4.5.4Оборудование для диффузионной сварки

В зависимости от свариваемых материалов и конструкции изготавливаемых изделий сварка ведется на специально сконструированных установках или на серийно выпускаемом оборудовании – промышленных вакуумных печах, газостатах, прессах.

Одно из важных направлений развития диффузионной сварки в вакууме – создание автоматизированных установок для сварки крупногабаритных деталей летательных аппаратов и космической техники.

В установках для диффузионной сварки нашли применение индукционные, радиационные электроконтактные, электроннолучевые системы нагрева, нагрев тлеющем разрядом.

При высокочастотном индукционном нагреве используют электромагнитные и тиристорные преобразователи частоты от 0,5 до10 кГц. Первые могут иметь мощность до 2500 кВт, вторые – до 800кВт.

При радиационном нагреве используют проволочные или ленточные нагревательные элементы с высоким электрическим сопротивлением (графит, карборуид, вольфрам, молибден, тантал, ниобит). Применяют также нагрев с помощью мощных ламп.

Электроконтактные системы нагрева применяют для сварки электропроводных материалов, если изделия имеют простую форму и небольшое поперечное сечение (сварка заготовок сверл, метчиков, перьевых фрез и т. п.).

Нагрев электронным лучом или потоком ионов позволяет локализовать нагрев в зоне соединения деталей. Тлеющий разряд позволяет перед нагревом деталей под сварку производить очистку от оксидов и модификацию свариваемых поверхностей.

Системы сжатии в установках для диффузионной сварки предназначены пластического деформирования микро неровностей на поверхностях соединяемых деталей.

При сварке в вакууме системы сжатия обычно находятся вне рабочих камер, усилие на свариваемые детали передается через исток от электромеханического пневмогидравлического или пневматического гидравлического устройства.

При диффузионной сварке для сжатия свариваемых деталей часто применяют термокомпрессионные устройства, где используется разное термическое расширение элементов технологической оснастки и свариваемых деталей при нагреве до температуры сварки. Необходимое усилие сжатия создается за счет большого линейного термического коэффициента расширения материала плит, между которыми сжаты свариваемые детали и малого названого коэффициента материала стягивающих элементов (винтов, колонок, клиньев).

В ряде случаев, при диффузионной сварке в вакууме разнородных материалов в зоне контакта при длительном нагреве образуется хрупкий слой интерметаллидных соединений для сокращения времени сварки применяют динамическое нагружение одиночным импульсом силы со скоростью до 30 м, с.

При изготовлении крупногабаритных титановых деталей самолетов и ракет (лонжероны, шпангоуты, рамы, каркасы, несущие профили крыла самолета) используется диффузионная сварка в сочетании с управляемым деформированием в температурном интервале сверх пластичности.

Для диффузионной сварки деталей сложной формы, а также в тех случаях, когда требуются большие усилия сжатия, применяют газостаты. Для сварки в газостатах, свариваемые заготовки помещают в сварную оболочку (капсулу) из тонколистовой пластичной стали. Из оболочки выкачивают воздух и ее помещают в герметичную камеру газостата. В камере создают повышенное давление газа для сжатия оболочкой свариваемых деталей. После нагрева оболочки до требуемой температуры, изотермической выдержки и охлаждения, рабочую камеру газостата разгерметизируют, извлекают оболочку, разгерметизируют ее и извлекают сваренное изделие. В оболочке могут быть одно или несколько свариваемых изделий. В ряде случаев к свариваемому изделию прикладывается знакопеременная нагрузка, при которой снижается предел текучести.

В установках с подводом ультразвуковых колебаний происходит интенсивное разрушение оксидных слоев на контактных поверхностях свариваемых изделий.