Нагрев при диффузионной сварке

Выбор способа нагрева (радиационного, индукционного, электроконтактного, электронно-лучевого, в поле тлеющего разряда, жидкой или газовой средой, потоком лучистой энергии) определятся физико-химическими свойствами свариваемого материала, размерами и конфигурацией изделия.

Радиационный нагрев соединяемых элементов происходит за счет теплового излучения от нагревателей в атмосфере или в вакууме (внутри вакуумной камеры). Нагреватели изготовляют из вольфрама, молибдена, графита, нихрома и т.п. в зависимости от среды, в которой происходит сварка, и предельной температуры нагрева соединяемых образцов или деталей. К достоинствам такого способа нагрева можно отнести равномерность прогрева металла или неметалла по всему объему образца или детали. Основной недостаток способа при размещении нагревателя внутри вакуумной камеры - значительное время охлаждения свариваемого изделия и нагревателя в вакууме.

Индукционный нагрев осуществляют за счет бесконтактной передачи электромагнитной энергии от индуктора к детали. Этот способ нагрева наиболее широко применяют в практике диффузионной сварки. К достоинствам способа можно отнести наличие серийно выпускаемых промышленностью источников нагрева, простоту конструкции нагревателя, высокую скорость нагрева изделия. Недостатком способа является то, что интенсивному нагреву первоначально подвергается только наружная поверхность изделия.

Электроконтактный нагрев происходит за счет теплового действия электрического тока, проходящего через свариваемые детали. Достоинством способа является то, что можно использовать трансформаторы машин для контактной стыковой, точечной, шовной и рельефной сварки. Недостаток способа - неравномерность прогрева изделия в зоне контакта.

Электронно-лучевой нагрев осуществляют в вакуумной среде за счет взаимодействия потока электронов с поверхностью нагреваемой детали. Достоинством такого способа нагрева является возможность быстрого достижения высоких температур, а также простота и надежность регулирования и поддержание необходимой температуры нагрева. К недостаткам способа можно отнести то, что необходимо изготавливать специальные высоковольтные источники питания, а форма и размеры свариваемых изделий ограничены возможностью изготовления нагревателя необходимых размеров и конфигурации.

Нагрев в поле тлеющего разряда проводят в контролируемой атмосфере различных газов или газовых смесей, что определяется свойствами свариваемых материалов. По сравнению с другими способами нагрева тлеющий разряд имеет преимущества в том, что позволяет совмещать в едином цикле операции очистки поверхностей от оксидов и сварку.

Способ нагрева жидкой средой (например, расплавом солей) применяют крайне ограничено. Достоинством способа можно считать то, что жидкая среда выполняет функции нагревателя и одновременно защищает нагреваемые элементы от контакта с воздухом. Недостаток способа - это необходимость применения специальных ванн и возможность сварки только материалов определенного класса.

Нагрев газом проводят следующим образом. Нагретый до высокой температуры инертный газ (чаще гелий) подают под высоким давлением в специальные установки, где свариваемые детали одновременно обжимают и нагревают. К недостаткам такого способа нагрева следует отнести высокую стоимость специальных установок для диффузионной сварки. Преимуществом способа нагрева газом является то, что газ одновременно нагревает, сжимает и защищает соединяемые элементы от контакта с воздухом.

Нагрев потоком лучистой энергии в основном проводится с помощью инфракрасных ламп накаливания. Так как около 80 00 потребляемой энергии лампа передает излучением, она успешно используется в качестве нагревателя в вакууме. Достоинством способа является невысокая стоимость ламп, простота и надежность регулирования нагрева. К недостаткам способа можно отнести необходимость предохранения кварцевой оболочки лампы от перегрева.

Из перечисленных способов наиболее эффективен при сварке сталей, твердых сплавов и цветных металлов индукционный нагрев. Радиационный нагрев рекомендуется при сварке металлов со стеклом или керамикой. Контактный нагрев целесообразен при необходимости локального разогрева зоны соединения стальных деталей. Электроннолучевой нагрев применяют при сварке тугоплавких металлов (W, Мо, Та, Nb). Остальные способы нагрева применяются в ограниченном объеме при сварке как металлов, так и неметаллов.