-'становка
ра^б^отает
в комплекте
с вьтсокочастотньтм
генерато_
ром
мощностью
60 кБ3.и
состоит^из
рам!|
2, стоек
3, кварЁевой
:ч1б: 11'
индуктора
9
(рис'
62).-€той'ки
3 ийеют
.й'ойБ"
,.р"-
х:'ч:_1-'.
по
направляюйим
/..рамьт
2, ято
по3воляет
с помощ|ю
0оь[чнь1х
болтовьтх
создинений
осуществлять
х{есткое
крепление
ква-рцевой
трубьт
любой
длинь!
"й
на,ра"ляющей
/.
:!1Ёталлоке-
Рамические
втулки'
приготовленнь1е
к
сборке,
собирают
последо_
95
Рцс. 60.
!,вухкамер'ная
ус!пановка
удс-3
Рцс. 61. |спановка
удс-4 с
пр0ера14!.!,1нь|м
управленцем:
,
_
вакуумная
.8амера;
2
-
корпус
установки;
3_форвакуумный
насос]
4
_
высоковакуумный
агрегат;
5_силовая
рама;
б-фотоэлектрическип
пирометр;
7
-
при6орная
стойка
10п12
13 14 1[
Рцс.
62.
|сгпановка
0ля сваркш
ме!паллокера1!4!!цескцх
у:з0елцй
]
вательно
(по
длине)
друг
99
другом
на
стерх(ень 10
и
стягивают
гайками-упорами
& и 12
(для
обдегчения
центриро-
вания).
€обранньте
элементь1
поме1т|ают
внутрь кварцевой
тру6ьт
11
|4
упорами при'(имают
к толкатьлю 7.
Фдин
из концов
собранной
металлокерамической
трубы
удерх(ивается
сферической частью
упора
/2
в
крьттпке
^[4.
|(рьттпка1уплотняется
резиновь1м
кольцом,/3
т{
прих<имается
эксцеЁтриком
/5.
Ёа
другом
конце
кварцевой
трубы
смонтирован
силфоннь1й вентиль-6
для
подх(атия
свари-
7
н.
о.
[(азаков
97
Рцс.
63,
€хемо
вакуцмно{!
ус,пановкц
€А8|-2!
./-подви>кнойзажимдляпрутка;2-верхняякры!шкакамеры;3_нижняякрышка
вижный
"''*'*
д'?';;'т;а;_6
_
6ото!тирометЁ;
7.._
груз; 8,^
9_вакуумные
вен
;;;ъ;;;";-;'ь6"й6 д'{/
во!,ы;
/2
_
ф9рйакуумный
насос;
13
_
вакуумпроводы;
ваемь1х
частей'
|1осле
загру3ки
в пневматическую
камеру
5
чере3
регулятор
давления'
обеспечивающий
ре.гулировку
от
0
}до
6
^ат,
подЁодится
с}кать|й
во3дух'
которь1й
с помощью
й'?й,".,"'7
передает
давление
на
металлокер.'мическую
трубу'
}силие с}|(атия
поддер}кивается
в процессе
всей
сварки
постоян-
нь1м.
Ёагрев
зоны
1пва
осущест_вляется
токами
вь1сокой
частоть1
через одновитковь!и
индуцор
9,
располох(еннь1й
на
вне[пней
сто_
роне
кварцевой
трубьт.
||осле
окончания
сварки
одного
1шва
ё"'й'"
3 передвигйтся
с помощью
маховика
механи3ма
по^ач|1
4
относительно
индуктора
9
11а
следующий
шов'
}становка
сдву_21
(рис.
63)
предна3начена
для
сварки
цроволоки
диаметром
3-6^
мм неогрзйиненной
длиньт.
.&1атериал
проволоки
самь1и
ра3нообразнь|й.
3та
установка
обеспечивает
98
с
ме сп!нь!.14
вакуумом
:
камерь1;
4
_
разъемньтй
ипдуктор;
5_непод_
т'и.лн;
!0
-
электродвигатель;
//
_
распреде-
/{
_
вь!соковакуумный
паромасляный
насос
так. назь|ваемьтй
местньтй ва-
куум' т.
е. в вакуум
помещена
не вся
деталь'
а только часть
ее.
достих(имьтй
вакуум состав-
ляет 10*4
мм
рт.
ст. Б осталь-
ном
установка
сходна с
уста-
новками'
опись1ваемь|ми
рань_
!пе.
Бсе
зах<имы и под)катия
осуществляют
различнь|ми
ме-
хани3мами
вручную.
}становка
сдву-13
пРед-
назначена
для
сварки
актив-
нь!х
металлов в
вакууме.
]ак
как
.активнь1е
металль| обла-
дают
способностью
образовьт-
вать на
во3духе
в чРезвь|'
чайно короткое
время
окиснь|е
пленки' сварка
даннь1х
метал-
лов
3атруднительна.
|1оэтому
для
очистки от
окиснь1х
пле_
нок исполь3уют
ультразвуко-
вьте колебания
(рис.
64).
Бсли при сварке
в вакуу-
ме к
двум
свариваемь|м
дета_
лям' например
металлической
./
и
алюминиевой
2,
присоеди-
нить
под
давлением
р1
магни-
тострикшионньтй преобразова-
тель и концентратор
3,
то
окис-
ная
пленка
раздробится
|1
уда-
л||тся с обеих сопрягаемь]х
поверхностей, а
при
да.г:ьней-
1шем
прилох(ении
ультразвуко-
вь]х
колебаний
перпендикулярно свариваемь|м
поверхностям
буАет
иметь место
интенсификация
диффуз|{|4
и тем самым
повь|_
1пе}]ие
качества
соединения
^
}становка
для
лиффузионной
сварки
(|!ольская
Ёародная
Республика)
позволяет
проводить процесс
сварки
в вакууме
и
в
среде
инертнь|х
и 3ащитных
газов. €истема с'(атия пневмати-
ческая.
.&[аксимальное
усилие
сх(атия 1000 кгс. .&1аксимальт-льте
размерь1
свариваемь|х
деталей:
диаметр
50 мм, вь|сота
100 мм.
1цаксимальная
температура
нагрева свариваемь1х
деталей
1000" с
(рис.
65).
}становка
состоит
и3 следующих основнь1х
у3лов:
вакуумной
камерь1;
вакуумной
системь1;
баллона с и!|ертнь1м га3ом; системь!
передачи
давления;
систем нагрева и охла}кдения;
системьт
управ-
ления
и
контрольного
измерения.
7*
99