Проверка эффективности метода на практике
Процесс диффузионной сварки с использованием никелевой прослойки
Введение
В настоящее время в сфере машиностроения широко используется диффузионный способ сварки. Основная проблема использования вида сварки, в том, что в процессе используется очень высокая температура нагрева, вследствие чего идут большие затраты энергии и оказывается высокое деформационное воздействие на металл шва. Чтобы устранить эти проблемы, между поверхностями свариваемых металлов используем прослойку из никеля.
Общие сведения
Диффузионная сварка производится воздействием давления и нагревом свариваемых деталей в защитной среде.
Свариваемые детали тщательно зачищают, сжимают, нагревают в вакууме специальным источником тепла до температуры рекристаллизации (0,4 Тпл), и длительно выдерживают. В начальной стадии процесса создаются условия для образования металлических связей между соединяемыми поверхностями.
Низкое давление способствует удалению поверхностных пленок, а высокая температура и давление приводят к уменьшению неровностей поверхностей и сближению их до нужного расстояния. Затем протекают процессы диффузии в металле, образуются промежуточные слои, увеличивающие прочность соединения. Соединения получают при небольшой пластической деформации.
Перед сваркой поверхность детали обрабатывают по 6 классу шероховатости и промывают для обезжиривания ацетоном.
|
|
|
Процесс сварки осуществляется с использованием разных источников нагрева. В основном применяют индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, нагрев проходящим током, тлеющим разрядом или в расплаве солей.
К преимуществам диффузионной сварки можно отнести:
- минимальная энергозатрата по сравнению с остальными инверторами;
- для соединения диффузией не применяются электродная проволока и припои;
- высокие показатели соединения;
- возможность соединить любые геометрические элементы;
- безопасный рабочий процесс.
Оборудование для диффузионной сварки
Установки для диффузионной сварки в общем случае имеют рабочую вакуумную камеру, механизм для создания сварочного давления, источник нагрева, вакуумную систему, аппаратуру управления и контроля (как показано на рисунке 1). Конкретные установки для диффузионной сварки могут иметь большое разнообразие конструктивного оформления отдельных функциональных узлов и систем, рабочую вакуумную камеру, в которой размещены свариваемая заготовка, нагреватель, механизм давления, выполняют обычно цилиндрической или прямоугольной формы из коррозионно-стойкой стали. Для увеличения производительности предусматривают несколько камер с целью получения непрерывности процессов загрузки и выгрузки Заготовок и изделий (камеры шлюзования), совмещения по времени отдельных операций цикла сварки (многокамерные установки карусельного типа)
|
|
|
1 — вакуумная камера; 2 — система охлаждения камеры; 3 — вакуумная система; 4 — высокочастотный генератор; 5 — гидросистема пресса.
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки для диффузионной сварки
Технология сварки с использованием никелевой прослойки
В настоящее время процесс получения шва диффузионной сваркой иногда протекает довольно тяжело для облегчения соединения деталей можно использовать еще промежуточную прослойку, в качестве которой выступает суспензия порошка никеля и связующего вещества - раствора поливинилбутираля.
Поливинилбутираль - это смола, которая в основном используется для применений, требующих сильного связывания, оптической прозрачности, адгезии со многими поверхностями, вязкости и гибкости. Его получают из поливинилового спирта реакцией с бутиральдегидом.
|
|
|
На одну из свариваемых сторон поверхностей детали наносят промежуточный слой в виде покрытия металла с раствором никеля и полибутираля, с родственного по крайней мере с одним из элементов материала подложки. Слой наносят толщиной, соответствующей количеству металла, способного в процессе сварки полностью продиффундировать в материал подложки с образованием монолита.
Затем конструкцию собирают, нагревают и осуществляют диффузионную сварку при температуре 0,9-0,95 температуры плавления наименее тугоплавкого из диффундирующих металлов. В процессе сварки на конструкцию оказывают давление, способствующее протеканию диффузионных процессов в сварном соединении. Детали могут быть выполнены из хромоникелевой нержавеющей стали. Одна из свариваемых поверхностей может быть выполнена с проточками.
Выполненный промежуточный слой можно наносить на свариваемую поверхность через слой никеля одинаковой с ним толщины. Слои никеля можно наносить толщиной 1-2 мкм каждый. Способ позволяет исключить деформацию свариваемых поверхностей и усадку сварного соединения.
Способ не требует применения специального оборудования и экономически выгоден для производства изделий, получаемых диффузионной сваркой, в частности, для изготовления твердосплавного режущего инструмента
|
|
|
Предлагаемый способ диффузионной сварки достаточно прост в осуществлении, не требует использования трудоемких технологических процессов и сложного оборудования, проводится при относительно легких энергосберегающих режимах и не требует использования прокладок из драгметаллов, что в комплексе обеспечивает его высокую технологичность.
Проверка эффективности метода на практике
Экспериментально было установлено, что минимальное время выдержки при выбранных режимах диффузионной сварки, необходимое для полного смачивания поверхностей соединяемых деталей, должно быть не менее 5 мин. Однако увеличение времени выдержки более 10 мин не желательно, так как при этом также повышается пластическая деформация соединяемых деталей (особенно из меди). Таким образом, покрытие поверхности соединяемых материалов (после их никелирования) слоем гальванической меди позволяет проводить диффузионную сварку при менее жестких режимах (при пониженной температуре и более низких удельном давлении и времени выдержки), что приводит к существенному уменьшению деформации (до 1-2%) сварного узла.
Например, при прохождении производственной практики на Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе проводилась диффузионная сварка дисков из низкоуглеродистой стали и меди (для полюсных наконечников), предварительно покрытых слоем никеля толщиной 8 мкм методом химического никелирования, а затем слоем гальванической меди толщиной 5 мкм. Сварка проводилась в среде водорода на установке диффузионной сварки при температуре 800° С, удельном давлении 0,5 кг/мм2 в течение 10 мин. В результате сварки получено вакуумноплотное соединение меди со сталью, деформация которого составила менее 2%. Сварные узлы прошли токарную и фрезерную обработку, в результате чего изготовлены полюсные наконечники. Полученные узлы прошли испытания в условиях, соответствующих технологии их изготовления. Измерения показали, что после всех испытаний узлы остались вакуумноплотными без деформаций и разрушений.
Заключение
Применение промежуточной прослойки позволило снизить химическую неоднородность и термодинамическую нестабильность, значительно уменьшить или исключить деформационное воздействие температуры на свариваемые материалы и детали, а также исключить образование химических соединений металлов в переходной зоне соединения. Кроме того, новый способ позволяет снизить температуру процесса диффузионной сварки.
Список использованной литературы
Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Изд. Металлургия, 2016.
Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 2013 (1-4 т).
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!