Hàn kim loại chịu lửa

1. Hàn

Tất cả các loại vật liệu hàn có nhiệt độ dưới 3000℃ đều có thể dùng cho hàn W, và vật liệu hàn gốc đồng hoặc bạc có thể dùng cho các linh kiện có nhiệt độ dưới 400℃; vật liệu hàn gốc vàng, gốc mangan, gốc mangan, gốc paladi hoặc gốc khoan thường được dùng cho các linh kiện có nhiệt độ từ 400℃ đến 900℃; đối với các linh kiện có nhiệt độ trên 1000℃, chủ yếu sử dụng các kim loại nguyên chất như Nb, Ta, Ni, Pt, PD và Mo. Nhiệt độ làm việc của các linh kiện hàn bằng vật liệu hàn gốc bạch kim đã đạt tới 2150℃. Nếu tiến hành xử lý khuếch tán ở 1080℃ sau khi hàn, nhiệt độ làm việc tối đa có thể đạt tới 3038℃.

Hầu hết các loại hàn dùng để hàn W đều có thể dùng để hàn Mo, và hàn gốc đồng hoặc bạc có thể dùng cho các linh kiện Mo hoạt động dưới 400℃; đối với các thiết bị điện tử và các bộ phận không phải kết cấu hoạt động ở 400 ~ 650℃, có thể sử dụng hàn Cu Ag, Au Ni, PD Ni hoặc Cu Ni; có thể sử dụng hàn gốc titan hoặc các kim loại độn nguyên chất khác có điểm nóng chảy cao cho các linh kiện hoạt động ở nhiệt độ cao hơn. Cần lưu ý rằng kim loại độn gốc mangan, coban và niken thường không được khuyến khích sử dụng để tránh hình thành các hợp chất liên kim giòn tại các mối hàn.

Khi sử dụng các thành phần TA hoặc Nb dưới 1000 ℃, có thể chọn các loại tiêm gốc đồng, gốc mangan, gốc coban, gốc titan, gốc niken, gốc vàng và gốc palađi, bao gồm Cu Au, Au Ni, PD Ni và Pt Au_ Ni và Cu Sn có khả năng thấm ướt tốt với TA và Nb, tạo đường hàn tốt và độ bền mối hàn cao. Vì kim loại hàn gốc bạc có xu hướng làm cho kim loại hàn giòn, nên tránh sử dụng chúng càng nhiều càng tốt. Đối với các thành phần được sử dụng trong khoảng từ 1000 ℃ đến 1300 ℃, nên chọn kim loại hàn Ti, V, Zr nguyên chất hoặc hợp kim gốc các kim loại này tạo thành dạng rắn và lỏng vô hạn với chúng làm kim loại hàn. Khi nhiệt độ làm việc cao hơn, có thể chọn kim loại hàn có chứa HF.

W. Xem bảng 13 để biết kim loại hàn cho Mo, Ta và Nb ở nhiệt độ cao.

Bảng 13 kim loại hàn để hàn nhiệt độ cao các kim loại chịu lửa

2. Công nghệ hàn

Trước khi hàn, cần loại bỏ cẩn thận lớp oxit trên bề mặt kim loại chịu lửa. Có thể sử dụng phương pháp mài cơ học, phun cát, làm sạch siêu âm hoặc làm sạch hóa học. Việc hàn phải được thực hiện ngay sau khi làm sạch.

Do tính giòn vốn có của W, các bộ phận w phải được xử lý cẩn thận trong quá trình lắp ráp linh kiện để tránh bị gãy. Để ngăn ngừa sự hình thành cacbua vonfram giòn, cần tránh tiếp xúc trực tiếp giữa W và than chì. Ứng suất trước do xử lý hàn trước hoặc hàn phải được loại bỏ trước khi hàn. W rất dễ bị oxy hóa khi nhiệt độ tăng. Độ chân không phải đủ cao trong quá trình hàn đồng. Khi hàn đồng được thực hiện trong phạm vi nhiệt độ 1000 ~ 1400 ℃, độ chân không không được nhỏ hơn 8 × 10-3Pa。 Để cải thiện nhiệt độ nóng chảy lại và nhiệt độ làm việc của mối nối, quá trình hàn đồng có thể được kết hợp với xử lý khuếch tán sau khi hàn. Ví dụ, hàn b-ni68cr20si10fel được sử dụng để hàn đồng W ở 1180 ℃. Sau ba lần xử lý khuếch tán ở nhiệt độ 1070℃/4h, 1200℃/3.5h và 1300℃/2h sau khi hàn, nhiệt độ làm việc của mối hàn có thể đạt tới hơn 2200℃.

Hệ số giãn nở nhiệt nhỏ cần được tính đến khi lắp ráp mối hàn Mo và khe hở mối hàn phải nằm trong khoảng 0,05 ~ 0,13MM. Nếu sử dụng đồ gá, hãy chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ. Sự kết tinh lại Mo xảy ra khi hàn bằng ngọn lửa, lò khí quyển có kiểm soát, lò chân không, lò cảm ứng và gia nhiệt điện trở vượt quá nhiệt độ kết tinh lại hoặc nhiệt độ kết tinh lại giảm do sự khuếch tán của các thành phần hàn. Do đó, khi nhiệt độ hàn gần với nhiệt độ kết tinh lại thì thời gian hàn càng ngắn càng tốt. Khi hàn trên nhiệt độ kết tinh lại của Mo, thời gian hàn và tốc độ làm nguội phải được kiểm soát để tránh nứt do làm nguội quá nhanh. Khi sử dụng hàn bằng ngọn lửa oxyacetylene, lý tưởng nhất là sử dụng hỗn hợp thuốc hàn, tức là thuốc hàn borat công nghiệp hoặc bạc cộng với thuốc hàn nhiệt độ cao có chứa canxi florua, có thể đạt được khả năng bảo vệ tốt. Phương pháp này là phủ một lớp thuốc hàn bạc lên bề mặt Mo, sau đó phủ thuốc hàn nhiệt độ cao. Thuốc hàn bạc có hoạt tính ở dải nhiệt độ thấp, và nhiệt độ hoạt tính của thuốc hàn nhiệt độ cao có thể đạt tới 1427℃.

Các thành phần TA hoặc Nb tốt nhất nên được hàn trong môi trường chân không, độ chân không không nhỏ hơn 1,33 × 10-2Pa. Nếu hàn trong môi trường khí trơ, cần loại bỏ hoàn toàn các tạp chất khí như carbon monoxide, amoniac, nitơ và carbon dioxide. Khi hàn trong không khí hoặc hàn điện trở, cần sử dụng kim loại điền đầy chuyên dụng và chất trợ dung phù hợp. Để ngăn TA hoặc Nb tiếp xúc với oxy ở nhiệt độ cao, có thể mạ một lớp đồng hoặc niken kim loại lên bề mặt và tiến hành ủ khuếch tán tương ứng.