Die MIG- Schweißung von Al-Legierungen
Verfasser: Dr. W.
Mantel, München
Veröffentlichung
Linde AG Werksgruppe München "schweißtechnik- Hinweise für die Praxis X
65/1
Im Folgenden die wichtigsten Punkte,
zusammengestellt von Michael Schaumann
|
|
I. Allgemeines
"Das Vertrauen,
das man der Zuverlässigkeit von MIG- Schweißungen an Al- Legierungen
entgegenbringt, ist heute in der Praxis noch nicht sehr groß.
Man fürchtet immer noch das Auftreten schwerer Porigkeit und weiß, dass sich
sehr leicht Risse und Gefügefehler ausbilden".
(Das ist sicherlich besser (2009) geworden durch
modernste Schweißanlagen)
|
|
II. Die Porenanfälligkeit
Leichtmetalle sind wohl deshalb besonders porenanfällig, weil der geringste
Hauch von Sauerstoff die Schmelze mit einer dichten und zähen Haut
abschließt.
Hierdurch wird verhindert, dass Gase, die sich beim Erstarren ausscheiden,
nicht ohne weiteres abgestoßen werden können...Hauptursache für Poren sind
Wasserstoff und Stickstoff. ...
Porenfreies Schweißen verlangt deshalb vor allem peinliche Sauberkeit in der
Nahtumgebung und am Draht.
Die Empfindlichkeit von Leichtmetall ist um in Vielfaches größer als die von
Stahl....
Am besten wirkt eine gut entfettete, von Feuchtigkeit freie, mit der Bürste
gerauhte Stückfläche.
Deshalb gehören der
Autogenbrenner zum Anflämmen und die Stahldrahtbürste zur Ausrüstung des
Leichtmetallschweißers.
Stickstoff ist viel häufiger Porenursache als gemeinhin angenommen
wird.
Bereits Beimengungen von 0,5% N2 zum Schweißargon rufen bei Al-
Legierungen
schwere Porigkeit hervor.
Das bedeutet, dass das Schutzgas in möglichst reiner Form und mit
großer Sorgfalt ausströmen muss.
Am sichersten wird die durch folgende Maßnahmen erzielt:
- Dichte
Zuleitungen und gasdichte Brenner. Jede Undichtheit lässt während der
Schweißpausen Luft in das Zuleitungssystem eindringen.
Kurzzeitiges Vorströmen bzw. kurzzeitiges Schweißen auf einem Hilfsstück
nach längeren Schweißpausen sind empfehlenswerte Maßnahmen gegen N2-Porosität
- Beim
MIG- Schweißen von Leichtmetall soll man mit Schutzgas nicht sparen;
für das Verschweißen mit Draht mit 1,6 mm und mehr sind 15 l/min nicht
mehr ausreichend
- ....es
ist darauf zu achten, dass zwischen Düse und Nahtflanke keine Injektorwirkung
eintritt, die Luft ansaugt und in den Schutzgasmantel eindringt.
Weite Düsen und geringe Gasausströmgeschwindigkeiten sind
empfehlenswerter
als enge Düsen und schneller Gasstrom.
Außerdem prüfe man die Ausströmdüsen so oft als möglich auf ihre
zentrale Lage zum Schweißdraht und auf Sauberkeit. Verlegungen der
Düsenöffnung mit Spritzern zerstören die Gleichmäßigkeit des
Schutzgasstromes.
Die Schweißstellen sind bei Leichtmetall vor kräftiger Zugluft zu
schützen.
Die Diffusionsgeschwindigkeit von N2 in Argon ist groß.
...Die Bedeutung des Drahtes, seiner Oberfläche, Maßgenauigkeit,
Rundheit und Geradheit, kann nicht genug hervorgehoben werden...
Bei gut leitenden Al- Sorten wie Al99,8, Al99,5 und Al99 genügt oft die Kraft
des Lichtbogens nicht, um dickere Teile ausreichend anzuschmelzen.
In Berührung mit der ungeschmolzenen Oberfläche wird der Lichtbogen sehr
hart,
erzeugt Dampfausbrüche und Turbulenz.
Leicht wird hierbei die Schutzgashülle durchbrochen.
Mit der Luft wird Stickstoff in den Lichtbogenkern gerissen.
Die Folge sind poröse Stellen. Man muss deshalb mit allen Mitteln darauf
hinarbeiten,
dass die Lichtbogenentladung gleichmäßig und ruhig verlauft. Man erkennt das
am Geräusch, das der Bogen verursacht und das sich nicht laut und knatternd,
sondern wie ein gleichmäßiges Zischen anhören soll...
Bei Reinaluminium mit seiner guten Wärmeleitfähigkeit ist dies bei
Querschnitten über
10 mm Dicke oft nur mit Hilfe von Vorwärmung zu erreichen.
Der Schweißer erkennt die ausreichende Vorwärmung an der am Lichtbogen
eintretenden Beruhigung und an der Ebenmäßigkeit des gleichmäßig zischenden
Geräusches, das in diesem Zustand zu hören ist.
Das Ohr des Schweißers
hat eine wichtige Funktion im Erkennen von Anomalitäten des Schweißablaufes
|
|
III. Oxydeinschlüsse
Aluminium hat sehr große Affinität zum Sauerstoff.
Das Metall bildet an Luft in wenigen Sekunden eine die Oberfläche dicht
überziehende und die weitere Oxydation hemmende Haut von Al2O3.
Da Al2O3 weder im flüssigen noch im festen Aluminium
löslich ist, besitzt diese Haut niemals eine feste Gefügeverbindung, sondern
haftet infolge von Adhäsionskräften.
Der Schmelzpunkt von Al2O3 liegt mit ca.2300°C also
weit über dem des Metalls, das je nach Zusammensetzung bei 550 bis 650°C
schmilzt, so dass bei Anwesenheit der Oxydabdeckung das Ineinanderfließen der
Schweißnähte verhindert würde.
Jeder Oxydhauteinschluß in der Schweiße wirkt geradezu wie eine rißartige
Trennung..
Wenn also eine Verschweißung erfolgen und die Verbindung Festigkeit gegen
Bruch aufweisen soll, müssen die Oxydhäute müssen im Schweißbereich
vollkommen zerstört werden.
Beim MIG Schweißen bedient man sich zu diesem Zwecke des so genannten
Reinigungseffektes des Lichtbogens, der an der vor Wiederoxydierung
geschützten Minuspolfläche hervorgerufen wird.
Voraussetzung für das Wirksam werden des Effektes ist aber die direkte
Berührung des Lichtbogens mit der Oxydhaut, wobei diese als Teil der
Polfläche wirksam sein muss....
Die Bedingungen am Schweißstoß sind so zu gestalten, dass der Lichtbogen die
Stoßoberfläche in ihrer ganzen Ausdehnung erreicht.
Dies zwingt in vielen Fällen dazu,
besondere, vom Schweißen anderer Werkstoffe abweichende Maßnahmen zu
ergreifen.
Infolge des niedrigen Schmelzpunktes von Al-Legierungen und ihrer guten
Leitfähigkeit schmilzt der Werkstoff üblicherweise tiefer auf, als der
Lichtbogen einbrennt.
Im Grunde der Schweißnaht bleiben deshalb zu leicht Oxydeinschlüsse
eingeschlossen.
Sie wirken selbstverständlich wie Wurzelrisse.
Diese Fehlstellen sind nur dadurch vermeidbar, dass man die Durchschweißung
nicht nach dem äußeren Augenschein, sondern bewusst mit dem Ziel ausführt,
den Lichtbogen mit jeder oxydbehafteten Fläche der Verbindung in Berührung zu
bringen.
Das wird durch eine dem Verfahren angepasste besondere Ausbildung des
Schweißstoßes und der ausreichenden Stromstärke für die Wurzelschweißung
erreicht.
|
|
IV. Schweißstoß und Schweißtechnik
....Enge Schweißfugen sowie nach unten offene Schweißfugen wirken
ungünstig.
Die Al- Schweißung bevorzugt deshalb die spaltlose gestoßenen Schweißfuge....
Vom Wolframlichbogenschweißen her ist allgemein bekannt, dass es für das
fehlerfreie Durchschweißen eine I- Stoßes von einer Seite günstig ist, die wurzelseitigen
Stoßkanten zu brechen...
Diesen Effekt kann man natürlich auch beim MIG- Verfahren ausnützen. Mit dem
W- Lichtbogen kann ein so vorbereiteter I- Stoß unter Umständen gegen Luft
durchschweißt werden, weil der Einbrand des Wechselstrombogens in die Breite
wirkt und sein Druck auf den Untergrund gering und so gleichmäßig ist, dass
die auf der Wurzelseite sich bildende, geschlossene Oxydhaut nicht
durchbrochen wird.
Dies ausnützend, schweißt man beim WIG- Verfahren starke Nähte sogar sehr
gerne als Steignähte.
Beim MIG- Verfahren dagegen entwickelt der Gleichstrom- Lichtbogen eine
Tendenz zur Konzentration im Spalt...
Wenn man deshalb gegen Luft durchschweißt, blitzt der MIG- Lichtbogen örtlich
durch; wenn er dabei den Oxydhautabschluß durchbricht, wird das formende Loch
von der Gegenseite her Luft angesaugt, sobald sich der Lichtbogen wieder
zurückzieht.
Die Praxis spricht von Kaminwirkung. Ihre Folgen sind hässliche Löcher auf
der Nahtunterseite.
Man kann sie nicht nur durch vorsichtiges Einstellen des Bogens vermeiden,
sondern nur unter Zuhilfenahme von Unterlagen. Sie ermöglichen das
einwandfreie Durchschweißen durch zwei verschiedene Wirkungen.
Einmal verhindern sie den Durchbruch des Bogens, zum anderen stauen sie das
den Spalt durchströmende Edelgas....Auf einer geschlossenen Schweißschmelze
beruhigt sich der Bogen rasch.
....Das Schweißen mit Unterlagen hat die Entwicklung einer ganz neuen
Schweißtechnik verursacht. Zwei Arten von Schweißungen wurden üblich. Solche
aus 18/8-CrNi-Stahl und Alu Streifen.
...Wenn I-, Y-, V-, oder X- Stoße von beiden Seiten geschweißt werden
muss man aber damit rechnen, dass der Grund meist einen Oxydeinschluß
aufweist.
Bei hochwertigen Nähten hat man sich auch bei Aluminium an das Auskreuzen der
Nahtwurzel gewöhnt und erreicht durch diese Maßnahme große Sicherheit
bezüglich Fehlerfreiheit.
Bei I- Nähten
wird im Gegensatz zu Schweißstößen für den Wolframlichtbogen empfohlen, die
Stoßkanten nicht allein wurzelseitig, sondern auch an der Oberseite zu brechen.
Die schmale Fuge stellt für den Schweißer eine Markierung dar, die es ihm
erlaubt, seine Schweißrichtung genau einzuhalten.
Da die Breite des MIG- Lichtbogens in Argon oft nur sehr gering ist, kann
dies ein wichtiges Hilfsmittel sein, Durchschweißfehler zu vermeiden.
|
|
 
 
|
|
V. Verfahrenstechniken
..Die Praxis kennt heute vier verschiedene Arten, die sich klar
unterscheiden lassen:
Das Dünndrahtschweißen
..Bei der Verarbeitung von Leichtmetallen wird wohl selten ein
ausgesprochener Kurzlichtbogen verwendet...Vielmehr wird ein kurzer
Sprühlichtbogen bevorzugt.
Man führt das Verfahren mit Drähten von 0,8 bis 1,2 mm aus und verwendet
Stromstärken von 80-150 A bei 21 bis 24 V Schweißspannung.
Als Nahtvorbereitung wird der I- Stoß ohne Spalt bevorzugt. Das Verfahren
eignet sich für 2 bis 5 mm Wanddicke. Vor allem erhält man mit ihm schöne
Kehlnähte.
Die kurzschlußfreien Schweißlichtbögen
Das normale MIG- Lichtbogenschweißen mit kurzschlußfreien, langen
Lichtbogen und feintropfigen Werkstoffübergang wird auf zwei verschiedene
Arten ausgeführt, wenig oberhalb der kritischen Stromstärke und mit dem
Hochstrombogen.
Der normale MIG- Bogen
Im erstgenannten Fall wird mit den Durchmessern 1,2; 1,6 und 2,4 mm
geschweißt. Die Variation von Strom und Spannung wird innerhalb nachstehender
Grenzen gehalten:
|
1,2 mm
|
1,6 mm
|
2,4 mm
|
|
180-240 A
|
240-300 A
|
280-380 A
|
|
24-26 V
|
25-28 V
|
26-29 V
|
Der Bogen wird dabei so schnell weiterbewegt, dass ein Vorlaufen der
Schweißschmelze unterbleibt...Dieser normale MIG- Bogen eignet sich für Werkstoffdicken
bis 6 mm zum Durchschweißen von nicht angefasten I- Stößen.
....Der richtig arbeitende Bogen wurde
nur mittels der Vorwärmhöhe einreguliert. Ohne Vorwärmung erzeugte der
Lichtbogen tiefe Löcher, kräftige Qualmbildung und knatternde Geräusche
(siehe Bilder 4 + 5 unten).
Das vom Elektrodendraht abgeschmolzene Material lag wurstartig und
schlecht gebunden auf der schmalen, unregelmäßigen Einbrandfuge.
Beim Vorwärmen von 300°C beruhigt sich im untersuchten Fall der Vorgang;
Qualmbildung und harte Geräusche dämpften sich und ein klar sichtbarer
Schweißfluß bildete sich aus, mit welchem der gleichmäßig zischende
Lichtbogen fest verbunden schien.
|
|
|
|
Der Hochstrombogen
Beim Hochstrom- Lichtbogenschweißen werden Drahtbelastungen benützt,
die bei der oberen Grenze der in der obigen Tabelle angegebenen Stromwerte
und etwas darüber liegen.
Außerdem werden für dickere Bleche auch Drähte von 3,2 und 3,6 mm verwendet,
wobei bis 650 A Schweißstrom vorkommen.
Die Wirkung des Hochstrom- Schweißens beruht weniger auf der Höhe der
angewendeten Schweißleistung als vielmehr auf Ausbildung tief eindringender,
schmaler Einbrände.
Die Abb.6 und 7 zeigen den
wesentlichen Unterschied in der Wirkung zwischen dem normalen MIG- Lichtbogen
und dem Hochstrombogen.
Der feintropfigen, kurzschlußfreien Werkstoffübergang ist beiden eigen. Während
aber der normale, breit aufliegende Bogen seine beste Eignung für das
Mehrlagenschweißprinzip aufweist und im allgemeinen auch dafür verwendet
wird, ist der tiefeingreifende Hochstromlichtbogen besser für das
Durchschweißen dicker Querschnitte mit einer einzigen Lage, oder, wie beim UP
Verfahren, mit je einer Lage von beiden Seiten geeignet.
Sein größter Vorteil ist seine hohe Wirtschaftlichkeit infolge seiner
dem UP- Schweißen nicht nachstehender Schweißleistung, dem sparsamen Aufwand
an Zusatzwerkstoff und der simplen und zuverlässigen Durchschweißung.
Das Durchschweißen gegen eine nichtanschmelzende Unterlage kann im Gegensatz
zum UP Schweißen bis zu einer beträchtlichen Wanddicke ausgeführt werden.
Das Verfahren bedarf ferner viel weniger Vorwärmung als das Schweißen mit
normalem Bogen. Es ist porensicherer und besitzt wenig Neigung,
Oxydeinschlüsse in der Nahtwurzel zu bilden.
Die Überleitung vom normalen zum "schneidenden", d.h.
tiefeinbrennenden Hochstrombogen wird am einfachsten dadurch erreicht, dass
man die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung und gleichzeitig die
Lichtbogenstromstärke erhöht.
Der Übergang zum tiefen Einbrand in der Mitte der aufgeschmolzenen
Lichtbogenspur vollzieht sich von selbst. Die Stromdichte auf der flüssigen
Kathodenfläche wächst mit dem Strom und quadratisch mit der Abnahme der
Breite des abgeschmolzenen Bereiches.
|
|
|
|
|
Die natürlichen Nahtformen für die Hochstrom- Schweißtechnik sind der I-, Y-
und der doppelte Y- Stoß und die Schweißung gegen eine Unterlage oder die
Fertigschweißung mit je einer Deck- und Wurzellage....
Vor der Gegenschweißung von Y- Vorbereitung ist es geradezu üblich geworden.
die Nahtfuge auszusägen oder zu fräsen.
Der Bedarf an Vorwärmung ist bei Hochstrombogen in der Regel auch bei gut
wärmeleitenden Al- Sorten und großen Wanddicken relativ gering und die
Sicherheit gegen grobe Porosität groß.
|
|
< zurück Text Abb.6/ 7
|
|
|
|
|
|
MIG- Nahtform der Aluminium Hochstromschweißung
|
|
|
Anmerkung Michael Schaumann:
In der Literatur finden sich keine Eingrenzungen z.B. durch Angabe einer
Stromgrenzendichte für die Verfahren Hochstromschweißen und
Dickdrahtschweißen.
Im Beispiel von Herr Dr. Mantel liegen die Stromdichten für den Durchmesser
2,4 zwischen 78 und 107 A/qmm und für den Durchmesser 3,2 zwischen 54 und 78
A/qmm.
Ebenfalls wird in der Literatur (z.B. Herr B. Haas) auf die Porenanfälligkeit
des Hochstromverfahrens hingewiesen.
Herr Mantel sieht allerdings den Einfluss von Poren auf die Festigkeit als
eher gering an und berichtet für das Hochstromverfahren: " die
Sicherheit gegen grobe Poren groß sei"
|
|
|
VI. Das Dickdrahtschweißen
In den Vereinigten Staaten wurde in letzter Zeit über eine vierte Art
de Al- Schweißens berichtet, die am besten als Dickdrahtschweißen zu
bezeichnen ist.
Es soll besonders für das Schweißen schwerster Al- Bleche geeignet sein.
Drähte mit 4; 4,8 und 5,6 mm sind vorgesehen. Man belastet mit relativ
geringen Stromdichten, so dass ein grobtropfiges Abschmelzen des Drahtes
erfolgt.
Es ist durchaus möglich, dass mit so dicken Drähten die
Schwierigkeiten des Vorwärmens selbst bei Querschnitten mit mehr als 50mm
nicht mehr bestehen, weil der Lichtbogen ausreichend stark ist. Andererseits
ergeben sich bei solchen unkritisch belasteten Bögen keine Möglichkeit mehr,
bequem von beiden Seiten her dicke Stege durchzuschweißen, wie beim
Hochstrombogen. Auch erscheinen dem Verfasser die hierbei entstehenden großen
Schweißbäder für legierte Schweißnähte ungünstig.
|
|
VIII. Porenneigung
Reines Aluminium und Legierungen mit sehr geringem Gehalt an
Eutektikum erstarren praktisch ohne Schmelzintervall bei Überschreitung der
Schmelztemperatur zu einer festen Masse von unter sich fest eingebundenen
Einzelkristallen.
Die Umwandelung vom flüssigen zum verformbaren, festen Aggregatzustand geht
also bei einer bestimmten Temperaturspanne vor sich.
Das Gefüge des Reinaluminiums erhält damit unmittelbar nach dem
Unterschreiten des Schmelzpunktes genügend Bindung, um verformt werden zu
können.
Es besitzt deshalb nur sehr geringe Neigung zu Warmrissen, die übrigens wegen
der fehlenden oder sehr kleinen Schmelzintervalle auch nicht angeregt werden.
Die Erstarrung ohne ausreichendes Schmelzintervall verursacht allerdings beim
Ausgasen Schwierigkeiten. Reine Metalle sind deshalb porenempfindlicher als
Legierungen.
|
|
|
|
|
|
IX. Warmrißneigung
Anders liegen die Verhältnisse bei Legierungen mit geringem Anteil an
Eutektikum.
Auch hier erstarrt die Grundmasse schon bald nach Unterschreiten des
Schmelzpunktes von Reinaluminium zu einer Masse verschieden orientierter
Einzelkristalle. Allerdings sind diese nach Durchschreiten des
Schmelzintervalles unter sich noch nicht fest gebunden.
Infolge rascher Abkühlung unterbleibt nämlich der Diffusionsausgleich, so
dass die einzelnen Kristallkörner des Gefüges voneinander getrennt sind.
Wenn auch da und dort örtliche, aber leicht zerstörbare interkristalline
Bindungen entstehen mögen, kann ein solches Gefüge noch keine Zug- oder
Scherbeanspruchungen übertragen.
Erst wenn die eutektische Temperatur unterschritten wird, tritt die Bindung
ein, und das Gefüge wird beanspruchbar. Während der Abkühlung durch das
Temperaturgebiet zwischen Schmelzpunkt und der eutektische Temperatur
entstehen zudem Schrumpf- und Ausdehnungbewegungen innerhalb der
Schweißverbindung.
Diese gefährden den Gefügezusammenhang durch Ausbildung klaffender Spalte
längs der mit Eutektikum benetzten Korngrenzen (Bild oben).
Nimmt die Masse des Eutektikum zu, so schwimmen die beim Unterschreiten des
Soliduspunktes, oder wenn keine festen Lösungen entstehen, bis zur
eutektische Temperatur ausgeschiedenen festen Kristalline in der eutektische
Schmelze.
Bis zur eutektische Temperatur verhält sich das Gefüge demnach mehr und mehr
wie eine Flüssigkeit. Die Erstarrung erfolgt nicht innerhalb eines
Temperaturintervalles, sondern bei der eutektische Temperatur. Das bedeutet,
dass die Warmrißneigung mit zunehmendem Anteil an Eutektikum immer mehr
verschwindet.
Der Zusammenhang der Rißempfindlichkeit mit einem bestimmten Anteil
von Eutektikum, d.h. mit einer bestimmten Legierungshöhe, wurde bereits von
verschiedenen Forschern untersucht (I.D. Dowd 1952, W.I. Pumphrey 1955). In
Abbildung 16 sind die Ergebnisse der bekannt gewordenen Versuche in einem
Diagramm zusammengefasst. Darunter sind in einer Tabelle die Gehalte höchster
Rißempfindlichkeit und die für die praktischen Zwecke empfohlene Mindesthöhe
für Si, Cu und Mg oder Si in SiMg- Legierungen aufgeführt.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Für die Praxis ergeben sich aus diesen Untersuchungen verschiedene
Folgerungen:
zunächst die Bestätigung einer alten
Schweißerregel für Aluminium: danach soll man legiertes Aluminium mit
legierten Drähten (gemeint war S AlSi5) und unlegiertes Aluminium mit
unlegierten Drähten schweißen.
Darüber hinaus erkennt man aber auch
die Möglichkeiten genauer, die Schweißrissneigung zu bekämpfen. Auf einfachste
Weise kann durch Auflegieren des Schweißgutes entgegengewirkt werden.
Si ist dabei am wirksamsten. Wie
später noch ausgeführt wird, greift man auf Si nur in den Fällen zurück, bei
denen keine allzu hohen Festigkeitsanforderungen gestellt werden, manchmal,
wenn kein anderer Ausweg bleibt.
Andererseits können aber auch
rissempfindliche Zusammensetzungen geschweißt werden.
Man muss nur die Schweißtechnik danach
einrichten.
So beachte man, dass vor allem große Schweißbäder und örtliche Überhitzungen
vermieden werden und die Schweißung so zügig wie möglich einzubringen ist.
Hauptmerk ist eben darauf zu richten, dass die Schweiße schnell erstarrt,
d.h. das der rissgefährdete Temperaturintervall durch überschüssig
eingebrachte Wärme eintritt.
|
|
|
X. Korngrenzenlunker
Die Maßnahme, die Rissneigung einer Legierung mit ausreichend höher
legiertem Draht zu bekämpfen, beschwört unter Umständen aber gleichzeitig die
Neigung zu Korngrenzenbildung herauf, wie oben gezeigt.
..Naheliegenderweise ist die Tendenz bei einem bestimmten Anteil an
Eutektikum am größten.
In Schweißungen wird es nämlich
niemals gelingen, örtliche Schmelzüberhitzungen zu vermeiden, das bedeutet,
dass aus einem zufällig überhitzten Gefügebereich die flüssig bleibende
eutektische Korngrenzenmasse abgesaugt wird und Korngrenzenhohlräume
entstehen (Abb. 17).
Dem Fehler und seiner Auswirkung kann man wie dem Warmriss sowohl durch
geeignete Schweißtechnik als auch metallurgisch durch Mittel begegnen, die
z.B. die feinkörnige Gefügeausbildung fördern.
|
|
|
|
|
|
. .....Die Hauptgesichtspunkte für das
Vermeiden von Korngrenzenlunker sind Feinkörnigkeit,
Vermeidung von örtlichen Überhitzungen und großer, langsam erstarrender
Schweißschmelzen.
Mittel zur Beeinflussung sind
Legierungsbeigaben, die eine natürliche Feinkörnigkeit durch
Kristallisationskernbildung fördern, wie z.B. geringe Ti-Gehalte.
Außerdem kann selbstverständlich die
Korngröße durch schweißtechnische Maßnahmen fein gehalten werden.
Die Abb.18 zeigt die Gegenüberstellung der beiden Biegeproben. Die eine
Probe, die mit wenig Lagen gefüllt wurde, ist trotz guter Verformbarkeit
flächenrissig, die andere, mit dünneren und mehr Lagen gefüllte ist beim
Biegen glatt und rissfrei geblieben.
|
|
|
|
|
|
|
|
Die höchsten Nahtfestigkeiten in Mehrlagenschweißungen konnten bei der
Anwendung Mg- legierter Drähte mit niedrigen bis mittleren Strombelastungen und
zügig eingebrachten, nicht gependelten Schweißlagen erhalten werden.
Der Begriff der Schweißbarkeit wäre unvollständig behandelt, wenn man
nicht auch das Verhalten der Werkstoffe beim Umschmelzen in der jeweiligen
Wärmquelle betrachten würde.
Beim Lichbogenschweißen können z.B. die Zusammensetzungen von Magnesium und
zinkhaltigen Legierungen verändert werden, wenn man die leichte
Verdampfbarkeit dieser Metalle nicht beachtet. Für sie empfiehlt es sich
nicht, die spezifische Belastung des Drahtes zu hoch zu wählen.
Weiterhin können sich bei der Anwendung bestimmter
Grundwerkstoffdrahtkombinationen zum Alterungsverspröden neigende
Schweißgutzusammensetzungen ergeben. Die Beobachtungen auf diesem Gebiet sind
noch nicht ausreichend, um feste Angaben zu machen. Doch kann man schon heute sagen, dass man Mg- legierte Werkstoffe
nicht mit Si- legierten Drähten schweißen soll.
|
|
|
XI. Die Festigkeit von Schweißverbindungen
Langjährige Beobachtungen von Prüfergebnissen an
lichtbogengeschweißten Verbindungen von Al-Legierungen bestätigen eine
allgemein verbreitete Ansicht, dass Poren die Zerreißfestigkeit nicht
wesentlich beeinflussen.
Bemerkenswert ungünstig wirken Gefügefehler und Warmrissigkeit.
Letztere kann ausgedehnt und mit nichtzerstörenden Verfahren kaum nachweisbar
auftreten.
Als Risse müssen natürlich auch die gelegentlich vorkommenden Oxydeinschlüsse
betrachtet werden..
Die Auswirkungen dieser Fehlerstellen vermindern Festigkeit und 0,2%
Dehngrenze, insbesondere aber auch das Verformungsvermögen.....
Von besonderer Wichtigkeit ist, dass
bei dieser Entwicklung der Vermeidung von Gefügerissen in Zerreis- und
Biegeproben viel mehr Bedeutung zukam als der Porenfreiheit.
Der Verfasser glaubt
weiterhin,
dass zum Nachweis der Qualität von Schweißverbindungen aus Al- Legierungen
der Zerreißprobe aus dem Schweißgut und Zerreiß- und Biegeproben quer zur
Verbindung ausreichen.
Die Prüfung der Kerbschlagzähigkeit
hat an Lichtbogenschweißungen irreführende Ergebnisse gebracht, weil z.B.
feine Gefügerissigkeit eine Verbesserung der Kerbzähigkeit vortäuscht....
Für die Schweißungen von Reinaluminium
Al99,8;Al99,5 und Al99 bewährte sich am besten der Schweißdraht S Al99,5 Ti.
Qualitätsdrähte dieser Art werden
sowohl mit spezialgebeizter als auch in geschälter Ausführung auf den Markt
gebracht.
Der Ti- Zusatz zur Drahtlegierung
sichert die feinkörnige Erstarrung des Schweißgutes.
Die gewährleistete Feinkörnigkeit
dieses Drahtes macht ihn sogar bei einiger Sorgfalt für die Schweißung der
rissempfindlichen, niedriglegierten AlMgSi- und AlMg- Legierungen anwendbar.
Zum Schweißen von AlMgSi- und AlMg3Si
verwendet man der Einfachheit halber am liebsten den Schweißzusatzdraht S-
AlSi 5.
Die hierbei erzielten Festigkeiten
sind nicht besonders hoch. Ausgesprochen schlecht fällt aber die
Verformbarkeit solcher Verbindungen aus.
Man weicht deshalb gern auf die
Anwendung von S AlMg5 aus, erhält dabei höhere Festigkeit und gut verformbare
Verbindung, muss jedoch höhere Warmrißneigung beobachten.
Die AlMg-3-Gruppe und die höher Mg-
legierten Werkstoffe sollen immer mit S AlMg5 geschweißt werden.
Zu bemerken ist hier,
dass in AlMg4 bis AlMg4,5 sich immer mehr als Werkstoff für Druckbehälter und
für den Schiffsbau einführt. Der Schweißdraht S AlMg5 in einigen Variationen
ist für diese Werkstoffgruppe zur Standartqualität geworden
|
|
|
XII. Zusammenfassung
Die Problematik der Al-
Schweißung mit dem Metallichtbogen in Edelgas wird aufgezeigt und Mittel und Verfahren
zur Vermeidung von Poren und Oxydeinschlüssen angegeben.
Im Zusammenhang hiermit beschreiben die Ausführungen die verschiedenartigen
Verfahrenstechniken ihre Besonderheiten und ihren zweckmäßigen Einsatz.
Sodann werden die Fragen der Schweißbarkeit der verschiedenen Aluminium
Legierungen systematisch überprüft und für den praktischen Einsatz von
Zusatzwerkstoffen und Verfahren Schlüsse gezogen.
Abschließend sind Grundwerkstoff-Drahtkombinationen, die heute zu erwartenden
physikalischen Eigenschaften geschildert und künftige Entwicklungen
angedeutet.
|
|
|
|
|
Top