Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Дифузі́йне зва́рювання (англ. diffusion welding, diffusion bonding) — зварювання тисненням (тиском) у поєднанні із нагріванням, спільна дія яких достатня для дифузійного взаємного переміщення атомів хімічних елементів з'єднуваних поверхонь заготовок у межах декількох шарів кристалічних ґраток.
Основні принципи
Дифузійне зварювання відбувається через поверхню стику в умовах деформування зварювальних поверхонь. Утворення з'єднання зумовлене дією трьох основних параметрів — тиску, часу зварювання та температури, яка становить для однорідних металів, як правило, 0,5…0,8 від температури плавлення металу або сплаву, а при зварюванні різнорідних — 0,5…0,7 від температури більш легкоплавкого металу. Різновиди дифузійного зварювання зумовлені вибором захисного середовища — вакуум, розплав солей або луг, водень, інертні гази тощо. Найчастіше дифузійне зварювання застосовують у вакуумі при тиску розрідження від 1,3 до1,3∙10−4 Па. Основним елементом устаткування є герметична металева камера, розміри якої обумовлюються розмірами зварюваних виробів.
Процес зварювання включає дві стадії: фізичний контакт та дифузію, й ґрунтується на взаємній дифузії атомів у поверхневих шарах матеріалів що контактують.
Для нагрівання деталей застосовують радіаційний, електроконтактний, електронно-променевий, індукційний та інші способи. Зусилля стискання зварних заготовок можна створювати за допомогою електромеханічних або гідравлічних систем. У тих випадках, коли достатнім є невелике зусилля стискання, його створюють за допомогою вантажу. Механічний вплив на зварні деталі додатково можу здійснюватись:
- шляхом прикладання динамічного чи знакозмінного навантаження;
- шляхом створення термічного напруження, що виникає при нагріванні матеріалів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення;
- за рахунок коливання тисків у вакуумній камері та в атмосфері;
- внаслідок надлишкового тиску газу в замкнутому об'ємі (газостати).
Утворення зварних з'єднань триває від декількох секунд до декількох годин (переважно, 5…10 хв) залежно від конструкції виробу та властивостей матеріалів, що з'єднуються. Тиск у контакті деталей, що з'єднуються залежно від температури та роду зварюваних матеріалів, може бути від 1 до 100 МПа.
Для підвищення ефективності процесу часто використовуються прокладки товщиною 100…500 мкм з пластичних металів з високою схильністю до дифузії — золота, срібла, нікелю, міді титану. В окремих технологічних процесах матеріал прокладки або підшари потрібно додатково підігрівати, розплавляти, піддавати окисленню або сульфідуванню. Також, залежно від фізичних властивостей матеріалів, що зварюються підбираються унікально температура і тиск.
Використання
Дифузійним зварюванням з'єднують однорідні або різнорідні метали, їх сплави, металокерамічні вироби. Основна перевага процесу — це утворення рівноміцного з'єднання без зміни фізико-механічних властивостей матеріалів у зоні зварювання. Нині розроблені технології дифузійного зварювання для більше ніж 700 пар матеріалів та створено близько 40 типів установок.
За допомогою дифузійного зварювання отримують з'єднання таких металів, які неможливо виконати іншими способами зварювання (наприклад, титан зі сталлю, алюмінієм чи міддю, металокомпозити, кераміка з металом); також це дає змогу з'єднувати матеріали різної товщини зі збереженням геометричних розмірів та форм виробів.
Характерними галузями застосування дифузійного зварювання є електронна, хімічна, авіакосмічна, електротехнічна, металообробна промисловості; серед прикладів ефективного використання — виробництво високостійких штампів, багатошарових панелей зі сплавів титану, лопаток турбін двигунів, вузлів з кераміки та металу для приладів, металокомпозитних виробів.
Переваги та недоліки
Переваги дифузійного зварювання:
- прецизійна точність обробки;
- відсутність явно вираженого шва, монолітність з'єднання;
- можливість зварювати матеріали, що не сполучаються ніяким іншим способом (отримання складних композитів);
- можливість створювати вироби складної конструкції та конфігурації;
- мала витрата енергії;
- відсутність потреби у застосуванні додаткових елементів, таких як присадки, електроди, припої та флюси (у ряді операцій є виняток — як прошарок використовується тонка фольга);
- екологічність зварювального процесу — немає бризок розплаву, шкідливих випромінювань і газових виділень;
- висока міцність з'єднання;
- зручність створення пустотілих конструкцій, в тому числі композитних.
Недоліки:
- складність, громіздкість та висока вартість устаткування для дифузійного зварювання (вакуумна камера, вакуумний насос, прес, система охолодження, нагрівальні пристрої та допоміжні механізми із жаротривкої сталі);
- обмеження розмірів зварних деталей розмірами камери;
- високі вимоги до очищення і полірування поверхонь перед дифузійним контактом.
Історична довідка
Технологія дифузійного зварювання відома уже декілька століть. Її можна бачити у технологіях отримання «наповненого золота» (або «ґолдфілд» від англ. gold filled) — техніки, яка використовувалась для золочення міді у ювелірній справі. Для того, щоб створити таку позолоту, ковалі спочатку шляхом кування золота отримували тонкий лист золотої фольги. Потім цю плівку накладали на мідну заготовку і притискали (тиск до 17МПа). Після цього, використовуючи процес, відомий як «зварювання гарячим тиском» або HPW (англ. hot-pressure welding), затиснену збірку золота плівка/мідна заготовка поміщали у нагріту піч (до 900 °C) і витримували до тих пір, поки золота плівка в результаті дифузійних явищ не стане достатньо пов'язаною з мідним субстратом.
Сучасну технологію дифузійного зварювання розробив у 1950 радянський вчений-металург М. Ф. Казаков (НДІ харчопрому, Москва), першу установку в Україні виготовлено у 1961 в Інституті електрозварювання АН УРСР, Київ.
Див. також
Примітки
- ДСТУ 3761.2-98 Зварювання та споріднені процеси. Частина 2 Процеси зварювання та паяння. Терміни та визначення.
- Любич, 2013.
- Сварка, 1966, с. 214.
- Сварка, 1966, с. 216.
- Сварка, 1966, с. 212-214.
- Kalpakjian, Serope (2007). Manufacturing Processes for Engineering Materials (5th Ed.). Prentice Hall. ISBN .
- Казаков, 1968.
Джерела
- Харченко Г.К. Дифузійне зварювання // Енциклопедія сучасної України / ред. кол.: І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2010. — Т. 10 : З — Зор. — 712 с. — .
- Крівцун І. В. Спеціальні способи зварювання: підручник / За ред. Б. Є. Патона. — Миколаїв : НКУ, 2017. — 248 с. — .
- Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. — М. : Машиностроение, 1968. — 332 с.
- Теория, технология и оборудование диффузионной сварки. Учебник для вузов / В. А. Бачин, В. Ф. Квасницкий, Д. И. Котельников и др., Под общ. ред. В. А. Бачина. — М. : Машиностроение, 1991. — 352 с. — .
- Квасницкий В. В. Механика соединений при диффузионной сварке, пайке и напылении разнородных материалов в условиях упругости: монографія / В. В. Квасницкий, Г. В. Ермолаев, М. В. Матвиенко. — Николаев : НУК, 2017. — 176 с. — .
- Любич О. Й. Обладнання і технологія зварювального виробництва: навч. посіб / О. Й. Любич, В. М. Радзієвський, А. Ф. Будник. — Суми : Сумський державний університет, 2013. — 229 с. — .
- Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. — Т. ІІ. Технология и оборудование. Справ. изд. / Под ред. В. М. Ямпольского. — 1966. — 574 с. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Difuzi jne zva ryuvannya angl diffusion welding diffusion bonding zvaryuvannya tisnennyam tiskom u poyednanni iz nagrivannyam spilna diya yakih dostatnya dlya difuzijnogo vzayemnogo peremishennya atomiv himichnih elementiv z yednuvanih poverhon zagotovok u mezhah dekilkoh shariv kristalichnih gratok Animaciya procesu difuzijnogo zvaryuvannyaOsnovni principiDifuzijne zvaryuvannya vidbuvayetsya cherez poverhnyu stiku v umovah deformuvannya zvaryuvalnih poverhon Utvorennya z yednannya zumovlene diyeyu troh osnovnih parametriv tisku chasu zvaryuvannya ta temperaturi yaka stanovit dlya odnoridnih metaliv yak pravilo 0 5 0 8 vid temperaturi plavlennya metalu abo splavu a pri zvaryuvanni riznoridnih 0 5 0 7 vid temperaturi bilsh legkoplavkogo metalu Riznovidi difuzijnogo zvaryuvannya zumovleni viborom zahisnogo seredovisha vakuum rozplav solej abo lug voden inertni gazi tosho Najchastishe difuzijne zvaryuvannya zastosovuyut u vakuumi pri tisku rozridzhennya vid 1 3 do1 3 10 4 Pa Osnovnim elementom ustatkuvannya ye germetichna metaleva kamera rozmiri yakoyi obumovlyuyutsya rozmirami zvaryuvanih virobiv Proces zvaryuvannya vklyuchaye dvi stadiyi fizichnij kontakt ta difuziyu j gruntuyetsya na vzayemnij difuziyi atomiv u poverhnevih sharah materialiv sho kontaktuyut Dlya nagrivannya detalej zastosovuyut radiacijnij elektrokontaktnij elektronno promenevij indukcijnij ta inshi sposobi Zusillya stiskannya zvarnih zagotovok mozhna stvoryuvati za dopomogoyu elektromehanichnih abo gidravlichnih sistem U tih vipadkah koli dostatnim ye nevelike zusillya stiskannya jogo stvoryuyut za dopomogoyu vantazhu Mehanichnij vpliv na zvarni detali dodatkovo mozhu zdijsnyuvatis shlyahom prikladannya dinamichnogo chi znakozminnogo navantazhennya shlyahom stvorennya termichnogo napruzhennya sho vinikaye pri nagrivanni materialiv z riznimi temperaturnimi koeficiyentami linijnogo rozshirennya za rahunok kolivannya tiskiv u vakuumnij kameri ta v atmosferi vnaslidok nadlishkovogo tisku gazu v zamknutomu ob yemi gazostati Utvorennya zvarnih z yednan trivaye vid dekilkoh sekund do dekilkoh godin perevazhno 5 10 hv zalezhno vid konstrukciyi virobu ta vlastivostej materialiv sho z yednuyutsya Tisk u kontakti detalej sho z yednuyutsya zalezhno vid temperaturi ta rodu zvaryuvanih materialiv mozhe buti vid 1 do 100 MPa Dlya pidvishennya efektivnosti procesu chasto vikoristovuyutsya prokladki tovshinoyu 100 500 mkm z plastichnih metaliv z visokoyu shilnistyu do difuziyi zolota sribla nikelyu midi titanu V okremih tehnologichnih procesah material prokladki abo pidshari potribno dodatkovo pidigrivati rozplavlyati piddavati okislennyu abo sulfiduvannyu Takozh zalezhno vid fizichnih vlastivostej materialiv sho zvaryuyutsya pidbirayutsya unikalno temperatura i tisk VikoristannyaDifuzijnim zvaryuvannyam z yednuyut odnoridni abo riznoridni metali yih splavi metalokeramichni virobi Osnovna perevaga procesu ce utvorennya rivnomicnogo z yednannya bez zmini fiziko mehanichnih vlastivostej materialiv u zoni zvaryuvannya Nini rozrobleni tehnologiyi difuzijnogo zvaryuvannya dlya bilshe nizh 700 par materialiv ta stvoreno blizko 40 tipiv ustanovok Za dopomogoyu difuzijnogo zvaryuvannya otrimuyut z yednannya takih metaliv yaki nemozhlivo vikonati inshimi sposobami zvaryuvannya napriklad titan zi stallyu alyuminiyem chi middyu metalokompoziti keramika z metalom takozh ce daye zmogu z yednuvati materiali riznoyi tovshini zi zberezhennyam geometrichnih rozmiriv ta form virobiv Harakternimi galuzyami zastosuvannya difuzijnogo zvaryuvannya ye elektronna himichna aviakosmichna elektrotehnichna metaloobrobna promislovosti sered prikladiv efektivnogo vikoristannya virobnictvo visokostijkih shtampiv bagatosharovih panelej zi splaviv titanu lopatok turbin dviguniv vuzliv z keramiki ta metalu dlya priladiv metalokompozitnih virobiv Perevagi ta nedolikiPerevagi difuzijnogo zvaryuvannya precizijna tochnist obrobki vidsutnist yavno virazhenogo shva monolitnist z yednannya mozhlivist zvaryuvati materiali sho ne spoluchayutsya niyakim inshim sposobom otrimannya skladnih kompozitiv mozhlivist stvoryuvati virobi skladnoyi konstrukciyi ta konfiguraciyi mala vitrata energiyi vidsutnist potrebi u zastosuvanni dodatkovih elementiv takih yak prisadki elektrodi pripoyi ta flyusi u ryadi operacij ye vinyatok yak prosharok vikoristovuyetsya tonka folga ekologichnist zvaryuvalnogo procesu nemaye brizok rozplavu shkidlivih viprominyuvan i gazovih vidilen visoka micnist z yednannya zruchnist stvorennya pustotilih konstrukcij v tomu chisli kompozitnih Nedoliki skladnist gromizdkist ta visoka vartist ustatkuvannya dlya difuzijnogo zvaryuvannya vakuumna kamera vakuumnij nasos pres sistema oholodzhennya nagrivalni pristroyi ta dopomizhni mehanizmi iz zharotrivkoyi stali obmezhennya rozmiriv zvarnih detalej rozmirami kameri visoki vimogi do ochishennya i poliruvannya poverhon pered difuzijnim kontaktom Istorichna dovidkaTehnologiya difuzijnogo zvaryuvannya vidoma uzhe dekilka stolit Yiyi mozhna bachiti u tehnologiyah otrimannya napovnenogo zolota abo goldfild vid angl gold filled tehniki yaka vikoristovuvalas dlya zolochennya midi u yuvelirnij spravi Dlya togo shob stvoriti taku pozolotu kovali spochatku shlyahom kuvannya zolota otrimuvali tonkij list zolotoyi folgi Potim cyu plivku nakladali na midnu zagotovku i pritiskali tisk do 17MPa Pislya cogo vikoristovuyuchi proces vidomij yak zvaryuvannya garyachim tiskom abo HPW angl hot pressure welding zatisnenu zbirku zolota plivka midna zagotovka pomishali u nagritu pich do 900 C i vitrimuvali do tih pir poki zolota plivka v rezultati difuzijnih yavish ne stane dostatno pov yazanoyu z midnim substratom Suchasnu tehnologiyu difuzijnogo zvaryuvannya rozrobiv u 1950 radyanskij vchenij metalurg M F Kazakov NDI harchopromu Moskva pershu ustanovku v Ukrayini vigotovleno u 1961 v Instituti elektrozvaryuvannya AN URSR Kiyiv Div takozhDifuziya Difuzijna metalizaciyaPrimitkiDSTU 3761 2 98 Zvaryuvannya ta sporidneni procesi Chastina 2 Procesi zvaryuvannya ta payannya Termini ta viznachennya Lyubich 2013 Svarka 1966 s 214 Svarka 1966 s 216 Svarka 1966 s 212 214 Kalpakjian Serope 2007 Manufacturing Processes for Engineering Materials 5th Ed Prentice Hall ISBN 0 13 227271 7 Kazakov 1968 DzherelaHarchenko G K Difuzijne zvaryuvannya Enciklopediya suchasnoyi Ukrayini red kol I M Dzyuba ta in NAN Ukrayini NTSh K Institut enciklopedichnih doslidzhen NAN Ukrayini 2010 T 10 Z Zor 712 s ISBN 978 966 02 5721 4 Krivcun I V Specialni sposobi zvaryuvannya pidruchnik Za red B Ye Patona Mikolayiv NKU 2017 248 s ISBN 978 966 321 321 7 Kazakov N F Diffuzionnaya svarka v vakuume M Mashinostroenie 1968 332 s Teoriya tehnologiya i oborudovanie diffuzionnoj svarki Uchebnik dlya vuzov V A Bachin V F Kvasnickij D I Kotelnikov i dr Pod obsh red V A Bachina M Mashinostroenie 1991 352 s ISBN 5 217 01195 5 Kvasnickij V V Mehanika soedinenij pri diffuzionnoj svarke pajke i napylenii raznorodnyh materialov v usloviyah uprugosti monografiya V V Kvasnickij G V Ermolaev M V Matvienko Nikolaev NUK 2017 176 s ISBN 978 966 321 322 4 Lyubich O J Obladnannya i tehnologiya zvaryuvalnogo virobnictva navch posib O J Lyubich V M Radziyevskij A F Budnik Sumi Sumskij derzhavnij universitet 2013 229 s ISBN 978 966 657 467 4 Svarka i svarivaemye materialy V 3 h t M Izd vo MGTU im N E Baumana T II Tehnologiya i oborudovanie Sprav izd Pod red V M Yampolskogo 1966 574 s ISBN 5 7038 1253 4