8 (913) 791-58-46
Заказать звонок

Сварка в вакууме


Сварка и пайка в вакууме

Сварка в вакууме предназначена для получения неразъёмных соединений элементов приборов, деталей (узлов) конструкций машин, используемых в точном машиностроении, микроэлектронике, при создании атомных реакторов и пр. [12]. Различают два вида сварки в вакууме − электроннолучевая сварка (сварка плавлением) и термодиффузионная сварка (сварка давлением).


Электроннолучевая сварка осуществляется в вакууме при давлении остаточных газов 10^-1−10^-3Па с помощью установки, включающей в себя вакуумную рабочую камеру, электроннооптическую систему, формирующую электронный луч, различные приспособления для перемещения свариваемых деталей к электроннооптической системе и откачную систему [10]. Установка включает в себя сварочный пост, энергокомплекс, вакуумную откачную систему, шкафы и пульт управления, комплект соединительных кабелей и трубопроводов. Установка позволяет выполнять линейную и круговую аксиальную сварку в вакууме при рабочем давлении в вакуумной камере 5x10^-1−5x10^-3Па [13].
Начиная с 60х годов, электроннолучевую сварку используют в производстве двигательных установок ракетнокосмических комплексов. Её применение для получения неразъёмных соединений в сочетании с новыми высокопрочными материалами позволило создать двигатели нового поколения с высокими эксплуатационными характеристиками. Так, в НПО "Техномаш" освоена электроннолучевая локальная сварка в вакууме узлов значительных габаритов, например, кольцевых секций топливных баков носителя "Энергия" из термически управляемого алюминиевого сплава. Новая перспективная область применения электроннолучевой сварки − работы в условиях космического пространства [14]. Электроннолучевая сварка широко применяется в технологии микроэлектроники, а также при герметизации металлостеклянных корпусов электронных вакуумных приборов, для сварки тугоплавких, химически активных и разнородных материалов, изделий из стали. Термодиффузионная сварка выполняется в вакууме при разрежении 10^-3−10^-2 Па с нагреванием места сварки до 0,4−0,8 от температуры плавления свариваемых материалов; при сварке разнородных материалов температурный нагрев определяется по температуре менее тугоплавкого материала. Таким способом можно сваривать большинство твердых материалов − как однородных, так и разнородных [15, 16]. При соединении трудносвариваемой пары материалов используется промежуточная прокладка.
Диффузионная сварка обеспечивает вакуумплотные, термостойкие и вибропрочные соединения при сохранении высокой точности, формы и геометрических размеров изделия; широко применяется при сварке термокомпенсаторов кристаллов, катодных ножек, замедляющих систем и других узлов и элементов электронных приборов. Сварочные термодиффузионные установки обычно состоят изследующих основных узлов: вакуумная система для получения вакуума в камере, где происходит сварка; система для создания давления на свариваемые детали, а также для подъёма и опускания камеры; электропривод; автоматика. Одно из основных направлений широкого внедрения термодиффузионной сварки − использование технологических процессов с применением термокомпрессионных устройств (ТКУ), позволяющих осуществлять сварку в вакуумных печах общепромышленного назначения.
Принцип действия ТКУ основан на использовании разности коэффициентов термического линейного расширения материалов свариваемых деталей и элементов оснастки для создания и передачи сжимающего усилия на свариваемые детали. В МАИ разработано ТКУ, которое помещают в камеру печи, подвергнутой вакуумированию [17].При нагревании устройства возникает сдавливающее усилие, которое и передается на свариваемые детали. По окончании сварки детали совместно с устройством охлаждают, развакуумируют камеру, извлекают устройство с готовыми изделиями, затем производят разборку устройства и удаляют сваренные детали. Разработанное ТКУ применяется для диффузионного соединения в вакууме изделий из магнитных и немагнитных сталей, алюминия, меди, нержавеющей стали, бронзы и пр. Основные преимущества диффузионной сварки: отпадает необходимость применять припои, электроды, флюсы, защитную газовуюсреду; не происходит коробление деталей и изменение свойств металла в зоне соединения. Диффузионную сварку можно применять для получения конструкций самой разнообразной формы. Можно сваривать детали не только по плоскости, но и по конической (корпуса радиоламп), сферической (подпятники), криволинейной (облицовка труб), сложнойрельефной поверхности (слой защитного покрытия мембран) и т.д. Пайка в вакууме − процесс получения неразъёмного соединенияпутем нагрева места пайки и заполнения зазора между соединяемыми деталями (из металла и сплавов, стекла, керамики и др.) расплавленным припоем с его последующим отвердением. При пайке деталей из разнородных материалов для обеспечения прочного соединения подбирают материалы с близкими значениями коэффициента термического расширения или используют высокопластичные припои. Вакуумная пайка может быть совмещена с дегазационным отжигом. Различают два способа пайки в вакууме: пайка с локальным источником нагрева дуговым разрядом и высокотемпературная пайка.
В НПО "Техномаш" разработан технологический процесс высокотемпературной пайки слоистых конструкций в вакуумных печах для использования их в современных летательных аппаратах [18]. Применение, например, вакуумной пайки для изготовления многослойных теплообменников из алюминиевых сплавов обеспечивает получение паяных соединений, не уступающих по прочности и коррозионной стойкости основному материалу, что позволяет значительно увеличить ресурс работы и эксплуатационную надежность узлов. Процесс осуществляется в вакуумной печи периодического действия, в которой можно выполнять одновременную пайку (35) слойных теплообменников. Мощность печи 200 кВт, давление 102−103 Па, максимальная рабочая температура 750°с.
Процесс дуговой пайки сочетает преимущества способов сварки плавлением и высокотемпературной пайки с общим нагревом в вакууме и контролируемой атмосферой [17]. Полученные таким образом неразъёмные соединения обладают повышенной жаропрочностью и термостойкостью и могут применяться при изготовлении и ремонте деталей газотурбинных двигателей из литейных высокопрочных сплавов [19].

  • < Назад
  • Вперёд >

Сварка металлов в вакууме

Сварка в камере с контролируемой атмосферой. Простейший способ применения вакуума состоит в том, что полость сварочной камеры скачивается до давления ~ 5. 10-3 мм рт. ст., после чего камера заполняется аргоном под давлением 1 атм.


В атмосфере аргона производится ручная дуговая сварка узлов из титана, его сплавов и других активных металлов и сплавов.  Геометрия швов при сварке изделий из титана в камере несколько отлична от геометрии швов, полученных обычной аргоно-дуговой сваркой: ширина шва увеличена, глубина проплавления на 10—15% меньше. Недостатки такого метода — большой расход аргона, а также значительные затраты времени на откачку воздуха из камеры.

Диффузионная сварка.Этим способом можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, сплавы и неметаллические материалы, которые трудно или невозможно сваривать другими способами. Большой экономический эффект получают при сварке стали и алюминия, титана и стали, чугуна и стали, металлокерамики и стали.

Этот способ соединения основан на использовании взаимной диффузии атомов или молекул в поверхностных слоях соединяемых веществ в условиях вакуума при нагреве их выше температуры рекристаллизации одного или нескольких компонентов свариваемых тел без расплавления поверхностей металла. При достижении заданной температуры соединяемые элементы по поверхности их соприкосновения подвергаются сжатию без пластической деформации.

Соединение в результате диффузии происходит при максимальном сближении чистых поверхностей деталей без применения припоев, флюсов и электродов. Диффузионную сварку в вакууме можно производить либо непосредственным соединением металла с металлом, либо соединением металла с металлом через промежуточную прокладку из другого материала — так называемый подслой.

Металлы можно соединять с керамическими материалами также с применением промежуточной прокладки. Диффузионная сварка — один из наиболее перспективных методов для получения соединений титана и его сплавов, равнопрочных основному материалу. Преимущества метода:  вакуум, создаваемый в камере сварки, не дает возможности титану) активно реагировать с элементами, увеличивающими хрупкость шва; отпадает необходимость защиты аргоном, которая удорожает процесс! сварки; температура сварки 0,7—0,8 от температуры плавления свариваемых металлов, т. е. материалы не доводятся до расплавления при сварке, что; уменьшает возможность растворения кислорода и водорода в титане.

Сравнительно невысокая температура сварки и небольшие удельный давления в значительной степени снижают внутренние остаточные напряжения, что предотвращает образование трещин. Для сварки детали помещают в камеру, в которой создается давление — 5•1O-4 мм. рт. ст., нагревают до определенной температуры и сдавливают. При этом не возникает дополнительных источников газоотделения и испарения металла.

Диффузионное соединение можно успешно применять для герметизации металлокерамических электровакуумных приборов при бесштенгельной откачке до давлений порядка 10-9—10~10 мм рт. ст. Применение диффузионного соединения позволяет отпаивать приборы в горячем состоянии при 600—700° С. Это весьма важно, так как в момент отпаивания вакуум не ухудшается, а после охлаждения становится лучше на 1,5—2 порядка.

Электроннолучевая сварка. Электроннолучевая сварка при большой концентрации энергии дает возможность сваривать стали и сплавы толщиной 40—50 мм без разделки кромок и подачи дополнительного металла. При этом расход энергии снижается в 5—10 раз по сравнению с другими методами сварки. При проведении электроннолучевой сварки место сварки подвергают интенсивной бомбардировке быстролетящими электронами в высоком вакууме. Во время электронной бомбардировки большая часть энергии выделяется в виде

тепла, используемого для расплавления металла при сварке. Электронный луч образуется в вакуумной камере с помощью электронной пушки. Сварочная установка (рис. 187) включает электронную пушку с катодом и анодом; вторым анодом служит свариваемое изделие 7, к которому подводится постоянный ток. Катод нагревается с помощью трансформатора 2 до 2500° С. Фокусировка луча производится магнитным полем, создаваемым линзой 8. Линза представляет собой катушку, помещенную в массивный железный каркас. Для перемещения луча по изделию на пути луча установлена отклоняющая магнитная система. На рис. 188 показана электронная пушка. Сварочная установка фирмы Ульвак (Япония) показана на рис. 189.

 

Диффузионная сварка

 

 

 

Отрасли применения:

 

  • Атомная энергетика.
  • Судовое машиностроение.

 

 

Выполняемые виды работ:

 

На участке предполагается изготовление трубных переходников «сталь-титан» для теплообменных аппаратов, выполненных диффузионной сваркой.

 

 

Техническая характеристика оборудования

 

Машина диффузной сварки МДВС – 4001

(изготовитель ЗАО «Электрик - МИКС»)

 

Наименование параметра

Величина параметра

Напряжение

380 В±5%

Объём камеры

0,5 м3

Усилие сжатия

400 кН

Способ нагрева

индуктор

Вакуум

1,0х10-4 мм  рт. ст.

Мощность генератора

50 кВт

Max температура

1000°С

Расход воды

5 м3/час

 

 

 

Машина диффузной сварки МДВС – 4001

 

 

Область применения машины

 

Для диффузной сварки в вакууме трубных переходников из разнородных материалов «сталь – титан» с наружным диаметром до 100 мм, длиной до 250 мм.

 

 

Правовая защита:

 

Технологическая и техническая документация на организацию процесса изготовление трубных переходников «сталь-титан», выполненных вакуумно-диффузионной сваркой охраняется в режиме коммерческой тайны.

 

 

Предложения по сотрудничеству:

 

  • Изготовление трубных переходников «сталь-титан», выполненных вакуумно-диффузионной сваркой, на оборудовании ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей».
  • Научно-техническое сопровождение процесса вакуумно-диффузной сварки на оборудовании Заказчика.
  • Рекомендации по применению технологии вакуумно-диффузной сварки.
  • Рекомендации по подготовке поверхности деталей перед процессом вакуумно-диффузионной сварки.

 

Форма запроса

Вы можете отправить запрос по данной услуге, заполнив следующую форму:
 

Диффузионная сварка: принцип, особенности, применение

Главные отличия диффузионной сварки от других способов сварки давлением — относительно высокие температуры нагрева  (0,5–0,7 Тпл) и сравнительно низкие удельные сжимающие давления (0,5–0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

Формирование диффузионного соединения определяется протекающими при сварке физико-химическими процессами. Это взаимодействие нагретого металла с газами окружающей среды, очистка свариваемых поверхностей от оксидов, развитие высокотемпературной ползучести и рекристаллизации. В основном эти процессы диффузионные и термически активируемые.

Очистка свариваемых поверхностей от оксидов

Для уменьшения скорости окисления свариваемых заготовок и создания условий очистки контактных поверхностей от оксидов при сварке могут быть применены газы-восстановители, расплавы солей, флюсы, обмазки, но в большинстве случаев используют вакуум или инертные газы.

Очистка поверхностей металлов от оксидов может происходить в результате развития процессов сублимации и диссоциации оксидов, растворения оксидов за счет диффузии кислорода в металл (ионов металла в оксид), восстановления оксидов элементами-раскислителями, содержащимися в сплаве и диффундирующими при нагреве к границе раздела металл — оксид. Расчет и эксперимент показывают, что, например, на стали оксиды удаляются наиболее интенсивно путем их восстановления углеродом, а на титане — за счет растворения кислорода в металле.

Особенности сваривания поверхностей диффузионной сваркой

Свариваемые поверхности сближаются главным образом из-за пластической деформации микровыступов и приповерхностных слоев, вызванной приложением внешних сжимающих напряжений и нагревом металла. Во время деформации свободных от оксидов свариваемых поверхностей происходит их активация. При развитии физического контакта между такими поверхностями возникает их схватывание.

При диффузионной сварке одноименных металлов сварное соединение становится равнопрочным основному материалу тогда, когда структура зоны соединения не отличается от структуры основного материала. Для этого в зоне контакта должны образовываться общие для соединяемых материалов зерна. Это возможно за счет миграции границ зерен — путем первичной рекристаллизации или путем собирательной рекристаллизации.

С помощью диффузионной сварки в вакууме получают высококачественные соединения керамики с коваром, медью, титаном, жаропрочных и тугоплавких металлов и сплавов, электровакуумных стекол, оптической керамики, сапфира, графита с металлами, композиционных и порошковых материалов.

Соединяемые заготовки могут сильно различаться по форме и иметь компактные (рис. 1, а) или развитые (рис. 1, б, в) поверхности контактирования. Геометрические размеры свариваемых деталей находятся в пределах от нескольких микрометров (при изготовлении полупроводниковых приборов) до нескольких метров (при изготовлении слоистых конструкций).

Рис. 1. Некоторые типы конструкций, получаемых диффузионной сваркой

Как проходит процесс диффузионной сварки

Схематически процесс диффузионной сварки можно представить так: свариваемые заготовки собирают в приспособлении, позволяющем передавать давление в зону стыка, вакуумируют и нагревают до температуры сварки. Затем прикладывают сжимающее давление на заданный временной период. Иногда после снятия давления изделие дополнительно выдерживают при температуре сварки для более полного протекания рекристаллизационных процессов. Это способствует формированию доброкачественного соединения. По окончании сварочного цикла сборку охлаждают в вакууме, инертной среде или на воздухе в зависимости от типа оборудования.

Условно различают два вида напряжения, вызывающего деформацию металла в зоне контакта и определяющего процесс формирования диффузионного соединения. Это высокоинтенсивное (Р ≥ 20 МПа) и низкоинтенсивное (Р ≤ 2 МПа) силовые воздействия. 

Сварка крупногабаритных двухслойных конструкций

При сварке с высокоинтенсивным воздействием сварочное давление создают, как правило, прессом, снабженным вакуумной камерой и нагревательным устройством (рис. 2). Но на таких установках можно сваривать детали ограниченных размеров — как правило, диаметром до 80 мм (рис. 1, а). 

При изготовлении крупногабаритных двухслойных конструкций (рис. 1, б) применяют открытые прессы. Перед помещением в пресс свариваемые детали также собирают в герметичные контейнеры, которые вакуумируют и нагревают до сварочной температуры (рис. 3).

Рис. 2. Принципиальная схема установки для диффузионной сварки (a) и общий вид многопозиционной установки СДВУ-4 М (б): и 1 — вакуумная камера; 2 — система охлаждения камеры; 3 — вакуумная система; 4 — высокочастотный генератор; 5 — гидросистема пресса

Кроме того, нужно исключить возможность потери устойчивости свариваемых элементов, передачи давления в зону сварки и создания условий локально направленной деформации свариваемого металла в зоне стыка. Поэтому диффузионную сварку проводят в приспособлениях с применением технологических вкладышей и блоков (рис. 3) для заполнения «пустот» (межреберных пространств). После сварки эти приспособления демонтируют или удаляют химическим травлением.

Рис. 3. Технологическая схема диффузионной сварки с высокоинтенсивным силовым воздействием: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — технологические элементы-вкладыши; г — сборка; д — сварка в прессе; е — демонтаж; ж — готовая конструкция; 1 — технологические вкладыши; 2-технологический контейнер; 3 — пресс

При сварке с высокоинтенсивным силовым воздействием локальная деформация металла в зоне соединения, как правило, достигает нескольких десятков процентов. Это обеспечивает стабильное получение доброкачественного соединения.

Сварка плоских конструкций и конструкций с большим радиусом кривизны

Диффузионная сварка с низкоинтенсивным силовым воздействием перспективна для изготовления слоистых конструкций (рис. 1, в). При таком способе диффузионной сварки допустимые сжимающие усилия ограничены устойчивостью тонкостенных элементов. Кроме того, не требуется сложного специального оборудования.

При изготовлении плоских конструкций или конструкций с большим радиусом кривизны сжимающее усилие проще всего обеспечить за счет атмосферного давления воздуха Q на внешнюю поверхность технологической оснастки при понижении давления газа в зоне соединения (рис. 4).

Рис. 4. Технологическая схема диффузионной сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием плоских конструкций: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — сборка; г — сварка; д — готовая конструкция; 1 — несущая обшивка; 2 — готовый заполнитель; 3 — технологические листы; 4 — мембрана 

Размещение с внешней стороны свариваемых объектов технологических элементов (прокладки, мембраны и др.) с локальной жесткостью исключает возможность потери устойчивости обшивок в виде прогибов неподкрепленных участков. Величина сварочного давления Р ограничивается предельным напряжением потери устойчивости заполнителя σп.з. (Р ≤ σп.з.).

Сварка конструкций сложного криволинейного профиля

При изготовлении конструкций сложного криволинейного профиля можно использовать технологическую схему (рис. 5). Тогда давление нейтрального газа воспринимается внешними элементами самой конструкции — например, несущими обшивками или оболочками. Во время сварки неподкрепленные участки обшивки деформируются (прогибаются) под давлением газа. Это ухудшает условия для формирования соединения, уменьшает сечение сообщающихся каналов, ухудшает аэродинамическое состояние поверхности. В этом случае Р ограничивается напряжением, при котором имеет место чрезмерная остаточная деформация обшивок на неподкрепленных участках (Р ≤ σп.о.). 

Рис. 5. Технологическая схема диффузионной сварки с низкоинтенсивным силовым воздействием конструкций сложной формы: а — требуемая конструкция; б — заготовки для сварки; в — сварка; г — характер деформации элементов конструкции при сварке; 1 — внешняя оболочка; 2 — внутренняя оболочка

В ряде случаев можно исключить применение внешнего давления для сжатия свариваемых заготовок. Этого можно достичь при помощи  термического напряжения, возникающего при нагреве материалов с различными коэффициентами линейного расширения. При сварке коаксиально собранных заготовок коэффициент линейного расширения охватывающей детали должен быть меньше коэффициента линейного расширения охватываемой детали (рис. 1, а).

Качество соединения при диффузионной сварке

Качество соединения при диффузионной сварке в вакууме определяется комплексом технологических параметров. Среди них можно выделить основные: температуру, давление, время выдержки. Диффузионные процессы в основе формирования сварного соединения являются термически активируемыми, поэтому повышение температуры сварки стимулирует их развитие. 

Для снижения сжимающего давления и уменьшения длительности сварки температуру нагрева свариваемых деталей следует установить по возможности более высокой. Тогда сопротивлением металлов пластической деформации понизится. В то же время нужно учитывать возможность развития процессов структурного превращения, гетеродиффузии, образования эвтектик и других процессов, изменяющих физико-механические свойства свариваемых металлов.

Удельное давление влияет на скорость образования диффузионного соединения и величину накопленной деформации свариваемых заготовок. Как правило, чем выше удельное давление, тем меньше время сварки и больше деформация. 

Так, при сварке в прессе с высокими удельными давлениями (до нескольких десятков мегапаскалей) время образования соединения может измеряться секундами, а деформация металла в зоне соединения — десятками процентов. При сварке с низкими  удельными давлениями (десятые доли мегапаскаля) время сварки может исчисляться часами, но деформация соединяемых заготовок составляет доли процента. 

Поэтому задачу выбора удельного давления следует решать с учетом типа конструкций, технологической схемы и геометрических размеров соединяемых заготовок, а время сварки выбирать с учетом температуры и удельного давления. При сварке разнородных материалов увеличение длительности сварки может сопровождаться снижением механических характеристик соединения. Причиной этому служит развитие процессов гетеродиффузии, приводящее к формированию в зоне соединения хрупких интерметаллидных фаз.

Для осуществления диффузионной сварки в настоящее время создано свыше 70 типов сварочных диффузионно-вакуумных установок. Сейчас разработка и создание установок для диффузионной сварки идет в направлении унифицирования систем (вакуумной, нагрева, давления, управления) и сварочных камер. Меняя камеру в этих установках, можно значительно расширить номенклатуру свариваемых узлов. Некоторые виды конструкций, изготовленных диффузионной сваркой, приведены на рис. 6.

Рис. 6. Примеры титановых конструкций, изготовленных диффузионной сваркой

Диффузионная вакуумная сварка. Диффузионная сварка металлов. Диффузионная сварка в вакууме

Диффузионная сварка – процесс производства неразъемного сварного соединения за счет диффузии (внедрения) атомов одного металла (обычно более мягкого) в кристаллическую решетку другого (более твердого). Таким образом, можно получать прочные неразъемные соединения разнородных металлов (биметалл), а так же неметаллов (например, керамика со стеклом).

Могут возникнуть трудности с смачиваемостью паяных поверхностей. Поэтому целесообразно предварительно обработать поверхности, покрывающие титаном, медью или серебром. Соединения олово-свинец, алюминиево-оловянные или оловянно-цинковые припои подходят в качестве обычных припоев для пайки. Для применения титановых припоев рекомендуется в дополнение к паяльному железу, особенно к пропановой паяльной горелке. При высоких температурах пайки возникают трудности, поскольку титан не нагревается выше 300 ° С из-за потери его вязкости.

По этой причине предпочтительно использовать твердый припой для титана на основе серебро-медь-литий. Предпочтение отдается пайке титана в муфельной печи под защитой аргона. Для флюсов пригодны флюсы, которые состоят из смесей щелочных хлоридов и фторидов щелочных металлов с небольшими добавками хлорида серебра или хлорида меди. Утверждения о пайке титана не предназначены для того, чтобы скрыть тот факт, что эта технология связывания включает в себя ее проблемы: хрупкие интерметаллические фазы, которые влияют на свойства прочности.

Способ был выдуман в 53-м Н.Ф. Казаковым и широко используется до сих пор в частности при производстве гидромоторов авиационной техники. Возможно использование и в других направлениях, в особенности там, где необходимо получить прецизионные пары трения, а детали и узлы собраны с применением антифрикционных материалов и работают на высоких оборотах. В качестве примера такой пары можно привести соединение оловяно-свинцово-никелевой бронзы БрОСН-10-2-3 со сталью 30Х3ВА – оно используется в блоке цилиндров авиационного плунжерного насоса.

Кроме того, флюсы не могут полностью защитить зоны нагретых материалов от абсорбции атмосферными газами. Поэтому целесообразно провести соответствующие испытания перед пайкой и обратиться к сварке титана. Тепловое расширение титана меньше, чем сталь. Наиболее важным методом соединения титана является, без сомнения, сварка. Не меньшее значение придается сварке горячим прессованием, диффузионной сварке, лазерной сварке и электронно-лучевой сварке. Различия, таким образом, устраняются во время сварки, так что титановые материалы могут быть приварены точно так же, как хромоникелевые стали при примерно одинаковой теплоте плавления.

Оборудование:

Понадобится вакуумная печь, способная обеспечить среднюю или высокую степень вакуума и приспособление с усилием сжатия 1-4 кгс/мм2. Таким приспособлением может быть специальное устройство, собранное внутри печи или графитовый контейнер, представляющий собой стакан с резьбой, на который накручивается крышка. При сварке бронзы со сталью в таком контейнере можно создать необходимое для диффузии первоначальное давление за счет большого коэффициента линейного термического расширения бронзы.

Титан имеет более низкое тепловое расширение по сравнению с нержавеющей сталью, что приводит к снижению усадки и напряжения. Эти химические соединения очень хрупкие и поэтому их следует избегать. Помимо этого ограничения, большинство титановых материалов характеризуются хорошей свариваемостью. Если учитывать принципы чистоты и расположения швов, известные в технике сварки, не следует ожидать ни трещин, ни поры в сварных швах. Как указано, титан, подобный алюминию, покрыт оксидным слоем, который необходимо удалить перед сваркой.

Способы диффузионной сварки

Если поверхность титана, подлежащая сварке, имеет оптически очень хорошее и, по-видимому, чистое состояние, также достаточно очистить щеткой из нержавеющей стали. Для очень грязных поверхностей пескоструйную очистку следует проводить перед сваркой, а затем необходимо выполнить описанную процедуру травления. Любая чистка должна начинаться сразу перед сваркой и, по возможности, заполняться тщательным промыванием и сушкой в ​​теплом воздухе. Сварные кромки должны обрабатываться так же, как и с обычной конструкционной сталью.

Охлаждение садки обеспечивается подачей аргона в камеру. Быстрое охлаждение позволяет так же закалить стальную часть узла до твердости 40 HRC.

Технология сварки бронзо-стальных деталей гидравлических агрегатов

Некоторые особенности сварки бронз со сталями

Сварка бронз со сталями в вакууме дает возможность получать соединения с минимальным количеством окисных и других неметаллических фаз в зоне соединения. Отсюда высокая надежность и стабильность сварных соединений. Этому способствуют процессы диссоциации и возгонки окисных и жировых пленок на свариваемых поверхностях бронзы и стали, которые в условиях вакуума протекают значительно интенсивнее, чем при нагреве в газовых защитных средах или соляных ваннах. Так, например, растекаемость бронзового расплава (25,5% Sn) по поверхности малоуглеродистой стали при температуре 810-820 градусов при прочих равных условиях в вакууме (10 -2 Па) на порядок выше, чем в соляной ванне (NaCl+KCl). С повышением температуры это отношение еще больше возростает.

Рабочая техника напоминает сварку других металлов, таких как хромоникелевая сталь. Сам процесс сварки легко упускать из виду и контролировать. Поэтому требуемые дополнительные меры варьируются от незначительных изменений сварочной горелки до обширных и сложных защитных газовых камер. Как правило, титановая сварка осуществляется с использованием местного защитного экрана. Сварка защищена со всех сторон защитным газом. На рисунке 2 показаны медные рельсы как защита от коррозии, которые могут использоваться при сварке титана.

Верхняя часть заготовки подвергается воздействию воздуха и также должна быть экранирована. Аргон подают в последний через шланг. Аргон-защитный газовый поток теперь формируется над сварным швом во время охлаждения, что предотвращает попадание воздуха в неподвижное место сварки. Нижнюю часть заготовки необходимо ополоснуть аргоном, а задняя сторона стоячего листа должна быть покрыта защитным газом аргона от воздуха. Это можно сделать, например, путем охлаждения во время сварки струей холодной воды.

При изготовлении бронзо-стальных деталей гидравлических агрегатов часто возникает необходимость упрочнения стали путем ее термической обработки (закалки). При нагреве заготовок в соляной ванне операции сварки и закалки легко совмещаются в одном термическом цикле. В вакууме эти операции совместить технически сложно, за исключением тех случаев, когда закалка осуществима при скоростях охлаждения, реализуемых в потоке инертного газа (для специальных сталей). Поэтому термообработку бронзо-стальных деталей предполагается производить после сварки, как самостоятельную операцию. При этом температура закалки не должна превышать предшествующую температуру сварки.

Поскольку аргон тяжелее воздуха, он обычно должен покрывать сварной шов в оловянной коробке. Если, однако, заготовка нагревается, заготовка нагревается, и, следовательно, газ аргона теплее. Он поднимается, потому что теперь он легче воздуха, а теперь более тяжелый воздух достигает горячего титанового шва. Это приводит к цветам аэрации и, следовательно, к охрупчиванию.

Следовательно, должен быть предусмотрен достаточно высокий листовой металл, чтобы заготовка была очень низкой. Герметично закрытые камеры или вытяжки, заполненные защитным газом, обеспечивают максимальную безопасность от поглощения газа, так как исключаются также воздействия от сквозняков и захваченного воздуха. В случае камер с избыточным давлением следует соблюдать осторожность, чтобы защитный газ ламинарно поднимался вверх от земли, и воздух смещался без завихрения. В самой верхней точке камеры должно быть отверстие для выходящего воздуха и заднего защитного газа.

Как показали экспериментальные исследования, термообработка не оказывает отрицательного влияния на свойства соединения. Прочность на разрыв сварных соединений ст. 30Х3ВА с Бр.ОС 10-10, полученных в вакууме и прошедших термообработку (закалка с 850-860 о С в масло, отпуск при 560 о С в течение 6 час) составляет, по экспериментальным данным, 310-330 МПа (31-33 кгс/мм 2) против 250-270 Мпа (25-27 кгс/мм 2) непосредственно после сварки. Последующая термообработка, как видно, благоприятно сказывается на упрочнении Бр. ОС10-10. Соединения этой стали с Бр.ОСН 10-1-3 после сварки и после аналогичной термообработки имеют примерно одинаковую прочность 300-330Мпа (30-33 кгс/мм 2)

Эти типы камер лучше всего работают с аргоном. Из-за очень тихой дуги рекомендуется использовать чистый вольфрамовый электрод. Однако вольфрамовый электрод с 2-4% торием можно также использовать в отношении более длительного срока службы. Это гарантирует, что на сварке не останется ни отпечатков пальцев, ни пыли. Что касается сварочных присадок, применяется следующее правило: Дополнительный материал = базовый материал. Сварка титана в настоящее время широко используется в аэрокосмической промышленности, а также в строительстве химических установок.

Следует отметить положительное влияние предварительного гомогенизирующего отжига бронз на их прочность в сварных соединениях. Отжиг в вакууме при 750 о С в течение 5 часов, помимо удаления избытка растворенных газов, способствует получению после сварки более равномерного распределения свинцовой составляющей в ее структуре. Прочность возрастает до 350-380 МПа (35-38 кгс/мм 2) для обеих марок бронз, правда, последующая термообработка (закалка с отпуском) возвращает прочность на прежний уровень (300-330МПа).

Самыми последними областями применения являются, например, конструкция вентилятора. Поэтому приходится все чаще обращаться с сваркой титана, как при сварке алюминия. Так же, как более 100 лет назад, цена на алюминий была огромной, текущая цена на титан также опустится до разумного уровня и поможет материальному Титану прорваться. Диффузионная сварка - это процесс сварки, в котором используются высокочистые свойства очистки водорода для улучшения характеристик потока припоя. Водородная атмосфера уменьшает окислы на поверхности основного материала, позволяя сплаву припоя течь более эффективно, чтобы создать пайку с высокой степенью целостности.

Необходимо учитывать высокую упругость пара таких элементов как свинец и цинк, которые часто содержатся в бронзах. В результате их испарения возможны изменения химического состава бронзы в приповерхностном слое и образование в ней пор.

Количественная оценка средней скорости испарения свинца с поверхности Бр. ОСН 10-2-3 и Бр. ОС10-10 соответственно при температуре 870-860 о С за время сварки (≈ 10 мин) показывает, что потеря свинца составляет для обеих бронз от 10 до 15% от его общего количества в исследуемых образцах (d=15мм; d=3,5 мм). Толщина приповерхностного слоя, обедненного свинцом, составляет при этом 0,2-0,3мм. В остальном объеме образцов состав бронз остается практически без изменений. Средние скорости испарения свинца в течение первых 5 мин. изотермической выдержки при температуре сварки составляют 6х10 -5 и 30х10 -5 кГ/м 2 с, а в последующие 5-тиминутные периоды изотермической выдержки – 6х10 -5 и 15х10 -5 ; 4х10 -5 и 14х10 -5 ; 3х10 -5 и 13х10 -5 кГ/м 2 с. и т.д. соответственно. В таблице представлены экспериментальные значения средней скорости испарения свинца с поверхности Бр. ОСН 10-2-3 и Бр. ОС 10-10 (Vисп.х10 5 кГ/м 2 с) в течение первых 10 мин. изотермической выдержки при различных температурах в вакууме 10 -2 Па.

Очистка: удаление оксидов с поверхности основного материала улучшает чистоту и целостность сварного соединения. Дополнительные опции для паяных сплавов и базовых материалов: позволяет использовать паяльные припои высокого давления и базовые материалы, которые нельзя сваривать внутри вакуумной атмосферы. Медицинские приборы Электронные устройства Аэрокосмические детали Паровые пайки высокого давления Паяльные отливки Великие чистящие наборы. Диффузионная сварка может быть применена к множеству материалов, таких как нержавеющая сталь, медь и некоторые сплавы на основе никеля.

Бронза Температура, о С
700 750 800 860 900
Бр. ОСН 10-2-3 ≈0 0,46 0,73 7,3 14,2
Бр. ОС 10-10 ≈0 3 5,5 22 43

Относительно высокая скорость испарения свинца с поверхности Бр.ОС 10-10 обусловлена более высокой по сравнению с Бр. ОСН 10-2-3 его концентрацией в жидкой фазе и в структуре, а также наличием в этой бронзе широких разобщающихся жидких прослоек по границам зерен, по которым свинец из глубины может свободно диффундировать к поверхности.

Что такое диффузия

Титановые сплавы нельзя сваривать в атмосфере водорода. Диффузионная сварка уменьшает поверхностные оксиды на контактных поверхностях, что приводит к чистому сварному шву с высокой степенью целостности, что улучшает эксплуатационные характеристики готовой детали.

Диффузионная сварка может быть выполнена внутри герметичной ретортной печи или печи с конвейерной лентой с выпуклым углом. Оба типа печей окружают обрабатываемую деталь в атмосфере водорода высокой чистоты. Поскольку нагрев печи нагревается выше температуры жидкости сплава припоя, атмосфера водорода уменьшает поверхностные оксиды, присутствующие в основном материале, и улучшает смачивающие характеристики сплава припоя.

Скорость испарения свинца при температуре твердо-жидкого состояния бронзы, как показывают экспериментальные исследования, максимальна в начальный момент, при достижении бронзой температуры сварки, затем убывает до какого-то постоянного уровня, определяемого интенсивностью поступления свинца к поверхности из глубины бронзы. Последнее в большой мере зависит от характера распределения и количества жидкой фазы в структуре бронзы. Межзеренное распределение жидкой фазы и наличие широких сообщающихся на большую глубину (транзитных) каналов в структуре бронзового сплава увеличивают вероятность потерь свинца на испарение. В случае мелкокапельного распределения и наличия в структуре обособленных тонких межзеренных прослоек продвижение свинца к поверхности затруднено и его испарение со временем может прекратиться.

Тема: Диффузионная сварка - цели - общая цель  Проведите эксперимент по объединению двух частей с помощью пайки, чтобы проанализировать влияние. Они движутся предсказуемым образом, пытаясь устранить разности концентраций и создать однородный и однородный состав. Наблюдая за эволюцией капли чернил в стакане воды или стаканом какого-либо окрашенного вещества в соответствующем растворителе, запахи, которые приходят к нам, представляют собой ежедневный опыт диффузионных явлений в газах и жидкостях, состояния, в которых по самому их состоянию подвижности атомы быстро диффундируют.

Приведенные выше значения испарения были получены в таких условиях нагрева, когда пары могли беспрепятственно распространиться от нагреваемого образца и осаждаться на холодные стенки вакуумной камеры, т.е. при нагреве в свободном (открытом) состоянии.

Скорость испарения свинца заметно падает, если бронзовый образец нагревать в вакууме в закрытом сосуде, например, в графитовом контейнере с плотно закрытой крышкой. Так, например, средняя скорость его испарения с поверхности Бр. ОС 10-10, выдержанной при 840-850 о С в течение 45 мин. в открытом стакане, составила 6,5х10 -5 кГ/м 2 с, в закрытом – 3,1х10 -5 кГ/м 2 с. При этом на стенках вакуумной камеры осадилось в первом случае 0,126 г, во втором – только 0,005 г свинца (масса образцов 6…7 г). Т.е. в закрытом сосуде остается практически вся испарившаяся легкоплавкая эвтектика. При последующих нагревах новых образцов в том же закрытом сосуде без удаления свинцовых конденсатов от предыдущих опытов скорость испарения продолжает снижаться до уровня, определяемого интенсивностью проникновения паров свинца через несплошности закрытого сосуда.

Однако это явление является общей тенденцией в природе и хотя и медленнее, оно одинаково наблюдаемо в твердых телах, стремясь гомогенизировать «несовершенства». Твердые вещества были определены как те материалы, атомы, ионы или молекулы которых расположены в фиксированной и регулярной форме минимальной энергии, называемой кристаллической решеткой. Несмотря на то, что они являются регулярными, естественные кристаллические решетки редко бывают идеальными: описание и контроль существующих несовершенств и даже создание дефектов в идеальной кристаллической решетке являются очень важным аспектом материальной инженерии.

Таким образом, использование для оснастки закрытого типа, например, в виде графитовых кассет, позволяет значительно уменьшить потери свинца на испарение и практически полностью предотвратить его осаждение на холодные стенки вакуумной камеры. В случае диффузионной сварки открытых заготовок необходимо по возможности ограничивать свободные для испарения поверхности бронзы. С этих соображений, например, при сварке телескопических соединений, целесообразно применять вместо тонкостенных втулок цельные бронзовые стержни.

Меньшие атомы также могут быть размещены в отверстиях, оставшихся от атомов решетки, составляющих другой тип несовершенства. И даже то же самое, атомы, ионы или молекулы, упорядоченные в сети, имеют энергию для перемещения из одной точки в другую, обмениваясь позициями с другим идентичным атомом, следуя упомянутым выше гомогенизирующим тенденциям. Поскольку не все атомы имеют одинаковую энергию, может применяться статистический критерий. Вероятность обмена позиций зависит от температуры в соответствии с уравнением Аррениуса.

Диффузионная сварка: метод, используемый для соединения материалов. Во-первых, применяя давление, которое деформирует обе поверхности, связывая их вместе, фрагментируя примеси и создавая большую площадь контакта атом-атом. Поскольку поверхности поддерживаются при сжатии и при повышенной температуре, атомы диффундируют вдоль границ зерен к остальным вакансиям, уменьшая размер вакансий на границе раздела. Наконец, рост зерен удаляет оставшиеся отверстия границ зерен. Третий этап включает полное устранение пустот, для которых должна производиться объемная диффузия, которая является относительно медленной.

В заключении следует отметить, что такие работы можно производить при более низкой температуре, чем, например, в среде защитных газов или соляной ванне. Так как растекаемость жидкой фазы бронзы по стали в вакууме хорошая, температура сварки может быть всего на 15-20 градусов выше равновесного солидуса бронзы.

Нагрев в вакууме имеет также определенные технические преимущества по сравнению с нагревом в газовых защитных средах. Получение и контроль низкого остаточного давления значительно проще, чем получение и контроль нейтральных и восстановительных газов соответствующей чистоты. В вакуумных установках с достаточной надежностью можно поддерживать необходимую степень разряжения. Кроме того, расходы по эксплуатации вакуумных установок ниже по сравнению с печами с газовой атмосферой.

Этот способ используется для связывания реакционноспособных металлов, таких как титан, для связывания различных металлов и материалов и связывания керамики. Шаги, полученные в кристаллической микроструктуре на стыке или диффузионном сварке. Сначала площадь контакта небольшая.: Прикладывание давления деформирует поверхность, увеличивая площадь контакта.: Диффузия в пределах зерна позволяет сжать отверстия.: Наконец, для окончательного устранения пустот требуется объемная диффузия.

Сварные металлы: наиболее часто используемые материалы в этом процессе сварки:       Титановая керамика Карбиды Основные элементы сплава из нержавеющей стали: железо, хром и никель. Оборудование и материалы  Генератор электрического тока трансформатора. Остановите систему или таймер. Фотокамера Водонепроницаемые очки Сьерра-Нитал Перчатки Шлифовальные шлифмашины Шлифовальная полировальная машина Микроскоп.

Технологическая оснастка для сборки и сварки деталей гидравлических агрегатов

При сварке бронз со сталями в твердо-жидком состоянии бронзы, независимо от способа нагрева, требуется применение различных приспособлений и технологической оснастки, предназначенных для сборки и фиксации свариваемых изделий при загрузке, нагреве и извлечении их из сварочной установки или печи. Для сборки телескопических соединений могут быть использованы гидравлические или механические прессы с необходимым усилием запрессовки, которое определяется действительной величиной натяга и жесткостью свариваемых заготовок. В собранном виде заготовки размещают в вертикальном положении на подставке или подвеске и загружают в печь (нагревательное устройство). Давление в контакте свариваемых материалов в этом случае создается за счет разного термического расширения бронзы и стали. Какие-либо дополнительные устройства для этой цели не требуются.

Для сварки стыковых соединений, например, при изготовлении бронзо-стальных башмаков или блоков цилиндров гидравлических агрегатов, на установках, в которых отсутствуют системы давления, следует применять сборочно- сварочные приспособления, с помощью которых в условиях общего нагрева создавалось бы требуемое силовое воздействие на свариваемые детали.

Основное назначение приспособления состоит в том, чтобы в процессе нагрева за счет термических напряжений, возникающих в системе приспособления-свариваемые изделия, сгладить имеющиеся на соединяемых поверхностях макро- и микронеровности и образовать между ними физический контакт.

Кинетика развития внутренних усилий и деформаций в системе приспособление-свариваемые изделия зависит от многих факторов: физико-механических характеристик материалов, конструкции и геометрических размеров всех элементов системы, распределения температур между ними и по сечению каждого элемента и т.д.

Ниже рассмотрены методы конструирования приспособлений для сборки и сварки стыковых соединений деталей гидравлических агрегатов (башмаков и блоков цилиндров) при нагреве в вакууме.

На рисунке 1 представлено приспособление для сборки и сварки стыкового соединения бронза-сталь блока цилиндров 1.


Оно состоит из тонкостенного стакана 2 и навинчиваемой на него сверху до упора в свариваемые детали тонкостенной крышки 3. В отличие от известных конструкций, состоящих, как правило, из двух запорных фланцев и съемных стяжных элементов (одного или нескольких стяжных болтов, распорных втулок и пр.), рассматриваемое приспособление содержит две однотипные детали, в которых роль стяжного элемента играют тонкостенные цилиндрические обечайки, выполненные заодно с опорными фланцами и связанные друг с другом с помощью резьбового соединения.

Приспособление вместе со свариваемыми изделиями образует замкнутую систему, в которой следует различать активную часть (свариваемые детали изделия) и пассивную часть (стяжные элементы). Для возникновения внутренних напряжений в системе (сжатия в активной части и растяжения в пассивной) необходимо, чтобы при нагреве суммарное термическое удлинение элементов активной составляющей системы было больше, чем термическое удлинение пассивной. Это достигается соответствующим подбором материалов приспособления по их коэффициентам термического расширения.

Элементы приспособления должны иметь достаточно высокое сопротивление пластической деформации при высоких температурах. Для их изготовления пригодны жаропрочные материалы, имеющие стабильную структуру и сохраняющие свои свойства при многократном термоциклировании. При сварке в вакууме следует учитывать также возможность схватывания элементов приспособления друг с другом. и сор свариваемыми изделиями.

Наиболее удовлетворяют перечисленным выше требованиям углеграфитовые материалы, например, высокопрочный графит марок МПГ-6 или ВПП. Они обладают наиболее низким из доступных материалов коэффициентом термического расширения, и дает возможность получать большой деформационный потенциал приспособления, имеют прочность, достаточную для создания требуемого силового воздействия на свариваемые изделия, химически стойки и не взаимодействуют в вакууме с большинством металлов при высоких температурах (до 1000 градусов Цельсия), термостойки, легко обрабатываются и, что также очень важно, могут оказывать дополнительное защитное действие на соединяемые металлы, связывая возможные примеси кислорода во внутреннем пространстве приспособления.

Принцип действия приспособления (оснастки)

Заключается в следующем. Собранные под сварку детали 1 (рис.1) ставят на дно стакана 2 и сжимают вручную с помощью навинчивающейся сверху крышки 3. Откачка воздуха, замкнутого внутри такой кассеты, происходит в вакуумной печи (10-2) через естественные несплошности в резьбовом соединении крышки со стаканом. При длительной откачке внутри кассеты создается достаточное для осуществления качественной сварки степень разрежения. В то же время проникновение легкоиспаряющихся компонентов бронзы, например, свинца, через несплошности резьбового соединения затруднено, и внутри кассеты в результате этого создается давление паров, препятствующее дальнейшему его испарению с поверхности деталей. Потери металлов на испарение тем меньше, чем меньше объем незаполненного пространства внутри кассеты и чем плотнее резьбовое соединение крышки со стаканом. Выполнению последнего условия способствуют внутренние усилия, возникающие в системе приспособление – свариваемые изделия при нагреве ее до высокой температуры. Под действием этих усилий (растяжения в стяжных элементах оснастки) резьбовое соединение еще больше уплотняется и сопротивление потоку паров металлов таким образом возрастает.
Передача осевого усилия в приспособлении происходит по наклонным поверхностям резьбы. В результате этого в резьбе возникают равномерно распределенные по окружности радиальные усилия, которые деформируют тонкие цилиндрические обечайки в соответствующих направлениях, как это схематически показано пунктиром на рис.1. Накапливаемая при нагреве упругая деформация приспособления складывается таким образом из деформации его стяжных элементов не только в осевом, но и в радиальном направлении. После достижения соединяемыми деталями температуры сварки, когда сопротивление пластической деформации бронзы невелико, часть накопленной упругой деформации приспособления расходуется на сглаживание макро-микронеровностей в стыковом соединении, часть – на устранение вероятных несплошностей и перекосов, вызванных неточностями изготовления и сборки свариваемых деталей и элементов приспособления. Чем больше деформационный потенциал приспособления, тем больше вероятная пластическая деформация осадки бронзы в процессе сварки.
Необходимым условием образования плотного (без пор и микронесплошностей) соединения при диф.сварке является наличие физического контакта свариваемых поверхностей металлов друг с другом по всей площади сварного соединения. Прочность соединения возрастает, если фактическая площадь физического контакта близка или равна величине его геометрической площади. При сварке бронзы со сталью физический контакт образуется, главным образом, за счет пластического течения бронзы, как более мягкого материала, путем заполнения ею неровностей на поверхности стали. При этом пластическая деформация происходит не только в приповерхностных слоях бронзы, но и во всем ее объеме, воспринимающем сварочное давление. В связи с этим величина пластической деформации (осадки) бронзовой заготовки должна быть больше суммарной высоты микронеровностей на свариваемых поверхностях, и при оценке требуемой величины осадки при сварке можно лишь в первом приближении ориентироваться по средней статистической высоте макро- и микронеровностей стыкуемых поверхностей.
При определении требуемой величины деформационного потенциала приспособления необходимо учитывать также шероховатость контактирующей с бронзой опорной поверхности приспособления, неплоскостность, непараллельность (биение относительно центральной оси) опорных поверхностей свариваемых заготовок и всех элементов приспособления, т.е.

где К – деформационный потенциал системы;
Δi – различные отклонения от плоскости и биения опорных поверхностей свариваемых заготовок и элементов приспособления.
Так, например, если предположить, что для рассматриваемой конструкции приспособления (рис 1) средняя высота микронеровностей свариваемых поверхностей бронзы и стали, а также опорной поверхности бронзы и контактирующей с ней опорной поверхности при способления составляет 0,025 мм и все стыкуемые поверхности, в том числе в резьбовом соединении приспособления, имеют неплоскостность и биение, равные по 0,02 мм соответственно, то деформационный потенциал системы должен быть

К>(4*0,025+4*0,02+2*0.02+2*0,02)=0,26 мм
К>0,026

Сборочные эскизы. сварка систем «бронза-сталь» в графитовых контейнерах


Справка: Технология диффузионной сварки востребована в промышленности при производстве гидромоторов для авиационной техники — плунжерные насосы и т.д. и в других отраслях промышленности, где нужно получить биметаллы.

Своеобразной в отношении своих физических особенностей разновидностью сварки давлением является диффузионная сварка. Она осуществляется посредством взаимной диффузии частиц контактирующих заготовок при несущественной пластической деформации и довольно продолжительном действии высоких температур. Роль такого взаимопроникновения в металлах при сварке не всегда однозначна.

Диффузия может как способствовать дополнительной прочности соединения, так и образовывать хрупкости в соединениях. В сварке этим способом соединение образуется благодаря совместному действию нагрева с давлением, а отличительной его особенностью является использование довольно высоких температур нагревания при небольшом удельном давлении. Обычно оно находится в пределах текучести соединяемых металлов.

Технология диффузионной сварки

Схема процесса диффузионной сварки металлов представляет собой следующую последовательность. Перед началом сварки соединяемые детали собираются с помощью особого приспособления, способствующего передаче давления в место их стыковки. Затем заготовки вакуумируют и подвергают нагреву до требуемой температуры с последующим приложением давления в течение определенного промежутка времени. Отдельные случаи требуют дополнительной выдержки изделия в температуре сварки после снятия с него давления. Это необходимо для полноты протекания процесса рекристаллизации, что способствует формированию более качественных соединений. Завершается сварочный цикл охлаждением сборной конструкции в зависимости от типа применяемого оборудования диффузионной сварки с помощью инертной среды, вакуума либо воздуха.

Образование сварного соединения этим способом сварки условно можно разделить на две стадии. В ходе первой из них создается физический контакт соединяемых элементов. При этом каждая точка свариваемого металла должна находиться от другой на расстоянии, позволяющем взаимодействие между атомами. Вторая стадия заключается в формировании структур образуемого соединения в ходе операций релаксации. К определяющим параметрам процесса диффузионной сварки в вакууме относят давление, длительность и температуру нагревания, рельеф соединяемых поверхностей и состояние среды, в которой осуществляется сварка.

Давление, подаваемое на контактирующие детали, с учетом видов свариваемых металлов и температуры, может изменяться в широком диапазоне. Осадка заготовок производится чаще всего при помощи систем пневматики. Температура обычно составляет чуть больше половины от температуры плавления, до 80% для сварки однородных металлов и в пределах 70% для разнородных и более легкоплавких материалов. Такой температурный режим способствует пластическому деформированию металлов с выравниванием поверхностей, а также ускорению взаимных диффузий частиц материалов в зоне их стыка.

Время действия температур измеряется в пределах от нескольких минут до нескольких десятков. Нагрев в установках диффузионной сварки осуществляется, как правило, индукционным током, а также возможен с помощью обычного сопротивления, электронного луча, электротока, пропускаемого через изделие, и прочих источников. Сварка производится в условиях безокислительного нагревания. С целью предупреждения возможного образования поверхностных пленок из оксидов в сварочном процессе применяют вакуумную защиту, а соединяемые поверхности перед сваркой тщательно зачищают.


Предварительная обработка заготовок под сварку также оказывает заметное влияние на ход диффузионного процесса. Это отражается в структурных изменениях их поверхностного слоя и ходе протекания физического контакта материалов. В ходе подготовки свариваемых деталей любым из способов (химическим, механическим, электролитическим и пр.) возможно формирование поверхностных пленок из оксидов. При этом не отмечается их негативного влияния на ход процесса благодаря самопроизвольному очищению заготовок от окислов, происходящему вследствие нагревания металла в вакууме с последующей выдержкой.

В случаях недостаточной интенсивности диффузионных процессов в соединяемых деталях с резко отличающимися коэффициентами линейного расширения материалов, а также при наличии возможности образования хрупкости в шве, эффективно использование между ними промежуточного слоя. Это может быть прокладка из фольги, порошковый подслой и др. Данный метод целесообразен при сварке как металлов и их сплавов, так и в отношении неметаллических материалов. Так, к примеру, сваривают кварцевые заготовки через прокладку из меди. Исходя из свойств свариваемых материалов и промежуточного слоя, определяют параметры такого процесса.

Применение диффузионной сварки

К преимуществам данного способа относят возможность диффузионной сварки разнородных материалов с получением равнопрочного шва без существенных изменений в физико-химических характеристиках, высокий уровень защиты и отсутствие необходимости в присадочном металле. Такая сварка позволяет создание прочных конструкций как из однородных металлов со сплавами, так материалов разного рода, в том числе резко отличающихся своими характеристиками. Это не растворимые друг в друге, тугоплавкие или малопластичные металлы и сплавы, соединение которых довольно затруднительно. А применение диффузионного способа позволяет получать сварные конструкции даже из таких пар металлов и сплавов, которые практически невозможно соединить с помощью других видов сварки. Примером этого может служить диффузионная сварка титана со сталью, стойкой к коррозии, молибдена с медью или ниобия с вольфрамом.


Практикой использования диффузионного процесса выработаны две его основные технологии, зависящие от способа приложения нагрузок. В первой из них применяется нагрузка постоянного характера с величиной, не превышающей предел текучести. Во второй технологии нагрузку в сочетании с пластической деформацией обеспечивает особое устройство. Скорость его перемещения в ходе сварки можно контролировать.

Электронно-лучевая сварка

В институте имеются современные приборы, генерирующие электронный пучок соответствующей формы, мощности и плотности энергии, способные передавать пучку определенные движения, а также возможность проведения работ в области современных методов контроля и диагностики, в том числе дистанционных диагностика с использованием элементов искусственного интеллекта.

Данные устройства позволяют эффективно выполнять текущие задачи института в данной области, ее развитие, а также справляться с зарубежной конкуренцией, в частности:

  • изучение явлений, происходящих в материалах в результате взаимодействия электронных пучков с очень высокой плотностью энергии,
  • разработка технологических регламентов и специализированных экспертных систем для электронной сварки и модификации поверхности,
  • выполнение работ по современным системам управления электронно-сварочными аппаратами и другими устройствами, использующими высокоэнергетический электронный пучок выполнение работ по системам диагностирования технического состояния этих устройств

Электронно-лучевая сварка в вакууме

Область применения: автомобильная, авиационная, оборонная, электромеханическая, машиностроительная, приборостроительная и измерительная, электронная промышленность.

Электронно-лучевым методом свариваем все материалы, сваренные традиционными методами, и дополнительно:

  • Стали с повышенным содержанием углерода,
  • Металлы с высокой теплопроводностью, например медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, золото, серебро, платина.
  • Химически активные металлы, например бериллий, ванадий и т. д.
  • Металлы с различными физическими и химическими свойствами, например биметаллические полосы.
  • Металлы тугоплавкие (вольфрам, тантал, молибден, ниобий).

Мы предлагаем:

  • Разработка технологии сварки конкретных деталей.
  • Консультации и консультации специалистов по оптимизации конструкции сварных элементов и выбору лучших материалов.
  • Услуги по сварке деталей в виде полуфабрикатов или «готовых» деталей массой до 30 кг и размерами не более 500х600х300 мм, изготовленных из стали, меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов, бериллия, ванадия , благородные металлы, тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал, молибден, ниобий), титан и его сплавы, детали из металлов с различными физико-химическими свойствами.
  • К каждой свариваемой детали можно прикрепить графики основных параметров сварки.

У нас есть электронные сварочные аппараты различной мощности

  • WS 0,5/25 мощностью 0,5кВт - размер камеры 440х440х580мм
  • WS 8/80 мощностью 8кВт - размер камеры 1600х710х800мм
  • WS 10/80 мощностью 10 кВт - размер камеры 1600x710x800мм

.90 000

ЭЛЕКТРОННАЯ СВАРКА

Электронно-лучевая сварка является одним из видов сварки металлов. Электронная сварка - это нагрев места связь с помощью электронного луча. Этот метод выполняется с использованием аппарата для электронной сварки, в котором источником электронов является электронная пушка. Электроны разгоняются напряжением в десятки кВ. Характерной особенностью электронной сварки является то, что сварка обычно происходит в среде вакуума порядка 10 -4 ... 10 -5 мбар. Другая особенность заключается в том, что сварной шов образуется путем сплавления кромок соединяемых деталей. Поэтому нет необходимости использовать дополнительное связующее.
Этот метод позволяет использовать металлы (например, вольфрам-медь, ниобий-медь), которые нельзя получить другими методами сварки. Вакуум вокруг заготовки предотвращает образование пузырьков газа в сварном шве; Газы откачиваются немедленно, предотвращая образование дефектов и пузырей. Вакуум также предотвращает окисление соединяемых металлов, благодаря чему сварные швы получаются очень хорошего качества.

Однако обычная электронная сварка имеет некоторые недостатки. Во-первых, этот метод плохо подходит для соединения металлов и сплавов, которые легко испаряются в вакууме, таких как алюминий и магний. Во-вторых, для сварки этим способом требуется сложное оборудование: низковакуумные и высоковакуумные насосы (обычно диффузионные), насос для прокачки пусковой установки (ранее диффузионный, сейчас чаще всего турбомолекулярный), электронно-пусковая установка с источниками питания, системы электронного предварительного просмотра свариваемой детали и т.д. .В-третьих, свариваемые детали должны быть таких размеров, чтобы поместиться в сварочной камере. Стоимость использования классических сварочных аппаратов относительно высока из-за потребления энергии, необходимой для работы насосов, расхода воды на ходьбу и техническое обслуживание компонентов сварочного аппарата.
Электронная сварка имеет более чем столетнюю историю. В конце 19 века Уильям Крукс заметил, что катодные лучи способны нагревать металлическую фольгу, расположенную на их пути.

В 1907 годуМарчелло фон Пирани, немецкий изобретатель, будет использовать это явление для очистки тугоплавких металлов. В последующие годы конструкторы строили все более совершенные электронные печи для плавки металлов. Только развитие ядерной техники вызовет необходимость поиска новых способов соединения металлов. Это было связано с тем, что эти металлы имели разные свойства и не работали хорошо или ранее известными способами. В 1950 году был построен первый практичный аппарат для электронной сварки, который использовался для производства топливных элементов для ядерных реакторов.В Польше проектирование и исследование электронных сварочных аппаратов началось в 1960-х годах в Промышленном институте электроники в Варшаве и его филиале во Вроцаве. Ниже фото сварочного аппарата, построенного в ПИЕ в начале 1970-х годов. Электронно-лучевая сварка имеет ряд преимуществ. Этот метод позволяет использовать металлы (например, вольфрам-медь, ниобий-медь), которые нельзя сочетать с другими методами сварки.Электронная сварка применяется, в том числе, для соединения элементов вакуумной аппаратуры. В Польше электронная сварка осуществляется Научно-исследовательским институтом теле- и радиосвязи. Инициатором использования этой техники сварки в Польше был проф. Визав Барвич.

Электронная сварка при низком давлении представляет собой разновидность описанного выше метода и может использоваться в нескольких различных вариантах. Одним из вариантов является использование электронной пушки с холодным катодом, для которой требуется атмосфера разреженного газа с давлением около 0,2 мбар, или 2x10 -4 атмосфер.Рабочим газом может быть аргон, дешевый благородный газ с относительно тяжелыми атомами. Используйте этот вариант сварки в своей лаборатории.

Принцип работы данного сварочного аппарата следующий. В вакуумной камере К находится электронная пушка W, которая также является холодным катодом. Питание пусковой установки осуществляется от высоковольтного источника питания Z. Напряжение от источника питания плавно регулируется в диапазоне от нуля до нескольких кВ, выход по току источника питания составляет несколько сотен мА. Пусковая установка выполнена из алюминиевого вала со сферической поверхностью, выдавленной на лицевой стороне пусковой установки.В центре пусковой установки имеется углубление, из которого выходит пучок электронов. Он бомбардирует свариваемую деталь. Кинетическая энергия электронного луча преобразуется в основном в тепло, которое используется для сварки заготовки D. Заготовка перемещается с помощью вакуумного манипулятора или сервопривода внутри камеры (эти элементы на чертеже не показаны). Вакуумметр PR показывает значение вакуума в камере. Необходимым условием работы пусковой установки является подача высокого напряжения и наличие в камере газа под небольшим давлением.Чтобы исключить возможность химической реакции этого газа со свариваемыми деталями, этот газ должен быть благородным газом. Газ подается в камеру из баллона Б с помощью клапана с редуктором на баллоне Р и дозирующего клапана ЗД. При этом газ откачивается через вакуумный канал с запорной арматурой ЗО с помощью роторного насоса ПО, поэтому сварка ведется в потоке благородного газа. После окончания сварки клапаны ZD и ZO закрываются, а воздушный клапан ZZ открывается. После воздуха в камере свариваемую деталь можно снять со сварочного аппарата.


С помощью данного сварочного аппарата я успешно выполнял соединения различных металлов, в том числе и термопарных диаметром 0,08-0,4 мм, медной, никелевой и константановой проволокой. Я делаю эти алюминиевые провода диаметром 1,5 мм и детали из нержавеющей стали.

Аппарат электронной сварки WS6/25 Unitra Obrep

Технические паспорта польских электронно-сварочных аппаратов (rar-файл)

Пучок электронов в вакууме - статья из "Технического обозрения" 34/1987.(файл .rar)

Возврат на главную сторону

.

Измерение вакуума при электронно-лучевой сварке

Электронно-лучевая сварка — это процесс, при котором высокоэнергетический электронный пучок из электронной пушки ускоряется и фокусируется с помощью электрических и магнитных полей, а затем направляется на два материала, чтобы соединить их вместе. Кинетическая энергия электронов создает очень высокую температуру, которая плавит оба материала вместе (электроны — очень легкие частицы, точно 9 * 10-31 кг или 2 * 10-30 фунтов).Электронный луч требует, чтобы система находилась в вакууме, чтобы поддерживать скорость и резкость электронов, тем самым предотвращая рассеяние или рассеивание луча (без вакуума электроны достались бы другим молекулам в атмосфере, включая азот, кислород и водяной пар). Именно здесь вводится вакуумметр Televac, чтобы гарантировать, что система находится в вакууме, достаточном для правильной работы.

Существуют две соответствующие спецификации AMS, когда речь идет о сварке E-Beams: AMS 2680 и AMS 2681.Им требуются два разных уровня вакуума, 1 * 10-4 торр и 1 * 10-3 торр соответственно. Обратите внимание, что это спецификации для аэрокосмической промышленности. В зависимости от уровня вакуума и требований к точности системы существует несколько вариантов измерения вакуума Televac, существенные различия которых указаны ниже.

Первый вариант — решение с активным указателем. В случае активного счетчика управляющая электроника подключается непосредственно к физическому датчику, а затем доступны дополнительные выходы для индикации уровня вакуума, включая аналоговый выход от 0 до 10 В, связь RS-485 или связь EthernetIP.Активными измерительными приборами, которые можно использовать для электронно-лучевой сварки, являются MX2A или MX4A (термопарные вакуумные приборы) для измерения от 1000 Торр до 1 * 10-3 Торр, затем MX7B (вакуумметр с холодным катодом) для измерения от 1 * 10-3 Торр и более глубокий вакуум (до 1*10-8 Торр).

Второй вариант — отделить управляющую электронику от физического датчика. Это может быть идеальным решением, если вам нужно или вы хотите иметь удаленный дисплей в другом месте сварочного аппарата E-Beam. Датчики MV2A и 2A являются идеальным решением, если вам нужно измерять только до 1 * 10-3 торр или MX200 с 2A / 4A (также для грубого измерения вакуума до 1 * 10-3 торр) в сочетании с 7B для среднего и высокого измерения вакуума (до 1*10-7 Торр).В зависимости от выбранного контроллера (MV2A или MX200) доступны дополнительные аналоговые выходы от 0 до 5 В, аналоговые от 0 до 10 В, связь RS-232, связь RS-485 или связь EthernetIP.

Запутались в единицах измерения? Не будь! Вот несколько простых преобразований из Торр в другие распространенные единицы измерения (для получения дополнительных преобразований, проверьте наш конвертер единиц):

1 торр = 1,33 мбар

1 торр = 1 мм рт.ст.

1 торр = 1,33 * 10-1 кПа

Не знаете, какой продукт выбрать? Пообщайтесь с нами, используя окно в правом нижнем углу этого экрана, позвоните нам по телефону +1 215 947 2500 или напишите нам по адресу [email protected] ederickscompany.ком!

Обратите внимание, что сварку электронно-лучевой балкой можно выполнять и в атмосфере. Поскольку луч рассеивается при столкновении с различными молекулами/газами в атмосфере, сварные швы имеют тенденцию быть шире, что может не подходить для некоторых применений.

.

Что такое электронная сварка?

Одним из самых современных и передовых методов сварки является электронно-лучевая сварка. Этот прием, заключающийся в локальном нагреве швов электронным пучком, успешно применяется в больших масштабах во многих отраслях промышленности и в строительстве. Так что стоит подробнее разобраться, что же такое метод электронной сварки? А также в чем его самые большие преимущества и недостатки.

Что такое электронная сварка?

В методе электронной сварки электронный луч используется для нагрева соединяемых элементов. Нагрев мест стыковки электронным лучом осуществляется с помощью электронно-сварочного аппарата, в котором генератором луча является электронная пушка. Чаще всего этот вид работ проводят в условиях вакуума 10-4…10-5 мбар.

Вакуум, окружающий заготовку, предотвращает образование пузырьков газа в сварном шве, так как выделяющиеся газы немедленно откачиваются.Благодаря этому не остается пузырей и дефектов. Кроме того, вакуумная среда предотвращает окисление соединяемых металлов, что, в свою очередь, обеспечивает высокое качество сформированных сварных швов.

Интересно, что при этой технике сварной шов образуется путем сплавления кромок соединяемых элементов. Таким образом, нет необходимости в дополнительном связующем.

Электронная сварка позволяет соединять металлы, которые не могут быть соединены другими методами сварки, напр.вольфрам с медью или ниобий с медью, поэтому этот метод открывает новые возможности для сварочной промышленности.

Каковы преимущества электронной сварки?

Электронная сварка имеет ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, он позволяет соединять разные металлы, что было невозможно при других методах сварки. Мы уже упоминали, что в этом методе можно сочетать медь с вольфрамом или ниобием. Кроме того, он также используется для соединения элементов вакуумной аппаратуры.Во-вторых, электронно-лучевая сварка позволяет делать более толстые швы. В-третьих, путь электронного луча узкий, что уменьшает общую площадь нагрева, что, в свою очередь, предотвращает деформацию свариваемых материалов. В-четвертых, процесс электронной сварки обеспечивает получение прочного сварного шва высокого качества. В-пятых, этот метод очень быстрый и универсальный. Мы уже упоминали о возможности комбинирования материалов с разными свойствами.Однако он также позволяет выполнять различные типы сварных швов с разной глубиной проплавления. В-шестых, при сварке этим методом можно принимать любое положение, что дает большие возможности для создания соединений, невозможных при традиционных способах сварки.

Электронная сварка - ограничения

Конечно, этот метод, имея множество преимуществ, также имеет свои ограничения. Благодаря электронной сварке стало возможным соединять различные материалы, но не все.Ну не работает он при соединении металлов со сплавами, легко испаряющимися в вакууме, такими, например, как магний или алюминий.

Кроме того, для электронно-лучевой сварки требуется специальное оборудование, которое, к сожалению, дорого стоит. В том числе:
• низковакуумные и высоковакуумные насосы - чаще всего диффузионные,
• пусковые насосы откачки - в настоящее время турбомолекулярные чаще заменяют существующие диффузионные,
• электронные системы просмотра сварного элемента,
• электронные пусковые установки с блоками питания.

Также следует учитывать, что свариваемые детали должны быть соответствующих размеров, т.е. должны помещаться в сварочной камере.

Где используется электронная сварка?

С развитием различных отраслей промышленности также возникает потребность в использовании все более требовательных и технологичных решений, в том числе касающихся методов сварки. Конечно, крайне важно обеспечить высокое качество продукции, но при этом снизить ее себестоимость.Электронно-лучевая сварка предлагает такие возможности. Стоит отметить, что этот метод вовсе не нов, так как известен уже более полувека. Благодаря постоянному совершенствованию и модернизации его используют практически все крупные машиностроительные компании мира.

Электронная сварка используется во многих отраслях промышленности, в том числе в:
1. авиация - для сварки алюминиевых и титановых баков, подлокотников, элементов фюзеляжа, лопастей, дисков барабанного несущего винта, топливных впрысков;
2.автомобильная промышленность - для сварки корпусов двигателей, охладителей, катализаторов, фильтров, колесных дисков и деталей трансмиссии;
3. Энергетическая и электромагнитная промышленность - для машиностроения и вводов;
4. медицинские - для приварки элементов зубчатых передач в протезах конечностей, а также для модификации поверхности имплантатов;
5. Железнодорожный транспорт и рельсовое строительство.

Метод электронно-лучевой сварки идеально подходит для производства в промышленных масштабах, а также для производства отдельных элементов.Благодаря использованию современных технологических решений удается обеспечить стабильность параметров в процессе сварки, а также полную свободу в программировании и повторяемость результатов. Более того, низкие эксплуатационные расходы говорят в пользу электронной сварки, благодаря чему этот метод сварки охотно используется во многих отраслях промышленности. Также стоит помнить, что когда другие способы сварки дают сбой, электронно-лучевая сварка оказывается надежной.

Партнер статьи Техника сварки .

.

Смотрите также