Die Tantalrohre werden aus reinem Tantal oder Tantallegierungen (wie z. B. Ta-2.5W und Ta-10W) hergestellt. Aufgrund der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit (Beständigkeit gegenüber Salzsäure, Schwefelsäure, Königswasser und starken Laugen bei hohen Temperaturen), der Plastizität und der Hochtemperaturstabilität von Tantal sind sie zentrale Bauteile für den Wärmeaustausch und den Flüssigkeitstransport unter extremen Bedingungen in Bereichen wie der chemischen Industrie, der Halbleiterindustrie, der Nassmetallurgie und der Kernenergie. Die größte Schwierigkeit bei der Herstellung dieser Bauteile liegt in der hohen Reaktivität von Tantal (leichte Oxidation, Wasserstoff- und Stickstoffaufnahme), der starken Kaltverformung, den strengen Schweißanforderungen und der Notwendigkeit, die Umgebungs- und Prozessparameter während des gesamten Prozesses präzise zu kontrollieren.
Sintern und Schmieden: Der Tantalblock wird in einem Kaltbettofen mittels Elektronenstrahl geschmolzen und anschließend bei hoher Temperatur (1200–1400 °C, unter Argonatmosphäre) geschmiedet, um den Rohling abzutrennen. Dadurch entstehen massive Stäbe, die die im Gusszustand vorhandenen Poren und Entmischungen beseitigen. Strangpressen zu Rohrohren: Nach dem Bohren werden die Stäbe in einer Vakuum-/Argon-geschützten Strangpressanlage (1000–1200 °C) warmstranggepresst, um Rohrohre mit großem Durchmesser zu formen und so die Grundform des Rohrkörpers zu erreichen. Mehrfaches Kaltwalzen/Kaltziehen: Die Rohrohre werden mehrfach kaltgewalzt (Zweiwalzen-/Mehrwalzen-Kaltwalzmaschine) oder kaltgezogen (Festzieh-/Verfahrziehziehmaschine), wodurch die Wandstärke und der Durchmesser schrittweise reduziert werden. Der Umformgrad pro Durchgang wird auf 15–25 % begrenzt (um übermäßige Verfestigung und Rissbildung zu vermeiden). Zwischenglühen im Vakuum: Nach 2–3 Kaltumformungsdurchgängen erfolgt ein Vakuumglühen (Temperatur 800–1000 °C, Vakuum ≥ 1 × 10⁻³ Pa, Haltezeit 1–2 Stunden). Dadurch werden Verarbeitungsspannungen abgebaut, die Plastizität wiederhergestellt und Biegerisse verhindert. Endbearbeitung und Erstprüfung: Die Rohrohre werden gerichtet (Walzenrichtmaschine, Geradheit ≤ 0,5 mm/m), Kopf und Fuß abgeschnitten, die Innen- und Außenflächen poliert und anschließend einer Ultraschallprüfung (UT) auf innere Defekte und einer Eindringprüfung (PT) auf Oberflächenmikrorisse unterzogen. Bei Erfüllung der Voraussetzungen kann der Spulenformprozess beginnen.
Die Plastizität von Tantal bei Raumtemperatur ist ausgezeichnet (Dehnung ≥ 30 %). Über 90 % der Tantalrohre werden durch Kaltbiegen geformt (keine Erwärmung erforderlich, Oxidation wird vermieden); nur großlumige (Φ ≥ 50 mm), dickwandige (Wandstärke ≥ 3 mm) oder hochfeste Tantallegierungsrohre werden bei niedrigen Temperaturen (200–300 °C unter Schutzgasatmosphäre) gebogen. Entscheidend ist die Beherrschung der drei Hauptprobleme: Rohrverformung, Rückfederung und Rissbildung.
Kaltbiegen (Hauptverfahren, hohe Präzision, hohe Effizienz) für Rohre mit kleinem Durchmesser (Φ ≤ 20 mm, eng beieinander liegende Wärmetauscherrohre): CNC-Rohrbiegemaschine (Drei-/Vierwalzenbiegen, präzise Steuerung von Durchmesser, Steigung und Anzahl der Windungen); Rohre mittlerer und großer Durchmesser (Φ 20–50 mm, Ferntransportrohre): CNC-Dornbiegemaschine (mit flexiblem Dorn/Kugeldorn, verhindert das Abflachen dünnwandiger Rohre).
Spezielle Biegewerkzeuge für nicht genormte Rohrrollen (Werkzeug + Hydraulikantrieb, geeignet für unregelmäßige Rohrdurchmesser und variable Steigung). Wichtige Prozessparameter: Mindestbiegeradius für reine Tantalrohre R ≥ 3D (D ist der Außendurchmesser des Rohrs), für Tantallegierungsrohre R ≥ 4D (kleinere R-Werte erhöhen die Gefahr des Abflachens und Reißens). Rückprallkontrolle: Tantal besitzt einen niedrigen Elastizitätsmodul (186 GPa), der Rückprallwinkel beim Kaltbiegen beträgt ca. 3° bis 8°. Ein voreingestellter Rückprallkompensationswinkel (angepasst an Rohrdurchmesser, Wandstärke und Biegedurchmesser) ist erforderlich. Nach der Formgebung ist eine Korrektur notwendig. Maßnahmen gegen Abflachung (dünnwandiger Rohrkern): Einsetzen eines flexiblen Kernstabs (Nylon-/Gummikernstab, angepasst an den Biegebogen) oder eines Kugelkernstabs (mehrere Kugelsegmente, rotiert mit dem gebogenen Rohr). Das Rohr muss mit trockenem, hochreinem Quarzsand oder einer niedrigschmelzenden Legierung gefüllt werden (nach dem Biegen entfernen / schmelzen und entfernen). Die Füllung muss dicht sein, um lokales Einfallen zu vermeiden. Die Biegegeschwindigkeit des Rohrs muss kontrolliert werden (≤ 5 mm/s), mit konstanter Geschwindigkeit biegen und Stoßverformungen vermeiden.
Vorbehandlung des Rohlings: Innen- und Außenflächen mit Alkohol abwischen, um Öl- und Staubflecken zu entfernen (um Oberflächenkratzer beim Biegen oder Verkohlungsrückstände bei hohen Temperaturen zu vermeiden);
Werkstückpositionierung: Rohling in die Biegemaschine/Coil-Maschine einspannen, Kreisdurchmesser gemäß Zeichnung (z. B. Φ200, Φ500), Steigung (z. B. 20 mm, 50 mm) einstellen und über die gesamte Länge biegen: Maschine starten, gleichmäßig rollen/biegen und die Rundheit des Rohrkörpers in Echtzeit überwachen (Abflachungsrate ≤ 5 %, d. h. kurze Achse / lange Achse ≥ 0,95); Nach dem ersten Formen und Biegen Kreisdurchmesser und Steigung mithilfe spezieller Formen korrigieren und lokale Rückfederung beseitigen.
