Как соединить детали из молибдена сваркой?

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ МОЛИБДЕНА И ЕГО СПЛАВОВ

Перед сваркой кромки деталей из молибдена подвергают травлению в растворе фосфорной и азотной кислот (1 : 1), разбавленном водой до плотности 1,37—1,38. Молибденовые сплавы, свариваемые плавлением, должны содержать кислорода не более 0,001% по массе.

При сварке плавлением технического молибдена сварные швы имеют крупнокристаллическое строение, что обусловливает их хрупкость. Склонность сварных швов молибдена к хрупкому межкристаллитному разрушению при нормальных температурах может быть существенно уменьшена путем легирования их определенными элементами в количествах, достаточных для создания пересыщенного твердого раствора при высоких температурах и выделения второй мелкодисперсной фазы в процессе кристаллизации сварного шва.

Поэтому для сварных изделий применяют только низколегированные сплавы на основе молибдена с добавками элементов, раскисляющих и модифицирующих металл (углерода, циркония, титана, ванадия, ниобия и др.).

Прочность сварных швов молибдена, как правило, ниже прочности основного металла. Повышение прочности и пластичности металла шва достигается применением легированной присадки, например, из сплава 50% Мо — 50% Re.

Пластичность сварных соединений из известных молибденовых сплавов при нормальной температуре невелика. Так, например, угол изгиба соединения из сплава ВМ1 толщиной 1 мм не превышает 60°. При повышении температуры пластичность соединений возрастает.

Весьма сложной задачей является получение достаточно пластичных соединений при сварке плавлением молибденовых сплавов с критической температурой перехода швов в хрупкое состояние, близкой к такому же показателю для основного металла. Для ее решения идут, с одной стороны, по пути создания удовлетворительно свариваемых сплавов на основе молибдена, обладающих повышенной пластичностью и вязкостью и в минимальной степени загрязненных вредными примесями — газами, и с другой, по пути изыскания оптимальных условий сварки таких сплавов, включающих выбор термических циклов сварки, присадочных материалов и др.

СВАРКА ЦИРКОНИЯ

Цирконий по свариваемости близок к титану. Поэтому для него применимы та же техника сварки и практически те же режимы, что и для титана. Перед сваркой кромки деталей подвергают травлению в растворе, состоящем из 45% HNO₃, 10% HF и 45% Н₂О.

Таблица 2 Размеры структурных участков соединения из молибдена толщиной 3 мм, сваренного разными способами

Прочность соединений из технического нелегированного циркония близка к таким же свойствам основного металла. Однако пластические свойства швов на цирконии и особенно его сплавах, выполненных автоматической дуговой сваркой в среде инертного газа без присадки, заметно снижаются по сравнению с пластичностью металла.

СВАРКА НИОБИЯ

Техника сварки металла ниобия предполагает максимальное исключение из его состава вредных соединений, в частности образований газа. Например, сплав ВН-2АЭ получают с помощью электроннолучевого метода. Он состоит из: ниобия — Nb; 3,5-4,7 % — Мо; 0,5-0,9 % — Zr.

Допустимое содержание примеси в сплаве, которая измеряется в % по массе:
0,02О₂, 0,005H₂ и 0,03N₂.

Процедуру травления кромки нужно проводить таким раствором:

СВАРКА ВОЛЬФРАМА И ХРОМА

При сваривании этого металла в пределах нормальной температуры получают хрупкие швы, в которых могут образовываться трещины. Устранить этот недостаток можно путем подогрева до температуры 500° С и больше основного металла. При этом проводить сваривание нужно без жестких закреплений. Пластика таких швов повышается с помощью термообработки: нагревание до 1800° С, часовой выдержкой и охлаждением в печи. Хромовые швы с нормальной температурой сварки имеют низкую пластичность. Технический хром с толщиной от 1 до 2 мм по прочности достигает отметки в 30 кгс/мм 2 . Это на 10 кгс/мм 2 меньше прочности основного металла. При этом величина относительного удлинения равна 7 %.

Для сваривания хрома камеру нужно разрядить, то есть давление должно находиться в пределах (6-8)*10 -6 мм рт. ст.. Особенно это касается электроннолучевого метода сварки.

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-27; Нарушение авторского права страницы

Диффузионная сварка в вакууме

сварки молибдена и вольфрама. Затем режимы сварки корректировали применительно к соединению молибдена и вольфраморениевым сплавом.

Выбор оптимальных режимов диффузионной сварки в вакууме является основой для разработки промышленной технологии, которая должна обеспечить стабильность оптимальных параметров сварки и равномерность их распределения по всей поверхности контакта свариваемых деталей на протяжении всего процесса сварки.

Соединение молибдена с вольфрамом (и вольфраморенневым сплавом) происходило в вакууме 1-10 -3 -s- 1 • Kh 4 мм рт. ст. Для ускорения процесса соединения и понижения температуры сварки использовали промежуточную прокладку между свариваемыми поверхностями.

Реальные свариваемые поверхности всегда загрязнены пленками и имеют неровности, вызванные механической обработкой. Для определения необходимой чистоты свариваемых поверхностей были опробованы различные виды обработки поверхностей. Результаты экспериментов по сварке биметаллических дисковых образцов диаметром 35 мм молибдена и вольфрама при различном состоянии контактных поверхностей изложены ниже:

Все образцы поставляли после травления их селитрой. Режим сварки постоянный: Т = 1900° С; р == 1,5 кГ/мм 2 ; t=15 мин.; комплексная химическая обработка. Прослойки наносили после указанной подготовки поверхности. Наилучшей в данных условиях оказалась поверхность, полученная прокаткой. В последующей работе при переходе на сварку реальных зеркал вольфрамовые и вольфраморенневые заготовки сваривали непосредственно по поверхностям, полученным прокаткой (v5), а молибденовые заготовки обрабатывали на токарном станке до v 6-го класса — с целью улучшения прилегания сопрягаемых заготовок. Целью комплексной химической обработки непосредственно перед сваркой являлось снятие поверхностной пленки, которая всегда образуется на металле, соприкасающемся с воздухом.

Для определении оптимального режима сварки заготовки из пруткового материала сваривались встык, Качество сварки оценивалось испытаниями на изгиб. Режимы диффузионной сварки, позволившие получить положительные результаты при разрежении 1 • 10 — 3 мм рт. ст., приведены в табл. 42.

Добавка рения повышает пластичность вольфрама, это позволяет уменьшить давление при сварке.

Пятиминутная продолжительность диффузионной сварки вольфрама обеспечивает равнопрочность сварного стыка и основного металла при Т= 1700° С и р = 9 кГ/мм 2 , при Т= 1800 е С и р = 8 кГ/мм 2 , а также при Т = 1900° С и р = 7 кГ/мм 2 .

Увеличение продолжительности сварки вольфрама при прочих равных условиях приводит к однородности структуры свари

ваемых образцов в зоне сварки. Это подтверждает микроструктура зоны сварки вольфрама, полученная при Т = I860 о С, р = = 5,0 кГ/мм 2 , t = 20 мин. Равнопрочная микроструктура в зоне сварки молибдена с молибденом получена при Т= 1700°С, р = 4,0 kГ/mm 2 , t = 15 мин.

Повышение температуры при неизменной продолжительности сварки позволяет уменьшить необходимое давление при сварке одноименных металлов.

Учитывая, что испытания на изгиб не дают полной характеристики сварного соединения, то сваренные образцы подвергались металлографическому исследованию.

Соединение вольфрама с молибденом производилось при Т = 1600° С, р — 5,0 кГ/мм 2 и t = 15 мин. Указанный режим сварки обеспечивает равнопрочность при испытании на изгиб. При промышленной эксплуатации биметаллические зеркала работают при температурах до 2200° С, возникающих за 0,1 сек. Большие градиенты температур, естественно, вызывают внутренние напряжения переменного знака, которые складываются с напряжениями, обусловленными центробежной силой. В таких условиях работы зеркала наличие видимой под микроскопом полосы раздела недопустимо.

Следовательно, некоторые режимы, проведенные в табл. 42, не могут быть рекомендованы как оптимальные. Это нашло подтверждение при испытании зеркал у заказчика. При сварке вольфрама с молибденом по режиму, обеспечивающему равнопрочность сварного стыка основному металлу (T=1800°С, p= = 3,0 кГ/мм 2 , t = 15 мин) наблюдалась широкая темная полоса на границе раздела, что не позволило оценить полученное сварное соединение как качественное. При увеличении давления до 4,0 кГ/мм 2 процесс создания монолитного соединения ускоряется, однако даже давление 4,0 кГ/мм 2 не всегда обеспечивает однородность зоны соединения.

Режимы диффузионной сварки вольфраморениевого сплава с молибденом не намного отличаются от режимов диффузионной сварки вольфрама с молибденом.

Диффузионная сварка вольфраморениевого сплава с молибденом позволила получить равнопрочное сварное соединение по данным механических испытаний при Т = 1700° С, р= = 3,5 кГ/мм 2 , t = 15 мин. Однако на микрофотографии отчетливо выделяется темная полоска на границе раздела между вольфраморениевым сплавом и молибденом. Даже увеличение давления до 5,0 кГ/мм 2 при прочих равных условиях не устраняет указанных включений на границе раздела.

Таким образом, в случае применения комплексной химической обработки ни на одном из режимов не удалось получить качественного соединения заготовок из-за наличия на поверхностях адсорбированных слоев газов и других веществ.

Если внутреннее напряжение превысит прочность на разрыв материала анода, то поверхность растрескивается, становится шероховатой; в этом случае часть электронов, приходящих на анод, попадает в трещины и углубления, возбуждая бесполезные рентгеновские лучи. В этих условиях лучше всего может работать вольфрам как наиболее тугоплавкий металл, однако он хрупок и имеет большой удельный вес, что затрудняет его применение для массивных вольфрамовых анодов. Молибден имеет относительно высокую теплопроводность и в 2 раза меньше удельный вес, чем у вольфрамового сплава. Поэтому принято рабочую (наружную) часть анода у зеркала изготовлять из сплава вольфрама с 10% рения, а внутреннюю часть из молибдена, соединяя их друг с другом по площади 5800 мм 2 . Для соединения анода была избрана диффузионная сварка в вакууме, технология которой изложена выше.

В результате проведенных исследований и проверки опытной партии сваренных зеркал выбран следующий режим диффузионного соединения: Т = 1900° С, р = 2,0 кГ/мм 2 и t = 60 мин.

Лучшие результаты при сварке молибдена с вольфрамом получены при сварке через молибденовую фольгу толщиной 50 мкм, а при сварке молибдена с вольфраморениевым сплавом— через слой рения, нанесенный электролитическим путем.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.06.02 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Особенности сварки тантала и молибдена — описываем обстоятельно

Сварка молибдена является сложным процессом из-за его неустойчивости к образованию кристаллизационных сечений на поверхности свариваемых деталей в процессе силового воздействия. Однако сам молибден – это тугоплавкий металл, который обладает высокой прочностью и упругостью. Как происходит сваривание этого материала?

Молибден: общая информация

Молибден — тугоплавкий металл серебристого цвета. Температура плавления — 2623 градуса по Цельсию. Молибден абсолютно не подвержен коррозии и разрушению. Изделия из молибдена могут использоваться как самостоятельно (например, молибденовая проволока), так и в качестве легирующего элемента.

При добавлении молибдена в состав сталей металл приобретает особые прочностные характеристики. Также сталь, легированная молибденом, не подвержена коррозии. Для работы с молибденом требуется тщательная очистка поверхности металла.

Сварка молибдена

Для сварки молибдена необходимо использовать профессиональный сварочный аппарат с гибкой регулировкой силы тока. Поскольку от правильной настройки тока во многом зависит конечный результат. Если вы совершите ошибку и выставите неправильную силу тока, это приведет к последующему разрушению сварных швов. Вообще тема настройки тока при сварке молибдена вызывает много споров. Дело в том, что не существует единых рекомендаций по поводу настроек тока. Каждый раз необходимо экспериментировать, чтобы подобрать оптимальные настройки.

А вот что известно точно, так это технологии, с помощью которых возможна сварка молибдена. Наиболее часто применяется дуговая сварка в среде защитного газа (аргона или гелия), а также контактная сварка. При дуговой сварке необходимо использовать вольфрамовые электроды. При пайке молибдена допускается использование припоя. Припой может быть из меди или серебра. Флюс не используется. Такими же методами производится сварка хромомолибденовых сталей. Рекомендуем установить постоянный ток и прямую полярность.

При работе часто образуется окисная пленка, которая затрудняет сварку. Чтобы избавиться от нее можно использовать кислоту, выполнив электролиз. Но при этом есть вероятность, что поверхность металла потеряет эстетическую привлекательность. Блеск будет неравномерным, а окисная пленка не будет удалена полностью.

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.

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.

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.

Вместо заключения

Многие новички отказываются работать с молибденом и танталом. Они уверены, что повышенная температура плавления в сочетании с окисной пленкой не позволят сварить детали друг с другом. Но это большое заблуждение. Конечно, у вас не получится работать с этими металлами, если нет достаточного опыта. Но сварка тантала и молибдена возможна, если строго соблюдать технологию. А вам когда-нибудь приходилось работать с танталом или молибденом? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи в работе!

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.

Интересное видео

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.

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.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Сварка — молибден

Сварка молибдена возможна, но только в атмосфере инертных газов. Из распространенных методов сварки наилучшие результаты пока дает аргоно-дуговая сварка. Однако основной металл вблизи шва обладает повышенной хрупкостью. Хорошее качество скрепления деталей из молибдена достигается заклепочными соединениями. [2]

Сварка молибдена электронным лучом возможна, но применимость этого метода ограничена. [3]

Сварку молибдена с использованием струйной защиты можно успешно вести с использованием гелия высокой чистоты вольфрамовым и плавящимся электродом. [5]

Сварку молибдена производят лишь на аппаратах с точной регулировкой режима сварки, так как чрезмерный нагрев вызывает повышенную хрупкость в местах соединения. Величину тока и длительность сварки подбирают экспериментально. Электр-оды должны быть чистыми и хорошо заточенными. [6]

Сварку молибдена большей толщины можно вести плавящимся электродом диаметром 1 — 1 2 им на постоянном токе обратной полярности на режиме: / 400 — 7 — 500 А; U 32 В; исв ЗО-т-40 м / ч; vna 600 — i — 900 м / ч, подача гелия через горелку н приставку 140 л / мин, с обратной стороны 20 л / мин. Электродная проволока предварительно активируется покрытием ее хлористым цезием. [8]

Особенности сварки молибдена определяются его свойствами. Большая склонность к образованию при повышенных температурах окислов и нитридов, снижающих пластичность металла, предопределяет выбор метода сварки. Для образования сварного соединения методом расплавления металла могут быть рекомендованы два основных способа: сварка электронным лучем в глубоком вакууме ( см. гл. [9]

Максимальная температура при сварке молибдена близка к 1400, а у меди и алюминия она соответствует температурам красного и белого каления. Средняя температура сварки деталей из алюминия близка к 300 — 350 С, меди к 400 — 450 С и титана к 500 — 600 С. Свинец сваривается этим способом плохо. [11]

Патентуется метод получения пластичных сварных швов при сварке молибдена , вольфрама и их сплавов. [12]

Растворимые в воде кристаллы; применяег-ся в биохимии, как флюс при сварке молибдена , в производстве фосфоров, как электроли ] в топ) Н1вных) лементах. [13]

Вследствие большой чувствительности молибдена к окружающей атмосфере при сварке, а также чрезвычайной склонности его к росту зерна при нагреве, для сварки молибдена следует рекомендовать защитные инертные газы, аргон или гелий, чистотой 99 98 % и источник нагрева с высокой концентрацией тепла. Этим условиям в большей степени удовлетворяет автоматическая сварка вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в камерах с контролируемой атмосферой. [14]

Молибден принадлежит к мономорфным металлам с характерной объемноцентрированной кристаллической структурой. При сварке молибдена и его сплавов мало растворимые в металле кислород и углерод создают легкоплавкие эвтектики. [15]

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:

• Цирконий.
• Ниобий.
• Титан.

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.

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.

Сварка низколегированных молибденовых и хромомолибденовых теплоустойчивых сталей

Низколегированные молибденовые (марок 12М, 15М, 20М) и хромомолибденовые (марок 12ХМ, 20ХМ, ЗОХМ) теплоустойчивые стали содержат 0,12—0,35% углерода, 0,8—!,1% хрома и 0,15— 0,65% молибдена. Например, сталь 12ХМ содержит до 0,16% угле­рода, 0,4—0,7% марганца, 0,17—0,37% кремния, 0,4—0,6% мо­либдена, 0,8—1,1% хрома, не более 0,3% никеля, не более 0,04% серы и 0,04% фосфора. Присутствие в составах этих сталей молиб­дена или молибдена и хрома придает им способность сохранять свои свойства в условиях воздействия на них температуры 400— 500° в течение длительного времени.

Из таких сталей изготовляются детали паровых котлов и тур­бин, газовых турбин, аппаратов нефтеперегонных и химических производств, арматуры. Эти стали свариваются удовлетворитель­но, но склонны к образованию мелких трещин около шва в пере­ходной зоне и требуют точной подгонки кромок под сварку. Зазор в корне шва должен быть всюду одинаков и составлять:

При толщине металла, мм до 5 — 0,5 мм

» » » » более 15 — от 4 до 6 мм

При сварке необходимо особенно тщательно проваривать ко — р нь шва. С этой целью иногда при сварке стыковых швов исполь­зуют вставные кольца, обеспечивающие полный провар всей тол­щины шва трубы[8] . В монтажных условиях используют разрезные кольца из малоуглеродистой стали толщиной 3—4 мм, шириной 25—40 мм, привариваемые к одной из труб с внутренней стороны. Для лучшего провара корня шва первый слой сваривают электро­дами диаметром 3 мм, а последующие — диаметром 4 мм. При­меняется электродная проволока той же марки, что и свариваемая сталь, и электроды с покрытиями ЦУ-2М, ЦУ-2ХМ, ЦЛ-6 и ЦЛ-14, разработанные ЦНИИТМАШ.

Для примера приведем состав покрытия ЦЛ-14: 26% ферромар­ганца малоуглеродистого, 3,5% ферромолибдена, 3,5% ферротита­но, 3% феррохрома, 30% плавикового шпата, 29% мрамора или гранита, 5% крахмала, 18—20% жидкого стекла (к весу сухого покрытия). Коэффициент наплавки покрытия Ки = 10,6 г/а • час.

Хромомолибденовые стали рекомендуется сваривать электрода­ми из малоуглеродистой проволоки с покрытием УОНИ-13 45 или УОНИ-13/55, в обмазку которых дополнительно вводится 5% фер­рохрома и 0 5% ферромолибдена (к весу сухой части покрытия). В этом случае наплавленный металл получает дополнительное легирование хромом до 0,65% и молибденом до 0,596.

Стали толщиной до 6 мм свариваются в один слой, а при боль­шей толщине — в несколько слоев. Во время сварки температура стыка не должна понижаться ниже 250°. Если сварку приходится прервать, го необходимо обеспечить медленное остывание шва. При возобновлении сварки шов следует вновь подогреть до 250°.

Сварку и прихватку молибденовой и хромомолибденовой стали толщиной свыше 10 мм следует вести с предварительным подогре — вбм до 250—400°. Подогрев осуществляется паяльной лампой, горелкой или электрическим током.

Прекращать сварку после наложения первого слоя нельзя, так как быстрое его остывание может вызвать трещины. По той же при­чине вести сварку этих сталей при окружающей температуре ниже —10° можно только с подогревом стыка до 250—400°. При много­слойной сварке применяют каскадный метод, причем сварку ведут короткими участками.

Конструкции из молибденовой и хромомолибденовой стали с толщиной стенки свыше 10 мм должны после сварки подвергаться нормализации с нагревом до 900—930°, выдержкой при этой тем­пературе в течение 0,75 мин/мм толщины металла и последующим охлаждением на спокойном воздухе.

При содержании в стали углерода менее 0,2% можно ограничи­ваться отжигом с нагревом до 650—680°, выдержкой при этой темпе­ратуре в течение 2,5—3 мин/мм толщины металла и последующим охлаждением со скоростью 50—75° в час до 300° и затем на воздухе.

Сварные стыки труб из молибденовой и хромомолибденовой стали подвергаются термообработке и при толщине стенки менее 10 мм. Стыки труб из молибденовой стали, сваренные дуговой сваркой, могут и не подвергаться термообработке, если результаты механических и металлографических испытаний образцов, выре­занных из контрольных стыков, не подвергавшихся термообработ­ке, будут удовлетворительными.

Пайка молибдена

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Удачное сочетание комплекса ценных физико-механических и коррозионных свойств делает этот металл одним из основных конструкционных материалов новой техники. Молибден имеет Т_пл = 2622 °С; его плотность почти вдвое меньше, чем у вольфрама. Из него можно выполнять конструкции, работоспособные до 2000 °С. Молибден имеет высокую коррозионную стойкость против атмосферной коррозии. Однако он, так же как и вольфрам, сильно окисляется и без специальных покрытий не может работать при высоких температурах в воздушной атмосфере. Основное затруднение при пайке молибдена возникает из-за большого сродства его к кислороду, а также склонности к росту зерна при высоких температурах.

Температура рекристаллизации молибдена (850. 1220 °С) зависит от многих факторов и в первую очередь от степени деформации и чистоты. При переходе через порог рекристаллизации молибден становится хрупким, что необходимо учитывать при выборе припоя для его пайки. Кроме того, молибден имеет небольшой температурный коэффициент линейного расширения (α = 5,6 * 10 -6 °С -1 ), что отличает его от металлов и сплавов, с которыми он обычно соединяется при пайке (медь, никель, железо). По этим причинам пайку молибдена необходимо производить в глубоком вакууме или среде аргона, тщательно очищенного от кислорода и паров воды, с применением высоких скоростей нагрева. Перед пайкой молибдена должна быть полностью удалена оксидная пленка путем погружения его в расплав, состоящий из 70 % NaOH и 30 % Na₂CO₃, при температуре не выше 400 °С или с помощью электролитического травления в 80 %-ном водном растворе серной кислоты при 50 . 60 °С.

В качестве припоев для пайки молибдена пригодно большинство припоев, рекомендованных для пайки вольфрама. Например, припой, содержащий 80 % Ni, 14 % Сr и 6 % Fe, обеспечивает получение паяного соединения с пределом прочности на срез 132 МПа при 980 °С.

Если пайку производят при температуре выше температуры рекристаллизации молибдена (около 1100 °С), то время его выдержки при пайке должно быть минимальным. Для пайки молибдена со сталью рекомендуется припой на медной основе состава: 10 % Ni, 10 % Мn. 2. 3 % Сr, 1. 2 % Fe, 0,5 % Si. При пайке со сталью 12Х18Н9Т предел прочности паяного соединения при 600°С составляет 220. 230 МПа.

Для пайки молибдена применяют припои системы золото-никель, обеспечивающие получение надежных паяных соединений; в массовом производстве из-за дефицитности золотые припои применяют редко. Для пайки, например, меди с молибденом используют припой ПСр72 или чистое серебро. Для улучшения растекаемости серебряных припоев молибден покрывают никелем и медью. Толщина никелевого слоя не должна быть больше 3 мкм, медного — 3. 4 мкм; при большей толщине возможно отслаивание покрытия. Для улучшения сцепления никелевого покрытия с молибденом производят термическую обработку в вакууме при 950. 1000 °С. Кроме того, детали из молибдена перед никелированием отжигают в вакууме при 950. 1000 °С с выдержкой 10. 15 мин.

Растекаемость серебряных припоев ПСр72 и чистого серебра по молибдену улучшается при введении в них 1. 2 % фосфора.

Для пайки молибдена в качестве припоя можно применять чистую медь. Однако медь плохо смачивает и растекается по поверхности молибдена. Для улучшения смачивающей способности медь легируют кобальтом, железом, марганцем, никелем, кремнием, палладием. Количество легирующих добавок в медных припоях строго регламентируется и не должно превышать 4. 5%. Ограничение вызвано тем, что все названные добавки, кроме палладия, образуют с молибденом хрупкие интерметаллиды, которые кристаллизуются на границе раздела и ослабляют прочность соединения. При пайке молибдена чистой медью необходимо строго соблюдать режим пайки: температура 1100°С, выдержка 20 мин. Увеличение температуры и выдержки приводит к расширению хрупкой диффузионной зоны и снижению прочности соединения.

Молибден можно паять и чистым никелем. Никель наносят на молибден гальваническим способом или в виде фольги. Пайку производят в вакууме 10 -2 — 10 -3 Па при 1350 °С, т.е. выше температуры образования эвтектики, с поджатием деталей давлением 15 МПа, с выдержкой при температуре пайки 2. 6 ч.

При таком режиме происходит полное растворение никеля в молибдене с образованием твердого раствора, в швах не образуется хрупких зон и соединения выдерживают многократные нагревы до 2600 °С.

Для пайки молибдена используют припои на основе титана, ванадия, хрома, тантала. Так, соединение молибденовых деталей — фланца с тепловой трубой системы ядерного реактора, осуществляют в вакууме при температуре 1750 °С припоем состава V-35%Ti. Если сборочный зазор соединяемых деталей не превышает 0,05 мм, то паяные швы могут успешно работать до температуры 1397 °С. Для эксплуатации соединений выше этой температуры рекомендован припой, состоящий из механической смеси порошков молибдена и ванадия (50 : 50). При пайке в вакууме этим припоем при температуре 2257 °С образуются герметичные соединения, способные работать до температуры 1597 °С и противостоять воздействию агрессивных теплоносителей.

Для соединения молибденовых деталей можно использовать и чистый ванадий, при пайке которым в вакууме при температуре 1512 °С и сборочном зазоре 0,025 мм образуются плотные соединения с прочностью до 35 МПа. Хорошую стойкость в расплавах (Т = 700. 800 °С) Na, Li и Bi показали соединения, паянные в вакууме при температуре 1050 . 1175 °С припоями на основе железа: Fe-4C-1B; Fe-15Mo-5Ge-4C-1B; Fe-25Mo-4C-1B.

Соединения молибдена, паянные легкоплавкими оловянно-свинцовыми припоями с применением флюсов на основе водного раствора хлористого цинка, могут работать при температурах не более 150 °С. Для пайки соедйнений молибдена, работающих при температурах 650 °С, применяют припои: Ag-P; Ag-Cu; Ag-Cu-Ni-Li. Пайку производят погружением в расплавленный припой или газовой горелкой.

По материалам: «Справочник по пайке». Под ред. И.Е. Петрунина. -М., Машиностроение, 2003

Покрытие молибдена под пайку.

Молибден является тяжелым металлом, с температурой плавления 2010ºC. Молибден обладает достаточно хорошими физико-механическими свойствами: высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью. Электропроводность молибдена выше, чем у железа, но ниже, чем у меди. В совершенно чистом состоянии молибден пластичен, ковок, тягуч, довольно легко подвергается штамповке и прокатке.

По некоторым свойствам молибден превосходит многие металлы и сплавы. Для молибдена характерна высокая коррозионная стойкость. Он устойчив в большей части щелочных растворов, а также в серной, соляной и плавиковой кислотах при разных температурах и концентрациях.

Эти уникальные свойства позволяют использовать молибден и его сплавы в деталях, длительно работающих в вакууме до 1800ºС (в соплах ракет и в электровакуумных приборах) в качестве конструкционного материала, в энергетических ядерных реакторах, а также для изготовления оборудования, работающего в агрессивных средах. Из молибдена изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах.

В связи с этим встает вопрос электрохимической обработки молибдена, в частности, путем покрытия молибдена металлами для улучшения паяемости, для предотвращения вторичной эмиссии при высоких температурах.

При пайке молибдена применяют различные припои, например, для получения надежных паяных соединений используют системы золото-никель, но в массовом производстве золотые припои применяют редко. Чтобы спаять молибден с медью используют припой ПСр72 или чистое серебро.

Для улучшения растекаемости серебряных припоев применяют покрытия молибдена никелем и медью. Толщина никелевого слоя не должна быть больше 3 мкм, медного – 3 – 4 мкм; при большей толщине возможно отслаивание покрытия.

Покрытие молибдена никелем.

Подготовка поверхности деталей перед покрытием молибдена и его сплавов зависит от металла, который наносят на деталь (никель, медь, золото) и от способа нанесения покрытия (гальванический или химический).

Но в любом случае после химического обезжиривания проводят предварительный отжиг в водороде при температуре 950 – 1000ºC в течение 30 минут.

Процесс химического никелирования деталей из молибдена требует стандартной подготовки поверхности: обезжиривание, травление, декапирование и активация.

Обезжиривание молибдена проводят при катодной обработке в 15%-ном растворе NaOH при 15 – 25ºC, Дк = 20 – 30 А/дм 2 .

Окислы с поверхности удаляются травлением в щелочном растворе железосинеродистого калия состава, г/л:

Температура 55 – 60ºC, время 3 – 5 мин.

При травлении молибдена и медно-молибденовых сплавов типа МД-15, МД-40 в растворе железосинеродистого калия на поверхности сплава появляется атомарный слой меди, который позволяет без активации в растворе хим. палладия проводить осаждение путем восстановления никеля из раствора химического никелирования.

Операцию декапирования проводят в растворе состава, г/л:

При температуре 18 – 22ºC.

Активацию достаточно провести в концентрированном растворе соляной кислоты при температуре 70 – 80ºC.

Осаждение химического никеля происходит из раствора состава, г/л:

Никель сернокислый 25

Аммоний хлористый 35

Натрий лимоннокислый 50

Натрия гипофосфит 30

Аммиак водный, 25% до рН = 8 – 9

Температура 80 – 90ºC

Скорость осаждения 10 – 15 мкм/час.

Для увеличения адгезии металла при покрытии молибдена рекомендуется проводить отжиг в водороде при температуре 950 – 1000ºC.

Процесс нанесения гальванического никеля рассматривался ранее (см. «Покрытие вольфрама и молибдена»).

Для осаждения химической меди на деталях из молибдена и его сплавов после операции травления в щелочном растворе железосинеродистого калия требуется проведение сенсибилизации в растворе хлористого олова и активации в хлористом палладии, как при металлизации пластмасс (см.«Металлизация пластмасс. Часть1»).

Состав раствора химического меднения, г/л:

Медь сернокислая 15 – 20

Никель хлористый 4 – 6

Калий-натрий виннокислый 60 – 80

Натр едкий 15 – 20

Натрий углекислый 5 – 7

Формалин (33%) 10 – 20 мл/л

Температура 18 – 25ºC, время 10 – 20 мин.

После покрытия молибдена из раствора предварительного химического меднения проводят толстослойное покрытие глицериновом растворе:

Состав раствора для толстослойного покрытия, г/л:

Медь сернокислая (кристаллогидрат) 100

Натрий углекислый (безводный) 30

Формалин (33%) 25 – 35 мл/л

Температура 18 – 25ºC, время от 20 минут, покачивание.

Методы химической металлизации применяют для покрытия деталей сложной конфигурации. На детали несложной конфигурации наносят гальванические покрытия никель, медь, золото.

Покрытие молибдена гальванической медью (см.«Как выбрать электролит меднения?») можно нанести без дополнительных подслоев из железистосинеродистого электролита меднения.

Состав железистосинеродистого электролита меднения, г/л:

Медь сернокислая (кристаллогидрат) 88

Железистосинеродистый калий 3-х водный 180 – 220

Калий-натрий виннокислый 90 – 110

Калий едкий 8 – 10

Температура 50 – 60ºС

Плотность тока 1,5 – 2 А/дм 2 , соотношение S_А : S_К = 6:1

Скорость осаждения 1 мкм за 1,5 мин.

Возможность нанесения металлических покрытий на молибден и его сплавы расширяет их функциональные свойства и позволяет в полной мере использовать их в качестве конструкционных материалов.

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.

• Сварка молибдена
  • Проведение работ
• Молибден с медью
• Вольфрам с молибденом

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:

• Циркония.
• Ниобия.
• Титана.

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.

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.