5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Особенности сварки тантала и молибдена

Особенности сварки тантала и молибдена

В последние десятилетия активно развиваются новые отрасли техники, что ведет к расширению применения тугоплавких металлов и сплавов на их основании, таких как цирконий, молибден, тантал, ниобий и пр. Их объединяет высокая жаропрочность, стойкость к коррозии, устойчивость в агрессивных средах и другие специальные свойства.

При сварке таких металлов часто могут возникать затруднения, причиной которых становятся высокая температура плавления, взаимодействие с атмосферными газами при повышенной температуре, негативное действие данных газов (преимущественно кислорода), склонность к росту зерен при нагревании.

Сварка молибдена

Атомные решетки молибдена напоминают объемные кубы, которые не меняются до достижения температуры плавления. Устойчивы против воздействия кислот, щелочей, металлических расплавов. Сплавы молибдена могут состоять из:

При использовании в промышленных целях могут возникать некоторые препятствия:

  • Пластичности можно достигнуть только после деформации.
  • Сварочные швы нарушают кристаллические решетки металла, что делает его хрупким.

Первоначально материал относили к категории несвариваемых. Но высокие показатели плавления (до 2000 градусов), когда железо с никелем уже становятся жидкими, заставили искать способы решения проблемы.

В чистом виде молибден — металл с серебристым оттенком, он отлично поддается ковке при значительных температурных показателях, не подвергается влияниям воздушных масс, коррозии и полиморфным метаморфозам. В стали его количество не превышает 0,18%. Этот компонент добавляют специально, повышая ударные и температурные показатели, что затрудняет при этом сам процесс сварки и приводит к образованию трещин в переходных зонах. Он может сильно выгореть и окислиться. Применяется специальная сварочная проволока, дополнительно обработанная никелем, ванадием или хромом, что дает возможность получить прочные швы.

Проведение работ

Для улучшения свариваемости используют прокладки из металла, имеющие мелкозернистую структуру. Молибден сваривается способом контактной и дуговой сварки, используется гелиевая либо аргоновая защита, задействуется твердый и мягкий припой с серебром и медью. Деформация влияет на степень рекристаллизации. Когда определенный порог пересекается, поверхность становится хрупкой.

Варка должна проводится под вакуумом или в аргоновой среде. Перед началом работы поверхность должна быть очищена от оксидной пленки посредством расплава.

Для сварки подойдут практически все припои, используемые при работе с вольфрамом. Но с золотом и никелем получаются самые надежные соединения и прочные швы. Однако, такой тип припоя используют нечасто из-за дефицитности материалов.

Молибден с медью

Эти материалы нельзя растворить друг в друге. Если сохранить вакуумную плотность, соединение не будет обладать значительной термической стойкостью. Разница температурных расширений приведет в напряжение детали при проведении обработки. Диффузионная зона отсутствует, но процессы релаксации не начнутся.

Когда нужно соединить с помощью сварки молибден и медь, стоит задействовать никелевый слой, что растворяется в обоих металлах. Гальваническим путем наносят слой, толщина которого не должна превысить 14 мкм. Оптимальных показателей достигают, если нанести только один слой. Повторные нанесения не принесут дополнительной эффективности.

Вольфрам с молибденом

После завершения работы образцы в обязательном порядке испытывают на изгибы. Если соединения не получились прочными, то для повышения этого показателя ставится промежуточная танталовая прокладка (фольга из этого материала, имеющая толщину 50 мкм).

При исследовании результатов сварочных работ можно увидеть полоску из фольги и волнистую границу с вольфрамом. Чтобы сварка тантала получилась качественной, поначалу в камере для сварки увеличивается степень разряжения. В рамках испытаний время выдержки было увеличено до часа, но микростуктура в итоге не изменилась. Но если использовалась молибденовая фольга толщиной 50 мкм, непровар полностью устранялся.

Читать еще:  Химический анкер: особенности материала, его преимущества и сферы применения

Сварочные соединения, основание которых составляет вольфрам, отличаются значительной хрупкостью после вакуумных отжигов, но уже примерно через 60 минут показатели существенно уменьшаются.

Молибден часто используют в промышленных отраслях из-за уникальных технических характеристик, но процесс его сварки немного отличается от сваривания обычных металлов. Специальная проволока помогает существенно упростить работу с этим материалом.

Процесс сваривания молибдена и тантала — особенности технологии, расходники, нюансы

Когда заходит речь о сварочных работах, в основном упоминаются названия сталей, чугуна или цветных металлов. Но развитие новых отраслей техники требует от производства внедрения тугоплавких металлов, каковыми являются молибден и тантал.

Они выделяются среди материалов повышенной температурой плавления, превышающей 2 500° C. Однако их использование так же оправдывается стойкостью к коррозии, устойчивостью агрессивным средам.

Однако детали и конструкции, сделанные из таких жаропрочных материалов, иногда выходят из строя, что требует их соединения свариванием.

Молибден

Представляется тугоплавким жаропрочным переходным металлом светло-серого цвета. Атомные решетки элемента походят на объемные кубы, не меняющиеся до параметров температуры их плавления — 2 623° C.

Устойчив к воздействию кислоты, щелочи, металлических расплавов.

Используется при легировании сталей, как жаропрочная и коррозионностойкая добавка, молибденовая лента используется в оборудовании высокотемпературных печей, камерах сгорания и турбокомпрессорах.

Сварка

Соединение элементов из молибдена предполагает использование профессионального сварочного агрегата, гибкую регулировку силы тока. Правильная ее настройка облегчит сварочный процесс и не вызывает разрушение соединительных участков.

Воздействие термической обработки активирует защиту материала в форме появления крупнозернистых волокон на участке сварочного валика. Под давлением величины тока металл делается более плотным вследствие наслаивания примесей молибдена.

Подготовка деталей к спайке требует предварительной подготовки:

  1. Кромки, свариваемая область вокруг них тщательно зачищается, обезжиривается химическими реагентами — фосфорной, серной кислотой, разбавленной водой в пропорции 1:1. Последнее действие осуществляется несколько раз до полного уничтожения оксидной пленки, следов масла и жира.
  2. Стыки затираются наждачной бумагой до блеска.
  3. Подготовительные работы оканчиваются при получении минимальных сколов и кромочного смещения.
  4. На инверторе выставляется температура плавления металла.

Улучшит свариваемость молибдена с танталом используемая прокладка из металла мелкозернистой структуры. Операция проводится контактным либо дуговым способом вольфрамовыми или тефлоновыми электродами.

Защитной газовой средой практикуются гелиевая или аргоновая смесь, иногда с использованием твердого и мягкого припоя — серебряного и медного.

Получить прочный шов также поможет сварочная проволока, предварительно обработанная никелем, хромом либо ванадием. Флюсы при работе с молибденом не применяются. Процесс необходимо проводить с использованием постоянного тока и прямой полярности.

Тантал

Тяжелый жаропрочный тугоплавкий редкоземельный металл серебристо-белого цвета с большой пластичностью. Если температура плавления выражается 3 017° C, то предел хрупкости наступает при -200°.

Используется добавкой для повышения прочности металлов, изготовления промышленных образцов, электротехнике, ядерной энергетике и ювелирных украшениях.

Сварка

Операции с танталом схожи на сварку молибдена, их объединяет одно свойство — высокая температура плавления. При сварке так же используются вольфрамовые либо угольные стержни диаметром 1,0-1,5 мм.

Сила постоянного тока колеблется от 20 до 40 A, прямой полярности, напряжение разряда — 30 В.

Тантал усиленно поглощает газы при термической обработки, поэтому операцию следует проводить в вакууме или регулируемой защитной аргоновой или гелиевой среде —экранировании.

Защита дуги обеспечивается со всех сторон сварочной зоны, в т. ч. над и под ней. Экранирование создается слабым потоком газа из баллона. Во время термической обработки допускается некоторое изменение цвета тантала до темно-соломенного оттенка.

Читать еще:  Покрасочная камера для автомобилей: предъявляемые требования и особенности обустройства

Для избегания потерь металла, операцию рекомендуется вести в герметизированной камере, предварительно наполненной инертным газом.

Припоями могут служить титан, молибден или ниобий, с которыми металл образует высокопрочные пластичные соединения. Листы тоньше 0,5 мм соединяются контактным способом. Последний можно проводить как на воздухе, так и под водой.

Подготовка к пайке начинается очищением кромок, свариваемой области серной кислотой без доступа кислорода. Стыки деталей рекомендуется покрыть слоем серебра, никеля или платины для улучшения сварочного процесса.

Сварка в регулируемой защитной атмосфере должна обеспечиваться постоянной продувкой газа в изготовленной из полиэтилена и клейкой ленты камере.

Проходящий аргон перемешивает воздух в области сварочной зоны, чем достигается качественное соединение. Газ пропускается до полного охлаждения полученного валика.

Особенности процесса сварки молибденом

Атомная решётка молибдена имеет вид объёмного куба и не меняется до достижения температуры плавления. Он устойчив против серной, соляной, фосфорной, плавиковой кислот, расплавов металлов и щелочей. Взаимодействует с кислородом от 673 К, сильно окисляется с 873 К, чистый азот не воздействует до температуры 1273 К. Раствор можно произвести с помощью царской водки или азотной кислотой большой концентрации.

Сплавы молибдена имеют такие добавки:

При применении в промышленности возникает ряд технических препятствий:

  • Пластичность достигается только при деформации.
  • Шов при сварке нарушает кристаллическую решётку металла, что приводит к хрупкости.

Первоначально молибден относился к несвариваемым металлам. Но высокие показатели плавления (1500-2000 °C), когда железо и никель переходят в жидкое состояние, вынудили на поиск решения проблемы.

В чистом виде молибден — серебристый металл, который хорошо куётся при высоких температурах, не подвержен влиянию воздуха, коррозии и полиморфным метаморфозам.

В сталях количество молибдена достигает 0,15–0,18%. Его специально добавляют для повышения ударных и температурных показателей, но при этом сварка затрудняется, а в переходных зонах образуются трещины. Он сильно выгорает и окисляется. Применяют специальную сварочную проволоку, которая обрабатывается никелем, хромом, ванадием. Это позволяет достичь прочных швов.

Сварка молибденом

Лучшие результаты при сварке достигаются при режиме р = 9,8 МПа, Т = 1973 K, t = 5 мин. При использовании этих параметров, изменений структуры материалов в зоне стыков не наблюдается. Улучшить свариваемость, можно используя металлические прокладки с мелкозернистой структурой.

Молибден сваривается методом контактной и дуговой сварки с использованием защитной атмосферы гелия, аргона. С задействованием твёрдого и мягкого припоя на основе серебра и меди. Рекристаллизация напрямую зависит от чистоты и степени деформации. При пересечении определённого порога поверхность становится хрупкой. По сравнению с другими металлами температурный коэффициент линейного расширения невелик α = 5,6. Из-за этого показателя сварку осуществляют в вакууме или аргоновой среде. А перед процедурой поверхность очищают от оксидной плёнки с помощью расплава.

Для сварки пригодно большинство припоев, которые используют при пайке вольфрама. Золото и никель помогут получить надёжное соединение и крепкий шов. Но такой припой не получил широкого распространения из-за дефицитных материалов.

Молибден и медь

Молибден и медь не растворяются друг в друге. Распространённые данные по молибденовой диффузионной сварке меди противоречивы. При использовании одинаковых параметров одни соединения обладают прочностью до 157 МПа, а другие хрупкие. Наибольшие показатели деформации меди достигались — р = 14,7 МПа, Т = 1223 K, t = 15–30 мин. При сохранении вакуумной плотности, такое соединение не обладает высокими показателями термической стойкости. Разница температурного расширения между медью и молибденом приводит к напряжению деталей при температурной обработке. Отсутствие диффузионной зоны в соединении не приводит к релаксационным процессам.

При связывании деталей из меди и молибдена с использованием сварки, нужно задействовать слой никеля, который растворим с обоими металлами. Гальваническим путём наносится слой толщиной 7–14 мкм. Лучший показатель при диффузионной сварке достигался с покрытием в один слой. Повторное нанесение или хромирование не увеличивает эффективность. Для достижения максимальной прочности сварки молибдена с медью через слой никеля, нужно использовать такие параметры — р = 14,7–15,7 МПа, Т = 1223–1323 K, t = 10–40 мин. При оптимальном режиме среднее электрическое сопротивление пластин 1,2 — 10 Ом.

Читать еще:  Особенности выбора торцовочной пилы по дереву: принцип работы отрезного станка, выбор, популярные модели

Вольфрам и молибден

Молибденовая сварка вольфрама осуществляется — р = 19,6–39,2 МПа, Т = 1873–2173 K, t = 15–30 мин. После завершения процесса образец испытывают на изгиб. Лучшие показатели были получены — p = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 15 мин. Но соединения получились недостаточно прочными, для повышения этого показателя используют промежуточную прокладку из тантала. С использованием танталовой фольги (толщина 50 мкм) осуществляют — р = 19,6 МПа, Т = 2173 K, t = 20 мин.

Исследование результатов сварки показывает полосу фольги, граница вольфрама волнистая. Для нормальной сварки тантала нужно увеличить в сварочной камере степень разряжения. Повышение времени выдержки до 60 минут не изменило микроструктуру. Но при использовании фольги молибдена толщиной 50 мкм, непровар исчез.

Сварочные соединения вольфрама очень хрупкие после вакуумного отжига, но после 1 часа этот показатель снижается.

Молибден широко используется в промышленности из-за своих технических характеристик, но его сварка требует особого обхождения. Использование специальной проволоки поможет значительно облегчить процесс.

Технологический процесс пайки металлов

Тантал среди других металлов выделяется исключительной химической стойкостью в сильных кислотах, в расплавах щелочных металлов и рядом других свойств. Он имеет температуру плавления 2996° С и плотность 16,6 г/см 3 и в отличие от вольфрама и молибдена обладает пластичностью.

Тантал промышленной чистоты в отожженном состоянии при комнатной температуре имеет предел прочности σв= 42 кгс/мм 2 относительное удлинение δ=25%, а при 980°С σв = 14 кгс/мм 2 . Температура пластично-хрупкого перехода тантала лежит ниже -196°С.

Кроме чистого тантала в промышленности применяют сплавы тантала с вольфрамом, ниобием, молибденом, гафнием. Сплавы тантала достаточно пластичны. Относительное удлинение равно 25 — 30% и зависит от способа выплавки.

Тантал и его сплавы используют в электротехнике и для нагревателей в вакуумных печах. Известно также применение чистого тантала и его сплавов с ниобием в химическом аппаратостроении.

При нагреве на воздухе тантал, так же как ниобий, начиная с 200-300°С заметно окисляется. Наряду с окислением происходит диффузия газов в металл, и непосредственно под окисной пленкой образуется газонасыщенный слой, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева.

Тантал интенсивно поглощает газы при нагревании, поэтому при пайке тантала предпочтителен вакуум не ниже 10 -4 мм рт. ст.

В качестве припоев для пайки тантала целесообразно использовать прежде всего такие металлы как титан, ванадий, ниобий и молибден, которые образуют с танталом непрерывный ряд твердых растворов, что позволяет получать высокопрочные и пластичные паяные соединения.

Имеются сведения об успешном применении сплавов из указанных металлов, например припой, содержащий 85% Ti и 15% Мо, дает возможность производить пайку при 1850°С.

Для диффузионной пайки сплава тантала с 1% W в качестве припоя применяют чистый титан. Припой в виде фольги укладывают в места соединений. Пайку производят в печи при разрежении 10 -4 — 10 -5 мм рт. ст., температура пайки 1760°С, выдержка 10 мин.

Температура вторичного расплавления шва после пайки поддерживалась 2092°С, предел прочности соединений при 1928°С составлял 1,65 кгс/мм2. Для капиллярной пайки применяют припой на основе тантала с 40% Hf.

Пайку выполняют при температуре 2205°С с выдержкой 1 мин. Ввиду того, что тантал трудно поддается пайке, его поверхность перед пайкой рекомендуется покрывать никелем или платиной. Пайку покрытых изделий можно вести с применением флюсов, в среде инертных газов или вакууме.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector