Wolfram en syn alloys kinne mei súkses wurde ferbûn troch gas wolfraam-arc welding,
gas wolfraam-arc soldeerlassen, elektroanen beam welding en troch gemyske dampdeposition.

De weldberens fan wolfraam en in oantal fan syn alloys konsolidearre troch arc casting, poedermetallurgy, of gemyske-damp deposition (CVD) techniken waard evaluearre. It grutste part fan 'e materialen brûkt wiene nominaal 0,060 in. dikke sheet. De gearfoegingsprosessen wiene (1) gas wolfraam-arc welding, (2) gas wolfraam-arc braze welding, (3) elektroanen beam welding en (4) joining troch CVD.
Wolfram waard mei sukses laske troch al dizze metoaden, mar de solidens fan 'e welds waard sterk beynfloede troch de soarten basis- en fillermetalen (dus poeder as bôge-cast produkten). Bygelyks, welds yn arc-cast materiaal wiene relatyf frij fan porositeit, wylst welds yn poedermetallurgyprodukten meast poreus wiene, benammen lâns de fúzjeline. Foar gas wolfraam-arc (GTA) welds yn 1/ 1r, yn unalloyed wolfraam sheet, in minimum preheat fan 150 ° C (dat waard fûn te wêzen de ductileto-broos oergong temperatuer fan it basis metaal) produsearre welds frij fan skuorren. As basismetalen wiene wolfraam-rhenium-legeringen weldbar sûnder foarferwaarming, mar porositeit wie ek in probleem mei wolfraam-legerpoederprodukten. Foarferwaarming die bliken de weldporositeit net te beynfloedzjen, wat foaral in funksje wie fan it type basismetaal.
De ductile-to-brittle transition ternperatures (DBIT) foar gas wolfraam-arc welds yn ferskate soarten poedermetallurgy wolfraam wiene 325 oant 475 ° C, yn ferliking mei 150 ° C foar it basismetaal en dy fan 425 ° C foar elektroanen beamwelded arc-cast wolfraam.
Braze welding fan wolfraam mei ûngelikense filler metalen blykber net produsearje bettere mienskiplike eigenskippen as diene oare joining metoaden. Wy brûkten Nb, Ta, W-26% Re, Mo en Re as filler metalen yn de braze welds. De Nb en Mo soargen foar swier kreakjen.

Joining troch CVD by 510 oant 560 ° C

eliminearre alles mar in lyts bedrach fan porosity en ek eliminearre de problemen ferbûn mei de hege temperatueren nedich foar welding (lykas grutte kerrels yn de weld en waarmte-oandwaande sônes).
Ynlieding
Tungsten en wolfraam-basearre alloys wurde beskôge foar in oantal avansearre nukleêre en romte applikaasjes ynklusyf termionyske konverzje apparaten, reentry vehicles, hege temperatuer brânstof eleminten en oare reactor komponinten. Foardielen fan dizze materialen binne har kombinaasjes fan heul hege smelttemperatueren, goede sterkte by ferhege temperatueren, hege termyske en elektryske konduktiviteiten en adekwate ferset tsjin korrosje yn bepaalde omjouwings. Sûnt brittleness beheint harren fabricability, it nut fan dizze materialen yn strukturele komponinten ûnder strange tsjinst omstannichheden hinget sterk ôf fan de ûntwikkeling fan welding prosedueres te foarsjen gewrichten dy't fergelykber binne yn eigenskippen mei it basismetaal. Dêrom, de doelstellings fan dizze stúdzjes wiene te (1) bepale de meganyske eigenskippen fan gewrichten produsearre troch ferskillende joining metoaden yn ferskate soarten unalloyed en alloyed wolfraam; (2) evaluearje de effekten fan ferskate oanpassings yn waarmte behannelingen en joining technyk; en (3) demonstrearje de helberens fan fabricating test komponinten geskikt foar spesifike applikaasjes.
Materialen
Unlegearre wolfraam m叮10 m. dikke lekkens wie it materiaal fan it measte belang. De unalloyed wolfraam yn dizze stúdzje waard produsearre troch poedermetallurgy, arc casting en gemyske-damp deposition techniken. Tabel 1 toant de ûnreinensnivo's fan 'e poedermetallurgy, CVD en arc-cast wolfraamprodukten lykas ûntfongen. De measte falle binnen de berik nominaal fûn yn wolfraam

mar it moat opmurken wurde dat de CVD materiaal befette mear as de norma] bedraggen fan fluor.
Ferskate maten en foarmen fan wolfraam en wolfraam alloys waarden gearfoege foar ferliking. De measten fan harren wiene poedermetallurgy produkten hoewol't guon bôge-cast materialen waarden ek laske. Spesifike konfiguraasjes waarden brûkt om de helberens fan boustruktueren en komponinten te bepalen. Alle matenals waarden ûntfongen yn in folslein kâld wurke steat mei útsûndering fan de CVD wolfraam, dat waard ûntfongen as-deponearre. Fanwege de tanommen brittleness fan herkristallisearre en grutkorrelige wolfraam waard it materiaal laske yn 'e wurke betingst om nôtgroei yn' e troch waarmte beynfloede sône te minimalisearjen. Fanwege de hege kosten fan it materiaal en de relatyf lytse bedraggen beskikber, wy ûntwurpen test eksimplaren dy't brûkt de minimale hoemannichte materiaal yn oerienstimming mei it krijen fan de winske ynformaasje.
Proseduere
Sûnt de ductile-to-brittle oergong temperatuer (DBTT) fan wolfraam is boppe keamertemperatuer, spesjale soarch moat brûkt wurde by it behanneljen en Machtigingsformulier te kommen cracking1. Skarjen feroarsake rânebarsten en wy hawwe fûn dat slijpen en ferwurkjen fan elektrodischarge waarmtekontrôles op it oerflak litte. Behalven as se wurde fuortsmiten troch lappen, kinne dizze skuorren fuortplantsje by welding en folgjende gebrûk.
Wolfram, lykas alle fjoerwurkmetalen, moat laske wurde yn in heul suvere sfear fan inert gas (gas wolfraam-arc-proses) of fakuüm (elektronenbeam pro ::: ess)2 om fersmoarging fan 'e weld troch interstitials te foarkommen. Sûnt wolfraam hat it heechste smeltpunt fan alle metalen (3410 ° C), welding apparatuer moat wêze steat om te wjerstean de hege tsjinst temperatueren.

Tabel 1

Trije ferskillende welding prosessen waarden brûkt: gas wolfraam-arc welding, gas wolfraam-arc braze welding en elektroanen beam welding. Welding betingsten nedich foar folsleine pcnetration op in minimum enerzjy ynput waarden bepaald foar elk materiaal. Foardat welding, sheet materiaal waard machined yn 囚in. brede blanken en ûntfette mei etylalkohol. It mienskiplike ûntwerp wie in fjouwerkante groove sûnder root-iepening.
Gas Tungsten-Arc Welding
Alle automatie en hânmjittich gas wolfraam-arc welds waarden makke yn in ehamher dat waard ûnderhâlden ûnder 5 x I of. torr foar likernôch 1 h en dan weromfolle mei hiel suver argon. Lykas werjûn yn figuer lA, de keamer wie foarsjoen fan in traversing meganisme en fakkelkop foar automatyske welding. It wurkstik waard holden yn in koperen fixture foarsjoen fan wolfraam Inserts op alle punten fan kontakt om foar te kommen dat it wurdt solderen oan it wurk troch de welding beat. De basis fan dizze fixture ûnderbrocht de elektryske cartridge kachels dy't preheated it wurk oan de winske temperatuer, Fig. .
Gas Tungsten-A『c Braze Welding
Gas wolfraam-are soldeerlassen waarden makke yn in ehamber mei in inerte sfear troch techniken fergelykber mei

dy hjirboppe beskreaun. De bead-onplate braze welds makke mei wolfraam en W-26% Re filler metaal waarden makke mei de hân; lykwols, de butt braze welds waarden laske automatysk neidat de filler metaal waard pleatst yn de butt joint.
Electron Beam Welding
De eletron beam welds waarden makke yn in 150-kV 20-mA masine. In fakuüm fan likernôch 5 x I o-6 torr waard hanthavene tidens welding. Elektronen beam welding resultearret yn in tige hege ferhâlding fan djipte nei breedte en in smelle waarmte-oandwaande sône.
』Oining troch Chemical Vapor Disposition
Tungsten gewrichten waarden makke troch deponearje unlegated wolfraam filler metaal fia de gemyske damp deposition proses3. Wolfram waard dellein troch wetterstof reduksje fan wolfraam hexafluoride neffens de reaksje-t
hjitte
WFs(g) + 3H,(g)一–+W(s) + 6HF(g).
It brûken fan dizze technyk foar joining fereasket mar lytse feroarings yn fixtures en reactant flow distribúsje. It primêre foardiel fan dit proses boppe mear konvinsjonele metoaden fan gearfoegjen is dat, om't de lege temperatueren dy't brûkt wurde (510 oant 650 ° C) folle leger binne as it rimpelpunt fan

wolfraam (3410 ° C), rekristallisaasje en mooglike fierdere fersmoarging fan it bewurke wolfraam basismetaal troch ûnreinheden of nôtgroei wurde minimalisearre.
Ferskate mienskiplike ûntwerpen, ynklusyf butt- en tube-end slutings waarden makke. Deposition waard útfierd mei help fan in koperen mandrel dat waard brûkt as fixture, alignment stik en substraat. Nei ôfsetting wie klear, de eopper mandrel waard fuorthelle troch etsen. Sûnt oare wurk" hat sjen litten dat CVD wolfraam besit komplekse oerbleaune spanningen as dellein, dizze gewrichten wiene stress relicvcd I hr at 1000 ° oan 1600 ° C foar Machtigingsformulier of testen.
Ynspeksje en Testing
Gewrichten waarden visueel ynspektearre en troch floeibere penetrant en radiografy foardat se waarden hifke. Typyske welds waarden gemysk analysearre foar soerstof en stikstof (tabel 2) en wiidweidige metallografyske ûndersiken waarden yn 'e stúdzje útfierd.
Fanwegen syn ynherinte ienfâld en oanpassing oan lytse eksimplaren, waard de bochttest brûkt as it primêre kritearium foar mienskiplike yntegriteit en eomparison fan 'e prosessen. Ductile-tobrittle oergong temperatueren waarden bepaald mei in trije-punt bûgen apparaat foar gewrichten sawol as laske en nei ferâldering. It basiseksimplaar foar de bochttests wie de longitudinaal

face bocht, 24t lang troch 12t breed, dêr't t is it eksimplaar dikte. Eksimplaren waarden stipe op in 15t span en bûgd mei in plunger fan radius 4t mei in taryf fan 0,5 ipm. Dizze mjitkunde hat de neiging om gegevens te normalisearjen krigen oer ferskate dikten fan materialen. Eksemplaren waarden meastal bûgd dwers nei de weld naad (longitudinale bend specimen) foar in foarsjen unifoarme deformation fan de weld, waarmte-oandwaande sône en basis metaal; lykwols, in pear eksimplaren waarden bûgd lâns de weld naad (dwars bocht specimen) foar ferliking. Gesichtsbochten waarden brûkt yn 'e earste dielen fan it ûndersyk; lykwols, fanwege de lichte notch fûn op 'e faees fan de measte welds fanwege it gewicht fan' e smelte metaal, woartel bochten waarden ferfongen yn lettere tests. De oanbefellings fan de Materiaaladvysried6 oangeande bochttesten fan plaateksimplaren waarden sa nau mooglik folge. Fanwege beheind materiaal waarden de lytste oan te rieden eksimplaren selektearre.
Om de temperatuer fan 'e bochtoergong te bepalen, waard it bûgapparaat ynsletten yn in oven dy't de temperatuer fluch opheffe kin oant 500 ° C. In bocht fan 90 oant 105 deg waard beskôge as in folsleine bocht. De DBTT waard definiearre as de leechste temperatuer wêrby't de speeimen folslein bûgden sûnder te kraken. Hoewol de tests waarden útfierd yn 'e loft, wie ferkleuring fan' e eksimplaren net dúdlik oant testtemperatueren 400 ° C berikten.

figuer 1

Resultaten foar Unalloyed Tungsten
Algemiene weldability
Gas Turzgstea-Arc Welding-In gas wolfraam-arc welding fan 1乍in. dik unalloyed sheet, it wurk moat wêze substansjeel preheated om foar te kommen bros falen ûnder stress feroarsake troch termyske shock. Figure 2 toant in typyske · al fraktuer produsearre troch welding sûnder goede preheating. De grutte nôt grutte en foarm fan de weld en waarmte beynfloede sône binne evident yn de fraktuer. Ûndersyk fan preheating ternperatures út keamertemperatuer oan 540 ° C die bliken dat preheating nei in minimum fan 150 ° C wie nedich foar konsekwint produksje fan ien-pass butt welds dy't wiene frij fan skuorren. Dizze temperatuer komt oerien mei de DBTI fan it basismetaal. Foarferwaarming nei hegere temperatueren blykte net nedich te wêzen yn dizze tests, mar materiaal mei in hegere DBTI, as konfiguraasjes dy't mear swiere stresskonsintraasjes of mear massive dielen befetsje, kinne foarferwaarming nei hegere temperatueren fereaskje.
De kwaliteit fan in welding hinget sterk ôf fan 'e prosedueres dy't brûkt wurde by it meitsjen fan de basismetalen. Autogene welds yn arc-cast wolfraam binne yn wêzen frij fan porositeit, Fig.
3A, mar welds yn poedermetallurgy wolfraam wurde karakterisearre troch bruto porosity, figuer 3 (b), benammen lâns de fúzje line. It bedrach fan dizze porosity, Fig. 3B, benammen lâns 3C, yn welds makke yn in eigen, low porosity produkt (GE-15 produsearre troch General Electric Co., Cleveland).
Gas wolfraam-arc welds yn CVD wolfraam hawwe ûngewoane waarmte-oandwaande sônes fanwege de nôt struktuer 0 £ de basis metaF. figuer 4 toant it gesicht en oerienkommende dwerstrochsneed fan sa'n gas wolfraam-arc butt weld. Tink derom dat de moaie korrels op it substraat oerflak binne groeid troch de waarmte fan welding. Ek dúdlik is it gebrek oan groei fan 'e grutte kolom

kerrels. De kolomke kerrels hawwe gas
bubb_les by nôtgrinzen feroarsake troch fluorme ûnreinheden8. As gefolch, as
de fyn nôt substraat oerflak wurdt fuortsmiten foar welding, de weldment befettet gjin metallografysk detectable waarmte-oandwaande sône. Fansels, yn wurke CVD materiaal (lykas extruded of lutsen buizen) de waarmte-oandwaande sône fan de weld hat de normale rekristallisearre nôt struktuer.
Skuorren waarden fûn yn 'e columnar nôt grinzen yn' e RAZ fan ferskate welds yn CVD wolfraam. Dit kreakjen, werjûn yn figuer 5, waard feroarsake troch flugge formaasje en groei fan bubbels yn 'e nôtgrinzen by hege temperatueren9. By de hege temperatueren belutsen by welding, de bubbels wienen by steat om te konsumearjen in grut part fan it nôt grins gebiet; dit, kombinearre mei de stress produsearre ûnder cooling, luts it nôt grinzen útinoar foar in foarm fan in crack. In stúdzje fan bubbelfoarming yn wolfraam en oare metalen ôfsettings by waarmtebehanneling lit sjen dat bubbels foarkomme yn metalen dy't ûnder 0,3 Tm ôfset binne (de homologe smelttemperatuer). Dizze observaasje suggerearret dat gasbellen foarmje troch koalesinsje fan ynsletten fakatueres en gassen by annealing. Yn it gefal fan CVD wolfraam is it gas wierskynlik fluor as in fluoride-ferbining
Electron Beam Welding-Unalloyed wolfraam waard elektroanen beam laske mei en sûnder preheating. De needsaak foar foarferwaarming farieare mei it eksimplaar. Om te soargjen foar in weld frij fan skuorren, preheating op syn minst oan de DBTT fan de basis metaal wurdt oanrikkemandearre. Elektronen beam welds yn poedermetallurgyprodukten hawwe ek de earder neamde weldporositeit.

Gas Tungsten-Arc Braze Welding一Yn in poging om fêst te stellen oft soldeerlassen mei foardiel brûkt wurde koe, hawwe wy eksperimintearre mei it gaswolframarc-proses foar it meitsjen fan soldeerlassen op poedermetallurgy wolfraamplaat、 De soldeerlassen waarden makke troch it fillermetaal lâns de butt joint foar welding. Hâldlassen waarden produsearre mei net-legearre Nb, Ta, Mo, Re en W-26% Re as fillermetalen. As ferwachte wie der porositeit by de fúzjeline yn metallografyske seksjes fan alle gewrichten (figuer 6) sûnt de basismetalen wiene poedermetallurgyprodukten. Welds makke mei niobium en molybdeen filler metalen barsten.
De hurdens fan welds en braze welds waarden fergelike troch middel fan in stúdzje fan bead-on-plate welds makke mei net-legearre wolfraam en W一26% Re as fillermetalen. De gas wolframarc welds en braze welds waarden makke mei de hân op unalloyed wolfraam poeder metallurgy produkten (de lege porosity, proprietêre (GE-15) klasse en in typyske kommersjele klasse). Welds en braze welds yn elk materiaal waarden âldens op 900, 1200, 1600 en 2000 ° C foar l, 10, 100 en 1000 hr. De eksimplaren waarden metallografysk ûndersocht, en hurdenstraverses waarden nommen oer de weld, waarmtebeynfloede sône en basismetaal sawol as laske en nei waarmtebehandeling.

Tabel 2

figuer 2

Sûnt de materialen brûkt yn dizze stúdzje wiene poeder metallurgy produkten, wikseljende hoemannichten porosity wiene oanwêzich yn de weld en braze weld ôfsettings. Wer, de gewrichten makke mei typysk poedermetallurgy wolfraam basismetaal hie mear porosity as dy makke mei de lege porosity, proprietêre wolfraam. De braze welds makke mei W-26% Re filler metaal hie minder porosity as de welds makke mei de unalloyed wolfraam filler metaal.
Gjin effekt fan tiid of temperatuer waard ûnderskieden op de hurdens fan de welds makke mei unalloyed wolfraam as filler metaal. As laske, wiene de hurdensmjittingen fan 'e weld en basismetalen yn wêzen konstant en feroare net nei ferâldering. Lykwols, de braze welds makke mei W-26% Re filler metaal wie oanmerklik hurder as produsearre as de basis metaal (figuer 7). Wierskynlik de hegere hurdens fan de W-Re br立e weld boarch wie fanwege fêste oplossing ferhurding en / of de oanwêzigens fan er faze fyn ferdield yn de solidified struktuer. De wolframrhenium phase diagram11 lit sjen dat pleatslike gebieten mei hege rhenium ynhâld koe foarkomme ûnder flugge cooling en resultearje yn de foarming fan de hurde, bros er faze yn de tige segregearre ûnderbou. Mooglik wie de er faze fyn ferspraat yn de kerrels of nôt grinzen, hoewol't gjinien wie grut genôch om te identifisearjen troch itsij metallografisk ûndersyk of X-ray diffraksjon.
Hurdens wurdt útset as in funksje fan ôfstân fan 'e braze-weld sintrum line foar ferskillende fergrizing temperatueren yn figuer 7A. Notysje de abrupte feroaring

yn hurdens by de fúzjeline. Mei tanimmende fergrizing temperatuer, de hurdens fan de braze weld fermindere oant, nei 100 oeren by J 600 ° C, de hurdens wie itselde as dy fan de unalloyed wolfraam basis metaal. Dizze trend fan ôfnimmende hurdens mei tanimmende temperatuer holden wier foar alle fergrizingstiden. Tanimmende tiid by in konstante temperatuer ek feroarsake in simiJar fermindering fan hurdens, lykas werjûn foar in fergrizing temperatuer fan 1200 ° C yn figuer 7B.
Joining troch Chemical Vapor Deposition-Joining fan wolfraam troch CVD techniken waard ûndersocht as in metoade foar it produsearjen fan welds yn ferskate specimen ûntwerpen. Troch gebrûk fan passende fixtures en maskers om deposysje te beheinen ta de winske gebieten, waarden CVD- en poedermetallurgy wolfraamblêden ferbûn en einslutingen op buizen waarden produsearre. Deposition yn in bevel mei in ynbegrepen hoeke fan likernôch 90 deg produsearre cracking, figuer 8A, op de krusingen fan columnar kerrels dy't groeie út ien gesicht fan 'e bevel en it substraat (dat waard etste fuort). Lykwols, hege yntegriteit gewrichten sûnder cracking of bruto opbou fan ûnreinheden waarden krigen, figuer 8B, doe't de mienskiplike konfiguraasje waard feroare troch grinding it gesicht fan de basis metaal nei in straal fan 飞in. tangint oan de woartel fan de weld. Om demonstrearje in typyske tapassing fan dit proses yn fabrication fan brânstof eleminten, in pear ein closures waarden makke yn wolfraam buizen. Dizze gewrichten wiene lek-tight doe't testen mei in helium massa spectrorr: eter lekdetektor.

figuer 3

figuer 4

figuer 5

Meganyske eigenskippen
Bend Tests fan Fusion Welds 一 Duktile-to-bros oergong curves waarden bepaald foar ferskate gewrichten yn unlegated wolfraam. De krommes yn Fig.. 9 lit sjen dat de DBTT fan twa poedermetallurgy basismetalen wie oer I 50 ° C. Typysk, de DBTT (de leechste temperatuer dêr't in 90 nei 105 deg bocht koe wurde makke) fan beide materialen sterk tanommen nei welding . De oergongstemperatueren ferhege oer 175 ° C nei in wearde fan 325 ° C foar typyske poedermetallurgy wolfraam en ferhege oer 235 ° C nei in wearde fan 385 ° C foar it lege porositeit, proprietêr materiaal. It ferskil yn 'e DBTTs fan laske en unwelded materiaal waard taskreaun oan de grutte nôt grutte en mooglike werferdieling fan ûnreinheden fan de welds en waarmte-oandwaande sônes. De testresultaten litte sjen dat de DBTT fan typyske poedermetallurgy wolfraam welds leger wie as dy fan it proprietêre materiaal, ek al hie de lêste minder porositeit. De hegere DBTT fan de weld yn de lege porosity wolfraam kin west hawwe fanwege syn wat gruttere nôt grutte, figuer 3A en 3C.
De resultaten fan ûndersiken om DBTT's te bepalen foar in oantal gewrichten yn unlegearre wolfraam binne gearfette yn Tabel 3. De bochttests wiene frij gefoelich foar feroaringen yn testproseduere. Rootbochten bliken mear ductile te wêzen as gesichtsbochten. In goed selektearre stress relief nei welding ferskynde te ferleegjen de DBTT substansjeel. De CVD wolfraam hie, lykas laske, de heechste DBTT (560 ℃), mar doe't it in 1 hr stressrelief fan 1000 ℃ krige nei it lassen, sakke syn DBTT nei 350 ℃. stress relief fan 1000 ° C nei welding, syn DBTT sakke nei 350 ° C. Stress relief fan arc laske poeder metallurgy wolfraam foar 1 hr by 18000 C fermindere de DBTT fan dit materiaal troch likernôch 100 ° C fan de wearde bepaald foar it as- laske. In stressferliening fan 1 oere by 1000 ° C op in joint makke troch CVD-metoaden produsearre de leechste DBTT (200 ° C). It moat opmurken wurde dat, wylst dizze oergongstemperatuer oanmerklik leger wie as elke oare oergongtemperatuer bepaald yn dizze stúdzje, de ferbettering wierskynlik waard beynfloede troch de legere strain rate (0.1 vs 0.5 ipm) brûkt yn tests op CVD gewrichten.

Bend Test fan braze welds-gas wolfraam-arc braze welds makke mei Nb. Ta, Mo, Re en W-26% Re as filler metalen waarden ek bocht hifke en de resultaten anre gearfette yn tabel 4. de measte ductility waard krigen mei in rhenium braze weld.

Hoewol't de resultaten fan dizze flugge stúdzje oanjaan dat in ûngelikens filler metaal kin produsearje gewrichten mei meganyske eigenskippen ynterieur oan thouse fan homogene welds yn wolfraam, guon fan dizze filler metalen kinne nuttich wêze yn 'e praktyk.

Resultaten foar Tungsten Alloys.