Die Schweißnähte und Wärmeeinflusszonen beim Elektronenstrahlschweißen sind schmaler und weniger anfällig für Fehler als beim Wolfram-Inertgas-Lichtbogenschweißen (GTA), bei dem eine große Wärmemenge auf das Werkstück übertragen wird.
Bei manchen Schweißnähten stellt eine Sauerstoffverunreinigung ein Problem dar, da sich der Sauerstoff an den Korngrenzen ablagert und die Duktilität über den Einfluss der Schweißmikrostruktur hinaus verringert. Lichtbogengeschmolzenes Molybdän hat einen höheren Kohlenstoffgehalt als pulvermetallurgisches Molybdän und ist besser schweißbar als pulvermetallurgisches Molybdän. Die Molybdänlegierung TZM ist gegenüber Sauerstoff toleranter als reines Molybdän, da ihr reaktives metallisches Titan und Zirkonium während des Schweißprozesses mit Sauerstoff zu feinen Oxiden reagieren kann. Molybdän wird normalerweise in einer hochreinen Inertgaskammer geschweißt, um die Sauerstoffverunreinigung zu minimieren.
Das Schweißen von mit Kalium- dotierten Legierungen ist normalerweise nicht so erfolgreich wie das von anderen Molybdänlegierungen, da die flüchtigen Elemente im Material dazu führen, dass Poren in der Schweißnaht entstehen. Rheniumlegierungen weisen eine gute Schweißbarkeit auf. Der bekannte Rheniumeffekt macht diese Legierungen auch bei niedrigen Temperaturen oder im Erstarrungs- oder Rekristallisationszustand zäh. Oxiddispersionsverstärkte (ODS) Legierungen können geschweißt werden, da Oxide nicht wie Kalium verdampfen. Obwohl das Schweißen die einzigartige Kornstruktur dieser Legierungen erheblich verändert, ist die Korngröße der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (HAZ) feiner als die der reinen Molybdänschweißnaht. Dies trägt dazu bei, die negativen Auswirkungen des Schweißens auf diese Legierungen zu verbessern. Die Abbildungen 1 und 2 vergleichen den Übergang zwischen der WEZ und dem Grundmetall in WIG-geschweißten ODS-Molybdänkomponenten und WIG-geschweißten reinen Molybdänkomponenten. Verglichen mit den gleichachsigen Körnern mit schlechter Rekristallisation in der reinen Molybdänkomponente erzeugt die Oxiddispersion in der Wärmeeinflusszone der ODS-Legierung die gewünschte lange und verwobene Kornstruktur.
Der Übergang zwischen der Wärmeeinflusszone (rechts) und dem Grundmaterial (links) in der WIG-geschweißten ODS-Mo{2}}La-Legierung
Der Übergang zwischen der Wärmeeinflusszone (rechts) und dem Grundmetall (links) beim reinen Molybdän-WIG-Schweißen
Das folgende Bild zeigt eine häufige Anwendung des Molybdän-Bauteilschweißens, das zum Abdichten und Formen sowie zum Nieten und Verkleben der Spalte von Sintergefäßen eingesetzt wird. Für die Verbindung von Molybdän und Molybdänlegierungen wird häufig Hartlöten eingesetzt. Der Schmelzpunktbereich handelsüblicher Lotmaterialien variiert zwischen 630 und 1400 Grad. Die Zusammensetzungen sind sehr unterschiedlich, wobei die meisten Edelmetalle und einige Legierungen auf Nickelbasis enthalten. Hersteller von Lötmaterialien und -geräten können technische Unterstützung leisten. Die Löttemperatur sollte niedriger sein als die Rekristallisationstemperatur der Molybdänlegierung, um den Festigkeitsverlust zu minimieren.
Das Moly-Boot demonstrierte die grundlegenden Umform- und Verarbeitungstechniken sowie das GTA-Schweißverfahren, das die Lücken an den Verbindungsstellen abdichtet.
Wichtigste Herausforderungen und Prozessauswahl beim Schweißen von Molybdänlegierungen
1: Herausforderungen bei den Materialeigenschaften
Hoher Schmelzpunkt (2620 Grad): Erfordert eine Wärmequelle mit hoher Energiedichte (z. B. Elektronenstrahl, Laser).
Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen: Vor dem Schweißen ist ein Vorwärmen (200–300 Grad) erforderlich, um Kaltrisse zu vermeiden.
Hochtemperaturoxidation: Muss während des gesamten Prozesses durch Inertgas (Ar/He) oder Vakuum geschützt werden.
Kornvergröberung: Kontrollieren Sie die Wärmezufuhr streng, um Sprödigkeit in der überhitzten Zone zu vermeiden.
2: Wichtige Punkte der Prozesskontrolle
Vor-Behandlung: Ultraschallreinigung mit Aceton + Säurewäsche (HF:HNO₃=1:3), Oxidfilm gründlich entfernen.
Schichttemperatur: Über 200 Grad halten (bei dicken Teilen ist eine Erwärmung des Werkstücks erforderlich).
Nach-Behandlung: Vakuumglühen bei 1500 Grad/1 Stunde, um Restspannungen zu beseitigen und die Duktilität zu verbessern.