Диффузионная сварка

Диффузионная сварка (диффузионное спекание) — это бесконтактный способ соединения металлов и сплавов за счёт взаимного проникновения атомов при нагреве под давлением в вакууме или защитной среде. В отличие от традиционных методов, здесь не используется расплавленный шов и присадочный материал — стыкуемые поверхности сплачиваются путём атомной диффузии в твёрдом или почти твёрдом состоянии.

  1. Принцип процесса. При подогреве заготовок до 50–70 % температуры плавления металла (0,5–0,7 T плавления) и приложении небольшого давления (обычно до 0,5 МПа) происходит уплотнение неровностей на стыковых поверхностях и активизируется межатомная диффузия. Время выдержки может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от материала и толщины деталей.
  2. Оборудование и среда. Для нагрева применяют вакуумные печи, индукционные или электрические нагреватели. Работа обычно ведётся в вакууме (10⁻⁴–10⁻² Па) либо в инертных газах (аргон, гелий), чтобы исключить окисление поверхностей. Пресс-манипуляторы или гидроцилиндры обеспечивают точное и равномерное давление по всему стыку.
  3. Ключевые технологические параметры:
    • Температура сварки: 0,5–0,7 T плавления для большинства сталей и сплавов.
    • Давление: от 0,1 до 0,5 МПа (ниже пределов пластической деформации).
    • Время выдержки: 10–120 минут, зависит от скорости диффузии в материале.
    • Подготовка поверхности: шлифовка, травление и очистка от оксидов обязательны для формирования плотного контакта.
  4. Преимущества метода:
    • Отсутствие заусенцев, брызг и шлака.
    • Минимальная зона термического влияния и деформация.
    • Возможность соединения схожих и разнородных материалов (сталь–титан, медь–сталь).
    • Высокая коррозионная и механическая прочность шва, близкая к свойствам основного металла.
  5. Недостатки и ограничения:
    • Длительный цикл сварки и энергозатраты на вакуумный нагрев.
    • Жёсткие требования к чистоте и плоскостности поверхностей.
    • Ограничения по геометрии деталей
    • Не применимо для тонких и гибких заготовок без специальных удерживающих приспособлений.
  6. Области применения:
    • Авиакосмическая техника: сварка элементов топливных баков и конструкций из тугоплавких сплавов.
    • Атомная энергетика: герметизация соединений в реакторах и теплообменниках.
    • Микроэлектроника и сенсоры: спайка тонких фольг и микрокомпонентов без термического воздействия.
    • Нано- и порошковая металлургия: получение композиционных и градиентных материалов.

Благодаря уникальным свойствам получаемых швов диффузионная сварка остаётся незаменимой там, где критичны точность геометрии, чистота металла и высокие эксплуатационные характеристики соединения.

Диффузионная сварка регламентируется«Диффузионная сварка в вакууме рабочих элементов разделительных и формообразующих штампов»