Диффузионная сварка алюминия

Этот способ сварки может с успехом применяться для соединения деталей из алюминиевых сплавов. Решающую роль для получения качественных соединений при диффузионной сварке играет подготовка поверхности. Очистка от оксидной пленки и активация соединяемых поверхностей могут осуществляться различными способами: чистовым точением, шабрением кромок, обработкой металлическими щетками на воздухе или в вакууме, химической обработкой.

Температура диффузионной сварки деформируемых алюминиевых сплавов после механической зачистки соединяемых поверхностей, как правило, ниже температуры нагрева сплава под закалку. Оптимальный режим сварки следующий: Т = 500 °С; р=10 МПа; t=10 мин; вакуум - 133 * 10^-5 Па. О монолитности соединения, полученного на этом режиме, свидетельствует отсутствие границы раздела между свариваемыми деталями. Сварка на указанном режиме алюминиевых сплавов АМг5 и АМг6 не вызывает, ухудшения механических свойств, так как отсутствует коагуляция интерметаллидов в зоне соединения, что улучшает, механические свойства и повышает пластичность металла.

Известны и другие способы очистки поверхности перед диффузионной сваркой: взаимным скольжением соединяемых поверхностей в вакууме, нагревом деталей в вакууме, обработкой поверхностей тлеющим разрядом при давлении в камере 133 * 10^-2 Па. После такой очистки температура нагрева при сварке не превышает 400° С, а время - 1 мин . Недостаток этих способов заключается в необходимости дополнительной оснастки в вакуумных камерах и усложнении техно­логического процесса.

Наиболее широко применяемым способом подготовки свариваемых поверхностей алюминия и его сплавов остается их химическое травление. Для предотвращения образования и роста оксидных и адсорбиро­ванных пленок на травленой поверхности существует способ ее консервации. Заключается он в том, чтобы не допустить контакта очищенной поверхности с воздухом и сохранить ее свойства вплоть до нагрева деталей в вакууме. Осуществляется это путем использования одного и того же вещества в качестве основы травителя, удаляющего оксидную пленку, жидкости для промывки после травления и защитного покрытия. Для алюминия таким веществом является глицерин. Перед загрузкой деталей в сварочную камеру нет необходимости удалять его с соединяемых поверхностей, так как в процессе нагрева он полностью испаряется. Поверхность сохраняет свои свойства под защитным по­крытием в течение 12 ч.

Разрушить оксидную пленку, активизировать процесс диффузионного взаимодействия алюминиевых сплавов и снизить температуру сварки можно, применяя промежуточные прослойки, образующие эв­тектики при нагревании с алюминием и другими компонентами сплава. В качестве материала прослоек можно использовать медь, магний, цинк в виде фольги или покрытий. В случае прослоек из цинка температура сварки составляет 480-500° С, магния - 470-490 °С, меди - 400-450° С. Качество соединений в значительной мере зави­сит от толщины промежуточных прослоек. При толщине более 3 мкм количество эвтектики достаточно велико. За счет деформации эвтектика частично удаляется из зоны соединения. Уменьшение толщины проме­жуточной прослойки до 1-2 мкм позволяет получить соединения с более высокой прочностью, достигающей 0,85-0,95 прочности свари­ваемых деформируемых сплавов.

Наибольшую трудность представляет получение сварных соединений алюминиевого сплава Д16, температура под закалку которого мала и составляет 500 °С. В результате нагрева при сварке выше 500° С наблюдается значительная неоднородность состава сплава, изменяется распределение легирующих элементов магния и меди в глубинных и поверхностных слоях металла. В реальных условиях на поверхности контакта деталей магний образует эвтектику с алюминием. Изменение концентрации названных компонентов сплава Д16 наблюдается на расстоянии до 3-3,5 мм от поверхности. Описанные диффузионные процессы делают невозможным получение соединений сплава Д16 при температурах выше 500° С. Соединения сплава Д16 получены через прослойку цинка толщиной 1,5 мкм. Предел прочности их равен 280-300 МПа.

Диффузионной сваркой можно соединять также литейные алюминиевые сплавы АЛ25, АЛ26. Оптимальная температура сварки 500-510 °С. Особое внимание при сварке литейных сплавов нужно уделять абсолютной деформации прилегающих к границе соединения объемов сплава. При значительных деформациях вблизи: границы соединения Наблюдается избыток включений кремния, способных при определенных условиях приводить к возникновению микротрещин в зоне контакта материалов.