Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов

Подождите немного. Документ загружается.

7аблпца

ступень

||ервая

Бторая

7о5

1 190

2\,0

1,5

120

меч

а}1 и е. 8:2.10-5 мм

рт.

ст

€варньте соединения

подвергали механическим }|спь1таниям'

на

растя)кение

(табл.

4) ут металлографинеским

исследованиям.

|1ронность

полученнь1х соединений

практически

равна

прочностй

основньтх

}'атериалов в исходном состоянии.

!,арактеристики

пластичности сварного соединения

так)ке

не

и3меняются. Б

зоне

сть]ка

раздела

отсутствует

граница.

!,иффузионн)'ю

сварку

образцов

и3

сплавов

инконель

713с!

5-816

1!,-никель вь|полняли на оптимальнь]х

ре}кимах' разра-

ботанньтх

для

сварки

аналогичньтх |1,л|4

близких по составу оте-

чественнь|х никелевь1х

х(аропрочнь|х сплавов

и никеля.

.|1,иффузионную

сварку

листов и3

хромоникелевого сплава

применяют

при производстве космических

кораблей

в Англии.

1еплозащитную обшивку из сплава

]А-\1€г приваривают

к ос-

новному

листу.

|!ри соединении

дисперсионно-упрочненнь|х

метал./|Фв

|3€[й8:'

триваемого

типа обьтчной сваркой

плавлением эффективная

проч-:

ность сварного соединения

(отнотпение

прочности сварного

соеди-

нения

к прочности основного

материала) при

повь]1пенной

темпе'

ратуре

составляет

литпь

40_50%. в

процессе

сварки

нарушается

распределенгте

1|Ф', что приводит

к потере эфекта

механической

обработки.

€плав 1А-1,{1€г

мо)кно соединять

пат]кой. Б этом случае

проч;

ность

сни>*<ается

3а снет

диффузии

припоя

осг|овной

металл;

кроме того,

1!{ох{ет о6разовь:ваться

пористость. 3ффективная

прочность паяного

соединения

составляет около 50%.

|1оскольку

при

диффузионной

сварке

отсутствует

расплавление

соединяемь1х

металлов'

пр}1менение ее вместо сварки

плавлением

и пайктл весьма

перспективно.

Фднако

при

диффузгтонной

сварке

ме)кду

д!умя

соединяемьтми

деталями

из

с!]лава

1А-\!€г обра-

зуется'1онкая

рекристаллизационная

полоска

мелкого 3ерна.

|1ри повьттшенной

температуре

непрерь]вная

линия сварки

и 3она

мелкого

3ерна ослабленьт

и соединение

разрушается

при ни3ких

нагру3ках._3ффективная

прочность

соедийения

составляет

0-60%'

|(роппе того'

на

линии сварки

во3ника1от

несвареннь|е

участки.

Бь:сокое

сопротивление

пол3учести

сплава 1А-\|€г

при повь1-

1пеннь1х темпер атур ах

препятствует

обр

азован

ию тесного

ко1{такта'

необходимого

для

цолной

сварки

по

всей

границе

ра3дела.

160

Фбразцьт сваривали

внахлестку. €варньте

соединения;

!&в1!@_

прочнь1е

основному металлу'

получень[

на специально

обработан_

ном

сплаве при использовании

двухступенчатого

сварочного

цикла

(табл.5).

3аметньтх

деформаций

после

сварки

зафикси-

ровано

не бь:ло.

}(ачество сварнь1х

соединений

оценивали по

ре3ультатам

ме_

таллографического

а|1али3а

и испь|таний

на ползучесть

срез.

||еред

испь[танием все

образць!

подвергали термообработке

ва_

кууме

при температуре 1260" с в течение 1

н. Фбразцы

на срез

испь1ть!вали на

во3духе при

температуре

1090"

со скоростью

1,3,мм/мин.

14спь:тания

на

пол3учесть проводил14

при

темпера_

туре

1090"

€

с нагрузкой

-7

кгс.

Ё{.

Ф.

1(азаков

€варка

ра3нороднь|х

металлов

сплавов

6варка

ра3нороднь1х

металлов

по3воляет

экономить

дорогостоящие

дефицитньте

уатеР:1альт'

создавать

наиболее

рациональнь,е

кон""рукции

у3лов_

и^изделий'

умень1пая

их

массу

размерьт,

р"д|-слунаёв

создавать

совершенно

новь1е

кон'-

струкции'

'',-*'.й"е

з6просам

современной

науки

практики'

-'''лй

б'',*',*'ва

сочетаний

разнород!1ьтх

металлов

сплавов'

которьте

приходится

сваривать'

характернь1

существеннь1е

разли_

чия

температуре

плавления'

плотности'

коэфициентах

тепло'

6;;";";й;_Ё,'йЁ',,_

'йенно

инейного

ас1пир

ен

ия

. Фтл

ичаются

такх(е

кристаллографияеские

характеристики

тип

ре1петки

ее

параметрь1.

Фднако

ттаибольп-:ие

затруднения

обусловл.ень1

тем'

чт9

9']::"

1цинстве

случаев

при

ограййченной

взаимной

растворимости

для

йй',"й"

'6мбинаций

свариваемь1х

металлов

нрезвыяайно

трудно

избех<ать

образования

с,ойких

и[1терметаллических

фаз'

о6ладаю''

йй*

о'','Бй

тверАостью

хрупкостью'

---

йаиболее

успейно

свариваются

отдельнь1е

парьт

металлов

способами,

,р,

*-ф,'х

о6еспечивается:

минимальное

время'

контактирования

сойиняемьтх

металлов

}кидком

состоянии'

что

умень1пает

ра3меры

прослоек

хру_пких

интерметаллидов

либо

дах(е

предотвращает

их

во3никновение;

2) надех{ная

3ащита

металла

при

сварке

плавлением

от

действия

окру}кающего

во3'

ду1{]

з:

пр.д'''!,'шение

образования

хрупких

интерметаллидов

!Ё:доорс]м

Ёромех|уточнь:х

ийи

комбинированнь1х

и3

ра3нороднь1х

металлов

вставок'

хоро1по

соединяемь1х

ка)кдь1м

элементом

Ёй!р'!'.**'й

пары;

подавление

роста

интерметаллических

;ъ;';"'

фаз

легйрованием

металла

1пва некоторь|ми

компонентами.

"Алительность

нагрева

контактирования

соединяемь1х

эле'

ментов

при

сварке

плавлением

мо}кно

регулировать

смещением

источника

теплоть1

на

один

и3

элеме}{тов

1о6ь'нно

легкоплавкий),

;;;

_;;;;'ктной

сварке

исполь3ованием

электродов

ра3ного

р'азмера

и сечения'

применением

теплоотводов

т'

п'

к'*,''им

сварнь1й

соединениям

из

разнороднъ1х-.-металлов

сплавов

наряду

требованйями

прочности'

вакуумной

плотности'

162

термостойкости,

плот|{ого

электрнческого

контакта

|1а

значи_

тельной площади'

соприкосновения'

удовлетворительной

работьт

в специальньтх

средах

и т.

п. предъявляются

вь|сокие

требования

сохранению

точнь]х

ра3меров

исходнь1х

деталей.

(л*арка

алюминия и

его

сплавов

со сталью

€варка

алюминия

его

сплавов

со

сталью

3атруднена

из_за

ре3кого

ра3личия

физико-химических

свойств

этих металлов.

|1ри

взаимодйствии

алюминия

с >келе3ом

образуется

ряд

интер_

металлидов:

РеА1,;

Ре'А1';

Ре'А1,;

РеА1';

РеА]

Ар.,

которьте

обусловливают

хрупкость

соединения

[10;

19,

34, 45,'641.

Больтпое

ра3личие

температурах

плавления

затрудняет

сварку алюминия

или

его сплавов

со сталью

путем

расплавления

соединяемь|х

металлов.

|1ри

сварке плавлением'

взрь1вом

и кон_

тактной

возмох(1{о

образование

соединения

алюми\1ия

или

его

сплавов

с образованием

слоя

интерметаллидов.

Бьтстрое

повь|1пение

температурьт

зоне

сварки

не по3воляет

9в_1р

ивать

сталь

н епосредственн

вьтсокопр

очнь1ми

спл авами

А.[,1г,

А}1г6 и

дР.

подобйьтх

случаях исполь3уют

сварку

перез

сло|.!

алюминия.

|1ластину

предварительно

приваривают

стал|4

(сварка

трением)

у!и-у

торцу

заготовки

сплава_(прихватка

арго_

нодуговой

сваркой).

^[4еханические

и эксплуатационнь1е

свойётва

соединений

зависят

от толщинь|

алюминиевого

подслоя

анало_

гичнь1

свойствам

прокатаннь1х

биметаллов.

Фсобенности

сварки трением

ограничивают

форму

свариваемь|х

деталей:

по крайней

мере

одна

из

них

дол>кна

бьтйь. тейом

вращения.

!,олодной

сваркой

мо}кно

соединить

алюминий

и его

сплавьт

с.о

9т9.1ью.

Ёа

отдельньтх

образцах

соединения

12х18н10т

А}1г3

достигнуто

сопротивление

отрьтву 2\,5

-22,5

кгс|мй2

с^р_азрь1вом

по А}4г3,

на соединении 12х18н10т

А.:\4г6

29,9

30,2

кгс/мм2.

1аким

образом,

непосредственная

деформация

алюминиевь1х

сплавов

со сталью

по3воляет

получать

сопротивле_

ние

отрь|ву,

близкое

к прочности

алюминиевого

сплава.

Ёедо-

статок

таких

соединений

чувствительность

их

нагреву.

например'

п9с-{9

нагрева

соединения А}1г6

12х13Ё101'п{и

температуре

350'€

течение 1-2

больтшинства

сварнь1х

образцов

прочность

сни)калась в 15_20

раз

по

сравнению

с исход_

ной

после

сварки'

часть образцов

расслаивалась.

3 зоне

кон_

такта

появлялась

вторичная

фаза

неизвестного

состава.

Ёеоб-

ходимо

учить1вать

так}{е

во3мох(ность

концентрации

напря>кений

сплаве

А}{г6

на границе

нагартованного

слоя

на

расстоянии

0,5_

..'о

мм

от

зонь[

соединения.

|1олунение

соединения

рассмотрен_

нь1ми

видами

сварки

сопровох{дается

3начительнь|м

изменением

исходнь|х

ра3меров

деталей.

_-__Аиффузионной

сваркой

не

удается

получить

достаточно

проч-

ное

соеди}{ение

непосредственно

алюминия

его

сплавов

со

сталью

связи

образованием

интерметаллидов.

11*

|63

||ровное

соединение

алюминия

его

сплавов

со

сталями

полу'

чают

посредством

диффузио-нной

сварки

применением

промех(у-

точнь1х

прослоек.

|{ро!лойки

мо}кно

наносить

гальваническим

;у;;;;_"

;;!.6'',.*^'.

т.

п.

€остав

прослойки

вьтбирают

учетом

возмох(ности

появления

новь1х

фаз

в 3оне

контактирования

из

диаграмм равновесного

состава

€плав

А]!1ц

со.']й,й

!5.,,р"',.т

через

никелевую

прослойку'

Ёикель

наносят

гальваническим

путем

}{а

поверхность

стали

чере3

подслой

из

меди.

[варку

ведут

на

следующих

режимах

для_сварки

сплава

А}1ц

;;;;ъ

"га;''':-ы5б3

с;

|,4

кгс/мм2'

!:2

ми!:

10_3

мм

рт.

ст.;

для

сварки^

ал_юминия

АА1

со

сталью

15:

ьйо"

ё,-

;':-|,,#?..7*й'

(АА1

более

пластичньтй)'

мтаъ!,

10_3

мм

рт.

ст.

|{ри

испьттании

на

растях{ение

ра3ру11'ение

по

интерметаллиду

в слунае

сварки

алюйиния

АА1

происход]1т

при

толщине

пла-

стинь1

0,5

*",

]']

Ё'уй..,'',,

А|у1ц

,р.ч6

1'5

мм'

Бсли

толщина

алюминия

АА1'составляет

мм,

а А}1ц

мм'

то

ра3ру_

1пение

происходит

частично

по

алюминию'

|1ри

толщине

пластины

[й{

.,"]йе

1 тим

А}1ц

свь11пе

2 мм

разру1|]ение

происходит

по

алюминию._- _

дал,""аш]ее

вощастание

вь1дер}кки

3начительно

сних(ает

проч'

ность

соединения.

5то

вьтзвано

интенсивнь1м

увеличением

1пиринь|

фазы

А1'1х{1,

(1 мкм).

9истйй

-айюминий

сваривали

ни3коуглеродистой

стал:ч

..'д*р''йием

0,131%

не|тосредственно

т|

через

проме}!{уточць!е

;;;;;;;;;'},'"-

:'\5ъ

;0б,''8б

и 500"

€;'

^6,0э,

0,25,

0,5,

т:;;^г;;;у!'[];{с:

й;ъ,-]ыи

мин;

Ё:

10_в

мм

рт.

ст.

(см.

рис.||-26).

--_^!---.2.

+_(

Рех<им

сварки

500"

(;

:0'5

кгс/мм2;

мин

-!б]'

мм

!".

с'.1

обусловливает

появление

зоне

контакта

й"".рй".','й{"'и

.росл'ойки

(см'

рис'

|1-26'

с)'

€лой

интерме-

','ййд^'

образованнйй

за

счет

непосредственного

контакта

>келе3_

ного

алюмини";ь;;

-образшов,

нёровньтй

пористьй.

€лой

интерметаллида'

полученйй

ре3ультате

контактирования

по_

Бер"!''"'еи

нерез

прослойку

из

плавленой

-фольги

алюминия'

Б''',!Б""р!"'й

достаточно

прочнь1й

(см'

рис'

|1_26'

б)'

н1о

обеспе'

чивает

луч1пее

стабильное

качество

соединения

позволяет

регулировать

толщину

интерметаллидного

слоя'

определяющую

} основном

механические

свойства

соединения'

|!рименение

прокладок

из

меди

,"'"'"

(см'

рис'

п-26'

а)

предотвращает

появление

зонь1

интерметаллида'

имеющего

чре3_

вычайно

вь1сокую

хрупкость

твердость'

-Б'р.у

,'то'',йЁ'й

стали

3вхмюА-чере3

прослойку

из

никеля'

наносимого

гальваническим

способом

на-сваренную

по_

веохность

стального

образша,

вь1полняли

при

100'

450

;Б6}ъ;';:-'йЁ]^)"7з"йЁй*};'

г:

мин

ш'Б

10_3

мм

рт'

ст'

Ёикелевую

,р'.''й*у

вь:бирали

учетом

условий

работьт

узла

!64

(узел

ра6отает

в коррозионнь1х

средах).

,|1ля

сравнения часть

у3лов

сваривали без прокладки.

€варенньте

узль1

испьтть|вали

на

прочность

внутренним

гидродавлением.

€варка

прокладкой

никеля обеспечивает более

стабильное

качество соединения'

чем

сварка без

прокладки.

[1рутки

алюминия АА0

стал14

12х18н101

диаметром

25-

мм

сваривали при

500' с;

:0,75

кгс/мм'; |

:30

мин

10*3+-5.10-д

мм

рт.

ст.

.&1аксим^льная

прочность

соеди-

нения

т<гс/мм2)

достигалась

при вь|дер}кке

30 мин. |1ри

указан-

нь1х

условиях

в месте

соединения

образуется переходная

зона

тпириной

4-6

мкм

с м|1кротвердость}о

50_140 кгс/мм2.

Больтпое влияние

на

прочность

соединения

алюминия

со

сталью ока3ь1вают

легирующие

добавки

магния' кремния и меди.

}1агний

в алюминии

отрицательно влияет

на свариваемость.

увелинением

содер}кания магния

в алюминии прочность

соеди_

нения

резко

сних(ается. 1-[ри

времени

сваркй

20 мин и темпера-

туре 525" €

пронность

соединения

чистого алюминия АА0

со

сталью

12х18н10т

составляет

3 кгс/мм2,

сплава алюминия

22о/о :119

2,5

кгс/мм2.

€

увеливением

времени

сварки

до

60 мин

отрицательное

влияние магния

на

прочность

ска3ьтвается еще

более значительно'

прочность практически

равна

нулю. 6

введе_

нием магния

в алюминий

скорость

роста

прослойки во3растает.

?аким

отрицательнь|м

влиянием магния

мох(но объяснить тот

факт,

нто

до

настоящего

времени

диффузионной

сваркой не

удается

получить

соединение

непосредственно

стали со сплавом

А}1г6.

€одер>кание

в алюминии

до

5%:'5! полох(ительно влияет

на

свариваемость

сплавов

алюминия со

сталью

12)(18н10т'

повь|-

1шая

прочность

соединения.

Фднако вследствие

повь11цения

сопро-

тивляемости

алюминиевь|х

сплавов ползучести

длительность

про_

цесса

до достих(ения

максимальной

пронности заметно во3растает.

|{ри

содер>кании

в алюминип

3о/о 5| максимальная прочность

соединения

повьт1пается

на

кгс/мм2 по

сравнению с прочностью

соединения

12х1вн10т

АА0.

|{ри

содерх{ании

5,6%

прон_

ность

соединения

увеличивается

на 3 кгс/мм2.

,[[альнейтпее

повь|_

шение

концентрации

кремния

до

практически не

увеличивает

прочности

соеди}{ения.

3то

связано с

ускорением

роста

интерме_

таллидной

прослойки.

связи со сказаннь1м'

при

сварке стали

алюминиево-кремниевь]ми

сплавами

вряд

ли

целесообразно

исполь3овать

алюминиевь1е

сплавь1' содер)кащие не

более 5-6% 5!.

Ёаиболее

перспективно

легирование алюминия

медью.

Аля

соединения

стали

12х18н10т

со сплавом

^|-3%

€':.1, вьтполняе-

мого

при

температуре

525" €, пронность соединения

повь1шается

увеличением

продол}кительности

вь1дерх(ки'

и при

длительности

вьщер){(ки

мин

становится

вь11пе

прочности соединения сталут

алюминием

АА0

на 5-6 кгс/мм2.

Разрутление в этом

случае

происходит

по

сть1ку'

однако

металлографинеский а|\али3 показал

отсутствие

каких_либо

хрупких

фаз

в переходной

зоне

соединения.

||одобное

влияние

меди

на

длительность

сварки'

как

и в

случае

165

легирования

кремнием,

обусловлено

снижением

скорости

пол3у_

чести'

что

сказьтвается

на

длительности

обра3ования

фактического

;;;;;";'.

€варку

"'',"

6х18н10т

со

сплавами

системь1

А1-€ц

следует

вести

при

температурах

не

вь1ш!е

525'

с'

'[иффузионную

сварку

алюминия

]! его

сплавов

со

сталями

примейяют

в ядерной

тБхйике

ФР[.

тех

слуна,*:}_9|д,1ме)кду

этими

металлами

недопустимо

]\'1еханическое

соединение

(по

кон_

.йру*'''.,м

сообрах<ениям),

соединение

пайкой..или

через

про_

ме)куточнь].

,."',*й__];;-;4'

"ре6'"а,'й

вьтсокой

коррозионной

стойкости),

применяют

диффу-зионную

сварку'-

Аз'ермодй"амических

ёообра>кений

часть

обп'тивктт

реактора

д',

р',й"шения

облунаемь|х

образлов

вь1полняют

и3

алюминия

его

сплавов'

все

проние

части

обшивки

и3готовляют

|1з

стал|!

!,10€г\!1118-9.

|1ри

сварке

сплава

А1}с193

со

сталью

8,10€г\|1118_9

сварньте

соединения

ра3ру!пались

от

сотрясения

при

1пирине

дифузион_

й'и1',,'

свЁ,:е

мкм.

.[|унтшие

ре3ультать1

полученьт

при

ширине

лиффузионной

зоньт

8 мкй.

Рассматриваемь1е

металль!

сваривали

}"'"''т

500'

кгс/мм2;

мин'

'_'

-м'*.''.',",!й'

предел

прочности

соединения

при

растя}кении

д*1й!'Б'

]1'?."|*й{фй_

ййр",е

дифФтзионной

зоньт

3_8

мкм.

?1й";;;;"*.

["Ффу."'нной

зонь:

*"й6.

мкм

более

мкм

наблюдалось

ре3кое

сни}кение

прочности

соединения'

-й"?^'''.р

}6"'е"*,

аналтцз

соединен

ий с

тшир

ин

ой

диффузион

ной

зоньт

мкм

пока3ал

наличие

переходной

зоне

дРу^х.ф3:

с паз.пичнои

*".р'|йЁй;;';;;

нв

600

(ё9етлая

фаза)

нв

1000

['Ёй;;

фаза).

Б'лее'тв.ердая

фаза

является

интерметаллидом'

соответствующим

средней-

части

диаграммы

состояния

)келе3о_

алюминий,

именйо

РеА1,

или

Ре'А1,'

|1рояност,

?1']9

соеди_

;;;;;

7,|

ктс|мм".

йсследоБание

помощ,Р,мчтРо1о'нда

пока3ало'

что

происходит

диффузия

элементов

Ре,

А],

ш''

сг

1ц8'

€оединение

'.'.1}',]й*й"йБй

фэ9,8'и

сталью

10€г\|т!

18-9

,,',''ййй

}ри

]'ьббъ

с;

3:9

кгс/мм2

до

мин.

срав'

нении

соединен'"*,"й

*6''р'*

|5,''

".'о',3ован

сплав

А1$93'

данном

случае

дифузия

протекает

значительно

медленнее'

б'!_'Б.''',."

6''"е'46чно

регулировать

процесс

при

равнь1х

"Ёй".|,*]{уй

!йФру,"'",Би

зонё

соединений

так}ке

найдена

ф..]-ЁБ[:,

йли

ге"А1],

одн

ако

количест_во

11о.ч ф1зь1зн

ачительно

мень1пе'чемприс"в,р*"А1}*:!93с!,10€г]х]1т!18.9.3тоявляется

;;"й;;й

болБе

медйенного

протекания дифузии

в алюминии'

не

содер)кащем

добавок

магния'

€варка

меди

ее

сплавов

другими

металлами

7з

диаграммь1

состояния

медь-}келе3о

следует'

что

при

диффузии

^Ё!:--с^',

образуется

е-твердь:й

раствор

ограяиненной

?'Ёйр'*'сти.

равновесном

состоянии

йри

комнатной

темпе_

ратуре

в с-Ре

р'.'ББбЁБ'й'!"

о'5и

€ц,

в'меди

-Ао

0'2оА

Ре'

166

р уп

ки

х интерметалл

идов

не образ^у-ется.

Ра_с199Р^имость^

}келе3 а

монотонно

увеличивается

от

0,3-0,35%

при 700'(

до

2,6_2,9%о

при

1000'

6. |!ри

диффузии

меди

в сс-Ре

так>ке

образуется

тв^ер4^ь:ц

р1створ

ограниченн6й_

растворимости.

диапазоне

750-335'

€

!астворимость

меди

увеличивается

до

3,50/о.

||ересы1ц9ние

а'

е-тверАьтх

растворов

приводит

к обра^зован!{Р^пРи

835'

эвтек_

тоу|да

е. Б

инйервале

температур

835-910'

€

растворимость

меди

с-Ре

умень1|]ается'

причем

медь сни}кает

температуру

превращения

}келе3е.

|1ри

этих

температурах

могут

существо_

вать

как

а-твердьтй

раствор

меди в х(еле3е'

так и

т-тверАьтй

раствор

меди

в )келе3е'

прйнем

йредельгтая

растворимость

меди

$-Ре

больтше,

чем

в с-Ре. |1ри

больтпих

скоростях

охла)кдет1ия

при

сварке

в переходном

слое

во3никает

пересьтщенньтй

твердьтй

рас1вор

меди с )келе3ом'

но

да}ке

при

содер}кании

)келе3а

до

2,5,/,

-с"руктурно-свободное

)келе3о

не

обнару>кивается.

[{ри

сварке

плавлением

грацица

сплавления

ме}кду сталью

медьр

ре3кая'

включениями

ф4зьт,

обогащенной

>келезом.

}худтпает

в3аимную

растворимость

>келе3а

меди наличие

в стали

углерода'

улуч1шают

марганец

и кремний'

}1арганец

сних(ает

критинескую

точку

рас1пиряет

область

т-твердого

раствора'

в котором

медь

растворяется

в значительно

боль:пем

количестве'

кремний

упроиняет

3ерна

твердого

раствора.

3атруднения

при сварке

меди со

сталью

свя3аньт

вь1соким

сродством

меди

1{ кислороду'

низкой

температурой

плавления

меди'

различнь!ми

величинами

коэффициентов

теплопроводности'

линейного

рас1ширения

т. п.

€варка

плавлением

меди

со

сталью

часто

сопровох(дается

проникновением

меди

ме)кду 3ернами

стали'

возникновением

тер'

мических

напря)кений

разруштением

1пва

под

действием

эффекта

п. А. Ребиндера.

Ёа

углеродисть|х

низкоуглеродистьтх

сталях

трещи}1 мало' и поэтому

ра3рушения

невелики.

|1ол_унение

со_

е!цинений

аустенитнь|м[

сталями

(особенно

типа

18'8) весьма

слох(но

и требует специальнь1х

технологических

приемов

(при_

садки

никеля'

алюминиевой

бронзьт,

вь[соконикелевь1х

сплавов'

применения

защитной

атмосферьт

т.

А.).

!!1едь

ее сплавьт соединяют

со сталью

рунной

Ауговой

сваркой

плавлением

специальнь|ми

электродами'

сваркой

под слоем

флюса

среде

3ащитнь[х

га3ов.

ряде

случаев

применяют

предвари_

тельнь:й

подогрев у|зделия.

14з

перспектив|{ьтх

способов

сварки

меди

и ее

сплавов

со

ста-

лями'

которь1е

у}ке

на|'шли

применение'

следует

рекомендовать

сварку

в3рь!вом

диффузионную

сварку.

1ак,

прочность сварного

соединения

:\43

со ст!ййю

12х18н9т

составляет

16,8

кгс/мм2

при

отсу-тстви

е3кого повь11[]ен

ия

ми кр отвердости

зон

соединег1

ия.

!{иффузионная

сварка

меди

и ее сплавов

со сталью

по3воляет

получать

качественнь|е

соединения.

€оединение

меди

)келе3ом

при

диффузионной

сварке

проис_

ходит

чере3

кристаллическую

смесь

(эвтектоид)

с6-твердого

рас'

167

Рцс.

103.

Аёпэаль

шз споалш(1)

хромшстпой

бронзы (2) после

сварк!1

твора

меди в х{елезе

соответствующего

рас-''

твора

х{елеза

в меди.

|1оявление

эвтектоида

обнару>кивается

метал-

лографически

нерез

20 ,'

и 30

мин

при темпёра-

туре

750'€.

Фптимальньтй

рех<им

сварки

меди

}11

армко-х(ел.е3ом:

900'

(;

0,5 кгс/мм2; !':

20мин иЁ

10_8+10_д

мм

рт.

ст.

}1еханические

свойства соединения

меди

х{еле3ом

зависят

от

1ширинь1

промех(утовной

фазьт,

образуюшейся

зоне

контакта.

1|1ирина эвтектоидйой

просйойки

соединении'

вь1полне!{ном

на

оптимальном

рех{име'

равна

2-3

мкм.

||ри

увеличении

чиру!{ь-1

эвтектоида

до

ц и 6'мкм

бв

сни)кается

от

17,5-20

до

11-12,5

и 3-5

кгс/мм2, а

от

20_30

до

14_15

и9-\|%.

-1

€варку

хромистой

6ронзьт с

корро3иошно-стойкими

сталями

1рис.

103[в"тЁолняли

на образцахий€ц9цуях

из

хромистой

6ронзы

Бр.[0,8'и

сталей

12х18н10т

14{,\7ъ12'

Фптимальнь1е

ре)кцмь1

сварки

ука3аннь1х

металлов

определяли

учетом

опь1та

сварки

меди с

х<еле3ом.

"||ри

сварке

хромистой

бронзьт^Бр.[08

со сталью

12х18н10т

на оптимальном

ре)киме

900'6;

| кгс/мм2;

\5 мин;

10-9

мм

рт.

ст.)

п$едел

прочности

при

разрР|ве

достигал

28_35

кгс/мм2, а 0тносительное

удлинение

19_24о/о

€!арное с'"1'не'""

Бр.},0,3со'сталью

14х17н2,

вь1полненное

на

оптимальном'

рех(име'

ра3ру1палось

по

обогащенному

хромом

контактному

слою

Бр.!,0,8

(см.

рис.

|\-27).

Аля

повышения

прочности

сварка

меди

и ее

сплавов

х(еле3ом

и сталями

проведена

чере3

просйойку

из

никеля.

Ёикель

обра'

3ует непрерывный

рял

тверльтх

растворов

>п(еле3ом

медью'

что

имеет

больтшое

значе}{ие

для

сварки

разнороднь1х

метал_

лов.

€огласно

диаграмме

равновесного

состояния

Ре_\!-€ц,

никель

значительно

увеличивает

растворимость

х(елеза

меди

и меди

в >келезе

с об|:азованием

растворов

ограниченной

раство-

]

римости

до

температурьт

910'€

(в с-Ре) и образует^ряд{вердь1х

!'с.воро'

1-Ре

йеди_

цр4

температуре

вь11ше 910"

с'

Б инте9'

!але

т6мператур

750_850'6

в плоскости

контакта

х(еле3а

ни'..

келем

образуется

прослойка

типа

эвтектоида'

состоящая

и3

смеси

твердь1х

раство1|ов

меди

}келе3е

и никеля с

)келе3ош1

в меди.

|[ри темЁерат$рах

эоо

и 950"

переходной

зоне

образуется

непрерывнь1й

р"д

твердь1х

растворов.

168

.Равнопрочное

меди

соединение

образуется

при

>900.с

и !

мин.

|!ри

увелинении давления

сверх

оптимального

или

умень1шении длительности

вь|дерх{ки

структура

переходной

зонь:

изменяется'

не

соответствуя'

диаграмме

равновесного

состояния

свариваемь1х

!металлов.

йсследова:*ие

распределения_х{еле3а'

никеля

и меди

соеди-

|{ении' полученном

при

900'

€;

0,25

кгс/мм';

}

йин

и Б:10._3

мм

рт.

ст.'

вьтполнено

на

рен.ген;;йй

йй*р'."''"_

заторе

<}1икроскан>.

|!рослойка

никеля

(20

мкм)..более

проницаема

для

'(еле3а'

чем

для

меди.

на месте

прослойки

послё

дифузио["'й

",'р'"

оказь1вается

тройной-

тверльтй

раствор

перемейй6а

концентрации

с постепеннь|м

умень1шением

содер)кания

}<елеза

до

следов.

никелевой

прослойке

содерх<ание

меди

умень1паетс

1|1+

мерно

д9

!0%.

!,альнейш:ее

его

умень:пение

н6б'юда"'.]

.',е

шириной

мкм.

Ёаряду-

симметричнь1м

проникновением

никеля

х(елезо

медь

с общей

:лириной

зоньт

70-90

мкм

наолю!ай{"{

у',.'*,

ин ой

структурь|'

отйинающиеся

хар

акт"р

'.йры;;й"'

икеля

со сторонь1

)келеза.

.||ри

микр-оскопическом

исследоР,а1т\4и

образцов,

полученнь1х

+:^фРетччной

сваркой

при

дав!ении

вьт1пе

оптимального'

со

сторонь1

х(елеза

всегда

наблюдается

фаза,

исче3ающая

при

опти-

мальном

времени

давлеътпи.

!,иффузионной

сваркой

полунен

блок

цилинлров

(распредели-

тель),

работающий

у&овиях

торцового

трения

целях

экономии

дефицитньтх антифрикционнь|х

сплавов

нй

основе'Ёд'''й.,''"'

ьц-)п

повь11шения

долговечности

работь:

изготовляемьтй

из

ра3нороднь1х

металлов

(стал.и

брот!зьт).

блоке

ц'''"др',

корпус

и3готовл-ен

из

стали

40},_1

цо_лвих<ньтй

ра6оний

торец

и3

оловянной

бронзьт

Бр.Ф€Ё

10-2-3.

_---уруктура

бронзьт

состоит

и3 с[-твердого

раствора

включе_

:'::^т:-1''идаа

€ш'5п,

(илиа

€ш!5п;;

никель,'добавляемьтй

0Ронз.у'

увеличивает

количество

эвтектоида'

но

не

образует

новь|х

фаз,-'находясь

составе

твердого

р1.''ор,'_ё.й,.ц,

*а-створимь|й

меди,

присутствует

в виде

отдельнь|х

включений.

11'|астичность

боонзьт

незначительна'

температура

плавления

-850"

с.

^^_Ёепосредственная

сварка

стали 40{

с бронзой

Бр.Ф€Ё

10_2_3

:11руднена^}{ли

да}ке

невозмо;кна

ввиду

того,

что

ух<е

при

темпе_

|':1Р:^]50'€

из

бронзь1

вьтделяется

свинец,

которьтй

Ёе ,ходит

:"::::::"'1"рдого

раствора

является

механичесйой

примесью,

ьшодимФй

боонзу

целью

сних{ения

коэффициента

трения.

Б_месте

тем

6емп.!р,'ур|

78б"

ё_?й.й,

для

образо

ван\\я

диффу-

зионного

соединенйя

й6статочной

пронност14

с^[алп

с основнь1м

ком{]онентом

бронзьт

медью.

связи

этим

разра6ота-н_а

техн-ология

Аиффузионной сварки

стали

40!,

бронз6й

Бр.осй

10-'-';

помощью

промех{уточных

169

меднь1х

прокладок'

так)ке

прослоек'

нанесеннь|х

гальваниче'

ским

способом.

(варку

вь1полняли

чере3

промех<утонньтй

материал

трех

,.рй',}.*'

6ронза

сталь

40{,

нерез

предварительно

прива_

оеннь1е

к стали

меднь1е

прокладки;

2) оловянное

покрь1тие

на

а;;;;;

сталь

40!,.

нерез

предварительно

привареннь1е

стали

меднь1е

прокладки;

никелево"

,'*р,''йй'с3р',6"

сталь

40х'

[[ои сварке

меди

х{елезом

оптимальная

температура

сварки

900_950"

но

и3_за

присутствия

леткоплавкого

свинца

темпе-

оатура

сварки

не

дол>кна

п!евьтш-тать

760-780'€'

так

как

этом

;

;;ш;";;'й

.6йБ{].'."

опл

авлен

ие

,',"ч}^19_']:

^т

}- ч'

€начала

.,.р",'!7-;';;;;"'

9ора,.".ш

медью

лри

900'

€;

:-1-

|гс/мм';^

:20

мин

и 6

10-3

мм

рт'

ст''.

покрь|вали

бронзу

оловом

или

никелем'

потом

проводили

диффузионную

сварку

бронзьт

.",',Б.-б'/р*у

бронзьт

Бо'Ф€Ё

10_2-3

со

сталью

40х

вь1полняли

на

оптимальнь1х

ре'к"йа*"

730-:-760"

€;

р":

о,ь_

*!с/мм2;

[

:20

мин

10_3

мм

рт'

ст'

йсследование

диффузионного

-соелинения

-40\'

ш1

ь;.с'ён

й-)-з

показало,

что

при

750"

€

более

происхо_

дит

значительная

диффузия

олова'

)келеза

меди

промтуточньтй

;;;;;;;'

слои."йъ;'6'"д"".""'

40х

€ш

Бр.Ф€Ё

10-2-3

медь

интенсивно

дйффундируют

никель

и олово'

причем

1пирина

".р#й'а

.'",,

'''Ёу

у,т-у,9

ч1за

больтле'

чем

по никелю'

6 1очки

зрения

оптимального

распределения

:::у-'11т

продол-

)кительност,

.".р',

йЁ!"

6р',.ой

мох<но

ограничить до

8-10

мин'

пои

этом

никель

успевает

проникнуть

на

^глубину

10_20

мкм'

;";;;"";;)?]_[ь

й*й.

п'д'оное

соединение

йштеет

вь|сокую

проч-

ность

исходном

состоянии'

но

плохо

вь1дерх<ивает

резкое

пони-

х{ение

температурь1

при

3акалке'

"'"'Бй''й"БЁбё]о-10

содер>канием

в_10%

5п

6-11%

Рь

обладает

по

сравнению

бронзами'

содерх{ащи}{и

цинк'..никель

}

другие

элеме!|ть1'

пони>кеннь1ми

мехАническими

свойствами

?;"^:':Ё*зб

кгс/й';,

но

более

пригодна

для

работьт

на

трение

йри

менее

удовлетворительной

сма3ке'

'?!Б]'ЁйБ{.,".'

определяющее

эксплу

атационнь!е

свойства

д,""'й

бр'...',

наличие

структуре

мелкозернисть1х

равно_

йерно

распределеннь|х

включений

свинца'

-'й'"6''её

тпироко

применяемь|е

методь1

соединения

сварка

,''Б/",й.й

п{йка

мало

применимь1 для

получения

соединения

6;;;;;'ь;'.с!ё'

:б:

:о с

низк6углеродисть1ми

сталями.

|1ри

сварке

плавлением

происходит

оплавление

вьтгорание

легированнь1х

;;;;й;

,3р',.", что

приводит

к пористости

металла

1'пва.

Бозмох<наяприэтомликвацияоловаисвинцаприводиткрезкому

сних(ению

,*.,,у,{'шй'ннь!х

свойств

изделий.

||ри

пайке

трудно

обеспечить

спло1шность

соединения

по_все-й_п99ерхности

контакта'

'__(.,'-.',енное

соединение

6роязь:

Бр'9с

10-10

с ни3коуглеро_

д""{}}'"'{'й

полунено

д3гфФх-зи'одцой

сваркой

вакууме

на

следующих

р"*"*!!

(в

1о-а*'

5':о-,

мм

рт'

ст'):

170

|{ронность

соединений при

разрьтве

образцов

(рис. 104)

составляла

27_3\

кгс/мм2.

Разрутпение

происходило

по

бронзе.

|{ри температуре

сварки

вь:гпе 750'

€

наблю-

далась

3начительная

дефор-

мация

бронзовьтх

колец.

3а

оптимальнь1е

значения при_

нять1

следующие параметрй

ре>ким

а: !

7 20'

(;

0, 5кгс/мм2

;

1б-10 мин

и Б:5.10_6-:-10_д

мм

рт.

ст.

,г|юминесцентньтй

контроль показал

отсутствие

дефектов

на

и3делиях

(рис.

105),

свареннь1х

на

указанном

рех{име.

Б зоне

соединения

интерметаллические

г!рослойки

отсутствуют.

Б электронике

чаще всего исполь3уют

сочетания

меди

}1Б

армко-х(елезом и

сталью 12х1вн9т. }становлень1

следую1|!.ие

оптимальнь]е значения па$аметров

ре)кима

сварки:

900" €;

| кгс/мм2;

[

:20

мий

и 6':

10_д

мм

рт.

ст.

Ре>ким

обеспе_

чивает

вь1сокую

прочность

соединения

(о,

:22

кгс|мм2)

пла_

стичность

15- 17%).

Фптимальньте

рёх<имьт

сварки

меди

}4Б

со сталью 3 и }1Б

со сталью 12х1вн10т-слелуюшие:

650"

(;

1,8

кгс/мм2; [

40 мин;

10_7 мм

рт.

ст.;

в первом

слу_

чае бв

кгс/мм2, во втором

б"

18 кгс/мм2.

|1римером

практического применения

диффузионной

сварки

мо)кет

слу)кить изготовление

3амедляющих

систем

из

меди

}1Б

и магнитомягкого

}келеза (стали

3). [_[акетированную

конструкцию

(рис.

106)

ра3мещают

в приспосо6лении.

Аля

создания

электрон-

ного

потока'

проходящего

предельно близко

к поверхности

3амед-

ляющей

системьт' полюснь]е

наконечники

5 из стали

вводят

внутрь

системь1 ме)кду

меднь1ми

дисками

"[1,авление

с}катия передается

3а счет

ра3ниць!

в коэффициентах

линейного

рас1пирения

материала

деталей-

и приспособления.

|1риспособление

состоит и3

двух

фланцев

./,

трех-неть1рех

стях{нь1х

болтов

съемного

центрирующего

стерх(ня'

вставляемого

в от-

верстие

и компенсирующих

прокладок 4.

Болтьт

фланцьт

изготовляют

и3 металла'

имеющего меньтпий

температурньтй

коэффициент

линейного

рас1ширения'

чем свариваемь1е

детали

(сталь

20х13,

молибден ,

др'[.

3амедляющие

системьт' вь]полненньте

диффузионной

сваркой,

отвечают

всем

техническим требованиям.

Аиффузионная

сварка бронй Бр.!,08 с

х(аропрочнь1м нике-

левь1м

сплавом

хн67мвтю (эп202)

вь1полнена на

оптимальном

ре)киме

7:900'

р:0,1

кгс/мм2'

|:10 мин и Б:10_3-:-

10_д

мм

рт.

ст. Б

пёреходной зоне

обнару}кена

диффузия

меди

в-сплав

хн67мвтю

(эп202)

иникеля,

ванадия

ит|4та11а

в бронзу.

}1икроструктурнь!м

рентгеновским

анал|1зами

на

обнару}кень|

промежутонньте

фазь:

переходной зо|те, следовательно,

диффун-

17\

р,

т<гс|

мм2

0,5; 0,75; 1,0

0,2;

0,5;

0,75

0,2; 0,35; 0,5

гтг_т1

ъ!

ё)

в1 0)

Рцс.

104.

Форма

ра31|ерь!

образцов

ш 0епалей:

сталь

|0; 2

бронза

Бр.Ф6

|0-10;

детали;

б п

сваривае_

мые

о6разцы

Рцо.

105,

Аепалш

!/3

спал!.!

|0 ш

бронзьо

Бр'9€|0-20

0о

сваркш

после

сваркц

дирующие

9лементь1

растворяются

о6ра3уя

твердь1е

растворь|.

решетке

металла

основь1'

|1овьтшение

давления

при

сварке

увеличивает

глубину

взаимодиффу3ии'

пределах

0,25-1

кгс/мм2

что

так}ке

характерно для

диффузии

твердь1х

растворах.

'йирокое

при:.мененйе

в промышленности

находят

медно-алю_

миниевь|е соединения.

Алюминий

имеет

низкую

плотность

отно-

сительно

де1'шев.

9лектропроводность

алюминия

ра3а

вь11пе

электропроводности

меди.

|!6лу,1ение

нера3ъемнь1х

медно-ал1оминиевьтх

соединений

за'

труднено

и3'за 3начительного

ра3личия

фи3ико_химических

172

Ршс.

106. !7ршспособленше

0ля сваркш

паке!пцрованной

заме0ляющей

сшспемы

цв

ме0ц ц

с!т[ал![

механ

ических

свойств

соединяе_

мь|х

металлов.

при

повь11шеннь]х

температурах

медь

и алюминий

обра3уют

несколько

хрупких

химических

соединений

(хруп_

кие

интерметаллиднь1е

фазьт).

Ф6разование

6шА1,

начале

реактивной

диффу3ии-

л^р9исх0-

дит

при

температуре

150'(. |1ри

350"

появляется

доподнитель-

нь1й

слой

соединения'

€ш,А1*,

при

400' €

ме>кду соединениями

(шА1

и €ш"А1д

появляется

про'

слойка

€цА1.

€опротивление

от-

рь|ву ре3ко

пони)кается

увеличениемтолщинь[

интерметаллида

до

3-5

мкм.

|!ри

сварке

плавлением на

границе

соединени.я

со сторонь'[

меди

образ!ется

прослойка

интерметаллидов

(6шА1')

толщиной

3_10

йкм.

Ёаличие

этой зоны

обусловливает

относительно

ни3кую

прочность

соединения.

1олько

в-том

случае'

если

толщина

инте'мет'ллидной

прослойки мень|ше

мкм,

она

не

влияет

на

прочность

соединения.

|1ровность

металла

1пва

повь11шается

при

легировании

кремнием

цинком'

подавляющими

рост

интерме:

таллидной

прослойки.

!\{9дь с

алюминие*

хорошо свариваются

сваркой

давлением'

,[1ля

умень1пения

во3мо}кности

образования

хрупких

интерметал'

лидов

рекомендуется

покрь1тие

меди

(:!инкование'

алитирование'

нанесение серебряного

припоя).

€оединенйе йеди

.]!11 с алюминиевым

сплавом

А.]!1г6

успе11:но

вь1полняют

диффузионной

сваркой

(рис. 107).-

||ро^нность

соеди'

нения

растет

повь1|пением

температурь1

до

540'

дальней:шее

повь[[шение

приводит

умень1шению

прочности

соединения'

что

свя3ано

с образованием

при 565'с

эвтектики

меди

алюминием'

составляющим

основу

сплава

А.|!1г6.

|1оеле

ра3рь1ва

сварнь1х

соединений

на

поверхности

медного

слоя

остается

слой

алюминия

значительной

толщиньт.

}величение

давления

приводит

повы1пению.

прочности

сое-

ди!{ения.

3аметное

повьттлейие

прочности

наблюдается

при

неи3-

меннь1х

температуре

нагрева

давлении

увеличением

вь|дерх{ки

до

25_30

мий. }1акропластическая

деформация

ростом

темпе-

ратурь|

сварки и

давления

повь11пается

3начительно'

а с

увеличе_

нием

длитёльности

выдер>*{ки

не3начительно.

173

|= 25 пон

{

|= 25

мцн

6о

_\-

6',

4,[

кас|пнэ

?0 ?5[,нон

а)

Рцс'

107.

Блцянце на процнос!пь

оь ц

о!т[нос[|!пельное

у0лшненше

6 сое0ц-

тсенця

ме0ц й

1 с

алюмцнцевь!м спла|]ом

А!|1е6

реэюимов

сваркц:

_температуры;

_давления;

а-- вРем€ни вь|держ|(и

}1едь со сплавом

А}1г6 соединяется

с обра3ованием

диффузион-

ного слоя незначитедьной

толщинь1

6лагодаря

в3аимной

диффузии

меди

алюминия.

!,иффузионнь]й

слой

имеет

мелкокристалличе-

скую 3ернистую структуру

интерметаллидной

прослойкой,

свидетельствующей

11аличии

химических соединений'

которьте

и определяют повь11пение

микротвердости

диффузионного

слоя.

€варньте соединения'

полученнь1е на

оптимальнь1х

ре}кимах'

испь1ть]вали на

вибропрочность

двух

плоскостях:

перпендику-

лярно и параллельно

оси обра3ца.

|1ри испьтта|114и

на

ударную

прочность сварнь1е

образцьт

подвергали

в93действию одиночнь1х

ударов

двух

взаимно перпендикулярнь1х

направлениях.

макси-

йал1ньтй

угол

и3гиба

сварньтх

обра3цов

меди со сплавом

А}1г6

не3начительнь1й

(7'),

что

свя3ано

с наличием

интерметаллиднь1х

прослоек' повь|1пающих

хрупкость сварнь]х

соединений.

Ёа

оптимальнь1х

ре'(имах

вь1полнена

диффу3ионная

сварка

екоторь!

узлов

14зделу|11' не

подвер )кен

ь1

действию

астя

г иваю-

щих

и изгибающих нагру3ок.

Бозмо>кность сварки

деталей

у3лов

электровакуумнь1х

при-

боров и3 меди }11 с алюминиевь1м

сплавом

А}1ц исследовали на

стандартньтх

образцах.

||оверхности

обра3цов

обрабать]вали непо_

средственно перед сваркой.

€варка

меди

м1 и алюминиевого

еплава А}1ц на оптимальнь|х

рех(имах

(т

510'€;

0,7

кгс/мм2; !

\5 мин

и 3

10-д мм

рт.

ст.)

обеспечивала

получение соединений, имеющих

прочность

на

разрь]в

б':

кгс|мм2 при относительной

деформат\ии

0,3о/о.

!,иффузион'

ное

соединение обеспечивает

вакуумную

плотность

после сварки

требуемую термостойкость.

|{осле испь1тания на

термостойкость

при температуре

400" с

в среде

водорода

сварнь1е

соединения

оставались

вакуумно-плотньтми.

Ёа оптимальнь]х

рех(имах

вь1пол'

нена

сварка

деталей

у3лов

электровакуумнь|х

приборов.

1рудности

диффузионной

сварки

меди с

алюминиевь1ми

спла-

вами

связань[

не только с

интенсивнь1м

обра3ованием

хрупких

174

400

''00

600

т,т

о)

0,5

р,

кас/нн2

10 15

о)

интерметаллидов

в зоне сварки'

но

со сложностью

очистки

поверхности

алюминия

и его сплавов

от тугоплавкой'

химически

стойкой

пленки окисла.

.[|ля

полунения

качественнь1х сварнь1х

соединений

необходимо

разработать

технологические приемь1

устройства'

по3воляющие

очищать

свариваемь1е

поверхности

от

окиснь1х

пленок непосредственно

в сварочной

камере в процессе

вакуумирования.

[ерметинное соединение

трубок из

меди и

алюминия'

получае'

мое

дйффу3ионной

сваркой,

используют

[олландии при соору_

)кении

холодильнь]х

агрегатов

других

установок.

Бьтсокая

точность

управления

процессом

диффузионной

сварки

по сравне_

нию

со

сваркой

плавлением,

пайкой

сть]ковой

сваркой

оплавле_

нием

позволила

перейти на

сварку

тру6 из

меди и алюминия

мень1пего

диаметра.

Французская

фирма

<.[!ибрим>

осуществляет

диффузионную

сварку

меди

дюралюминием

толщиной 0,2-0,5

мм внахлестку.

1!1еталлографинеский

анали? сварнь1х соединений'

вьтполненнь|х

на

рех<ийах

т:430-500"

(;

р:0,5+-1

кгс/мм2;

1: 10

мин

10_3+-

10_{ мм

рт.

ст.'

обнарух<ивает наличие

и!{терметал_

лидов

зоне соединения.

}4едь с никелем

хоро1по

сваривается

дифузионной

сваркой.

3ти

металль1

не

ра3личаются

по своим

пластическим

характери-

стикам'

фактинеский

контакт

ме}1цу

ними

формируется

процессе

деформации

и пол3учести

микронеровностей

на

обеих поверхно-

стйх'

||ри

этом поверхностнь1е

окиснь1е

пленки

достаточно

эфек_

тивно

удаляются

условиях

дифузионной

сварки

в вакууме

или

среде сухого

водорода.

Б процессе

дифузионного

объемного

взаимодействия

медь

с никелем

образуют

непрерь1внь|й

ряд

твер_

дь1х

растворов.

||араметрьт

процесса

диффузиошной

сварки

меди

с никелем

6лизктц к

рех(имам

сварки

меди. Фднако несколько

во3растают

температура

и сварочное

давление'

что обусловлено нео6ходи-

мостью активат\|1и более

твердого и тугоплавкого никеля

для

получения

соединений'

равнопрочнь1х

меди. Фптимальньтми

зна'

чениями

параметров

ре}кима

диффузионной

сварки

меди

м1,

!!1Б

и т.

п.

с нйкелем

мо}кно считать

900'€;

1,3+-

-+1,5

кгс/мм2;

[:20-30

мин и

5.10-6+-10_д

мм

рт.

ст.

||ри

этом

остаточная

деформация

соединяемь1х

деталей

или

о6-

разцов

мох<ет

бьтть

порядк-а

\о/о,

йсследования

переходной

зоньт

медно-никелевь|х

соединений

помощью

микрорентгеноспектрального

анал|13а показали' что

концентрация

элементов

3оне

контакта

изменяется

плавно.

3то

характерно

для

материалов, обладающих

хоро1пей взаимной

растворимостью.

111ирина

диффузионной

зонь1

случае сварки

на

оптимальном

рех(име

составляет

15_20 мкм.

||олунение

прецизионньтх

соединений

меди

!{икелем

без

остаточной

макропластической

деформации

возмох{но при сварке

сверхглубоком

вакууме. 1ак,

в вакууме

7.10_9

мм

Рт.

ст.

175

получень1

соединения при 7:400"€;

Р:|

кгс/мм2

:20

мин.

.|1,иффузионную

сварку

меди

константаном

вь1полняли на

оптимальном

рех{име

900' €;

1,2 кгс/мм2;

[

:30

мин

и Б

10_6

мм

рт.

ст.

3аготовки,

свареннь1е и3 меди

и константана'

могут подвергаться

прокатке или вь1тях(ке

для

получения

тонко-

стеннь1х

биметаллических полуфабрикатов,

и3

которь1х

мох(но

штамповать

детали'

например мембраньт.

Расслоения

и надрь]вь1

свареннь1х биметаллических

3аготовках в процессе

прокатки

|!л|т

!птамповки

не наблюдались.

][едь

с коваром

(н29к18)

сваривали

при

оптимальнь1х

значе-

ниях

параметров

рех{има

сварки 7

950"

с;

0,5-:-0,7

кгс/мм2;

/:10 мин

и 6:10_3+-5.10-4 мм

рт.

ст. ||ри этом

предел

прочности

сварнь!х соединений

при

растя)кении

составлял

22-24,4

кгс/мм2.

слунае сварки при температуре них<е 950'

€

разрутпение

происходит

по

сварному соединению

со следами

продифундиро-

вав|пего

металла'

что свидетельствует о недостаточной

интенсив-

ности

диффузионньтх

процессов. |1овь:ш:ение

температурь1

до

1000'с

сних(ает

прочность

соединения

свя3и

измененР1ем

свойств

меди.

.[1авление

ни)ке 0,5

кгс/мм2

не

обеспечивает

факти-

9еского

контакта

соединяемь1х

металлов

на

первой стадии

про-

цесса'

увеличе1{ие

вы1пе

0,5

кгс/мм2

сопрово}кдается

3начитель-

ной

дформацией

соединяемьтх образ4ов.

||родол>кительность

вь1дер)кки

менее 10 мин

не

обеспечивает

достаточной

степени

протекания

дифузионнь1х

процессов.

}1еталлографинеское

исследование сварньтх

соединений

меди

с коваром' вь1полненнь|х

на оптимальном

ре)киме'

пока3ало'

что

медь

претерпела полную

Рекристаллизацию

(температура начала

рекристалли3ации

чистой йедй

находится

в пределах

180-=-230"

с).

}1епроварьт

рост

зерна' связаннь:й с перегревом' не наблюдаются.

}1а

оптимальньтх

ре}кимах

сварень1

детали

основания корпуса

прибора

для

электровакуумной техники. €варенные

детали

вьг

дер}|(али

испь|тания

на

вакуумную

плотность' термостойкость.

14спь:тания

на

термостойкость

проводили в интервале

температур

800_900"

€

вьтдерх<кой 10

мин и

охлах(дением

до

комнатной

температурь1.

€варньте соединения,

испь1таннь1е

на

термостой-

кость так)|{е вьцерх(али

испь1тания

на

вакуумную

плотность.

€варка

тугоплавких

активнь]х металлов

и их сплавов

тугоплавким

металлам' исполь3уемь1м

в сварнь|х

конструкциях'

относятся титан'

цирконий,

вавадий'

нпо6ий,

тантал'

хром'

молибден,

вольфрам

др.

1угоплавкие

металльт'обладают

рядом

общих

химико'метал'

лургических

технологических свойств:

вьтсокой

химической

176

{

Рцс.

108. Распворшмосгпь

прнпесей вне0реншя

/пц2опла1}к.1х !14епаллах

активностью

по отно1шению

к атмо-

сферньтм

газам как в

расплавлен-

ном'

так и. в твердом

состоянии при

повь11пеннь1х

температурах; вьтсокой

чувствительностью

теплфизине_

скому

воздействию

сварочного про-

цесса;

склонностью

порообразова.

нию,

образованию

трещин

др.

3ти

свойства

основном опреде-

ляются

вьтсокой

чувствительностью

тугоплавких

металлов к

элементам

внедрения

(рис. 108)'

которь1е

влияют

на

большинство

технологических

ха-

рактеристик:

деформируемость

в хо-

лодном

горячем состояниях, обра_

батьтваемость

ре3анием

особенно

свариваемость. 3заимодействие туго_

плавких металлов

с га3ами происхо-

!0'

ь"

-;,

дит

путем адсорбции

и хемосорбции

га3а'

растворения

и]лиф_

фузии

га3а в металле'

образования продуктов взаимодействия

(окислов,

нитридов и гидридов),

резко

охрупчивающих

металл.

[лавное

технологическое

требование

при сварке тугоплавких

металлов

изоляция

от

атмосферь:

расплавленного

металла

зонь|'

нагреваемой в процессе

сварки

до

температуры

начала

реакции'

металла

га3ами.

€ этой

[€./{Б1Ф,;:€88рку

плавлением

всех

тугоплавких металлов

вьтполняют

в атмосфере инертного

газа

14л|1

в вакууме при

давлении

не

вь|||те

3. 10_д мм

рт.

ст.

Б каче_

стве

защитньтх га3ов исполь3уют

аргон

первого сорта

(<0,003о/о

Ф2,

<0,01% }х{,

по гост

\0\57-13) или

гелий вьтсокой

чистоть[.

йнерт_

нь1е

газь1

недостаточной чистотьт предварительно

очищают

от

влаги'

пропуская

чере3

силикагель

и алюмогель'

а от кислорода-через

нагр_етую

до

900-1000' € титановую

струх{ку |1ли губку.

Р|аряду

с защитой

нео6ходйма

такх(е

тщательная подготовка

деталей

под

сварку. €вариваемые кромки

обрабатьтвают механи-

ческим

путем.

Ёе

допускаются

расслоения'

3аусе}!цы

другие

дефектьт. 1(ромки тщательно

обезх<ир и вают. |1овер хностньте окислы

удаляют

травлёнием в

специальнь1х

реактивах.

|[осле травления

детали тщательно

промьтвают

су1пат.

Ёаряду с

металлом

необ_

ходимо

очищать и

обезх<иривать

сварочнь1е

приспособления*и

инструменты.

9увствитель[{ость

тугоплавких металлов и их

сплавов|к тер_

мическому

циклу

сварки' склонность

поро_

и трещинообразова_

нию

зависят'.от

композиции

сплава'

содер}(ания примесей в исход_

"йооот

0'001

0,0|

0,1

,/,

Ро

гп0о

рц

ностпь

т;

не

се

0не}р е

}1.

Ф.

1(!заков

177

номметалле'качестваподготовкиподсварку'качествазащить1

и'.технологических

ре}кимов

сварки.

д'"

соединения

тугоплавких

металлов

преимущественно

при_'

меняют

методь1

сварки

плавлением:

дуговую

в инертнь|х

газах

(в камерах

со

струйной

за]т\итой),

|тод

флюсом

(Аля титана).,

вакууме

электронно-лучевую'

ла3ером.

Аля

некоторьтх

изделий

перспективнь1

методь1

сварйи

без

расплавления:

дифузионная

вакуум9

и 3ащитнь1х

га3ах'

такх(е

в3рь1вом'

трением'

холодная

сварка

давлением'

химическим

оса)кдением

металла

из

газовой

фаз-ы

и>ке

темпер

атурьт

рекр

исталли3ации

свар

иваемь1х

металлов.

|!о свариваемостщ

технике

технологии

-сварки

тугоплавкие

металль1

мох(но

ра3делить

на

две

группь1:

титан,

цирконий,

!афний,

ванадий]

ниобий,

тантал;

2[ хром,

молибден,

вольфрам.'

мЁ"-;;

первой

гру.п,'

,р, соблюдений

технологических

условий

сварки

обЁадаюЁ'хорошёй

свариваемостью.

(варка

металлов

второй

группьт

представляет

3начительньте

трудности

связи

малой

деформационной

способность1о

основного

металла'

повь1_

тпенной

нуЁет1ительностью

к элементам

в!{едрения

теплфизи_

ческому

Ёоздействито

процесса

сварки'

вь1зь1вающими

хрупкость

сварнь1х

соединении.

\р",,,',,йно

низкая

растворимость

этих

металлах

элемен-

"'"

,',.др"ййя

(напри*ер,

для

йолибцена

0,00020/о

Ф'1'0,003%

€;

0,000в %

-1.{

неизбех<нь1х

примесей

приводит

к вь|падению

окислов'

нитридов'

карбидов,

боридов,

образующих

с металлом

эвтектики.

31и

соединения,

располагаясь

по

границам

зерен'

условиях

напря)кенного

состояния

вь|3ь1вают

образоваЁ!18

(!!4!

сталли3ационнь1х

трещин'

чему

способствует

охрупчивание

ме_

талла

в свя3и

с возникновением

крупнозернистой

структурь1

при

тепловом

воздействии

сварки.

Фсновньте

пути

получения

пластичнь|х

сварньтх

соединении'

стойких

против

образования

трещин:

вь|сокое

качество

исходнь1х

материало}

(основ!того

и присадочного'

защитньтх);

приме1{ение'

техники

технологии

сварки'

гарантирующих

ненась1щение

примесями;

применение

специальнь|х

присадочнь1х

материалов'

улучшающих

пластичность

сварного

соединения;

улуч1пение

на-

прях{енного

состояния

сварнь1х

соединениях;

рациональное

конструирование

сварнь|х

узлов'

направленное

на

ослабление

напря)кенногосостояния;применениеспециальнь|хтехнологи--

ческих

приемов:

для

металлов

втор'ой

гр_у-[чь'^-

подогрев

про-

ц"...

.,/р.и

(дй|

молибдена

>200-315"

с,

для

вольфрама

}з+о"

€),

снятйё

остаточнь|х-^напря}кений

после

сварки

(ц*т*ч

1ибдена'при

температуре

980'с

1 н,

для

вольфрама

при

123[,-(.

1-2 н).

/у1еталль:

первой

группь1

(титан,

ширконий

др.)

обладают

хоротшей

стойкостью

против

горячих

кристаллизационнь1х

тре-

щин'

но

склоннь1

к задерх<анному

разру1пению

и образованию

холоднь1х_трещин.

€клонность

металлов

первой

группь1

трещи_

нообразов}нию связана

в первую

очередь

водородом'

охрупчи_

178

вающим

металл вследствие

гидридного

превращения

при содер-

>1<ани14

его

вь11пе предельной

растворимости

и внутреннего адсорб-

ционного

эфекта.

6клонность

растрескиванию

обусловливается

так'(е

охрупчиванием

вследствие

нась1щения элем9нта1\,1и внедре-

ния

(Ф',

\1', €)

теплофизического

воздействия

сварки' вь13ь1ваю-

щего

перегрев'

-укрупнение

зерна

и вь1падение

хрупких

фаз.

{а-

рактернь]е

особенности

тех1тики

технолог|!\4

сварки

металлов

первой

группь]

подробно

рассмотрень1

на примере титана'

которьтй

из

всех тугоплавких

металлов

наиболее

11]ироко

применяется

промь1шленности.

6варка

титана. 1итан

имеет

две

аллотропические

модифика-

ции:

вь1сокотемпературную

(р

т!) с объемно-центрированной

кубинеской

ретпеткой

ни3котемпературную

(с

т!) с плотно-

упакованной

гексагональной

реш-теткой.

1емпература полиморф-

ного

превращения

ти'гана

сЁ

равновеснь!х

условиях равна

приблизительно

382'€.

Б зависимости

от

фазовоцо

состояния

при комнатной

темпе-

ратуре

сг{лавьт

титана мо}!(но

условно

ра3делить

на

три

группь|:

а-,

(а

Р)-

$-сплавьт.

1руАности

сварки титана

и его сплавов

вь]3ь1ваются

основном поглощением

га3ов'

их

дифузией

в зону

сварки

из основного

металла'

повь|1пеннь|м

содер)канием

газов

в металле'

а так}ке

структурнь|м!т

превращениями

в металле 1пва

и около111овной

зоньт.

Больтшая

химическая

активность

титана

при вь1соких

температурах

по

отно1пению

к кислороду'

а3оту

водороду

сни}кает

пластические

своиства

и вя3кость титана'

сварнь1х

1пвах

заметно

повь!1пает склонность

к хрупдому

ра3-

ру!пению

образованию

трещин.

Б связи с

этим сварка

его методом

плавления

возмох(на только

при

условии

3ащитьт

от окру)кающей

атмосферьт.

1акая

3ащита

наиболее

наде}кно

осуществима

|\ри

Ауговой

сварке

в среде ней-

тральнь1х

газов

(аргона'

гелия

||л|1

их смеси)

электронно-луче-

вой

сварке.

[ля

титана

г{оло)кительнь|е

ре3ультать1

дает

так)ке

контактная сварка.

[азовая

(кислородно-ацетиленовая),

атомно-

водородная и

дуговая

сварка

металлическими

электродами

для

титана

неприменима.

Б настоящее

время

для

больтпих

сечений

1пироко и

успе1шно

применяют

электрошлаковую

сварку

под слоем

флюса.

Фднако

больтшинство

и3 применяемь|х

видов

сварки

не обеспе'

чивает

одновременно вьтсокой

прочности

и пластичности

соеди-

нения'

которь]е свойственнь|

титану

его

сплавам.

[иффузионная

сварка

в вакууме

один

из наи6олее

перспек-

тивнь1х

методов

для

со3дания

соединений

титана

и его сплавов'

равнопрочнь|х

основному металлу'

в случае'

если

формь:

раз-

мерьт

деталей

позволяют

со3дать

ра3рех(енное

пространство

во_

круг

места

соединения

и передА1ь

усилие

для

обеспечения

плот_

ного

контакта

свариваемь1х

плоскостей.

€плав

вт5-1 относится

однофазнь|м

сгтлавам титана

и со-

дер}кит

5% А1, 25о/о 3п; его

йехайические

свойства:

б'

:75-у

\2*

179