Да ладно, любая сварка по своей физической сути – диффузионная. Так может сказать любой, кто хоть немного разбирается в сварочных делах. И будет прав. Но все дело в скорости диффузии атомов металлов друг в друга.
При тесном соприкосновении она будет происходить, но очень медленно, что никак не приемлемо для промышленных нужд. Но технологическое решение было найдено: нужно разместить соединяемые металлические заготовки в вакуум, хорошенько разогреть, а затем добавить давление.
Родилась новая сварочная технология: диффузионная сварка в вакууме.
Как это происходит?
Понятно, что для исполнения это не самый простой метод сварки. Но овчинка выделки стоит, с его помощью формируются соединения с уникальными свойствами, такие невозможно получить при использовании любого другого способа сварки.
Один только вакуум чего стоит: чтобы создать его, нужно обзавестись специальными стендами с камерой для деталей. На них же производят нагревание и давление. По длительности во времени это могут быть самые разные процессы: от нескольких минут до нескольких часов.
Чтобы шов получился качественным, существует ряд технических правил, обязательных для исполнения:
- Вакуум создается только на специальных установках.
Здесь имеет место прямая зависимость: чем больше разреженность воздуха внутри камеры, тем качественнее получается сварное соединение. Идеальный физический вакуум на такой установке невозможен в принципе. Поэтому приемлемым уровнем вакуума считается 10 в пятой степени со знаком минус мм рт. ст. Даже такое скромное по физическим меркам разрежение отказывает мощное воздействие на процесс диффузии. - Нагревание заготовок во время процесса можно производить несколькими способами.
Самые применяемые из них – индукционный, радиационный или чемпион по популярности – электроконтактный. Уровень температуры тоже может быть разным, здесь также наблюдается прямая зависимость: чем выше температура, тем больше текучесть металла и выше скорость диффузии. Если вы решите оставить комнатную температуру, вы получите диффузионную сварку, но через продолжительное время – придется подождать. - Давление нужно создавать только после достижения нужного уровня температуры.
Оно может быть разным по длительности и локальности: от узконаправленного до распределенного по всей поверхности деталей. Необходимое давление применятся также для ускорения процесса – так же, как и температура. - Применение фольги в качестве вспомогательной прокладки между поверхностями – еще одно приспособление для повышения качества сварки в виде высокой прочности соединения.
Фольга нужна платиновая, золотая или медная: она должна быть очень тонкой – всего несколько микрон толщиной. Еще одним способом улучшения качества является обработка мест стыковки специальными составами. - Теперь об остывании.
Оно должно быть в обязательном порядке постепенным. Более того, это остывание должно проходить в том же вакууме. Обычно в устройствах для диффузионной сварки имеются специальные системы охлаждения с регулировкой скорости остывания. Постепенность – вот главное слово на этом этапе, иначе возникнет риск появления трещин и снижения качества шва.
Следование техническим рекомендациям – одно из важнейших условий успешной работы и качественного результата. С другой стороны, следует всегда оценивать конкретные условия и природу металлов заготовок, чтобы внести технологические корректировки при необходимости.
К примеру, если вы имеете дело с деталями из цветных металлов, величина давления и температура нагревания понадобятся совсем другие.
Преимущества диффузионной сварки
У этого метода много плюсов и преимуществ перед другими способами:
- Нет необходимости в каких-либо расходных материалах вроде электродов или флюсовых смесей.
- С экологической точки зрения это чистый процесс – без горения и вредных веществ, выделяющихся по ходу процесса и вредных паров.
- Малая энергоемкость метода, что выливается в серьезное снижение стоимости ресурсов.
- Возможность соединять сразу несколько заготовок и получать в итоге многослойные конструкции с уникальными свойствами.
- Возможность соединять поверхности самого разного размера и разнообразных форм. Толщина заготовок также может быть любой. Эти свойства особенно ценны в микроэлектронике.
- Высочайшее качество шва, с которым не может сравниться ни одна другая сварка.
- Эта технология совершенно безвредна для людей исполнителей.
Еще одно преимущество метода – то, что он постоянно совершенствуется. Если раньше в камере использовали только вакуум, то на сегодняшний день в нее закачивают также и инертные газы. Диффузионной сваркой можно соединять не только металлы, но и пластик, стекло, керамику и самые сложные композитные смеси.
Недостатки диффузионной сварки
Ни один технический метод работы с металлами не обходится без минусов:
- Самой главный минус – высокая стоимость оборудования для создания вакуума. Помимо высокой цены эти установки нуждаются в квалифицированном обслуживании, которое могут предоставить только специально обученные люди.
- Этот метод подходит для работы с габаритными деталями. Но имеются и ограничения, которые никоим образом не технологические. Для больших деталей нужны большие вакуумные камеры. А вот они стоят весьма и весьма дорого.
- Предварительные очистка и обработка поверхностей деталей являются при данной технологии строжайшим требованием. Дело в том, что малейший дефект или самое незначительное загрязнение сделают диффузную сварку невозможной.
Где метод применяется
Несмотря на сложность и дороговизну оборудования, этот метод чрезвычайно востребован во многих сферах науки и технических отраслях за исключением массовых промышленных производств:
- Сварка деталей, требующих особой прочности и качества, в разных видах машиностроения.
- Соединение сложных цветных металлов и их сплавов без применения флюсов или припоев.
- Создание сложных композиционных многослойных конструкций из разных материалов, которые используются как на производствах, так и в строительстве.
- Промышленная электроника – область, где метод нужен чаще всего и в самых больших объемах.
Прогресс не стоит на месте, а сварка в вакууме – одна из самых «высокоскоростных» технологий, которая развивается и модифицируется быстро и широко.
