Диффузионная сварка: суть метода и область применения

Диффузионная сварка может выручить людей в очень многих ответственных случаях. Но чтобы правильно применять ее, нужно знать, в чем же заключается метод сварки металлов в вакууме. Отдельная актуальная тема — порядок установки оборудования, а также общие плюсы и слабости подхода.

Диффузионная сварка металлов, как нетрудно понять уже по ее наименованию, направлена на взаимопроникновение мелких частиц — молекул и даже атомов. Процесс выстраивается таким образом, что концентрация разных веществ уравновешивается. Исключается какое-то нарушение состава или искажение его. Диффузия между твердыми веществами имеет огромное значение в промышленности. При строго заданных условиях, если выдержана температура и другие параметры, возможно смешивание веществ разного происхождения, включая и перемешивание металлов с неметаллами.

Чаще всего этот технологический процесс проходит в вакууме, реже — в защитных газах. Диффузионная сварка в воздухе при обычном давлении невозможна, поскольку ее результаты непредсказуемы. Метод диффузного сваривания в вакууме появился в промышленности с середины ХХ века. Процесс идет при абсолютном вакууме или близких к нему значениях разряжения — вплоть до 5-10 мм. рт. ст. Предварительно соединяемые материалы разогревают до 50-70% температуры их полного плавления. Диффузионная сварка идет как изотермический процесс при давлении не более 500 КПа.

Специализированные установки состоят из:

• источника электропитания;
• электротехнического комплекса;
• вакуумной камеры;
• охладительного контура;
• гидравлических или пневматических приводов.

Аппараты передают усилие на обрабатываемую поверхность или прямым способом, или через опосредующие приспособления. Фиксация деталей производится с помощью буртиков, канавок, проточек, уступов.

Большие проблемы представляет диффузионная сварка крупногабаритных деталей. Подходящее для нее оборудование или вовсе не освоено промышленностью, или только начинает выпускаться. Решать проблему пытаются с помощью типовых прессовых систем, модернизируя их по мере возможного. Дополнительно применяют средства ультразвукового контроля и акустическую эмиссию. Аппараты с таким функционалом отслеживают все появляющиеся дефекты и своевременно устраняют их.

Как уже сказано, основное технологическое новшество заключается в использовании «миграции» атомов и молекул при определенных условиях. Раньше всего детали, которые требуется соединить, закладывают в специальный стенд. Внутри него формируется технический вакуум. Иногда используют меньшее разрежение, но не хуже 10-2 мм. рт. ст. Применение инертных газов происходит очень редко – это обусловлено, главным образом, специфическими требованиями заказчиков.

Когда необходимая среда создана, материалы прогревают. Степень нагрева всегда определяют индивидуально. Важно! Если соединяются материалы с неодинаковой точкой плавления, то их греют раздельно. Стараются иногда использовать токи высокой частоты, которые, наряду с разогревом деталей, делают их поверхность чище. Нагретые и вакуумированные заготовки сжимают.

Давление происходит различным образом: дольше или короче, по всему объему или в отдельной точке. Медленным считается сдавливание, занимающее иногда до нескольких часов. При ударной методике воздействие идет со скоростью до 30 м/с.

Такая обработка требует считанных миллисекунд. Это решение отлично подходит, когда надо соединить материалы, разделяемые специальными составами или фольгой из металла. Диффузионная сварка в единичном случае производится без специализированных прессов. Речь идет о сплавлении труб из полипропилена. Водопроводный полимер отличается мягкостью, соединить его можно без особых усилий.

Диффузионная сварка позволяет обрабатывать поверхность с прецизионной точностью. Только этот метод дает создавать блоки из материалов, которые как-то еще стыковать нельзя. В результате формируются очень сложные композиты. Шов не будет ярко выражен, гарантируется монолитность стыка. Расход энергии оказывается сравнительно малым.

При диффузионной сварке отсутствует надобность в использовании дополнительных приспособлений и частей. Не нужны присадки, электродные инструменты, флюсы. Внимание! В некоторых операциях все же не обойтись без тонкой фольги из серебра и золота. Сварочный процесс на 100% экологичен и исключает разбрызгивание расплава, появления опасных излучений и выбросов газов. Ультрафиолет также не появляется.

Диффузионная сварка гарантирует повышенную прочность стыков. С ее помощью легко выработать пустотелые конструкции. Преимуществом является и экономичность — за одну технологическую операцию можно связать сразу несколько разнотипных материалов. Однако все это не значит, что диффузионное сваривание имеет только положительные стороны. Оборудование для такой работы технически сложно и может легко расстраиваться, как и любой прецизионный аппарат.

Выходить из строя могут не только вакуумные насосы, но и охладители, точные прессы, нагреватели. Для их изготовления применяют жаропрочные металлы. Конструкция диффузионных сварочных машин не позволяет сделать их достаточно дешевыми, приемлемыми для частного использования. Установки весят достаточно много и не могут быть мобильными, а в местах постоянного монтажа требуют прочных опор.

Диффузионная методика позволяет соединить, к примеру, сталь с бронзой, с керамикой, бывают и другие сложные сочетания. Метод успешно позволяет формировать крепкий монолитный блок. Подход справляется, даже если другие способы крепления не срабатывают. С помощью диффузионной сварки можно соединить столь неподатливые металлы, как тантал и вольфрам. Еще ее используют, чтобы:

• выпускать точную электронную продукцию;
• соединять отдельные полупроводниковые блоки;
• производить гильзы авиационных моторных цилиндров;
• выпускать колодки и диски для тормозных систем;
• вырабатывать штампы особо высокой твердости;
• получать части турбинных компрессоров;
• производить металлокерамику.