NO147633B - Halvt neddykkbart fartoey. - Google Patents

Description

Ikke-forbrukbare lysbuesmelte- og lysbuesveise-elektroder

og fremgangsmåte for fremstilling av disse.

Denne oppfinnelse angår en ikke-forbrukbar lysbuesmelte- og lysbuesveiseelektrode for smeltning eller sveisning av titan, zirkonium, krom, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, niob, iridium, molybden, tantal, osmium, rhenium og wolfram eller legeringer av disse.

I den følgende beskrivelse er metallene titan og zirkonium betegnet som reaktive metaller, og uttrykket ildfaste metaller er brukt for å betegne metaller med smelte-punkt som er like med eller høyere enn for krom. Med ildfaste metaller forståes således krom, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, niob, iridium, molybden, tan-tan, osmium, rhenium og wolfram.

Behovet for tette og kompakte elektroder inneholdende cerium og en større mengde av minst ett av de reaktive eller ildfaste metaller ble kritisk med oppfinnelsen av ikke-forbrukbare ceriumholdige elektroder av de reaktive og ildfaste metaller til buesmelting eller buesveisning. Tilveiebringelsen av ceriumholdige elektroder av de reaktive og ildfaste metaller ga en elektrode til buesmelting og buesveising.

I motsetning til vanlige ikke-forbrukbare thoriumholdige wolframelektroder, vil ceriumholdige ikke-forbrukbare elektroder vedlikeholde en lysbue i vakuum. Ceriumholdige elektroder vil, når de brukes i et dynamisk vakuum, fremkalle reaksjon mellom poreforurensninger og cerium så man får en rensing av smeiten samtidig med at smelteprosessen kan vedlikeholdes.

Med «dynamisk vakuum» forståes et høyvakuum som vedlikeholdes ved stadig eller hyppig pumping. Hvis dette ikke ble gjort, ville atmosfæren forurenses av for-dampet ceriumoksyd, og vakuumet ville avta.

Cerium er ytterst pyrofort, og hånd-tering av cerium, især i pulverform, krever at alle spor av oksygen fjernes fra det blottlagte cerium.

Det skal nevnes at det fra US-patent 3 015 559 er kjent at små tilsetninger fra

0,5 til 6,0 pst. av sjeldne jordelementer (tolant hvilke også cerium regnes) til krom danner legeringer som har fremragende oksydasjonsmotstandsevne i luft, er lette å bearbeide og forurenses ikke av nitrogenet og videre skal nevnes at fra US-patent 2 540 811 er det kjent å fremstille en ikke-forbrukbar eller ikke-opptærende (non-consumable) sveiseelektrode av wolfram med thoriumoksyd, ceriumoksyd eller cesi-umoksyd som belegg eller kjerne.

Den oppgave å fremstille et tett og kompakt produkt inneholdende cerium og minst ett av de reaktive eller indfaste metaller hvor cerium kunne være jevnt fordelt i det kompakte basismetall krevet at cerium måtte findeles til pulverform. Men å fremstille cerium i pulverform var i seg selv et problem. Cerium er meget duktilt,

og motstår effektivt pulverisering eller knusing til pulver ved vanlig malnings-metoder.

Oppfinnelsen tilveiebringer en ny og forbedret metode til å fremstille tette kompakte legemer av cerium med de reaktive og ildfaste metaller ved sintring, og uten forurensning av cerium eller basismetallet. Pulver av ceriumhydrid dehydri-seres som et første trinn i sintringsproses-sen.

Det resulterende kompakte materiale er duktilt og kan senkesmies eller på annen måte bearbeides til ønsket form, og det kan brukes til ikke-forbrukbare bue-smeltings- eller buesveisingselektroder for det reaktive og ildfaste metall (eller dets legeringer) som svarer til de korrespon-derende basismetaller.

I henhold til det foran anførte går foreliggende oppfinnelse ut på en lysbuesmelte- eller lysbuesveiseeektrode til smelting eller sveising av titan, zirkonium, krom, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, niob, iridium, molybden, tantal, osmium, rhenium og wolfram eller legeringer av disse, og elektroden er karakterisert ved at den består av 3—25 og fortrinnsvis 5—15 volumprosent cerium og at resten består av metallet eller grunnmetallet i legeringen som skal smeltes eller sveises.

Særlig fordelaktig består elektroden av 9,7 volumprosent cerium og resten består av metallet eller grunnmetallet i legeringen. En elektrode for smelting eller sveising av niob eller nioblegeringer inneholder ca. 9 volumprosent cerium i niob, og på tilsvarende måte inneholder en elektrode for smelting eller sveising av molybden eller molybdenlegeringer 9,7 volumprosent cerium i molybden.

Ved fremstillingen av elektroder av den foran angitte art går man frem på den måte at pulver av ceriumhydrid blan-des intimt med pulver av basismetallet, hvorpå de blandede pulvere presses sammen i en inert atmosfære. Derpå oppvarmes det kompakte materiale ved at temperaturen langsomt heves til en temperatur under basismetallets sintringstemperatur i et dynamisk vakuum, hvorpå denne første temperatur holdes til cerium er de-hydratisert. Så oppvarmes videre til en temperatur som ligger over sintringstemperaturen for basismetallet, og denne annen temperatur holdes til sintringen av det kompakte materiale i det vesentlige er ferdig. Et hydridisert ceriumpulver fremstilles som et nødvendig forstadium før det kan lages et sammenpresset materiale av pulver. Som her medtatt og bredt beskrevet, går metoden ut på å oppvarme ceriumspon i en vakuumovn, fylle efter med hydrogen under lett trykk ved den for-høyede temperatur, kjøle langsomt til rom-

temperatur, trekke hydrogenet av, fylle efter med en inert gass, og så pulverisere de hydridiserte spon i inert atmosfære.

Fremgangsmåten omfatter også for-holdsregler til å blande spon av både cerium og basismetall, hydridisere de blandede spon, knuse de hydridiserte spon sammen for å lage intimt blandede pulvere .av hydridisert cerium og hydridisert basismetall, presse sammen pulverne, opvarme det sammenpressede materiale ved langsomt å øke temperaturen til en temperatur under sintringstemperaturen for basismetallet i det dynamiske vakuum, holde denne første temperatur til de sammenpressede pulvere er dehydridisert, hvorpå det sammenpressede materiale oppvarmes videre ved å heve temperaturen til en temperatur over basismetallets sintringstemperatur, og holde denne annen temperatur inntil sintringen av det kompakte stoff i det vesentlige er ferdig.

Fremgangsmåten efter oppfinnelsen oppnår således både fremstilling av cerium i pulverform gjennom hydridisering og gjøre cerium skjørt, og derpå lage et tett sammenpresset legeme av cerium og de reaktive eller ildfaste metaller ut fra det hydridiserte ceriumpulver. Ved metoden efter oppfinnelsen er det også mulig å overvinne det kritiske og tidligere nesten uoversti-gelige problem som man møtte ved alle forsøk på å dehydridisere hydridisert ceriumpulver. Hvis man oppvarmer hydridisert ceriumpulver for å fjerne hydrogenet eller dehydridisere det, så vil det sintre tilbake, og pulveret agglomererer.

Men, ved metoden ifølge oppfinnelsen, er det hydridiserte ceriumpulver enten blandet med pulver av basismetallet, eller det er dannet ved pulverisering av blandede hydridiserte ceriumspon sammen med hydridiserte spon av basismetallet, før det presses sammen til sintring. Det faste materiale som skal sintres består således av hydridisert ceriumpulver og enten basismetallpulver eller hydridisert basismetallpulver i intim blanding.

Det er blitt oppdaget at hydridiserte pulvere kan dehydridiseres ved å oppvarme det sammenpressede materiale meget langsomt til en temperatur under basismetallets sintringstemperatur i et dynamisk vakuum. Siden dehydridiseringen gjennom-føres ved en temperatur under basismetallets sintringstemperatur, blir hydrogenet ikke fanget ved at basismetallet sintrer. Det vedlikeholdes tilstrekkelig porøsitet i pressgodset til at det blir fri bane for hydrogenet til å unnvike, og sprekkdannelser i pressgodset unngåes derved. Når dehyd-reringen er slutt, heves temperaturen minst til sintringstemperaturen for basismetallet, og den holdes der til pressgodset har oppnådd full tetthet.

Under det første oppvarmningstrinn for å få i stand dehydridiseringen reguleres temperaturen for å holde utviklingen av hydrogengassen på et nivå som sikrer et maksimaltrykk som kan være fra 600 til 2000 mikron absolutt trykk. Det er fordelaktig om det er fra 900 til 1500 mikron absolutt trykk, og det bør helst være omkring 1000 mikron absolutt trykk.

Når både cerium og basismetall hydridiseres under den første oppvarmning, reguleres temperaturen for å holde utviklingen av hydrogengass på et nivå som gir et maksimaltrykk som kan være fra 800 til 1600 mikron absolutt trykk. Det er fordelaktig om det er fra 900 til 1400 mikron absolutt trykk og det bør helst være omkring 1800 mikron absolutt trykk.

For å gi en klarere forståelse av oppfinnelsen er det i det følgende gitt spe-sielle eksempler. Disse eksempler er bare illustrerende, og de må ikke oppfattes som noen begrensning av oppfinnelsens ramme eller de prinsipper som ligger til grunn for den.

Eksempel 1.

Ceriumspon ble plasert i en oppvarmet vakuummotstandsovn av molybden, og ovnen ble evakuert til 0,05 mikron. Sponen ble så oppvarmet til 312°C og det ble efterfylt med hydrogen av høy renhetsgrad, fremstilt ved dekomposisjon av uranhydrid (UH3), til et trykk på 0,21 kg/cm<2>. Da konstant trykk var nådd, ble ovnen kob-let fra og langsomt avkjølt til romtemperatur. Konstant trykk på 0,21 kg/cm<2> ble opprettholdt. Hydrogenet ble så trukket av, og ovnen ble efterfylt med rent argon.

Det dehydridiserte cerium ble pulveri-sert til —325 mesh i en diamantmorter og blandet med — 325 mesh niobpulver i en passende blander ved 15 000 omdreinin-ger pr. minutt 1 15 minutter. De blandede pulvere ble presset i en «breakaway» form med 25,4 mm diameter ved 948 kg/cm<2>. Presslegemet ble så omsnudd og presset påny på samme måte. Maling, blanding og pressing foregikk alt sammen i argonatmosfære for å unngå atmosfærisk forurensning.

Pressgodset ble så plasert i ovnen og evakuert til 0,05 mikron. Temperaturen ble meget langsomt hevet til 754° C med pumpene på for langsomt å dehydridisere cerium uten å fremkalle sprekker i godset. Det maksimale trykk som ble oppnådd under dette dehydridiseringstrinn var ca. 1000 mikron absolutt trykk.

Fullstendig dehydridisering ble oppnådd ved 754°C uten merkbar sintring, og dette lot det bli igjen tilstrekkelig porøsi-tet i presstykket til at hydrogenutviklin-gen kunne skje. Da trykket var vendt tilbake til fullt vakuum (0,05 mikron), ble temperaturen hevet til 1615°C og holdt der i 1V2 time for å sintre presstykket.

Den teoretiske spesifikke vekt for dette Nb—9,7 volumprosent Ce er 8,36 g/cm<3>, og det sintrede pressgods som fremkom ved prosessen ble beregnet til 88 pst. av det teoretiske. Presstykket ble endelig koldt preget ved romtemperatur ved 1118 kg/cm<2 >hvilket øker tettheten til 95 pst. av den teoretiske. Presslegemet ble endelig koldt senkesmidd ved romtemperatur fra 25,4 til 3,17 mm med påfølgende reduksjoner av 0,508 mm pr. passaje.

Dette Nb—9,7 volumprosent Ce pressgods som ble fremstilt ved denne fremgangsmåte ble lett dannet til en elektrode ved romtemperatur. Økningen i tetthet under den kolde utvalsing ville vært umulig hvis godset var blitt forurenset under prosessen, fordi forurensning ville redusert duktiliteten i stykket og hindret den lette bearbeidbarhet av arbeidsstykket ved romtemperatur.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har således effektivt gitt et duktilt kompakt materiale av ceriumholdig niob, med cerium jevnt disperbere i basismetallet. Selv om man ikke klart forstår naturen av denne kombinasjon av ingrediensene, så kan man uansett kombinasjonsns natur si at cerium er ganske jevnt fordelt gjennom stykket.

Eksempel 2.

I dette eksempel er de fremgangsmåter som ble fulgt, meget lik de som foregikk i eksempel 1. Men i dette eksempel ble niob- og ceriumspon blandet før hydridiseringen. Begge materialer ble så hydridisert og knust sammen, og denne fremgangsmåte ga en litt bedre dispergering av cerium i niob. Hydridiseringen ble gjen-nomført slik som beskrvet i eksempel 1. De knuste pulvere ble så presset sammen som i eksempel 1, og knusing og pressin-gen ble foretatt i argon for å unngå atmosfærisk forurensning som før.

Den sintring som ble foretatt i dette eksempel var litt forskjellig fra den i eksempel 1, siden både niob og cerium var hydridisert. Temperaturen ble langsomt hevet til 862°C, men det forekom litt mer sintring av niobet på grunn av reaktivi-teten i de dehydridiserte niobpartiklene. Langsom oppvarmning var av ytterste vik-tighet for å hindre at det skulle oppsamles hydrogengass, for hvis denne ble frigjort for hurtig, kunne den fremkalle et høyt indre trykk som kunne få presstykket til å sprekke. Under denne dehydridisering ble ovnstemperaturen regulert slik at den skulle gi et maksimum på omkring 1000 mikron absolutt trykk.

Ved fremgangsmåten i eksempel 2 fikk man et noe tettere produkt på grunn av den større reaktivitet i de dehydridiserte niob-partikler, og sintringen ga et sintret produkt med omtrent 95 pst. tetthet. Både i eksempel 1 og 2 var et 95 pst. tett produkt tilstrekkelig, siden man fikk 100 pst. tetthet efter smiing.

Hvis det trenges tette elektroder uten bruk av smiing, har man funnet at en om-sintring kan foretas i en wolfram mot-standsovn ved ca. 0,05 mikron og temperatur omkring 1960°C.

I andre eksempler ble det også funnet at de samme prosesser som i eksempel 1 og 2 kan anvendes på de reaktive og ildfaste metaller. Både molybden-cerium- og wolfram-ceriumelektroder ble fremstilt med hell ved fremgangsmåter som bare varierte litt og ubetydelig fra dem som er beskrevet i eksempel 1 og 2. De variasjoner som forekommer ligger i de temperaturni-våer hvorved dehydridiseringen foregår og hvor den endelige sintring finner sted. Disse temperaturdifferanser svarer til for-skjelligheter i smelte- og sintringstem-peraturer for de reaktive og ildfaste metaller, og disse temperaturer er vel kjent innen bransjen. Videre kan variasjoner i temperaturovergangene fra sprø til smibar tilstand hos basismetallene kreve varmbe-arbéidning av de sintrede produkter i noen tilfelle for at de skulle være bearbeidbare. For å hindre forurensning ved høyere temperaturer kan presstykkene «innkles».

Ifølge oppfinnelsen fremstilles kompakte ceriumholdige produkter som kan bearbeides til ønskede fasonger og som oppviser en ganske jevn dispergering av cerium gjennom hele basismetallet i det kompakte gods. Dette er gjort mulig ved de nye arbeidstrinn ved fremgangsmåter efter oppfinnelsen. Oppfinnelsen oppnår fremstilling av dehydridisert ceriumpulver, jevn dispersjon av dette pulver i pulver av basismetallet, enten hydridisert eller ikke hydridisert, og man unngår sintring av cerium inntil dehydridisering av ce-riumet eller både cerium og basismetall er fullført, hvorpå hele produktet sintres. Oppfinnelsen gir således en metode til fremstilling av tette ceriumholdige kompakte stykker hvor cerium er jevnt fordelt i basismetallet, og den muliggjør effektiv fremstilling av ceriumholdige elektroder for buesmelting og buesveising.

Med de vanlig brukte thoriumholdige wolframelektroder har det vært nødvendig å sørge for en inert gassatmosfære, såsom argon, for å stabilisere den bue som kommer fra den ikke forbrukbare wolframelektrode. Under ca. 30 mm Hg blir buen sted-vis ustabil, og den hviler ikke lenger i smel-tepølen. Hvis trykket reduseres videre, blir buen diffus og sprer seg over en stor flate på både anode og katode, så at den ikke lenger tilfører noe vesentlig varme til smel-tepølen. Ved ennu lavere trykk (under 1000 mikron) forlater buen smeltepølen helt og går oppover langs elektroden, mens den danner en kaskade av lange tynne buer. Hvis denne tilstand holder seg gjennom lengre tid, er det ganske sannsynlig at det vil oppstå skade på ovnen og brenning av isolasjonen.

Den ikke forbrukbare buesmelteelek-trode efter oppfinnelsen tillater samtidig smelting og rensing av de reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer ved å fremskaffe både evnen til buesmelting i et dynamisk vakuum med lave smeltehastig-heter, og funksjonen med kontinuerlig å gi et kraftig reduserende og kjemisk oppsam-lingsmiddel som forener seg med forurens-ningene og tillater at de forenede forurensninger og oppsamlingsmidlet kan fjernes fra smeltens nærhet ved hjelp av det dynamiske vakuum.

Oppfinnelsen gir nye og forbedrede ik-ke forbrukbare buesmelteelektroder som vedlikeholder en bue i vakuum; som gir høye buetemperaturer, men holder relativt lave elektrodetemperaturer; som tillater sveising under dynamisk vakuum; som gir samtidig smelting og rensing av reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer hvorved metallpulverne på økonomisk måte kan gjøres om til faste ingots med høy renhet; som tilveiebringer en billig måte til om-smeltning og nyrensning av avfall og ma-skineringsrester av reaktive og ildfaste metaller, og som har en spiss med områder av lav termionisk arbeidsfunksjon som tillater en høyintensitets buesmeltingsstrøm som lett passerer fra elektroden til smeiten.

Basismetall i både elektrode og smelte kan avstemmes slik at man eliminerer metalliske forurensninger ved smelting og sveising .Elektrodene er laget av basismetall av samme slag som det reaktive eller ildfaste metall eller dets legering som skal smeltes eller sveiess, og elementet cerium. Volumprosenten av cerium i forhold til basismetall plus cerium i elektroder efter oppfinnelsen kan være fra 3 til 25 volumprosent, den kan være fra 5 til 15 volumprosent og er fortrinsvis omkring 9,7 volumprosent. Cerium i elektroden er ganske jevnt dispergert gjennom metallet.

Bruken av ikke forbrukbare ceriumholdige buesmelteelektroder efter denne oppfinnelse, laget av ett av de reaktive eller ildfaste metaller, og de ovenfor beskrevne mengdeforhold for cerium, tillater sikker smelting med ikke forbrukbare elektroder av de reaktive og ildfaste metaller i dynamisk vakuum. Siden smelting med ikke forbrukbar wolframelektrode ikke med trygg-het kan gjennomføres i vakuum eller ved sterkt redusert trykk, så er evnen hos elektroder efter oppfinnelsen til å vedlikeholde en høyintensiv smeltebue i dynamisk vakuum i seg selv et betydningsfullt frem-skritt innen bransjen. Men i tillegg til evnen til å vedlikeholde en bue i vakuum, gir elektroder efter denne oppfinnelse også et kraftig reduserende og rensende middel i form av ceriumdamp eller ceriumionatmos-fære i nærheten av buen like over smeiten. Cerium har høy negativ fri darinelsesenergi med ikke metalliske forurensninger i smeiten, og således reagerer ceriumdamp med forurensninger som er til stede i porer i smeiten. De ceriumforbindelser som dannes med disse forurensninger trekkes så vekk fra ovnen med det dynamiske vakuum.

Overensstemmende med oppfinnelsen er det således mulig å oppnå smelter av de reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer av usedvanlig høy renhet, ved å fjerne poreforurensninger i løpet av selve smelteprosessen. Elektrodene efter oppfinnelsen er særlig effektive til å fjerne oksygen, karbon og nitrogen som poreforurensninger i smelter av de reaktive og ildfaste metaller.

Under arbeidet med de eksempler som er beskrevet foran ble hele smeltingen gjennomført i en spesielt konstruert bue-smelteovn. Et vannkjølt kikkhull, som stod radialt ut fra kammeret, tillot visuell og fotografisk iakttagelse av buen. Ved hjelp av data og visuell observasjon kunne bue-smelteprosessen studeres. Ovnen hadde et 1250 ampere likeretterinstrument. En kul-defelle med flytende luft og en mellomfre-kvens-modulasjons-mekanisk pumpe sør-get for evakuering av kammeret. Kraften ble tilført til elektroden gjennom en vann-kjølt plugg.

Under normal drift var den ceriumholdige elektrode den «varme» eller negative ledning. Digelen, som til de fleste smelte-prosesser var en vannkjølt kobberherd med en rekke fordypninger hvori sammenpressede legemer av pulver ble smeltet, var i alminnelighet forbundet med den positive pol og jordet. Smeltekammeret var fullstendig vannavkjølt.

Under normalt smeltearbeide ble presslegemer av pulver plasert i fordypninger i den vannkjølte herd eller digel. En midtre, grunn fordypning ble brukt til en «oppfan-gerknapp» av titan. Efter at presstykkene var ført inn og ovnen lukket, ble ovnen evakuert til et trykk mindre enn 5 mikron. Ovnskammeret ble så spylt med argon og evakuert igjen tre ganger før smeltingen.

Smeltingen ble igangsatt ved fysisk å «slå på» den ceriumholdige elektrode til titan-oppfangerknappen og smelte denne i omtrent ett minutt. Smeltingen av «oppfangerknappen» ble foretatt for å få even-tuelt gjenværende oksygen eller nitrogen til å reagere. Når først «oppfangerknappen» var smeltet og buen stabilisert, ble vakuumventilen åpnet, og buen ble slått over til et presslegeme. Smeltingen skred så videre fra legeme til legeme hele formen rundt. Når operatøren var sikker på at han hadde oppnådd god gjennomtrengning og blanding av det smeltede metall, ble smel-testrømmen slått av. Denne smelteprosess ble gjentatt i alt fire ganger. Trykket under smelting under dynamisk vakuum stabiliserte seg på ca. 200 mikron, hvilket an-ga nærvær av ceriumdamp eller en cerium-ionatmosfære nær buen.

Selv om vakuum i det gitte eksempel stabiliserte seg på 200 mikron, så er det underforstått at prosessen kan gjennom-føres under forskjellige tilstander av dynamisk vakuum. Men i alminnelighet bør buesmelting og buesveising finne sted ved det lavest mulige trykk for å unngå forurensning fra asmosfæren og for å fremme rensningen. Trykket i nærheten av smeiten eller sveisen vil avhenge av pumpens kapasitet.

Eksempel 3.

Et legeme av sammenpresset niob som inneholdt følgende forurensninger i por-ene:

ble smeltet med en Nfo-9,7 volumprosent Ce-elektrode i vakuum. Atmosfæren under smeltingen var et dynamisk vakuum Til sammenligning ble et presslegeme av niob med samme utgangsanalyse med hensyn til poreforurensninger smeltet med

Med hensyn til forkortelsene Ra, Rb og BHN skal anføres: «BHN» er forkortelse for Brinell Hard-ness Number, altså Brinellhårdhet.

Ra og Rh betyr Rockwell tiårdhet «a» og «b».

«a» og «b» angår penetreringslegemet som brukes ved Rockwell hårdhetsprøver, og den skala som brukes til avlesningen av resultatene som er oppnådd med vedkom-mende legeme. F. eks. kan en «a»-penetrator av diamant med maksimal belastning 60 kilo brukes på usedvanlig hårde materialer. Skala «a» brukes i forbindelse med denne penetrator, og avlastningene beteg-nes med Rockwell «a» eller «R.t». Penetrator «b» er en stålkule med 1/16" diameter (1,59 mm) med maksimal belastning 100 kilo passende til alle materialer 0—100 Rb og avlesningen på skala «b» er betegnet med «Rb».

Den samme «knapp» ble så smeltet igjen med en ikke forbrukbar Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode i dynamisk va-

Ved denne omsmelting i dynamisk vakuum vil man legge merke til at både poreforurensningene og hårdheten i niob ble be-traktelig redusert.

Så ble en rekke binære nioblegeringer buesmeltet med ikke-forbrukbare elektroder for å sammenligne virkningen av Nb-9,7 volumprosent Ce-elektroder og wol-

ved et stabilisert trykk på 200 mikron. De kjemiske analyseresultater var følgende:

en thoriumwolframelektrode i vakuum. Resultatene med wolframelektroden var:

Man vil se at den ceriumholdige elektrode og dynamisk vakuum ga adskillig bedre resultater.

Eksempel 4.

For å demonstrere virkningen av trykket på i hvilken grad oksygen i form av oksyder i stedenfor som poreforurensning kan fjernes, ble det laget presslegemer av niob med følgende sammensetning:

Dette legeme ble presset med en Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode i en 1/3 argonatmosfære med følgende resultater: kuum i stedenfor den 1/3 argonatmosfære. Ved kjemisk analyse efter smeltingen ble funnet:

framelektroder på rensningen. Legering-enes sammensetning ble valgt slik at de re-presenterte et område av verdier med negativ fri dannelsesenergi for oksyder, kar-bider og nitrider.

Ved å smalte de binære legeringer med en Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode i vakuum var det ikke bare mulig å rense legeringene ved reaksjon mellom cerium og oksygen for å danne flyktig ceriumoksyd, men det var også mulig ved fordampning av visse metalloksyder som har høyere damptrykk enn det smeltede metall å fjerne disse forurensninger også.

For å skaffe sammenligningsgrunnlag ble et presslegeme av hver legering smeltet med hver av de fremgangsmåter som er anført nedenfor: Metode 1: W-1 vektprosent ThO,-elek trode i 1/3 atm. argon.

Metode 2: Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode il/3 atm. argon.

Metode 3: Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode i dynamisk vakuum.

Presslegemene ble laget av niobpulver med 1600 ppm poreoksygen pluss tilsetning av metallegering. Efter smeltingen ble hver «knapp» prøvet på hårdhet, analysert på elementer og poreforurensninger, og un-dersøkt metallografisk.Den relative duktili-tet for hver knapp ble bestemt ved ett en-kelt smislag ved romtemperatur av en 276 kg smihammer. Resultatene er gjengitt i tabell I.

Tallene i tabell I viser at man fikk effektiv rensning i alle de tilfeller hvor smeltingen ble gjennomført under vakuum med Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode.

Av resultatene med disse binære leger-ingssmelter ser man klart at hver av de legeringer som ble vakuumsmeltet med Nb-9,7 volumprosent Ce-elektroden viste meget vesentlige reduksjoner både med hensyn til samlet poreinnhold og særlig i oksygenmengde. Målt med Brinell-hårdhet var de Nb-9,7 volumprosent Ce-smeltede legeringer meget bløtere enn de legeringer som var smeltet med de andre to metoder. Siden de fleste nioblegeringer er utsatt for poreherdning er det ikke overraskende at de binære legeringer som er smeltet med en Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode i vakuum (foruten å -ha de laveste poreinnhold) var mest duktile slik som vist ved smiingsresultatene. I legeringen Nb-5Zr var reduksjonen av tykkelsen 43,4 pst. med 1200 ppm oksygen og 65 pst. med 670 ppm oksygen. I Nb-5V-legering øket en 38 pst.s reduksjon av porenivået og 48 pst.s reduksjon av oksygenmengden smibarheten med 12,7 pst.

Av alle de legerte elementer som ble brukt ved dette forsøk viste molybden (som i henhold til de beste tilgjengelige data har den minste negative frie dannelsesenergi med hensyn til karbon, oksygen og nitrogen blant de elementer som ble prøvet) reduksjon til det laveste porenivå for hver av de fem legeringer. Ved smeltning i argon med Nb-9,7 volumprosent Ce-elektrode oppnådde man en 34 pst.s reduksjon i ok-sygennivået, og ved smeltning under vakuum med Nb-9,8 volumprosent Ce-elektrode fikk man en 48 pst.s reduksjon i karbon, 75,8 pst.s reduksjon i oksygen og en 25 pst.s reduksjon i nitrogen. Med Nb-Ti-legeringen omfattet den totale reduksjon av porenivået en senkning av oksygennivå-et fra 1400 ppm til 95 ppm.

Sveisning.

For å vurdere anvendeligheten av Nb-9,7 volumprosent Ce som materiale til sveiseelektrode ble følgende forsøk gjort: Det ble gjort fire sveiser i en 3,2 mm tykk plate av Nb-lZr med den vanlige dek-kede buesveiseteknikk med wolfram-inert-gass (WIG). Ved denne fremgangsmåten må enten en strøm av inert gass fullstendig omgi buen og det smeltede metall for å be-skytte mot forurensning av atmosfæriske gasser, eller sveisingen gjennomføres med elektrode, bue, tilsatsstav og arbeidsstykke innesluttet i en kasse fylt med inert gass. Enten det brukes ikke-forbrukbare elektroder av den alminnelige wolframtype el ler de nye elektroder efter oppfinnelsen, er det naturligvis nødvendig å bruke en tilsatsstav for å tilføre det smeltede metall som skal til for å fylle sveisen.

Disse fire sveiser ble laget under de samme betingelser med hensyn til sveise-kasseatmosfære, amperestyrke, teknikk og sveistilsatsstav. Den eneste forskjell mellom sveisestykkene var at hvert av dem ble sveiset med forskjellig elektrodemateriale, nemlig W-l vektprosent ThO,, W-2 vektprosent ThO,, W-l vektprosent Zro, og Nb-9,7 volumprosent Ce.

Wolframelektrodene var av en type

som fåes i handelen.

Man møtte ingen elektrodeerosjons-problemer under sveisingen. Radiografisk undersøkelse viste ingen inklusjoner eller hulrom. Strekkprøver ble maskinert av stykkene tvers på sveisene, og sveisene ble undersøkt metallografisk og analysert kjemisk på poreforurensninger. Strekkdata ved romtemperatur ble opptatt med 0,005 mm/cm/minutt til flytegrensen og 54,3 kg/min. til brudd. En sammenstilling av sveisestykkedataene er gitt i tabell II.

Det fremgår av disse data at de sveiser som er laget med Nb-9,7 volumprosent Ce-elektroden er like så gode som, eller bedre enn de stykker som er sveiset på vanlig måte med hensyn til renhet. Det er ingen vesentlig forskjell i styrken.

De egenskaper som kreves for passende ikke-forbrukbare buesmelteelektroder ligner dem som kreves av en buesveiseelek-trode. Likesom wolfram med 1 vektprosent ThOs brukes til buesmelting av reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer, så brukes det også til buesveising av reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer.

Når det brukes en wolframelektrode, kan wolfram bli vasket ned i smeltepølen ved erosjon av spissen eller ved sprut av laveresmeltende metaller fra den smeltede pøl på elektroden så det dannes en lavt-smeltende wolframlegering som drypper tilbake ned i sveisen. En alvorligere kilde til forurensning oppstår når elektrodespis-sen berører den smeltede sveis og får elektroden til å «klebe». Når man prøver å fri-gjøre elektroden skjer det som oftest at spissen brekker av og blir igjen i sveisen hvor den fremkaller et problem med en wolf raminklusj on.

Ved å bruke ceriumholdige elektroder efter oppfinnelsen til å sveise reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer elimineres alle de foran nevnte kilder til forurensning av sveisen som følger med wolfram, fordi basismetallet i sveisen og elektroden er det samme. Selv om det skulle inntreffe klebing av den ceriumholdige elektrode, vil det bare resultere i en ubetydelig fortynning av basismetallet i sveisen.

Som vist i tabell II gir en sammenligning med W-l vektprosent Th02, W-2 vektprosent Th02 og W-l vektprosent Zr02 sveiseelektroder i argon som resultat at den sveis som er laget med Nb-9,7 volumprosent Ce hadde det laveste porenivå. Hvis sveisingen med Nb-9,8 volumprosent Ce var blitt gjort i vakuum, kunne man ventet ennu bedre rensning.

Med hensyn til sveising av både reaktive og ildfaste metaller er sveisens kvali-tet og renhet viktige faktorer ved utvikling av disse materialer som strukturelle komponenter. Den høye reaktivitet hos disse metaller, særlig med poreforurens-ende elementer som fører til sprøhet i sveisene, krever bruk av innviklede og kostbare sveisemåter hvis man vil oppnå bare en nominell renhet i disse sveiser. Ved å bruke ceriumholdige elektroder av det samme basismetall under vakuumforhold, kan problemet med metalliske forurensninger elimineres, og samtidig vil sveiseatmos-færen bli tilført et kraftig reduksjonsmid-del. Derved vil sveisen bli renset, og den atmosfæriske forurensning reduseres samtidig.

Foruten de ikke forbrukbare ceriumholdige elektroder som er beskrevet foran, ble det også laget ikke forbrukbare elektroder av Mo-9,7 volumprosent Ce og W-9,7 volumprosent Ce. Det ble laget smelter med ikke forbrukbare elektroder av molybden og wolfram med hver av disse elektroder uten iøynefallende erosjon. Elek-trodenes tilstand efter smeltingen var meget god. Rockwell- og Brinell-hårdhets-data på molybden- og wolframknapper smeltet med disse elektroder viste at det forekom en grad av rensning som var bedre enn den man fikk med vanlig buesmelting med ikke forbrukbare elektroder. En senkning av porenivået viste seg ved nedsatte hårdhetsverdier.

Overensstemmende med oppfinnelsen er det således tilveiebrakt ceriumholdige elektroder som muliggjør buesmelting med ikke forbrukbare elektroder av reaktive og ildfaste metaller og deres legeringer i dynamisk vakuum med samtidig ceriumopp-fangning av poreforurensningene. Reak-sjonsproduktene fra smeiten fjernes ved det dynamiske vakuum og man oppnår renhet av smeiten i en grad som tidligere har vært uoppnåelig ved buesmelting med ikke forbrukbare elektroder. Oppfinnelsen fremskaffer således fordeler ved den buesmeltning med ikke forbrukbare elektroder som man tidligere anså begrenset til forbrukbar buesmeltning uten at man ofrer de anerkjente fordeler ved ikke forbrukbare elektroder i forhold til de forbrukbare og til alt dette kommer den enestående fordel ved at det tilveiebringes et inert reduserende og oppfangende middel av vesentlige dimensjoner.

Claims (24)

1. Ikke-forbrukbar lysbuesmelte- eller lysbuesveiseelektrode for smeltning eller sveisning av titan, zirkonium, krom, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, niob, iridium, molybden, tantal, osmium, rhenium og wolfram eller legeringer av disse, karakterisert ved at den består av 3—25 og fortrinnsvis 5—.15 volumprosent cerium og at resten består av metallet eller grunnmetallet i legeringen som skal smeltes eller sveises.

2. Elektrode som angitt i påstand 1, karakterisert ved at den består av 9,7 volumprosent cerium og at resten består av metallet eller grunnmetallet i legeringen.

3. Elektrode som angitt i påstand 1—2, for smeltning eller sveisning av niob eller nioblegeringer, karakterisert ved at den inneholder ca. 9,7 volumprosent cerium i niob.

4. Elektrode som angitt i påstand 1—3 for smeltning eller sveisning av molybden eller molybdenlegeringer, karakterisert ved at den inneholder 9,7 volumprosent cerium i molybden.

5. Elektrode som angitt i påstand 1—3 for smeltning eller sveisning av wolfram eller wolframlegeringer, karakterisert ved at den inneholder ca. 9,7 volumprosent cerium i wolfram.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en elektrode av sammensetningen i henhold til påstandene 1—5 ved blanding av hydridisert ceriumpulver med et pulver av ett av metallene eller legeringene i henhold til påstand 1 og ved å presse pulverblandingen til et kompakt legeme, karakterisert ved at det kompakte legeme opphetes i et dynamisk vakuum ved grad-vis og langsom økning av dets temperatur til en temperatur under sintringstemperaturen for metallet eller grunnmetallet, denne temperatur opprettholdes inntil dehydridiseringen av cerium i det kompakte legeme er fullstendig, og det kompakte legeme sintres ved en ytterligere økning av temperaturen over sintringstemperaturen til metallet eller legeringen.

7. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6, karakterisert ved at pulveret bestående av ett av metallene eller legeringene som angitt i påstand 1, hydridiseres og at temperaturen holdes under sintringstemperaturen for metallet eller legeringen inntil dehydridiseringen av be-standdelene i det kompakte legeme er fullstendig.

8. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6 eller 7, karakterisert ved at det hydridiserte ceriumpulver og det hydridiserte metall eller legeringspulveret fremstilles ved å anbringe spon av disse i va-kuumovnen, sponene opphetes i ovnen, ovnen fylles ved opphetningstemperaturen med renset hydrogen for å fullstendiggjøre hydridiseringen av sponene, hydrogenet fø-res ut fra ovnen og ovnen fylles med inert gass og de hydridiserte spon pulveriseres i den inerte gassatmosfære.

9. Fremgangsmåte som angitt i påstand 8, karakterisert ved atce-riumsponene og metallet eller legerings-sponblandingen hydridiseres og pulveriseres sammen.

10. Fremgangsmåte som angitt i påstand 9, karakterisert ved at blan-dingen av pulverne og komprimeringen av pulverblandingen utføres i en inert atmosfære.

11. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—10, karakterisert ved at det sintrede kompakte legeme koldpres-ses for å øke egenvekten etter sintringen.

12. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—11, karakterisert ved at det sintrede kompakte legeme senkesmies i kulden og formes til ønsket fasong etter sintringen.

13. Fremgangsmåte som angitt i påstand 7, karakterisert ved at hydridiseringen av sponene utføres ved en temperatur av ca. 315° C.

14. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—13, karakterisert ved at under hydridiseringen av sponene holdes hydrogenet i ovnen ved et trykk på ca. 0,21 kg/cm2.

15. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—10, karakterisert ved at det hydridiserte ceriumpulver og det hydridiserte basismetallpulver eller leger-ingspulver, pulveriseres til en kornstørrel-se av 0,044 mm før sammenpressingen av pulveret.

16. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6, karakterisert ved at metallet eller basismetallet er niob og at den første temperaturstigning, særlig dehydri-diseringstemperaturen, ikke overskrider ca. 760° C.

17. Fremgangsmåte som angitt i påstand 7, karakterisert ved at metallet eller basismetallet er niob og at den første temperaturstigning, særlig dehyd-ridiseringstemperaturen, ikke overskrider ca. 870° C.

18. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—17, karakterisert ved at metallet eller basismetallet er niob og at den annen temperaturøkning ikke overskrider ca. 1630° C.

19. Fremgangsmåte som angitt i en av påstandene 6—18, karakterisert ved at det sammenpressete legeme opphetes til over sintringstemperaturen for metallet eller basismetallet i ca. iy2 time.

20. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6, karakterisert ved at temperaturen for den innledende opphetning reguleres slik at maksimumstrykket som frembringes ved utvikling av hydrogengass er mellom 600 og 2000 mikron absolutt.

21. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6, karakterisert ved at temperaturen for den innledende opphetning reguleres slik at maksimumstrykket som frembringes ved utvikling av hydrogengass er mellom 900 og 1500 mikron absolutt.

22. Fremgangsmåte som angitt i påstand 6 eller 7, karakterisert ved at temperaturen for den innledende opphetning reguleres slik at maksimumstrykket som frembringes ved utvikling av hydrogengass er ca. 1000 mikron absolutt.

23. Fremgangsmåte som angitt i påstand 7, karakterisert ved at temperaturen for den innledende opphetning reguleres slik at maksimumstrykket som frembringes ved utvikling av hydrogengass er fra 800 til 1600 mikron absolutt.

24. Fremgangsmåte som angitt i påstand 7, karakterisert ved at temperaturen for den innledende opphetning reguleres slik at maksimumstrykket som frembringes ved utvikling av hydrogengass er fra 900 til 1400 mikron absolutt.