В процессе изготовления тонкостенных изделий из титановых сплавов диффузионной сваркой возникает неоднородность в приложении внешних давлений при соединении обшивок с заполнителем и заданной температуре сварки. При этом использование высоких давлений, обеспечивающих гарантируемую реализацию процесса сварки, приводит к недопустимой деформации соединяемых элементов. При низких давлениях, ограничивающих устойчивость тонколистовых элементов, качество соединения во многих случаях оказывается неудовлетворительным и характеризуется нестабильностью механических характеристик.
Как известно, формирование диффузионного соединения основано на сближении ювенильных (свободных от окисления пленок) поверхностей свариваемых деталей в вакууме при нагреве их несколько выше температуры рекристаллизации с приложением небольшого сжимающего усилия и взаимной диффузии на границе раздела соединяемых поверхностей.
Цель работы — поскольку процесс диффузионной сварки (ДС) протекает при низких давлениях, то при решении проблемы изготовления тонкостенных конструкций на одно из главных направлений выдвигаются задачи систематического изучения и анализа физико-химических процессов, протекающих при сварке и контролирующих взаимодействие свариваемых поверхностей с целью наиболее рационального построения и оптимизации технологического процесса ДС.
Титановые сплавы характеризуются следующими свойствами, определяющими их свариваемость. В первую очередь это способность титана растворять большое количество кислорода и, как следствие этого, с высокой скоростью очищать поверхность от окислов и понижать концентрацию кислорода в поверхностных слоях, а с другой стороны — легко переходить в окисленное состояние даже в глубоком вакууме. При температурах Т = 500 °С на внешних и контактных поверхностях в вакууме 2,6 Па в процессе нагрева успевают образоваться не только окисные пленки, но и хрупкие газонасыщенные слои (охрупченные слои). С повышением температуры состав газовой фазы между свариваемыми поверхностями существенно отличается от состава в сварочной камере. По мере перемещения от краевой зоны сварки к центральной парциальное давление кислорода падает. Если в краевой части свариваемых элементов имеются процессы окисления, сопровождающиеся ростом окисленного слоя, то в центральной части могут создаваться условия для очистки поверхности от окислов. Такое понижение давления обусловлено процессом «автовакуумирования» в результате взаимодействия поверхностей с остаточными газами. Возможность проникновения газа из камеры в контактный зазор определяется соотношением количества газа, поступающего в зону контакта за счет диффузии, и прореагировавшего с краевыми участками образцов в процессе окисления. В зависимости от размеров свариваемых элементов величины контактного зазора и допустимого краевого непровара расчетноаналитическим методом может быть определена необходимая величина парционального давления кислорода в сварочной камере, при котором в зоне контакта при температуре сварки поверхности будут очищены от окисных пленок.