Диффузионная сварка в вакууме, высокочастотная сварка.

Сварка трением. Сущность, разновидности, схемы процессов.

Сварка трением–способ сварки давлением при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.

Свариваемые заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а другой может совершать вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимаются осевым усилием, и включается механизм вращения. При достижении температуры 980…1300 ⁰С вращение заготовок прекращают при продолжении сжатия.

Иногда сварку трением производят через промежуточный вращаемый элемент или заменяют вращательное движение вибрацией.

Сваркой трением можно сваривать заготовки диаметром 0,75…140 мм.

Преимущества способа: простота, высокая производительность, малая энергоемкость, стабильность качества соединения, возможность сварки заготовок из разнородных материалов.

Осуществляется сварка на специальных машинах.

Рис.3.58. Схемы процесса сварки трением: 1 - свариваемые детали;
2 - вставка; 3 - зона сварки

Наиболее эффективно применение сварки трением в сфере изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампованных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривавшихся другими способами разнородных материалов, например, стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными и т.п.

Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампо-ванных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например стали с алюминием, аусте-нитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок. Разновидностью сварки трением является инерционная сварка.

В этом способе вращаемую деталь располагают в маховике, который раскручивают до заданной скорости, детали соединяют и сварка завершается остановкой вращения маховика. Достоинства инерционной сварки трением: Не требуется большой мощности; Быстрота сварки, меньшая зона разогрева, вследствие точного дозирования энергии.

Диффузионная сварка в вакууме, высокочастотная сварка.

Способ основан на использовании процесса диффузии металлов. Соединяемые детали помещают в сварочную камеру, заполняемую инертным или восстановительным газом (в нашей промышленности применяется редко) или вакуумируемую, с поддержанием постоянного вакуума порядка (10² - 10⁵) мм рт. ст. Детали в камере нагревают и сдавливают удельным давлением порядка 0,5-2 кГ/мм². Вакуум поддерживается непрерывной ;работой вакуумных насосов, откачивающих газы, поступающие в сварочную камеру через неплотности системы, а также адсорбированные поверхностями аппаратуры и непрерывно выделяемые нагреваемым металлом с поверхности и из объема. Очень важна температура нагрева металла; сталь обычно нагревается до 800° С. Происходит очищение поверхности металла, удаляются поверхности загрязнения и адсорбированные газы, восстанавливаются и растворяются в металле окислы. Поверхности сварки должны быть хорошо обработаны механически для обеспечения соприкосновения по всей поверхности сварки. Непрерывно действующее давление сминает все выступы и неровности горячего металла и обеспечивает необходимое прилегание по всей поверхности.

Процессы очистки, пригонки поверхностей и диффузии идут довольно медленно, и требуется 5-20 мин, а иногда и более для завершения процесса сварки. Нагрев деталей обычно электрический, причем в разных случаях используется излучение нагревателей, иногда теплопередача от нагревателей через теплопроводность; возможен и индукционный нагрев.

Температура нагрева и ее контроль имеют большое значение, уже небольшое ее повышение значительно ускоряет диффузию; с другой стороны, нагрев может снижать качество металла. Способ отличается большой универсальностью в отношении свариваемых металлов: возможна сварка многих сочетаний разнородных металлов, а также металлов с металлокерамическими сплавами, металлов с керамикой, с графитом и т. д. Способ получил уже достаточно широкое применение для различных случаев, часто трудновыполнимых другими способами.

Схема диффузионной сварки в вакууме

Свариваемые детали 1, 2 помещают в вакуумную камеру 3 и слегка поджимают друг к другу. После откачки воздуха из камеры и создания необходимого вакуума ( мм рт. ст.) детали нагревают обычно токами высокой частоты до соответствующей температуры (0,7 — 0,8 ), после чего к ним механизмом нагружения 5 установки прикладывают усилие сжатия и в таком состоянии детали выдерживают в течение некоторого времени, зависящего от свойств свариваемых материалов, величины давления и других факторов.

После сварки детали охлаждают либо в камере, либо на воздухе.

К достоинствам диффузионной сварки в вакууме следует отнести следующие:

получение соединений высокого качества при любых сочетаниях материалов — металлов, сплавов и неметаллов (керамические и металлокерамические сплавы);

отсутствие расплавления, а значит и резкого различия в структурах в зоне соединения и прилегающих к ней участках;

незначительная или нулевая деформация сваренных деталей, позволяющая сваривать их после окончательной обработки;

безопасность, простота обслуживания установок, отсутствие вредных выделений в окружающую среду (лучистой энергии, газов, пыли и пр.).

К недостаткам процесса относится:

необходимость предварительной механической обработки заготовок, чтобы уменьшить неровности и микровыступы на соединяемых поверхностях;

повышенная трудоемкость процесса из-за сборки, нагрева и сварки деталей в герметичной вакуумной камере, что усложняет задачу комплексной автоматизации процесса;

большая продолжительность формирования сварного соединения.

Этот способ сварки нашел промышленное использование в производстве электровакуумных приборов, инструмента, различных деталей из биметаллических материалов и др. Диффузионная сварка в вакууме относится к весьма перспективным процессам и найдет дальнейшее значительное применение в электронной, космической, авиационной и других важнейших отраслях техники.