Сварка молибдена, тантала и хромомолибденовых сталей

В статье рассказывается о физических свойствах тугоплавкого металла молибдена, его взаимодействии с другими металлами в высокотемпературной среде.

Рассмотрены правила и особенности сварки молибдена.

Замечательный молибден

Молибден, широкое применяющийся при производстве разнообразных сплавов и легированных сталей, впервые был получен с примесями углерода и карбида в 1782 году химиком из Швеции П. Гьельмом. В 1817 году Йенс Якоб Берцелиус впервые извлёк чистый металл, восстанавливая оксид молибдена водородом. Молибден в числе прочих металлов со сходными физическими свойствами (тантал, ниобий, рений, вольфрам) обладает очень высокой температурой плавления - 2617 оС.

Физические свойства молибдена позволяют использовать его как добавку в процессе производства сплавов с высокой степенью стойкости к воздействию коррозии. Чистый молибден получил очень широкое распространение. С его применением изготавливаются лазерные зеркала, различные термостойкие нагревательные элементы.

Параметры процесса сварки молибдена

При сварке тантала, молибдена, вольфрама и других тугоплавких металлов, прежде всего, учитывается чистота химического состава. Чем чище металл, тем легче соблюсти параметры процесса и получить качественный шов.

Для молибдена и других металлов с высокой температурой плавления существует несколько способов сварки:

Дуговая (производится в среде инертного газа при помощи электродов из вольфрама или графита).
Контактная.
Электронно-лучевая.

Аналогичные технологии применяются, например, в процессе сваривания тантала. Электродами из графита тантал варят в защитной среде тетрахлорметана (четыреххлористого углерода) при напряжении дуги 25-30В.

Перед началом работ необходимо произвести обработку свариваемых поверхностей. Очистка осуществляется травлением. В состав применяемой при травлении горячей смеси входят серная, азотная, плавиковая и хромовая кислоты. Применяется и другой способ очистки - электрополировка.

При сварке металла с температурой выше 300 °С необходимо тщательно контролировать состав и свойства защитной среды:

Наличие постоянного тока прямой полярности.
Доля кислорода - не более 0,02%.
Доля азота - не более 0,05%.

Сварка молибдена и других тугоплавких металлов осложнена тем, что из-за наличия примесей металл становится хрупким. При перегреве происходит изменение структуры кристаллической решетки и рост зернистости. Частично повышается показатель пластичности сварных швов и снижается остаточное напряжение металла при его термической обработке.

При подготовке к проведению работ для получения качественного соединения необходимо произвести обработку стыков с целью зачистки неровностей. Несложные швы с прямыми кромками срезают абразивным камнем. Более сложная конфигурация кромок молибденовых сплавов предусматривает их вырезку гильотинными ножницами и фрезеровку. Перед началом сварки для очистки от грязи и шлаковых примесей производится химическое травление поверхностей.

Зачем в стали нужен молибден

Наиболее значимой конструкционной характеристикой тугоплавких металлов является жаропрочность. Как легирующий компонент металл применяется при выплавке особо прочных сталей с высокой степенью вязкости, что очень важно при сварке. Хромомолибденовые стали изготавливают с применением легирующей добавки в виде молибденового порошка, спрессованного в штабики.

Высоколегированная хромомолибденовая сталь сварке лучше всего поддаётся при использовании защитных сред из летучих газов. Заготовки свариваются молибденовыми или вольфрамовыми электродами с применением сварочной проволоки, обработанной хромом, ванадием или никелем. Два основных режима сварки:

Толщина шва до 3,5 мм - 3 мм вольфрамовым электродом. Ток - постоянный, прямой полярности.
Толщина шва свыше 3 мм - 1-1,2 мм плавящимся электродом. Ток - постоянный, обратной полярности.

Применяется также метод сваривания сложных швов внахлёст. Полученные швы называются пробочными. Для контроля качества сварных швов применяются ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Для корректировки физико-химических параметров процесса сварки применяется также разрушающий контроль - механические и металлографические исследования.