(4 Голосов)

 

Медные и алюминиевые пластины, соединенные методом диффузионной сварки

Диффузионная сварка – это технология сварки твёрдых тел, применяемая для соединения заготовок из одинаковых или разных металлов.

Данная технология отличается исключительно высоким качеством сварных соединений, не уступающим качеству самих свариваемых материалов.

Процесс диффузионной сварки протекает при высоком давлении (как правило, порядка величины предела текучести) и температуре чуть ниже точки перехода в твёрдое состояние. Однако металлические заготовки могут иметь склонность к самопроизвольному диффузионному свариванию даже при комнатной температуре, если их поверхностям придана исключительная ровность и гладкость. К примеру, концевые меры длины могут за короткое время свариться друг с другом в холодном состоянии, если они притёрты, то есть расположены очень близко друг к другу.

Технология диффузионной сварки основана на явлении диффузии в твёрдых телах, при которой атомы двух твёрдых (не жидких) металлических поверхностей постепенно диффундируют друг в друга вдоль межфазной границы при внешнем воздействии повышенной температуры и высокого давления.

Диффузионная сварка предполагает повышенную скорость диффузии. Поскольку с увеличением температуры скорость диффузии возрастает в геометрической прогрессии, температура стыковки, как правило, устанавливается на уровне около 80 % от температуры плавления металла в градусах Кельвина.

При этой технологии сварки заготовки фиксируются так, чтобы их поверхности соприкасались друг с другом. Перед выполнением диффузионной сварки поверхности деталей должны быть отполированы и максимально очищены от химических загрязнений и налёта. Дело в том, что любой посторонний материал между двумя металлическими поверхностями действует как диффузионный барьер и тем самым приводит к нарушениям соединения свариваемых заготовок.

Продолжительность процесса диффузионной сварки составляет несколько часов.

В специальной литературе этот процесс делится на несколько стадий:

1) образование контакта между двумя поверхностями в результате их прижатия друг к другу вершинами шероховатости;

2) деформация вершин шероховатости;

3) диффузия сквозь границы зёрен металла, перемещение границ зёрен;

4) объёмная диффузия для заполнения остаточных пор.

Процесс стыковки должен быть оптимизирован в зависимости от материала и допустимой степени деформации.

При этом скорость протекания диффузии зависит от температуры и давления стыковки, а также от продолжительности процесса. Так, для микротехнологических деталей оптимальная степень деформации варьируется в диапазоне от 3 % до 5 % высоты соответствующей детали. При этом в идеале место сварки становится незаметным.

Механические характеристики деталей, сваренных методом диффузионной сварки, такие как предел текучести, предел прочности на разрыв и относительное удлинение при разрыве, зависят от конкретного материала. Правда, происходящая при этом рекристаллизация сводит на нет результаты холодного упрочнения заготовок.