ДИФФУЗИОННАЯ СВАРКА
Диффузионная сварка в вакууме, разработанная Н. Ф. Казаковым, получила широкое распространение. В результате продолжительного нагрева в вакууме со степенью
сальности этого процесса. Следует иметь также в виду, что при диффузионной сварке ряда сочетаний металлов требуется подавлять прохождение диффузии во избежание образования толстого слоя хрупких ин - 2030 40 50 терметаллических соедине-
|
разрежения 0,133—0,00133 Па, а иногда в контролируемой среде (например в водороде) при сварке удается получить соединения с относительно небольшой микропластической деформацией при умеренной температуре. Благодаря этому сравнительно мало изменяются свойства соединяемых деталей, что часто делает применение диффузионной сварки особенно целесообразным. Имеется ряд данных по диффузионной сварке разнородных металлов, которые свидетельствуют о большой универ- •ч *7 |
|
ІІК |
г |
о-"* |
• |
V 1 1 • |
|
|
jj |
2 |
||||
|
2L.... |
3 |
|
/ 25 10 15 20 Дли |
|
Рис. 8. Прочность соединений алюминия АДО со сталью Х18Н10Т в зависимости от длительности сварки для различных температур и давлений: |
Д/іительность соарт, ЩН г„ лг
|
/—500° С, 0,75 • 10~7 Н/м», 2—550° С* 0,5 • 10“7 Н/мг; 3 — 575° С,0.5 • 10~*7 Н/м*. |
нии. К таким сочетаниям металлов относятся титан— сталь, сталь — алюминий и др. По сути дела качественное соединение здесь может быть получено при отсутствии заметной диффузии. При сварке разнородных металлов и сплавов часто наблюдается экстремальный характер зависимости скорости образования интерметаллидов от температуры и времени. Это особенно характерно для такой пары, как алюминий — сталь. Были проведены многочисленные исследования указанных сочетаний при использовании как различных марок сталей, так и алюминиевых сплавов.
Результаты механических испытаний соединений алюминия АДО со сталью Х18Н10Т приведены на рис. 8. Образцы (диаметром 25-^32 мм) сваривали на лабораторной установ
ке при разрежении в рабочей камере 0,133—0,0665 Па, Нагрев образцов в интервале 500—575° С осуществляли токами высокой частоты (60—74 кГц). Продолжительность сварки изменяли от 1 мин до 1 ч.
Анализ кинетических кривых роста прочности соединения стали Х18Н10Т с алюминием АДО показывает, что для получения максимальной прочности при различных температурах требуется разная продолжительность сварки, При температуре сварки 500° С прочность соединения повышается при выдержке около 30 мин. При увеличении времени сварки от 30 до 120 мин прочность соединения практически не изменяется.
При температурах сварки 550 и 575° С максимальная прочность соединения достигается соответственно через 10 и 5 мин. Разрушение образцов при испытании происходит по алюминию. Кинетические кривые при всех изученных температурах имеют ярко выраженный максимум. После достижения максимальной прочности наблюдается сравнительно быстрое ее снижение.
Металлографический анализ шлифов показал, что при сварке на режимах, обеспечивающих максимальную прочность соединения, переходная зона однородна и имеет ширину 4—бмкм с твердостью 50—140* 10~7 Н/м2. При сварке на режимах, превышающих оптимальные, т. е. когда на кинетических кривых наблюдается резкий спад прочности, в зоне соединения появляется слой интерметаллидов в виде белой полосы с твердостью 700—900 • 10~7 Н/м2.
Большой интерес представляет анализ влияния добавок Mg, Si и Си на прочность соединения алюминия со сталью. Серийные алюминиевые сплавы, как правило, являются многокомпонентными и мало пригодны для такого исследования. Поэтому для экспериментов использовали опытные двойные сплавы систем А1 — Mg, А1 — Si, А1 — Mn, А1—Си.
Наличие магния в алюминии отрицательно влияет на свариваемость: с увеличением содержания магния в алюминии прочность соединения резко снижается, При времени
сварки 20 мин и температуре 525° С прочность соединения чистого алюминия АДО со сталью составляет 9,0 X X 10~7 Н/м2, а сплава алюминия с 2,2% Mg—2,5 х X 10“7 Н/м2. С увеличением времени сварки до 60 мин отрицательное влияние магния на прочность сказывается еще более значительно (прочность оказывается практически равной нулю). Сравнительное исследование кинетики роста интерметаллидной прослойки в этом случае показало, что с введением магния в алюминий скорость роста прослойки существенно возрастает (рис. 9). Таким крайне отрицательным влиянием магния можно объяснить тот факт, что до настоящего времени не удается получить соединения диффузионной сваркой стали непосредственно со сплавом АМгб.
Отрицательное влияние магния можно объяснить следующим образом. С одной стороны, магний следует рассматривать как упрочняющую добавку в алюминии. В связи с этим длительность стадии образования фактического контакта со сталью с ростом содержания магния существенно возрастает из-за снижения скорости деформации сплавов.
С другой стороны, присутствие магния в сплаве резко ускоряет процесс образования и роста интерметаллидов в месте соединения.
При диффузионной сварке разнородных металлов с очень резко отличающимися свойствами легко представить случай, когда деформация будет идти целиком за счет более
мягкого металла, а температура нагрева, при сварке в твердом состоянии всегда лежащая ниже солидуса этого металла, окажется недостаточной для заметной термической активации поверхности более тугоплавкого металла. В этом случае, даже при благоприятных термодинамических условиях, сварка будет неосуществимой из-за невозможности создания активных центров на поверхности более тугоплавкого металла ни в результате действия дислокационного механизма, ни вследствие термической активации. Поэтому такие пары металлов, как например, олово и железо, алюминий и молибден с очень большой разницей температур плавления не удается сварить в твердом состоянии.
Детальный анализ технологических процессов сварки давлением в твердом состоянии [11] показал, что разрушение поверхностных окисных пленок является одним из обязательных условий образования соединений с высокими механическими свойствами. Однако при достаточно продолжительном нагреве возможно образование соединения и через окисные пленки, но, как правило, при пониженных пластических свойствах соединения.
