Evaluierung neuer Methoden zum Schweißen von Mo-Legierungen (MOLY)
Advanced Welding Technologies for Molybdenum and its Alloys (MOLY) Projektleitung: Ing. Nikolaus Reheis

• IWS TU Graz
• PLANSEE SE
• Raiser GmbH & Co. KG
• voestalpine Böhler Welding Austria GmbH

Welding of molybdenum is a difficult task due to the material's high melting point, high thermal conductivity, embrittlement of the weld caused by impurities and grain coarsening in the heat affected zone. The welding of molybdenum has been studied in the past, but a fundamental understanding of the process has not yet been established. The highly advanced welding technologies electron beam welding, laser beam welding as well as rotary friction welding will be investigated on their capability to generate integral structures made of semi-finished molybdenum parts. The metallurgic effects and properties of the heat affected zone will be examined. Different filler materials for fusion welding will be used as an additional approach towards the industrial qualification of welding processes for molybdenum and its alloys.

Hochschmelzende Metalle wie Molybdän, auch Refraktär-Metalle genannt, besitzen einzigartige Eigenschaften wie hoher Schmelzpunkt, Kriechbeständigkeit und Erhalt der mechanischen Eigenschaften bis hin zu hohen Temperaturen. Dadurch sind sie sehr attraktiv für verschiedene Hochtemperaturanwendungen. Für den Maschinen- und Anlagenbau ist das Schweißen von Molybdän besonders interessant, jedoch führen die hohe thermische Leitfähigkeit, die fehlende Gefügeumwandlung von Molybdän, welche eine Kornvergröberung verursacht, und die Anlagerung von Verunreinigungen an den Korngrenzen, zu einer starken Versprödung der Schweißnähte und damit zu einer sehr eingeschränkten Schweißbarkeit. Molybdän-Rhenium-Legierungen weisen eine gute Schweißbarkeit auf, jedoch sind diese Legierungen aufgrund des teuren Rheniums meist nicht wirtschaftlich einsetzbar.

Mit bestimmter Prozessführung und Wärmebehandlung von reinem Molybdän und der gängigen Legierung Titan-Zirkon-Molybdän (TZM) lässt sich die negative Beeinflussung durch den Schweißvorgang verringern, eine vollständige Abhilfe wurde jedoch bisher noch nicht realisiert.

Beim Rotationsreibschweißen umgeht man einen Teil der Schwierigkeiten dadurch, dass hierbei die zu verschweißenden Bauteile nicht aufgeschmolzen werden. Ausgehend von Referenzbedingungen aus der Literatur und eigenen Vorversuchen, wird eine Parameterstudie inklusive statistische Versuchsauswertung erfolgen, weiters sollen Wärmebehandlungen vor und nach dem Schweißprozess in die Untersuchung eingebunden werden. Bei den so genannten Strahlschweißverfahren erfolgt das Aufschmelzen des Grundmaterials durch einen hochenergetischen Strahl. Durch die hohen Energiedichten beim Elektronenstrahlschweißen (EBW) oder Laserstrahlschweißen (LBW) ist es möglich, Molybdän und seine Legierungen zu fügen, jedoch nur mit der einhergehenden Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte. Daher wird der Fokus dieses Arbeitspaketes auf der Evaluierung der Beeinflussung der Schweißnaht durch die Legierungselemente und der Untersuchung und Erprobung verschiedener Schweißzusatzwerkstoffe liegen. In diesem Projekt werden die unterschiedlichen Schweißprozesse untersucht, geeignete Prozessparameter identifiziert und die metallurgischen Vorgänge im Molybdän-Grundmaterial beschrieben. Durch systematische Versuchsplanung und -auswertung, sowie durch numerische Simulation der Schweißprozesse werden folgende Ziele verfolgt:

• Vertiefung des Wissens über die Schweißtechnologien von Molybdän.
• Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Molybdän-basierten Schweißkonstruktionen.
• Entwicklung von geeigneten Schweißzusatzwerkstoffen für das Schmelzschweißen.

Durch diese konkreten Aufgabenstellungen sollen neue Erkenntnisse gewonnen werden, welche zum Fortschritt in der Fügetechnik von Molybdän beitragen.