Волфрам и његове легуре могу се успешно спојити гасним волфрам-лучним заваривањем,
гасно заваривање волфрам-луком, заваривање електронским снопом и хемијским таложењем паре.

Процењена је заварљивост волфрама и одређеног броја његових легура консолидованих електролучним ливењем, металургијом праха или техникама хемијског таложења паре (ЦВД). Већина коришћених материјала била је номинално 0,060 инча дебљине лима. Коришћени поступци спајања су (1) гасно заваривање волфрам-луком, (2) гасно волфрам-лучно лемљење, (3) заваривање електронским снопом и (4) спајање ЦВД.
Волфрам је успешно заварен свим овим методама, али су на чврстоћу шавова у великој мери утицали типови основних и додатних метала (тј. производи ливени у праху или лучно ливени). На пример, завари у материјалу од ливеног лука су били релативно без порозности, док су завари у производима металургије праха обично били порозни, посебно дуж линије фузије. За заваре са гасним волфрамовим луком (ГТА) у 1/1р, ин. нелегираним волфрамовим лимом, минимално предгревање од 150° Ц (што је утврђено као температура прелаза дуктилно-кртог основног метала) производи заваре без пукотина. Као основни метали, легуре волфрам-ренијум су биле заварљиве без претходног загревања, али порозност је такође представљала проблем са производима у праху од легура волфрама. Чини се да предгревање није утицало на порозност шава која је првенствено била функција врсте основног метала.
Прелазне тернпературе од дуктилне у крхке (ДБИТ) за гасне волфрам-лучне заваре у различитим типовима волфрама металургије праха биле су 325 до 475°Ц, у поређењу са 150°Ц за основни метал и 425°Ц за заварене електронским снопом лучно ливеног волфрама.
Заваривање волфрама лемљењем са различитим додатним металима очигледно није дало боља својства споја него друге методе спајања. Користили смо Нб, Та, В-26% Ре, Мо и Ре као додатне метале у лемљеним шавовима. Нб и Мо изазвали су озбиљно пуцање.

Спајање ЦВД-ом на 510 до 560° Ц

елиминисао је све осим мале количине порозности и такође елиминисао проблеме повезане са високим температурама неопходним за заваривање (као што су велика зрна у завару и зонама под утицајем топлоте).
Увод
Волфрам и легуре на бази волфрама се разматрају за бројне напредне нуклеарне и свемирске примене, укључујући уређаје за термоелектронску конверзију, возила за поновно улазак, гориве елементе високе температуре и друге компоненте реактора. Предности ових материјала су њихове комбинације веома високих температура топљења, добре чврстоће на повишеним температурама, високе топлотне и електричне проводљивости и одговарајуће отпорности на корозију у одређеним срединама. Пошто кртост ограничава њихову могућност израде, корисност ових материјала у структурним компонентама под ригорозним условима рада у великој мери зависи од развоја поступака заваривања да би се обезбедили спојеви који су упоредиви по својствима са основним металом. Стога су циљеви ових истраживања били (1) утврђивање механичких својстава спојева произведених различитим методама спајања у неколико врста нелегираног и легираног волфрама; (2) процени ефекте различитих модификација у топлотним третманима и техници спајања; и (3) демонстрирати изводљивост производње компоненти за испитивање погодних за специфичне примене.
Материјали
Нелегирани волфрам м叮10 м. дебели листови су били материјал који је највише занимао. Нелегирани волфрам у овој студији произведен је металургијом праха, електролучним ливењем и техникама таложења хемијском паром. Табела 1 приказује нивое нечистоће металургије праха, ЦВД и производа од електролучног ливења волфрама како су примљени. Већина спада у опсеге који се номинално налазе у волфраму

али треба напоменути да је ЦВД материјал садржао више од норма] количине флуора.
За поређење су спојене различите величине и облици волфрама и легура волфрама. Већина њих су били производи металургије праха, иако су неки материјали од ливеног лука такође били заварени. Коришћене су специфичне конфигурације да би се утврдила изводљивост грађевинских структура и компоненти. Сви материјали су примљени у потпуно хладно обрађеном стању са изузетком ЦВД волфрама, који је примљен као депонован. Због повећане крхкости рекристализованог и крупнозрног волфрама, материјал је заварен у обрађеном стању како би се минимизирао раст зрна у зони утицаја топлоте. Због високе цене материјала и релативно малих доступних количина, дизајнирали смо узорке за испитивање који су користили минималну количину материјала у складу са добијањем жељених информација.
Процедура
Пошто је температура прелаза од дуктилне до ломљиве (ДБТТ) волфрама изнад собне температуре, при руковању и машинској обради мора се користити посебна пажња како би се избегло пуцање1. Смицање узрокује пуцање ивица и открили смо да брушење и обрада електропражњењем остављају топлотне провере на површини. Осим ако се не уклоне преклапањем, ове пукотине се могу ширити током заваривања и накнадне употребе.
Волфрам, као и сви ватростални метали, мора бити заварен у веома чистој атмосфери било инертног гаса (поступак гасног волфрамовог лука) или вакуума (про:::есс)2 да би се избегла контаминација шава интерстицијалним елементима. Пошто волфрам има највишу тачку топљења од свих метала (3410°Ц), опрема за заваривање мора бити способна да издржи високе радне температуре.

Табела 1

Коришћена су три различита процеса заваривања: гасно волфрам-лучно заваривање, гасно волфрам-лучно лемљење и заваривање електронским снопом. За сваки материјал су одређени услови заваривања неопходни за потпуну пцнетрацију при минималном уносу енергије. Пре заваривања, материјал од лима је машински обрађен у 囚ин. широке празнине и одмашћене етил алкохолом. Дизајн споја је био квадратни жлеб без отвора за корен.
Гас Волфрам-лучно заваривање
Сви аутоматски и ручни гасни волфрам-лучни завари су направљени у ехамхеру који је одржаван испод 5 к И или. торр око 1 сат, а затим напуњен врло чистим аргоном. Као што је приказано на слици 1А, комора је опремљена механизмом за померање и главом горионика за аутоматско заваривање. Радни предмет је држан у бакарном држачу опремљеном уметцима од волфрама на свим тачкама контакта како би се спречило да буде лемљен за рад ударцем заваривања. У основи овог уређаја налазили су се електрични грејачи кертриџа који су претходно загревали рад до жељене температуре, слика 1 Б. Сви завари су направљени при брзини кретања од 10 ипм, еурренту од око 350 ампера и напону од 10 до 15 в. .
Гас Тунгстен-А『ц заваривање лемљењем
Заварени лемљени завари од гасног волфрама су направљени у ехамберу са инертном атмосфером техникама сличним

оне горе описане. Заварени лемљени заварени спојеви направљени од волфрама и доданог метала В—26% Ре направљени су ручно; међутим, заварени спојеви су заварени аутоматски након што је додатни метал стављен у сучеони спој.
Заваривање електронским снопом
Електронски сноп заваривања су изведени у машини од 150 кВ 20 мА. Одржаван је вакуум од око 5 к И о-6 тора током заваривања. Заваривање електронским снопом резултира веома високим односом дубине и ширине и уском топлотном зоном.
』оининг би Цхемицал Вапор Диспоситион
Спојеви од волфрама су направљени наношењем нелегираног волфрамовог додатка путем процеса хемијског таложења паре3. Волфрам је депонован водоничним редукцијом волфрам хексафлуорида према реакцији-т
топлота
ВФс(г) + 3Х,(г)一–+В(с) + 6ХФ(г).
Употреба ове технике за спајање захтевала је само мање промене у прибору и расподели протока реактаната. Основна предност овог процеса у односу на конвенционалније методе спајања је у томе што су ниске температуре које се користе (510 до 650 °Ц) много ниже од тачке топљења

волфрам (3410°Ц), рекристализација и могућа даља кртост кованог основног метала од волфрама примесама или раст зрна су минимизирани.
Произведено је неколико дизајна спојева укључујући затвараче на крају и на крају цеви. Таложење је изведено уз помоћ бакарног трна који је коришћен као учвршћење, комад за поравнање и подлога. Након што је таложење завршено, трн је уклоњен јеткањем. Пошто су други радови” показали да ЦВД волфрам поседује сложена заостала напрезања као што је депоновано, ови спојеви су били напрегнути на 1 х на 1000 ° до 1600 ° Ц пре обраде или тестирања.
Инспекција и тестирање
Зглобови су прегледани визуелно и течним пенетрантом и радиографијом пре него што су тестирани. Типични заварени спојеви су хемијски анализирани на кисеоник и азот (Табела 2) и опсежна металографска испитивања су вршена током читаве студије.
Због своје инхерентне једноставности и прилагодљивости малим узорцима, тест савијања је коришћен као примарни критеријум за интегритет зглоба и упоређивање процеса. Температуре прелаза дуктилно-крхко одређиване су помоћу апарата за савијање у три тачке за спојеве како заварене тако и након старења. Основни примерак за испитивање на савијање био је уздужни

чеона кривина, дужине 24т и ширине 12т, где је т дебљина узорка. Узорци су ослоњени на распон од 15т и савијени клипом радијуса 4т брзином од 0,5 ипм. Ова геометрија је имала тенденцију да нормализује податке добијене на различитим дебљинама материјала. Узорци су обично савијани попречно у односу на шав (уздужни узорак савијања) да би се обезбедила уједначена деформација шава, зоне топлотног утицаја и основног метала; међутим, неколико примерака је савијено дуж завареног шава (узорак попречног савијања) ради поређења. Савијања лица су коришћена у почетним деловима истраге; међутим, због благог зареза који је пронађен на шавовима већине заварених спојева због тежине растопљеног метала, у каснијим тестовима су замењена савијања корена. Препоруке Саветодавног одбора за материјале6 које се односе на испитивање савијања узорака лимова су поштоване што је ближе могуће. Због ограниченог материјала одабрани су најмањи препоручљиви примерци.
Да би се одредила температура прелаза савијања, апарат за савијање је био затворен у пећи која је била способна да брзо подигне температуру на 500 °Ц. Савијање од 90 до 105 степени се сматрало пуним савијањем. ДБТТ је дефинисан као најнижа температура на којој се узорак потпуно савио без шкрипања. Иако су тестови спроведени на ваздуху, промена боје узорака није била евидентна све док температуре испитивања нису достигле 400 ° Ц.

Слика 1

Резултати за Уналлоиед Тунгстен
Општа заварљивост
Гас Турзгстеа-лучно заваривање—У гасном волфрам-лучном заваривању од 1乍ин. дебео нелегирани лим, рад мора бити знатно претходно загрејан да би се спречило крто ломање под стресом изазваним термичким ударом. Слика 2 приказује типичан лом настао заваривањем без одговарајућег предгревања. Велика величина зрна и облик шава и топлотно захваћене зоне су евидентни у прелому. Испитивање тернпература предгревања од собне температуре до 540°Ц показало је да је претходно загревање на минимално 150°Ц било неопходно за конзистентну производњу сучеоних завара у једном пролазу без пукотина. Ова температура одговара ДБТИ основног метала. Претходно загревање до виших температура није изгледало као неопходно у овим тестовима, али материјал са већим ДБТИ, или конфигурацијама које укључују веће концентрације напона или масивније делове, може захтевати претходно загревање до виших тернпература.
Квалитет завареног споја у великој мери зависи од поступака који се користе у производњи основних метала. Аутогени завари у лучно ливеном волфраму су у суштини без порозности, Сл.
3А, али заваре у металургији праха волфрама карактерише велика порозност, слика 3 (б), посебно дуж линије фузије. Количина ове порозности, слика 3Б, посебно дуж 3Ц, у завареним спојевима направљеним у заштићеном производу ниске порозности (ГЕ-15 произвођача Генерал Елецтриц Цо., Цлевеланд).
Гасни волфрам-лучни завари у ЦВД волфраму имају необичне зоне под утицајем топлоте због структуре зрна 0£базни метаФ. Слика 4 приказује лице и одговарајући попречни пресек таквог гасног волфрамовог сучеоног завара. Имајте на уму да су фина зрна на површини подлоге порасла услед топлоте заваривања. Такође је евидентан недостатак раста великог стуба

зрна. Колонаста зрна имају гас
мехурићи на границама зрна узроковани нечистоћама флуора8. Сходно томе, ако
фино зрнаста површина подлоге се уклања пре заваривања, заварени спој не садржи металографски детективну зону топлотног утицаја. Наравно, у обрађеном ЦВД материјалу (као што су екструдиране или извучене цеви) зона шава под утицајем топлоте има нормалну рекристализовану структуру зрна.
Нађене су пукотине у границама стубастих зрна у РАЗ-у неколико завара у ЦВД волфраму. Ово пуцање, приказано на слици 5, узроковано је брзим формирањем и растом мехурића у границама зрна на високим температурама9. На високим температурама укљученим у заваривање, мехурићи су били у стању да потроше већи део граничног подручја зрна; ово, у комбинацији са напрезањем произведеним током хлађења, раздвојило је границе зрна и формирало пукотину. Студија формирања мехурића у наслагама волфрама и других метала током термичке обраде показује да се мехурићи појављују у металима депонованим испод 0,3 Тм (хомологна температура топљења). Ово запажање сугерише да се мехурићи гаса формирају спајањем заробљених слободних места и гасова током жарења. У случају ЦВД волфрама, гас је вероватно флуор или једињење флуора
Заваривање електронским снопом—Нелегирани волфрам је заварен електронским снопом са и без предгревања. Потреба за предгревањем варирала је у зависности од узорка. Да би се обезбедио завар без пукотина, препоручује се претходно загревање најмање до ДБТТ основног метала. Завари електронским снопом у производима металургије праха такође имају претходно поменуту порозност шава.

Заваривање лемљењем гасним волфрамовим луком一У настојању да утврдимо да ли се заваривање лемљењем може искористити у предности, експериментисали смо са поступком гасног волфрама за прављење заварених спојева на лимовима од металургије праха од волфрама、 Заварени лемљени завари су направљени претходним постављањем додатног метала дуж чеони спој пре заваривања. Лемљени завари су произведени са нелегираним Нб, Та, Мо, Ре и В-26% Ре као додатним металима. Као што се и очекивало, постојала је порозност на линији фузије у металографским пресецима свих спојева (Сл. 6) пошто су основни метали били производи металургије праха. Напукли су шавови од ниобијума и молибдена.
Тврдоће заварених и лемљених заварених спојева упоређене су проучавањем заварених спојева на плочи од нелегираног волфрама и В一26% Ре као додатним металима. Гасни волфрам заварени и лемљени завари су направљени ручно на нелегираним производима металургије праха волфрама (ниска порозност, власнички (ГЕ-15) и типичан комерцијални степен). Заварени и лемљени завари у сваком материјалу су стари на 900, 1200, 1600 и 2000°Ц током 1, 10, 100 и 1000 сати. Узорци су металографски испитани, а попреци тврдоће су узети преко шава, зоне топлотног утицаја и основног метала како у завареном тако и након термичке обраде.

Табела 2

Слика 2

Пошто су материјали коришћени у овој студији били производи металургије праха, различите количине порозности биле су присутне у наслагама шава и лемљења. Опет, спојеви направљени од типичног основног метала волфрама за металургију праха имали су већу порозност од оних направљених са ниским порозношћу, заштићеним волфрамом. Заварени лемљени спојеви направљени од доданог метала В—26% Ре имали су мању порозност од заварених спојева направљених од нелегираног метала за пуњење од волфрама.
Није уочен никакав утицај времена или температуре на тврдоћу шавова направљених од нелегираног волфрама као додатног метала. Током заваривања, мерења тврдоће шава и основних метала су у суштини константне и нису се мењале након старења. Међутим, заварени лемљени завари направљени од доданог метала В—26% Ре били су знатно тврђи у односу на основни метал (слика 7). Вероватно је већа тврдоћа В-Ре бр立е наслага шава последица очвршћавања у чврстом раствору и/или присуства ер фазе фино распоређене у очврснутој структури. Фазни дијаграм волфрамренијума11 показује да се локализована подручја са високим садржајем ренијума могу појавити током брзог хлађења и резултирати формирањем тврде, ломљиве фазе у високо сегрегираној подструктури. Вероватно је ер фаза била фино диспергована у зрнима или границама зрна, иако ниједна није била довољно велика да би била идентификована било металографским прегледом или дифракцијом рендгенских зрака.
Тврдоћа је приказана као функција удаљености од средишње линије лемљења за различите температуре старења на слици 7А. Обратите пажњу на наглу промену

у тврдоћи на линији фузије. Са повећањем температуре старења, тврдоћа завареног лемљења се смањивала све док, након 100 сати на Ј 600°Ц, тврдоћа није била иста као тврдоћа нелегираног основног метала волфрама. Овај тренд смањења тврдоће са повећањем температуре важио је за сва времена старења. Повећање времена на константној температури такође је изазвало слично смањење тврдоће, као што је приказано за температуру старења од 1200°Ц на слици 7Б.
Спајање хемијским таложењем паре—Спајање волфрама ЦВД техникама је истраживано као метода за производњу заварених спојева у различитим дизајнима узорака. Коришћењем одговарајућих фиксатора и маски за ограничавање таложења на жељена подручја, спојени су листови волфрама ЦВД и металургије праха и произведени су завршни затварачи на цевима. Таложење у косину са укљученим углом од око 90 степени изазвало је пуцање, слика 8А, на пресецима стубастих зрна која расту са једне стране косине и подлоге (која је била урезана). Међутим, добијени су спојеви високог интегритета без пуцања или великог накупљања нечистоћа, слика 8Б, када је конфигурација споја промењена брушењем површине основног метала до радијуса од ½ ин. тангента на корен вара. Да би се демонстрирала типична примена овог процеса у производњи горивних елемената, направљено је неколико завршних затварача у тунгстен цевима. Ови спојеви су били непропусни када су тестирани помоћу детектора цурења хелијума масеног спектра: етер.

Слика 3

Слика 4

Слика 5

Мецханицал Пропертиес
Тестови савијања заварених спојева 一 Прелазне криве од дуктилне у крхке су одређене за различите спојеве у нелегираном волфраму. Криве на слици 9 показују да је ДБТТ два основна метала из металургије праха био око 150°Ц. Типично, ДБТТ (најнижа температура на којој се може направити кривина од 90 до 105 степени) оба материјала се значајно повећава након заваривања. . Прелазне температуре су порасле за око 175°Ц на вредност од 325°Ц за типичан волфрам за металургију праха и порасле за око 235°Ц на вредност од 385°Ц за заштићени материјал ниске порозности. Разлика у ДБТТ-у завареног и незавареног материјала приписана је великој величини зрна и могућој прерасподели нечистоћа у завареним спојевима и зонама захваћених топлотом. Резултати испитивања показују да је ДБТТ типичних волфрамових завара из металургије праха био нижи него код заштићеног материјала, иако је овај други имао мању порозност. Већи ДБТТ шава у волфраму ниске порозности можда је био последица његове нешто веће величине зрна, слике 3А и 3Ц.
Резултати истраживања за одређивање ДБТТ-а за одређени број спојева у нелегираном волфраму су сажети у табели 3. Испитивања савијања су била прилично осетљива на промене у процедури испитивања. Чинило се да су кривине корена дуктилније од савијања лица. Чини се да правилно одабрано ублажавање напрезања након заваривања значајно смањује ДБТТ. ЦВД волфрам је, као заварен, имао највећи ДБТТ (560℃)；ипак када му је дато 1 сат ослобађања од напона од 1000℃ након заваривања, његов ДБТТ је пао на 350℃. растерећење напона од 1000°Ц након заваривања, његов ДБТТ је пао на 350°Ц. Растерећење напрезања електролучно заварене металургије праха волфрама током 1 сата на 18000Ц смањило је ДБТТ овог материјала за око 100°Ц од вредности одређене за њега као- заварени. Ослобађање од стреса од 1 сата на 1000°Ц на зглобу направљеном ЦВД методама дало је најнижи ДБТТ (200°Ц). Треба напоменути да, иако је ова прелазна температура била знатно нижа од било које друге прелазне температуре утврђене у овој студији, на побољшање је вероватно утицала нижа стопа деформације (0,1 према 0,5 ипм) која се користила у тестовима на ЦВД спојевима.

Испитивање савијања лемљених заварених спојева - гасних волфрам-лучних лемљених завара направљених са Нб. Та, Мо, Ре и В-26% Ре као додатни метали су такође тестирани на савијање и резултати су сумирани у табели 4. Највећа дуктилност је добијена са ренијумским лемљеним заваром.

Иако резултати ове површне студије показују да различити додатни метали могу да произведу спојеве са механичким својствима унутрашњег и унутрашњег простора хомогених заварених спојева у волфраму, неки од ових метала за пуњење могу бити корисни у пракси.

Резултати за Волфрамове легуре.