Tungsten jeung alloy na bisa hasil ngagabung ku las tungsten-arc gas,
gas tungsten-arc braze las, éléktron beam las sarta ku déposisi uap kimiawi.

The weldability of tungsten jeung sajumlah alloy na dihijikeun ku arc casting, metalurgi bubuk, atawa téhnik déposisi-uap kimia (CVD) ieu dievaluasi. Kalolobaan bahan dipaké éta nominal 0,060 di. Prosés gabungan anu dianggo nyaéta (1) las tungsten-arc gas, (2) las braze tungsten-arc gas, (3) las sinar éléktron sareng (4) ngagabung ku CVD.
Tungsten ieu hasil dilas ku sakabéh métode ieu tapi soundness tina welds ieu greatly dipangaruhan ku jenis basa jeung logam filler (ie bubuk atawa produk arc-cast). Contona, welds dina bahan arc-tuang éta comparatively bébas tina porosity sedengkeun welds dina produk metallurgy bubuk biasana porous, utamana sapanjang garis fusi. Pikeun gas tungsten-arc (GTA) welds dina 1/1r, dina. lambar tungsten unalloyed, a preheat minimum 150 ° C (anu kapanggih janten ductileto-reupeus transisi suhu tina logam dasar) dihasilkeun welds bébas tina retakan. Salaku logam dasar, alloy tungsten-rhenium éta weldable tanpa preheat, tapi porosity oge masalah jeung produk bubuk alloy tungsten. Preheating katingalina henteu mangaruhan porositas las anu utamina mangrupikeun fungsi tina jinis logam dasar.
The ductile-to-brittle transition ternperatures (DBIT) pikeun gas tungsten-arc welds dina tipena béda bubuk metalurgi tungsten éta 325 nepi ka 475 ° C, dibandingkeun jeung 150 ° C pikeun logam dasar sarta 425 ° C pikeun éléktron beamwelded. tungsten arc-cast.
Braze las tungsten jeung logam filler dissimilar tétéla teu ngahasilkeun sipat gabungan hadé ti métode gabung séjén. Urang dipaké Nb, Ta, W-26% Re, Mo na Re salaku logam filler dina welds braze. Nb sareng Mo nyababkeun retakan parah.

Ngagabung ku CVD dina 510 nepi ka 560 ° C

ngaleungitkeun sagala tapi jumlah leutik porosity sarta ogé ngaleungitkeun masalah pakait sareng hawa tinggi dipikabutuh pikeun las (kayaning séréal badag dina weld jeung zona panas-kapangaruhan).
Bubuka
Tungsten sareng alloy-base tungsten nuju dipertimbangkeun pikeun sababaraha aplikasi nuklir sareng ruang angkasa canggih kalebet alat konversi thermionic, kendaraan asup deui, unsur bahan bakar suhu luhur sareng komponén reaktor sanés. Kaunggulan tina bahan ieu nyaéta kombinasi suhu lebur anu luhur pisan, kakuatan anu saé dina suhu anu luhur, konduktivitas termal sareng listrik anu luhur sareng résistansi anu nyukupan pikeun korosi dina lingkungan anu tangtu. Kusabab brittleness ngawatesan fabricability maranéhanana, mangpaat bahan ieu dina komponén struktural dina kaayaan jasa rigorous gumantung greatly kana ngembangkeun prosedur las nyadiakeun sambungan anu comparable dina sipat logam dasar. Ku alatan éta, tujuan tina ulikan ieu nya éta pikeun (1) nangtukeun sipat mékanis sendi dihasilkeun ku métode gabung béda dina sababaraha jenis tungsten unalloyed na alloyed; (2) evaluate efek rupa modifikasi dina perlakuan panas jeung téhnik gabung; jeung (3) demonstrate feasibility of fabricating komponén test cocog pikeun aplikasi husus.
Bahan
Unalloyed tungsten m叮10 m. cadar kandel éta bahan paling dipikaresep. The tungsten unalloyed dina ulikan ieu dihasilkeun ku bubuk metalurgi, arc casting jeung téhnik déposisi kimia-uap. meja 1 nembongkeun tingkat najis tina metallurgy bubuk, CVD jeung arc-tuang produk tungsten sakumaha narima. Paling ragrag dina rentang nominally kapanggih dina tungsten

tapi kudu dicatet yén bahan CVD ngandung leuwih ti norma] jumlah fluorine.
Rupa-rupa ukuran sareng wangun alloy tungsten sareng tungsten dihijikeun pikeun ngabandingkeun. Kalolobaan éta produk metallurgy bubuk sanajan sababaraha bahan arc-tuang ogé dilas. Konfigurasi husus dipaké pikeun nangtukeun feasibility wangunan wangunan sareng komponenana. Kabéh matenals anu narima dina kaayaan pinuh tiis digawé iwal ti tungsten CVD, nu narima sakumaha-deposited. Kusabab ngaronjat brittleness of tungsten recrystallized tur badag-grained bahan ieu dilas dina kaayaan digawé pikeun ngaleutikan tumuwuhna sisikian di zone heataffected. Kusabab biaya bahan anu luhur sareng jumlah anu kawilang sakedik, kami ngarancang spésimén tés anu ngagunakeun jumlah bahan minimum anu konsisten sareng kéngingkeun inpormasi anu dipikahoyong.
Prosedur
Kusabab suhu transisi ductile-to-brittle (DBTT) tungsten luhur suhu kamar, perawatan khusus kedah dianggo dina penanganan sareng mesin pikeun nyegah retakan1. Shearing ngabalukarkeun retakan ujung sarta kami geus kapanggih yén grinding na electrodischarge machining ninggalkeun cék panas dina beungeut cai. Iwal aranjeunna dihapus ku lapping, retakan ieu bisa propagate salila las sarta pamakéan salajengna.
Tungsten, kawas sakabeh logam refractory, kudu dilas dina atmosfir pisan murni boh gas inert (gas tungsten-arc prosés) atawa vakum (electron beam pro::: ess)2 pikeun nyegah kontaminasi las ku interstitials. Kusabab tungsten ngagaduhan titik lebur pangluhurna sadaya logam (3410 ° C), alat-alat las kedah tiasa tahan suhu jasa anu luhur.

Tabél 1

Tilu prosés las anu béda digunakeun: las tungsten-arc gas, las braze tungsten-arc gas sareng las sinar éléktron. Kaayaan las dipikabutuh pikeun pcnetration lengkep dina input énergi minimum ditangtukeun pikeun tiap bahan. Sateuacan las, bahan lambar ieu machined kana 囚in. blanks lega tur degreased kalawan étil alkohol. Desain gabungan éta alur pasagi tanpa bukaan akar.
Gas Tungsten-Arc las
Kabéh automatie sarta manual gas tungsten-arc welds dijieun dina ehamher anu dijaga handap 5 x I atawa. torr salila kira 1 hr lajeng backfilled kalawan argon pisan murni. Ditémbongkeun saperti dina Gbr. lA, chamber ieu dipasangan ku mékanisme traversing jeung sirah obor pikeun las otomatis. workpiece nu dilaksanakeun dina fixture tambaga disadiakeun kalawan inserts tungsten dina sagala titik kontak pikeun nyegah eta tina brazed kana karya ku ngéléhkeun las. Dasar fixture ieu housed nu pamanas cartridge listrik nu preheated karya ka suhu nu dipikahoyong, Gbr. 1 B. Kabéh welds dijieun dina speed perjalanan kaluar 10 ipm, a eurrent ngeunaan 350 amp sarta tegangan 10 ka 15 v. .
Gas Tungsten-A『c Braze las
Gas tungsten-nyaéta las braze dijieun dina ehamber kalawan atmosfir inert ku téhnik sarupa.

pamadegan ditétélakeun di luhur. The bead-onplate braze welds dijieun kalayan tungsten sarta W-26% Re filler logam dijieun sacara manual; kumaha oge, butt braze welds anu dilas otomatis sanggeus logam filler ieu disimpen dina gabungan butt.
Éléktron Beam las
Welds beam eleetron dijieun dina mesin 150-kV 20-mA. A vakum ngeunaan 5 x I o-6 torr dijaga salila las. Hasil las pancaran éléktron dina babandingan anu kacida luhurna tina jero jeung rubak sarta zona anu kapangaruhan ku panas.
』oning ku Disposisi Uap Kimia
Tungsten joints dijieun ku depositing unalloyed tungsten filler logam ngaliwatan prosés déposisi uap kimiawi3. Tungsten ieu disimpen ku réduksi hidrogén of tungsten hexafluoride nurutkeun réaksi-t
panas
WFs(g) + 3H,(g)一–+W(s) + 6HF(g).
Pamakéan téhnik ieu pikeun ngagabung ngan diperlukeun parobahan minor dina fixtures jeung distribusi aliran réaktan. Kauntungan utami tina prosés ieu dibandingkeun metode ngagabung anu langkung konvensional nyaéta, sabab suhu rendah anu dianggo (510 dugi ka 650 ° C) langkung handap tina titik lebur.

tungsten (3410 ° C), recrystallization sarta mungkin salajengna cbrittlement tina logam dasar tungsten tempa ku pangotor atawa tumuwuhna sisikian anu minimal.
Sababaraha desain gabungan kaasup butt na tube-tungtung closures dijieun. Déposisi dipigawé kalayan bantuan mandrel tambaga nu dipaké salaku fixture a, alignment sapotong jeung substrat. Saatos déposisi réngsé, mandrel eopper dihapus ku etching. Kusabab karya séjén" geus ditémbongkeun yén tungsten CVD mibanda stresses residual kompléks sakumaha disimpen, sendi ieu stress relicvcd I hr di 1000 ° ka 1600 ° C saméméh machining atawa nguji.
Inspeksi jeung Testing
Sendi dipariksa sacara visual sareng ku penetrant cair sareng radiografi sateuacan diuji. welds has anu kimiawi dianalisis pikeun oksigén jeung nitrogén (Tabel 2) jeung pamariksaan metallographic éksténsif dipigawé sapanjang pangajaran.
Kusabab kesederhanaan alamiah sareng adaptasi kana spésimén leutik, tés bengkok dianggo salaku kriteria primér pikeun integritas gabungan sareng émparison prosés. Suhu transisi ulet-tobrittle ditangtukeun ku aparat bending tilu-titik pikeun sendi duanana sakumaha-las na sanggeus sepuh. Spésimen dasar pikeun tés tikungan nyaéta longitudinal

beungeut ngalipet, 24t panjang ku 12t rubak, dimana t teh ketebalan specimen. Spésimén dirojong dina bentang 15t sareng dibengkokkeun ku plunger radius 4t dina laju 0,5 ipm. Géométri ieu condong normalisasi data anu dicandak dina sagala rupa ketebalan bahan. Spésimén biasana ngagulung transverse kana kelim weld (spésimen ngalipet longitudinal) pikeun nyadiakeun deformasi seragam tina weld, zone panas-kapangaruhan jeung logam dasar; kumaha oge, sababaraha spésimén anu ngagulung sapanjang kelim weld (transverse bend specimen) pikeun babandingan. Bends raray dipaké dina bagian awal panalungtikan; kumaha oge, kusabab lekukan slight kapanggih dina faees lolobana welds alatan beurat logam molten, bends root diganti dina tés engké. Rekomendasi ti Dewan Panaséhat Bahan6 anu aya hubunganana sareng uji tikungan tina spésimén lambar dituturkeun sacaket mungkin. Kusabab bahan kawates, spésimén pangleutikna disarankeun dipilih.
Pikeun nangtukeun suhu transisi ngalipet, aparatur bending ieu enclosed dina tungku sanggup gancang raising hawa ka 500 ° C. A ngalipet 90 nepi ka 105 deg ieu eonsidered ngalipet pinuh. DBTT diartikeun salaku suhu panghandapna dimana speeimen ngagulung pinuh tanpa craeking. Sanajan tés dilaksanakeun dina hawa, parobahan warna spésimén henteu dibuktikeun dugi ka suhu tés ngahontal 400 ° C.

Gambar 1

Hasil pikeun Unalloyed Tungsten
Weldability umum
Gas Turzgstea-Arc Welding-Dina gas tungsten-arc welding of 1乍in. lambar unalloyed kandel, karya kudu substansi preheated pikeun nyegah gagalna regas dina stress ngainduksi ku shock termal. angka 2 nembongkeun narekahan has a dihasilkeun ku las tanpa preheating ditangtoskeun. Ukuran sisikian ageung sareng bentuk zona las sareng panas dibuktikeun dina narekahan. Investigation of preheating ternperatures ti suhu kamar nepi ka 540 ° C némbongkeun yén preheating ka minimum 150 ° C diperlukeun pikeun produksi konsisten hiji-pass butt welds anu bébas tina retakan. Suhu ieu pakait sareng DBTI tina logam dasar. Preheating ka suhu nu leuwih luhur sigana teu diperlukeun dina tés ieu tapi bahan jeung DBTI luhur, atawa konfigurasi nu ngalibetkeun konsentrasi stress leuwih parna atawa bagian leuwih masif, bisa merlukeun preheating ka ternperatures luhur.
Kualitas weldment gumantung pisan kana prosedur anu digunakeun dina ngararancang logam dasar. Welds autogenous dina tungsten arc-cast dasarna bébas tina porosity, Gbr.
3A, tapi welds di bubuk metallurgy tungsten dicirikeun ku porosity kotor, Gbr. 3 (b), utamana sapanjang garis fusi. Jumlah porosity ieu, Gbr. 3B, utamana sapanjang 3C, dina welds dijieun dina proprietary, produk porosity low (GE-15 dihasilkeun General Electric Co., Cleveland).
Welds tungsten-arc gas dina tungsten CVD boga zona kapangaruhan panas mahiwal alatan struktur sisikian 0£metaF dasar. angka 4 nembongkeun beungeut jeung saluyu bagian cross of sapertos gas tungsten-arc butt weld. Catet yén séréal halus dina beungeut substrat geus tumuwuh alatan panas las. Ogé dibuktikeun nyaéta kurangna tumuwuhna columnar badag

bijil. Séréal columnar boga gas
bubb_les di wates sisikian disababkeun ku najis fluorme8. Akibatna, lamun
permukaan substrat sisikian rupa dipiceun saméméh las, weldment nu teu ngandung hiji metallographically bisa didéteksi zone panas-kapangaruhan. Tangtu, dina bahan CVD digawé (kayaning extruded atanapi digambar tubing) zona panas-kapangaruhan tina weld ngabogaan struktur sisikian recrystallized normal.
Retakan kapanggih dina wates sisikian columnar dina RAZ sababaraha welds di tungsten CVD. cracking Ieu, ditémbongkeun dina Gbr. 5, ieu disababkeun ku formasi gancang sarta tumuwuhna gelembung dina wates sisikian di hightemperatures9. Dina suhu luhur aub dina las, gelembung éta bisa meakeun loba wewengkon wates sisikian; ieu, digabungkeun jeung stress dihasilkeun salila cooling, ditarik wates sisikian eta pikeun ngabentuk retakan. Ulikan ngeunaan formasi gelembung dina tungsten jeung deposit logam lianna salila perlakuan panas nunjukeun yen gelembung lumangsung dina logam disimpen handap 0,3 Tm (suhu lebur homolog). Observasi ieu nunjukkeun yén gelembung gas kabentuk ku coalescence tina vacapped entrapped jeung gas salila annealing. Dina kasus tungsten CVD, gas sigana fluorine atanapi sanyawa fluorida
Éléktron Beam Welding-Unalloyed tungsten ieu beam éléktron dilas kalawan jeung tanpa preheating. Kabutuhan pikeun preheat variatif jeung specimen. Pikeun mastikeun hiji weld bébas retakan, preheating sahenteuna ka DBTT tina logam dasar disarankeun. Welds sinar éléktron dina produk metallurgy bubuk ogé boga porosity weld disebutkeun saméméhna.

Gas Tungsten-Arc Braze Welding一Dina usaha pikeun nangtukeun naha las braze bisa dipaké pikeun kauntungan, urang experimented jeung prosés tungstenarc gas pikeun nyieun welds braze dina bubuk metallurgy tungsten lambar, The braze welds dijieun ku preplacing logam filler sapanjang butt joint saméméh las. Braze welds dihasilkeun kalawan unalloyed Nb, Ta, Mo, Re, sarta W-26% Re salaku logam filler. Saperti nu diharapkeun, aya porosity dina garis fusi dina bagian metallographic sadaya mendi (Gbr. 6) saprak logam dasar éta produk metallurgy bubuk. Welds dijieun kalawan niobium sarta molybdenum filler logam retak.
The hardnesses of welds na braze welds ieu dibandingkeun ku cara maké hiji ulikan ngeunaan bead-on-plat welds dijieun kalawan tungsten unalloyed sarta W一26% Re salaku logam filler. Welds tungstenarc gas sareng welds braze didamel sacara manual dina produk metalurgi bubuk tungsten anu teu aya alloy (kelas porositas rendah, proprietary (GE-15) sareng kelas komersial anu khas). Welds na braze welds dina unggal bahan anu umurna di 900, 1200, 1600 jeung 2000 ° C pikeun l, 10, 100 jeung 1000 hr. Spésimén ditaliti sacara métalogografis, sareng lintasan karasa dicandak ngalangkungan las, zona anu kapangaruhan panas, sareng logam dasar duanana dilas sareng saatos perlakuan panas.

Tabél 2

Gambar2

Kusabab bahan anu digunakeun dina ulikan ieu nyaéta produk metalurgi bubuk, jumlah porositas anu béda-béda aya dina deposit weld sareng braze. Deui, sendi dijieunna tina bubuk metalurgi has logam dasar tungsten miboga porosity leuwih ti nu dijieun ku porosity low, tungsten proprietary. The welds braze dijieun kalawan W-26% Re filler logam miboga porosity kirang ti welds dijieun kalawan tungsten filler logam unalloyed.
Taya pangaruh waktu atawa suhu ieu discerned on karasa tina welds dijieun kalawan tungsten unalloyed salaku logam filler. Salaku dilas, ukuran karasa las jeung logam dasarna dasarna konstan jeung teu robah sanggeus sepuh. Sanajan kitu, welds braze dijieun kalawan W-26% Re filler logam considerably harder sakumaha dihasilkeun batan logam dasar (Gbr. 7). Meureun karasa luhur tina deposit weld W-Re br立e éta alatan hardening solusi padet jeung / atawa ayana fase er finely disebarkeun dina struktur solidified. Fase tungstenrhenium diagram11 nunjukeun yen wewengkon localized eusi rhenium tinggi bisa lumangsung salila cooling gancang sarta ngahasilkeun formasi teuas, fase er regas dina substructure kacida segregated. Meureun fase er ieu finely dispersed dina séréal atawa wates sisikian, sanajan euweuh éta cukup badag bisa dicirikeun ku boh ujian metallographic atawa difraksi sinar-X.
Teu karasa ieu plotted salaku fungsi jarak ti garis puseur braze-las pikeun hawa sepuh béda dina Gbr. 7A. Perhatikeun parobahan ngadadak

dina karasa dina garis fusi. Kalayan ngaronjatna suhu sepuh, karasa tina las braze turun dugi, sanggeus 100 hr di J 600 ° C, karasa éta sarua jeung nu tina logam dasar tungsten unalloyed. Tren ieu turunna karasa kalayan ningkatna suhu dilaksanakeun leres pikeun sadaya waktos sepuh. Ngaronjatna waktu dina suhu konstan ogé ngabalukarkeun panurunan simiJar dina karasa, sakumaha ditémbongkeun keur suhu sepuh 1200 ° C dina Gbr. 7B.
Ngagabung ku Kimia Uap déposisi-Ngagabung tungsten ku téhnik CVD ieu ditalungtik salaku métode pikeun ngahasilkeun welds dina sagala rupa desain specimen. Ku ngagunakeun perlengkapan sareng masker anu cocog pikeun ngawatesan déposisi ka daérah anu dipikahoyong, CVD sareng lambar tungsten metalurgi bubuk ngagabung sareng panutupan tungtung dina pipa dihasilkeun. Déposisi kana bevel kalawan sudut kaasup ngeunaan 90 deg dihasilkeun cracking, Gbr. 8A, di intersections séréal columnar tumuwuh tina hiji beungeut bevel jeung substrat (anu ieu etched jauh). Sanajan kitu, sambungan integritas tinggi tanpa cracking atawa akumulasi kotor tina najis diala, Gbr. 8B, nalika konfigurasi gabungan dirobah ku grinding beungeut logam dasar ka radius 飞in. tangent kana akar las. Pikeun nunjukkeun aplikasi khas tina prosés ieu dina fabrikasi unsur suluh, sababaraha panutupan tungtung dilakukeun dina tabung tungsten. Sendi-sendi ieu kedap bocor nalika diuji ku detektor kebocoran massa hélium spectrorr:eter.

Gambar 3

Gambar 4

Gambar 5

Sipat mékanis
Tés Bend of Fusion Welds 一 kurva transisi ulet-to-geus ditangtukeun pikeun sagala rupa sendi dina tungsten unalloyed. Kurva dina Gbr. 9 nunjukeun yen DBTT dua logam dasar powder metallurgy éta ngeunaan I 50 ° C. Ilaharna, DBTT (suhu panghandapna di mana hiji ngalipet 90 mun 105 deg bisa dijieun) duanana bahan ngaronjat greatly sanggeus las. . Suhu transisi ningkat kira-kira 175 ° C nepi ka nilai 325 ° C pikeun bubuk metallurgy tungsten has jeung ngaronjat ngeunaan 235 ° C nepi ka nilai 385 ° C pikeun porosity low, bahan proprietary. Beda dina DBTTs bahan dilas sarta unwelded ieu attributed ka ukuran sisikian badag sarta redistribution mungkin tina najis tina welds sarta zona panas-kapangaruhan. Hasil tés némbongkeun yén DBTT of welds tungsten metallurgy bubuk has éta leuwih handap tina bahan proprietary, sanajan dimungkinkeun miboga porosity kirang. DBTT luhur las dina tungsten porosity low bisa jadi alatan ukuran sisikian rada gedé, Gbr. 3A jeung 3C.
Hasil investigasi pikeun nangtukeun DBTT pikeun sajumlah mendi dina tungsten unalloyed diringkeskeun dina Tabél 3. Tés tikungan éta rada sénsitip kana parobahan dina prosedur tés. Akar ngabengkokkeun katingalina langkung lengket tibatan bengkok raray. A relief stress dipilih leres sanggeus las mucunghul mun nurunkeun DBTT substansi. The CVD tungsten kagungan, sakumaha dilas, nu DBTT pangluhurna (560 ℃) ； tapi lamun dibere relief stress 1 hr 1000 ℃ sanggeus las, DBTT na turun ka 350 ℃. relief stress of 1000 ° C sanggeus las, DBTT na turun ka 350 ° C. relief stress arc dilas bubuk metallurgy tungsten pikeun 1 hr di 18000 C ngurangan DBTT bahan ieu ku ngeunaan 100 ° C tina nilai ditangtukeun pikeun eta as- dilas. A relief stress 1 jam dina 1000 ° C dina gabungan dijieun ku métode CVD ngahasilkeun DBTT panghandapna (200 ° C). Ieu kudu dicatet yén, bari ternperature transisi ieu considerably leuwih handap sagala suhu transisi séjén ditangtukeun dina ulikan ieu, pamutahiran ieu meureun dipangaruhan ku laju galur handap (0,1 vs 0,5 ipm) dipaké dina tés on mendi CVD.

Ngalipet Test of braze welds-gas tungsten-arc braze welds dijieun kalawan Nb. Ta, Mo, Re, sarta W-26% Re salaku logam filler ogé ngalipet diuji sarta hasilna anre diringkeskeun dina tabel 4. paling ductility ieu dicandak ku las braze rhenium.

Sanajan hasil ulikan cursory ieu nunjukkeun yén logam filler béda bisa ngahasilkeun sendi mibanda sipat mékanis interior ka imah welds homogen di tungsten, sababaraha logam filler ieu bisa jadi mangpaat dina praktekna.

Hasilna pikeun alloy Tungsten.