Давление
в контакте соединяемых деталей
в зависимости от температуры
и рода свариваемых материалов может
меняться от 3—5 до 100 МПа. Осадку деталей
осуществляют главным образом пневматическими
системами. Время сварки составляет
от нескольких до десятков минут. Удаление
поверхностных пленок и предупреждение
возможности их образования в
процессе сварки достигается использованием
вакуумной защиты, тщательной предварительной
зачисткой свариваемых поверхностей.
Сварку выполняют в условиях безокислительного
нагрева, для этого в сварочной камере
поддерживается разрежение 10"1—10~3 Па.
Особым видом диффузионной сварки является
сварка в контролируемой атмосфере, при
которой в качестве защитных газов используют
Н2, Аг, Не. Схема диффузионной сварки и
циклограмма процесса показаны на рис.
81. Установка для диффузионной сварки
состоит из вакуумной камеры, в которой
выполняют сварку, специальных насосов
для создания вакуума, нагревательного
устройства с источником питания и устройства
для передачи давления. После откачки
воздуха включают нагревательное устройство,
начинается нагрев детали до заданной
температуры с обеспечением равномерного
нагрева деталей по всему сечению. После
выравнивания температуры прикладывают
усилие сжатия, которое в процессе сварки
поддерживают постоянным. При охлаждении
свариваемых деталей на грузку снимают
не сразу, а при температурах 100—400°С, чтобы
предупредить разрушение соединения из-за
различных коэффициентов термической
усадки соединяемых элементов. Ориентировочные
параметры режима сварки, например, для
титановых сплавов: температура нагрева
Г=800-И.000°С, давление P=5-f-10 МПа, время нагрева
/=5-г-Ю мин; для никеля соответственно Т==
1000-М 170°С, Р= 15-4-20 МПа, г=6-г-20 мин. Преимуществами
диффузионной сварки являются возможность
сварки разнородных материалов, получение
равнопрочных соединений без заметного
изменения физико-химических свойств,
отсутствие присадочных материалов, высокое
качество защиты. Диффузионная сварка
позволяет создавать прочные соединения
не только однородных, но и разнородных
металлов и сплавов, в том числе и таких,
которые резко различаются по своим свойствам:
малопластичных, тугоплавких, не растворимых
друг в друге или образующих между собой
хрупкие соединения. С помощью диффузионной
сварки получены соединения таких пар
металлов и сплавов, непосредственно соединить
которые другими видами сварки очень сложно
(например, титан с коррозионно-стойкой
сталью, титан с алюминием, сталь с чугуном,
медь с молибденом, вольфрам с ниобием
и др.). В случае недостаточно интенсивной
диффузии между соединяемыми материалами
при резко различных коэффициентах линейного
расширения или при возможном появлении
хрупких соединений между ними целесообразно
применять промежуточную прокладку или
подслой в виде фольги, порошка и т. п. Параметры
режима сварки выбирают в зависимости
от наличия и свойств промежуточной прокладки.
Таким способом соединяют не только металлические
(например, жаропрочные сплавы), но и неметаллические
материалы (например, получены соединения
кварца через медную прослойку). Сварка
трением — сварка давлением, при которой
нагрев осуществляется трением, вызываемым
относительным перемещением свариваемых
поверхностей. Отличительные особенности
процесса: нагрев сжатых деталей осуществляется
в результате трения соединяемых поверхностей
при их вращении или возвратно-поступательном
перемещении друг относительно друга,
при этом механическая энергия непосредственно
переходит в тепловую в месте стыка; строго
локализованное тепловыделение в приповерхностных
слоях свариваемых деталей; сварка происходит
в твердом состоянии без расплавления
металла свариваемых деталей; сварное
соединение образуется в результате совместной
пластической деформации при нагреве
и сжатии за счет возникновения металлических
связей между чистыми контактирующими
поверхностями свариваемых деталей; окисные
пленки, имеющиеся на металлических поверхностях
в месте соединения, разрушаются в результате
трения и удаляются за счет пластической
деформации в радиальном направлении.
Принципиальные схемы сварки трением
показаны на рис. 82. Простейшая и наиболее
распространенная схема процесса показана
на рис. 82, а. Две детали, подлежащие сварке,
устанавливают сносно в зажимах машины;
одна из них неподвижна, другая приводится
во вращение вокруг их общей оси. На сопряженных
торцовых поверхностях деталей, прижатых
одна к другой осевым усилием Р, возникают
силы трения. Работа, затрачиваемая при
вращении на преодоление этих сил трения,
преобразуется в теплоту, которая выделяется
на поверхностях трения и нагревает прилегающие
к ним тонкие слои металла до температур,
необходимых для образования сварного
соединения (1000—1300°С — при сварке черных
металлов). Нагрев заканчивается при быстром
(практически мгновенном) прекращении
относительного вращения. Подготовленный
таким образом к сварке металл подвергают
сильному сжатию — проковке, в результате
образуется прочное сварное соединение.
Основными параметрами процесса сварки
трением являются скорость вращения свариваемых
деталей, величина осевого усилия при
нагреве и проковке, величина осадки при
нагреве, длительность приложения усилия
проковки. Примерный режим при сварке
заготовок из углеродистой стали диаметром
50 мм: частота вращения 400 об/мин, осевое
усилие при нагреве 100 кН, осевое усилие
при проковке 200 кН, время нагрева 20 с, время
проковки 2,0 с, потребляемая мощность 25
кВт, машинное время процесса — 22 с. Преимуществами
сварки трением является высокая производительность
процесса, малые затраты энергии (в 5—10
раз меньше, чем при стыковой контактной
сварке), высокое качество сварных соединений,
возможность сварки металлов и сплавов
в различных сочетаниях, простота механизации
и автоматизации. Недостатками сварки
трением являются неуниверсальность процесса
(с ее помощью можно сваривать такие пары
деталей, из которых хотя бы одна должна
быть телом вращения), громоздкость оборудования,
наличие грата после сварки. Сварку трением
применяют для соединения деталей встык
(стержней, труб) и для образования Т-образных
соединений. В промышленном производстве
сварку трением используют для соединения
деталей сечением 50—10 000 мм2 из одноименных
и ряда разноименных конструкционных
материалов. Для сварки применяют универсальные,
специализированные машины, имеющие зажимы
для свариваемых деталей, механизм сжатия
и привод вращения; выпускают серийные
машины типа МСТ — МСТ-23, МСТ-35, МСТ-41 и
др. Сварка взрывом — сварка, при которой
соединение образуется за счет совместной
пластической деформации в результате
вызванного взрывом соударения быстродвижущихся
деталей. Кинетическая энергия соударения
соединяемых частей затрачивается на
работу совместной пластической деформации
контактирующих слоев металла, приводящей
к образованию сварного соединения. При
этом часть работы пластической деформации
переходит в теплоту, которая может разогревать
металл в зоне соединения до высоких температур,
вплоть до плавления локальных объемов.
Большинство видов сварки взрывом основано
на использовании направленного (кумулятивного)
взрыва (рис. 83). Соединяемые поверхности
двух заготовок 3 и 4 (в простейшем случае
пластины), одна из которых (4) неподвижна
и является основанием, располагают параллельно
или под углом ос друг к другу на расстоянии
ft0. На подвижную (метаемую) заготовку 3
кладут ВВ — взрывчатое вещество 2толщиной
//, а со стороны, находящейся над вершиной
угла, устанавливают детонатор 1. При возбуждении
с помощью детонатора заряда ВВ по нему
распространяется фронт детонационной
волны со скоростью детонации D, составляющей
2000—8000 м/с (детонация — процесс разложения
взрывчатого вещества с выделением газов
и тепла). Образующиеся позади фронта детонации
газообразные продукты взрыва в начальный
период создают давление 100—200 ГПа, сохраняя
в течение короткого времени по инерции
прежний объем ВВ, а затем со скоростью
0,5—0,75 D расширяются, сообщая находящемуся
под ними участку металла импульс движения.
Под действием этого импульса объемы заготовки
последовательно вовлекаются в ускоренное
движение к поверхности неподвижной части
металла и с большой скоростью соударяются
с ней. При установившемся процессе метаемая
пластина на некоторой длине дважды перегибается,
ее наклонный участок под углом движется
со скоростью D за фронтом детонационной
волны. При соударении из вершины угла
выносятся тонкие поверхностные слои,
окислы и загрязнения. Высокоскоростное
соударение метаемой части металла с неподвижной
пластиной вызывает течение металла в
их поверхностных слоях. Поверхности сближаются
до расстояния действия межатомных сил
сцепления и происходит схватывание по
всей площади соединения G характерной
волнообразной границей раздела соединяемых
деталей. Продолжительность сварки взрывом
не превышает несколько микросекунд. Прочность
соединений, выполненных сваркой взрывом,
выше прочности соединяемых материалов.
Это объясняется упрочнением тонких слоев
металла, прилегающих к соединенным поверхностям,
при их пластической деформации. Сварку
взрывом используют при изготовлении
заготовок биметалла, для плакирования
поверхностей конструкционных сталей
металлами и сплавами с особыми физическими
и химическими свойствами, при сварке
заготовок из разнородных материалов.
Разновидностью сварки взрывом является
магнитноимпульсная сварка. При магнитно-импульсной
сварке соударение свариваемых деталей
обеспечивается импульсным магнитным
полем от разряда батарей конденсаторов.
Длительности импульса и скорости соударения
при этом способе близки к сварке взрывом.
Преимуществом магнитноимпульсной сварки
по сравнению со сваркой взрывом является
более легкое управление параметрами
процесса.