4.5.3Особенности диффузионной сварки различных материалов

Диффузионная сварка конструкционных сталей не вызывают затруднений, можно использовать в качестве защитной среды

Углекислый газ, обеспечивается равнопрочность сварного соединения и свариваемого металла.

При сварке низколегированных и малолегированных сталей для получения равнопрочных соединений необходимо учитывать возможность появления закалочных структур, необходимо выбирать оптимальные режимы нагрева и охлаждения, температуру нагрева.

Особенности диффузионной сварки высоколегированных сталей определяется их структурой и составом. Высокая концентрация хрома, титана, алюминия способствует образованию прочных оксидных клепок, затрудняющих сварку, что требует повышенной температуры и значительной пластической деформации.

Легирование молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном подавляет диффузионную подвижность атомов сплава, что также требует повышения температуры сварки. Например, для сварки аустенитной стали 45Х14Н14В2М оптимальными являются температура 1348 К, давление 17,5 МПа, время сварки 10 минут.

Для всех высоколегированных сталей требуется степень вакуума не ниже 10^-2 Па.

Никелевые жаропрочные стали являются основным конструкционным материалом современных газовых турбин, реактивных двигателей летательных аппаратов.

Диффузионной сваркой сваривают однородные и разнородные никелевые и жаропрочные сплавы. При сварке в вакууме рекомендуется температура 1273 К, давление сжатия 15 МПа, время сварки 10 мин., степень вакуума 1*10^-2 Па.

Для дополнительной активизации свариваемых поверхностей используют неплавящиеся или плавящиеся прокладки из никеля или его сплавов, близких по составу к основному металлу.

Диффузионной сваркой успешно сваривается медь и её сплавы при температуре 1123…1153К, давление 5…8МПа, в течении 20 мин. В узлах различных изделий применяют сварку меди со сталью, бронзой, Никелем, алюминиевыми сплавами, тугоплавкими металлами.

В ряде случаев требуется применение промежуточных прослоек, например, при сварке меди с алюминиевыми сплавами используют прослойки из цинка, серебра, никеля; при сварке меди со сталями и тугоплавкими металлами (молибден, титаном, ниобием, вольфрамом) используют никелевые прокладки.

При диффузионной сварки алюминия и его сплавов требуется тщательное удаление со свариваемых поверхностей оксидной пленки химическим травлением или металлическими щетками.

Целесообразно после чистки детали покрывать лаками, смолами, полимерами на основе стирола, которые при нагреве в вакууме разлагаются без остатка. Обычно диффузионную сварку применяют для изделий, где алюминиевые сплавы сваривают с другими металлами (сталями, тугоплавкими металлами). В этом случае применяют промежуточные прослойки из цинка, серебра, меди, никеля.

Диффузионную сварку титана и его сплавов усложняет способность титана поглощать водород и азот. Диффузия этих газов из основного металла в зону сварки понижает пластичность, может вызвать трещины и хрупкие разрушения. Титан и его сплавы диффузионной сваркой в вакууме соединяются достаточно легко. Температура сварки 1073…1373 К, давление сжатия от 0,98 до 9,8 МПа, время сварки несколько десятков минут, вакуум со степенью 1,33*10 Па. Освоена технология диффузионной сварки сотовых конструкций из титановых сплавов для летательных аппаратов.

Разработана технология диффузионной сварки других тугоплавких металлов (ниобия, циркония, ванадия, молибдена, вольфрама, тантала) и сплавов на основе этих металлов в разном сочетании, в том числе с высоколегированными сталями.

Диффузионная сварка широко применяется для сварки изделий из твердых сталей, получаемых методом порошковой металлургии имеющих керамико-металлическое строение.

Основными компонентами твердых сплавов являются карбиды вольфрама, титана, тантала и металлические связующие фазы из железа, кобальта, никеля. Из твердых сплавов изготавливают: резцы, сверла, фрезы, штампы, фильеры, поршни, сопла, цилиндры. Сварка твердых сплавов со сталью позволяет экономить дорогостоящие сплавы. При сварке твердых сплавов со сталями используют прокладки из никелевой или пермалоевой фольги.

Одним из ведущих направлений применения диффузионной сварки является изготовление металлокерамических металлостеклянных изделий и узлов.

В настоящее время в промышленности используют: многокомпонентную оксидную керамику; керамику чистых окислов на основе Al2O3, SiO2, ThO2,Beo, Mgo, MgAl2O4, Mg2SiO4 безкислотную керамику Si2N4,SiC, TiC; магнитную керамику (ферриты) на основе оксидов F2O3, MnO2, Nio и др.; пьезокерамику на основе титаната или цирконата свинца, оптические стекла, электротехнические стекла, ситталлы.

Для диффузионной сварки металлокерамических и металлостекляных изделий применяют алюминий, медь, бронзы, армко-железо, стали, никель, ниобий, тантал, платину, вольфрам, молибден.

Одной из основных проблем диффузионной сварки изделий из металла и керамики или стекла является учет различий теплофизических свойств соединяемых композиций, и в первую очередь различий температурных коэффициентов линейного расширения металлов и неметаллов. Для уменьшения градиента изменения свойств часто применяют демпфирующие прокладки, в ряде случаев многослойные.