Волфрамот и неговите легури можат успешно да се спојат со гасно заварување со лачно волфрам,
Заварување со лемење со гасен волфрам-лак, заварување со електронски сноп и со хемиско таложење на пареа.

Беше оценета заварливоста на волфрам и голем број негови легури консолидирани со лачно лиење, металургија во прав или хемиско-парео таложење (CVD). Повеќето од користените материјали беа номинално дебел лист од 0,060 инчи. Применетите процеси на спојување беа (1) заварување со гасен волфрам-лак, (2) заварување со лемење со гас волфрам, (3) заварување со електронски сноп и (4) спојување со CVD.
Волфрамот беше успешно заварен со сите овие методи, но цврстината на заварите беше под големо влијание од типот на основни и полни метали (т.е. прашок или производи од леано лачно). На пример, заварите во лачно-леано материјал беа релативно без порозност додека заварите во производите од металургијата во прав обично беа порозни, особено долж линијата на фузија. За заварување со гасен волфрам-лак (GTA) во 1/1r, внатре нелегиран лим од волфрам, минимално претходно загревање од 150 ° C (што беше откриено дека е дуктилно-кршлива преодна температура на основниот метал) создава завари без пукнатини. Како основни метали, легурите на волфрам-рениум можеа да се заваруваат без претходно загревање, но порозноста беше проблем и со производите од прав од легура на волфрам. Се чинеше дека предзагревањето не влијае на порозноста на заварот, што првенствено беше во функција на типот на основниот метал.
Температурите на транзиција од дуктилен до кршлив (DBIT) за заварување со гасен волфрам-лак во различни типови волфрам од металургија во прав беа 325 до 475 ° C, во споредба со 150 ° C за основниот метал и онаа од 425 ° C за заварен со електронски сноп волфрам лиен со лак.
Заварувањето со лемење на волфрам со различни метали за полнење очигледно не дава подобри својства на споеви од другите методи на спојување. Ние користевме Nb, Ta, W-26% Re, Mo и Re како метали за полнење во заварите со лемење. Nb и Mo предизвикаа сериозно пукање.

Спојување со CVD на 510 до 560 ° C

ја елиминираше целата порозност освен мала количина и ги елиминираше проблемите поврзани со високите температури неопходни за заварување (како што се големи зрна во заварувањето и зоните погодени од топлина).
Вовед
Волфрам и легури на база на волфрам се разгледуваат за голем број напредни нуклеарни и вселенски апликации, вклучувајќи термионски уреди за конверзија, возила за повторно влегување, елементи на гориво со висока температура и други компоненти на реакторот. Предностите на овие материјали се нивните комбинации на многу високи температури на топење, добри јачини при покачени температури, висока топлинска и електрична спроводливост и соодветна отпорност на корозија во одредени средини. Бидејќи кршливоста ја ограничува нивната изработка, корисноста на овие материјали во структурните компоненти под ригорозни услови на сервисирање во голема мера зависи од развојот на процедурите за заварување за да се обезбедат споеви кои се споредливи по својства со основниот метал. Затоа, целите на овие студии беа (1) да се утврдат механичките својства на споеви произведени со различни методи на спојување во неколку видови нелегиран и легиран волфрам; (2) оценување на ефектите од различните модификации во термичка обработка и техника на спојување; и (3) ја демонстрираат изводливоста за производство на тест компоненти погодни за специфични апликации.
Материјали
Нелегиран волфрам m⏮10 m. дебелите листови беше материјалот од најголем интерес. Нелегираниот волфрам во оваа студија беше произведен со металургија на прав, лачно лиење и хемиско-пареа таложење техники. Табела 1 ги прикажува нивоата на нечистотии на металургијата на прав, CVD и производите од волфрам од лиен лак како што е примено. Повеќето спаѓаат во опсегот што номинално се наоѓа во волфрам

но треба да се забележи дека CVD материјалот содржи повеќе од нормалните] количества на флуор.
За споредба беа споени различни големини и форми на волфрам и легури на волфрам. Повеќето од нив беа производи од металургија во прав, иако некои материјали од лак беа исто така заварени. Беа користени специфични конфигурации за да се утврди изводливоста на градежните конструкции и компоненти. Сите материјали беа примени во целосно ладно обработена состојба со исклучок на CVD волфрам, кој беше примен како депониран. Поради зголемената кршливост на рекристализираниот и крупнозрнест волфрам, материјалот беше заварен во работна состојба за да се минимизира растот на зрната во зоната погодена од топлина. Поради високата цена на материјалот и релативно малите достапни количини, дизајниравме примероци за тестирање кои користеа минимална количина на материјал во согласност со добивањето на саканата информација.
Постапка
Бидејќи температурата на транзиција од дуктилен до кршлив (DBTT) на волфрам е над собната температура, мора да се користи посебно внимание при ракувањето и обработката за да се избегне пукање1. Стрижењето предизвикува пукање на рабовите и откривме дека мелењето и обработката со електропразнење оставаат проверки на топлина на површината. Освен ако не се отстранат со преклопување, овие пукнатини може да се пропагираат при заварување и последователна употреба.
Волфрамот, како и сите огноотпорни метали, мора да се заварува во многу чиста атмосфера или од инертен гас (процес на гасен волфрам-лак) или вакуум (електронски зрак pro:::ess)2 за да се избегне контаминација на заварот со интерстицијали. Бидејќи волфрамот има највисока точка на топење од сите метали (3410°C), опремата за заварување мора да биде способна да ги издржи високите температури на услугата.

Табела 1

Беа користени три различни процеси на заварување: заварување со гасен волфрам-лачен лак, заварување со гасен волфрам-лак со лемење и заварување со електронски сноп. За секој материјал беа утврдени условите за заварување неопходни за целосна пцнетрација при минимален влез на енергија. Пред заварувањето, лимниот материјал се обработуваше во ин. широки празни места и обезмастени со етил алкохол. Дизајнот на зглобот беше квадратен жлеб без отворање на коренот.
Заварување со гасен волфрам-лак
Сите автомати и рачни гасни завари со волфрам-лак беа направени во ехамер кој се одржуваше под 5 x I или. торр околу 1 час и потоа наполнет со многу чист аргон. Како што е прикажано на сл. lA, комората била опремена со механизам за премин и глава на факелот за автоматско заварување. Работното парче се држеше во бакарен прицврстувач со волфрамски влошки на сите точки на допир за да се спречи негово лемење на работата со ударот на заварувањето. Во основата на овој уред се сместени електричните грејачи со кертриџ кои претходно ја загреваа работата до саканата температура, Сл. 1 Б. Сите завари беа направени со брзина на патување од 10 слики/мин., струја од околу 350 засилувачи и напон од 10 до 15 v .
Гасен волфрам-A『c Бразно заварување
Заварите со лемење со гас волфрам беа направени во хамбер со инертна атмосфера со техники слични на

оние опишани погоре. Заварите со лемење со мониста направени со волфрам и W—26% Re полнила метал беа направени рачно; како и да е, заварите со лемење со задник се заваруваа автоматски откако металот за полнење беше поставен во задниот спој.
Заварување со електронски сноп
Заварите со елетронски сноп се направени во машина од 150 kV 20 mA. За време на заварувањето се одржуваше вакуум од околу 5 x I o-6 torr. Заварувањето со електронски сноп резултира со многу висок сооднос на длабочина и ширина и тесна зона погодена од топлина.
』полевање со хемиска диспозиција на пареа
Волфрамските споеви беа направени со таложење на нелегиран метал за полнење на волфрам преку процесот на хемиско таложење на пареа3. Волфрам беше депониран со редукција на водород на волфрам хексафлуорид според реакцијата-t
топлина
WFs(g) + 3H,(g)一–+W(s) + 6HF(g).
Употребата на оваа техника за спојување бара само мали промени во тела и дистрибуција на протокот на реактантот. Примарната предност на овој процес во однос на поконвенционалните методи на спојување е тоа што, бидејќи употребените ниски температури (510 до 650 ° C) се многу пониски од точката на топење на

волфрам (3410 ° C), рекристализација и можно дополнително кршливост на основниот метал од ковано волфрам со нечистотии или раст на зрната се минимизирани.
Беа изработени неколку дизајни на зглобови, вклучително и затворачи на задникот и на крајот на цевките. Таложењето се вршеше со помош на бакарна мандрела која се користеше како прицврстувач, парче за усогласување и подлога. По завршувањето на таложењето, еоперната мандрела беше отстранета со офорт. Бидејќи друга работа“ покажа дека CVD волфрам поседува сложени резидуални напрегања како што се депонира, овие споеви беа реликтирани во I час на 1000 ° до 1600 ° C пред обработката или тестирањето.
Инспекција и тестирање
Зглобовите беа прегледани визуелно и со течен пенетранс и радиографија пред да бидат тестирани. Типичните завари беа хемиски анализирани за кислород и азот (Табела 2) и беа извршени опсежни металографски испитувања во текот на целата студија.
Поради неговата вродена едноставност и приспособливост кон малите примероци, тестот за свиткување беше користен како примарен критериум за интегритет на зглобот и еомпарација на процесите. Температурите на транзиција дуктилно-кршливи беа одредени со апарат за свиткување со три точки за споеви и како заварени и по стареење. Основниот примерок за тестовите за свиткување беше надолжниот

свиткување на лицето, должина од 24 т со ширина 12 т, каде што t е дебелината на примерокот. Примероците беа поддржани на распон од 15t и свиткани со клипот со радиус 4t со брзина од 0,5 слики/мин. Оваа геометрија има тенденција да ги нормализира податоците добиени за различни дебелини на материјали. Примероците обично беа свиткани попречно на спојот на заварот (примерок со надолжен свиок) за да се обезбеди подеднаква деформација на заварот, зоната погодена од топлина и основниот метал; сепак, неколку примероци беа свиткани по должината на заварениот спој (примерок со попречен свиок) за споредба. Во почетните делови од истрагата се користеа свиоци на лицето; сепак, поради малиот засек пронајден на фетусот на повеќето завари поради тежината на стопениот метал, свиоците на коренот беа заменети во подоцнежните тестови. Препораките на Советодавниот одбор за материјали6 во врска со испитувањето на свиткување на примероците од листови беа следени колку што е можно поблиску. Поради ограничениот материјал, беа избрани најмалите препорачливи примероци.
За да се одреди температурата на транзиција на свиткување, апаратот за свиткување беше затворен во печка способна брзо да ја подигне температурата на 500 ° C. Кривината од 90 до 105 степени се сметаше за целосен свиок. DBTT беше дефиниран како најниска температура на која копното се наведна целосно без да пукне. Иако тестовите беа спроведени на воздух, промената на бојата на примероците не беше видлива додека температурите за тестирање не достигнаа 400 ° C.

Слика 1

Резултати за нелегиран волфрам
Општа заварливост
Заварување со гас Турцгштаа-лачно заварување - При заварување со гасен волфрам-лачно заварување од 1 инчи. дебел нелегиран лим, работата мора значително да се загрее за да се спречи кршливост под стрес предизвикан од термички шок. Слика 2 покажува типична фрактура произведена со заварување без соодветно загревање. Големата големина и обликот на зрното на заварот и зоната погодена од топлина се евидентни во фрактурата. Испитувањето на температурите за предзагревање од собна температура до 540°C покажа дека претходното загревање до минимум 150°C е неопходно за постојано производство на завари со еден премин без пукнатини. Оваа температура одговара на DBTI на основниот метал. Предзагревањето на повисоки температури се чини дека не е неопходно во овие тестови, но материјалот со повисока DBTI, или конфигурации кои вклучуваат потешки концентрации на стрес или помасивни делови, може да бараат претходно загревање до повисоки температури.
Квалитетот на заварувањето во голема мера зависи од процедурите што се користат при изработката на основните метали. Автогените завари во волфрам-лиен лак во суштина се ослободени од порозност, Сл.
3А, но заварите во прашкаста металургија волфрам се карактеризираат со бруто порозност, Сл. 3 (б), особено долж линијата на фузија. Количината на оваа порозност, Сл. 3B, особено долж 3C, во завари направени во сопствен производ со ниска порозност (GE-15 произведен од General Electric Co., Кливленд).
Заварите со гасен волфрам-лак во CVD волфрам имаат необични зони погодени од топлина поради структурата на зрната 0£ основната метаФ. Слика 4 го прикажува лицето и соодветниот напречен пресек на таков гасен заварување со задник од волфрам-лак. Забележете дека фините зрна на површината на подлогата пораснале поради топлината на заварувањето. Очигледен е и недостатокот на раст на големиот колонообразен

зрна. Колонообразните зрна имаат гас
bubb_les на границите на зрната предизвикани од флуорни нечистотии8. Следствено, ако
површината на подлогата со фино зрно се отстранува пред заварувањето, заварувањето не содржи металографски забележлива зона погодена од топлина. Се разбира, во обработен CVD материјал (како што е екструдирана или нацртана цевка) зоната на заварот погодена од топлина има нормална структура на рекристализирано зрно.
Пронајдени се пукнатини во колонообразните граници на зрната во RAZ на неколку завари во CVD волфрам. Ова пукање, прикажано на слика 5, беше предизвикано од брзото формирање и раст на меурчиња во границите на зрната при високи температури9. На високите температури вклучени во заварувањето, меурите можеа да потрошат голем дел од граничната површина на зрното; ова, во комбинација со стресот произведен за време на ладењето, ги раздвои границите на зрната за да формира пукнатина. Студијата за формирање на меурчиња во волфрам и други метални наслаги за време на термичка обработка покажува дека меурчиња се појавуваат во метали депонирани под 0,3 Tm (хомологна температура на топење). Ова набљудување сугерира дека гасните меури се формираат со спојување на заробените празни места и гасови за време на жарењето. Во случај на CVD волфрам, гасот е веројатно флуор или флуор соединение
Заварување со електронски сноп — Нелегиран волфрам бил електронски зрак заварен со и без претходно загревање. Потребата за претходно загревање варираше во зависност од примерокот. За да се обезбеди завар без пукнатини, се препорачува претходно загревање барем до DBTT на основниот метал. Заварите со електронски сноп во производите од металургијата во прав исто така ја имаат порозноста на заварот спомената претходно.

Заварување со лемење со гасен волфрам-лачно лемење. задник спој пред заварување. Заварите со лемење беа произведени со нелегирани Nb, Ta, Mo, Re и W-26% Re како метали за полнење. Како што се очекуваше, имаше порозност на линијата за фузија во металографските пресеци на сите споеви (сл. 6) бидејќи основните метали беа производи од металургија во прав. Напукнаа заварите направени со метали за полнење на ниобиум и молибден.
Цврстините на заварите и заварите со лем беа споредувани со помош на студија за завари со монистра на плоча направени со нелегиран волфрам и W一26% Re како метали за полнење. Заварите со гасен волфрам и заварите со лем беа направени рачно на металуршки производи од нелегиран волфрам во прав (ниска порозност, сопствена (GE-15) класа и типична комерцијална оценка). Заварите и заварите со брус во секој материјал се стари на 900, 1200, 1600 и 2000°C за l, 10, 100 и 1000 часа. Примероците беа испитани металографски, а траверсите на тврдоста беа земени низ заварот, зоната погодена од топлина и основниот метал и како заварени и по термичка обработка.

Табела 2

Слика 2

Бидејќи материјалите користени во оваа студија беа производи од металургија во прав, различни количества на порозност беа присутни во наслагите за заварување и лемење. Повторно, спојниците направени со типичен основен метал од волфрам од прав металургија имале поголема порозност од оние направени со ниска порозност, сопствен волфрам. Заварите со брус направени со W—26% Re пополнувачки метал имале помала порозност од заварите направени со нелегиран метал за полнење волфрам.
Не беше забележан ефект на времето или температурата на тврдоста на заварите направени со нелегиран волфрам како метал за полнење. Како што се заварени, мерењата на тврдоста на заварот и основните метали беа суштински константни и не се менуваа по стареењето. Сепак, заварите со лем направени со метал за полнење W—26% Re беа значително поцврсти како произведени од основниот метал (сл. 7). Веројатно, поголемата цврстина на депозитот на заварот W-Re br立e се должи на стврднувањето на цврстиот раствор и/или присуството на er фаза фино распоредена во зацврстената структура. Дијаграмот за фаза на волфрам11 покажува дека локализираните области со висока содржина на рениум може да се појават при брзото ладење и да резултираат со формирање на тврда, покршлива фаза во високо сегрегираната подструктура. Веројатно, er фазата била фино дисперзирана во зрната или границите на зрната, иако ниту една не била доволно голема за да се идентификува со металографско испитување или со дифракција на рендген.
Цврстината е прикажана како функција на растојанието од средишната линија за заварување со брус за различни температури на стареење на Сл. 7А. Забележете ја наглата промена

во цврстина на линијата на фузија. Со зголемување на температурата на стареење, цврстината на заварот со лемење се намали сè додека, по 100 часа на J 600 ° C, цврстината беше иста како онаа на нелегираниот основен метал од волфрам. Овој тренд на намалување на цврстината со зголемување на температурата важи за сите времиња на стареење. Зголемувањето на времето на константна температура, исто така, предизвика намалување на цврстината на simiJar, како што е прикажано за температура на стареење од 1200 ° C на Сл. 7Б.
Спојување со хемиско таложење на пареа - Спојувањето на волфрам со CVD техники беше испитувано како метод за производство на заварување во различни дизајни на примероци. Со употреба на соодветни тела и маски за ограничување на таложењето на саканите области, CVD и прашкасти металуршки волфрамски листови беа споени и беа произведени завршните затворачи на цевките. Таложењето во косина со вклучен агол од околу 90 степени предизвика пукање, Сл. 8А, на раскрсниците на колонообразните зрна што растат од едната страна на косината и подлогата (која беше изграбана). Сепак, споеви со висок интегритет без пукање или грубо наталожување на нечистотии беа добиени, Сл. 8Б, кога конфигурацијата на спојницата беше променета со мелење на површината на основниот метал до радиус од ½ in. тангента на коренот на заварот. За да се демонстрира типична примена на овој процес во производството на горивни елементи, беа направени неколку завршни затворачи во волфрамски цевки. Овие споеви беа непропустливи кога беа тестирани со детектор за истекување на хелиум.

Слика 3

Слика 4

Слика 5

Механички својства
Тестови за свиткување на фузија завари. Кривите на Сл. 9 покажуваат дека ДБТТ на два основни метали во прашкаста металургија е околу I 50 ° C. Обично, DBTT (најниската температура на која може да се направи свиткување од 90 до 105 степени) на двата материјали значително се зголеми по заварувањето . Температурите на транзиција се зголемија за околу 175 ° C до вредност од 325 ° C за типичен волфрам за металургија во прав и се зголемија за околу 235 ° C до вредност од 385 ° C за ниска порозност, сопствен материјал. Разликата во DBTTs на заварениот и незаварениот материјал се припишува на големата големина на зрната и можната прераспределба на нечистотиите на заварите и зоните погодени од топлина. Резултатите од тестот покажуваат дека DBTT на типичните волфрамски завари за металургија на прашок бил помал од оној на сопствениот материјал, иако вториот имал помала порозност. Поголемиот DBTT на заварот во волфрам со ниска порозност може да се должи на неговата малку поголема големина на зрно, Сл. 3А и 3В.
Резултатите од испитувањата за одредување на DBTT за одреден број споеви во нелегиран волфрам се сумирани во Табела 3. Тестовите за свиткување беа доста чувствителни на промените во процедурата за тестирање. Изгледа дека свиоците на коренот се повеќе еластични од свиоците на лицето. Се чинеше дека правилно избраното ослободување од стресот по заварувањето значително го намалува DBTT. CVD волфрамот имаше, како што беше заварен, највисокиот DBTT (560℃), но кога му беше дадено олеснување на стресот за 1 час од 1000℃ по заварувањето, неговиот DBTT падна на 350℃. олеснување на стресот од 1000 ° C по заварувањето, неговиот DBTT падна на 350 ° C. Олеснувањето на стресот на волфрам од металуршки прав заварен со лак за 1 час на 18000 C го намали DBTT на овој материјал за околу 100 ° C од вредноста одредена за него како- заварени. Олеснување на стресот од 1 час на 1000°C на спој направен со CVD методи произведе најнизок DBTT (200°C). Треба да се забележи дека, иако оваа преодна температура беше значително пониска од која било друга преодна температура утврдена во оваа студија, подобрувањето веројатно беше под влијание на пониската стапка на напрегање (0,1 наспроти 0,5 ipm) што се користи во тестовите на CVD зглобовите.

Тест на свиткување на завари со лемење-гас-волфрам-лачен лак направени со Nb. Ta, Mo, Re и W-26% Re како метали за полнење исто така беа тестирани на свиткување и резултатите се сумирани во табела 4. најголемата еластичност е добиена со заварување со рениумска лем.

Иако резултатите од оваа површна студија покажуваат дека различен метал за полнење може да создаде споеви со механички својства во внатрешноста на хомогените завари во волфрам, некои од овие метали за полнење може да бидат корисни во пракса.

Резултати за легури на волфрам.