Verfahren zum Schweissen von Aluminiumlegierungen. Seit langer Zeit bemüht man sich, ein gutes Verfahren und einen guten Schweiss stab für das Schweissen von Aluminium legierungen der Gattung Al-Cu-Mg zu finden. Die Legierungen dieser Gattung enthalten bekanntlich 2,5 bis 5% Kupfer, 0,2 bis 2,5% Magnesium, 0,3 bis 1,5 % Mangan, 0 bis 1,5 Silizium. Die bekanntesten Vertreter dieser Gattung sind das Avional und das Dur alumin. Durch eine Wärmebehandlung, die aus einem Lösungsglühen, einem Ab schrecken und einer nachfolgenden Alterung entweder bei Raum- oder bei erhöhter Tem peratur besteht, erhalten sie sehr hohe Festig keitswerte.
Bis jetzt war es aber noch nicht gelungen, Teile aus diesen Legierungen so miteinander zu verschweissen, dass auch in der Schweissnaht genügend hohe Festigkeits- und Dehnungswerte erzielt werden; man war also hauptsächlich darauf angewiesen, die Verbin dung solcher Teile durch Nieten vorzuneh men, wenn man an der Verbindungsstelle einen zu schwachen Bereich vermeiden wollte. Diese Schwierigkeiten treffen besonders beim Schweissen von dickwandigen Werkstücken zu, wenn beispielsweise Bleche von 6 mm und darüber verbunden werden müssen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Schweissen von Aluminium legierungen der Gattung Al-Cu-Mg, das die Erzielung von bisher unerreichten Festig- keiten an der Schweissstelle gestattet. Unter Schweissen ist hier vor allem die Gasschmelz schweissung zu verstehen. Die Erfindung betrifft aber auch diejenigen elektrischen Schweissverfahren, bei denen ein Zusatz metall verwendet wird.
Erfindungsgemäss wird die Schweissung mit Hilfe eines Zusatzmetalles durchgeführt, wofür eine Aluminiumlegierung benützt wird, die 3 bis 5,5 % Kupfer, 1 bis 2 % Silizium und 0,1 bis 0,5 % Titan enthält. Zur Er höhung der Festigkeit kann man noch bis 0,5 % Magnesium und bis 1 % Mangan zu setzen, wobei der Gehalt an Aluminium ent sprechend verringert wird.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, den Gehalt an Eisen, das als Verunreinigung im Aluminium enthalten ist, so niedrig als möglich zu halten. Benützt man das übliche, Handelsaluminium für die Herstellung des Zusatzmetalles, so empfiehlt es sich, ein sol ches Handelsaluminium zu benützen, dessen Eisengehalt weniger als<B>0,'-)%</B> beträgt. Am besten ist es aber, wenn man Reinstalumi- nium mit 99,99% Reinheit und darüber ver wendet, wobei selbstverständlich dafür ge sorgt werden muss, dass auch die andern Me talle des Zusatzmetalles von hoher Reinheit sind.
Die Zusammensetzung des Zusatzmetalles wird vorzugsweise in folgenden Grenzen ge halten: 4 bis 5 % Kupfer, 1,2 bis 1,7 % Sili zium, 0,3 bis 0,6 % Mangan, 0,2 bis 0,35 Titan, 0 bis<B>0,3%</B> Magnesium, Rest Alumi nium mit weniger als 0,2 % Eisen. Man kommt selbstverständlich nicht aus dem Rah men der Erfindung heraus, wenn man dem Zusatzmetall unter entsprechender Verringe rung des Aluminiumgehaltes noch weitere Elemente zugibt, die keinen nennenswerten schädlichen Einfluss ausüben, oder eine Ver besserung hervorrufen, wie zum Beispiel ge ringe Mengen von Chrom oder Zink. Zur Erzielung der höchsten Festigkeits werte ist es erforderlich, die geschweissten Werkstücke nachträglich durch Wärme- behandlung auszuhärten.
Besonders bei dick wandigen Werkstücken, so zum Beispiel bei Blechen von 10 mm Dicke und darüber, ist; es vorteilhaft, das Lösungsglühen sehr lange Zeit auszudehnen, zum Beispiel 24 Stunden und mehr, und dies bei der höchst zulässigen Temperatur. Diese höchst zulässige Tem peratur ist bekanntlich je nach Zusammenset zung der Legierung des Werkstückes ver schieden und kann vom Herstellerwerk ange geben werden.
Folgende Beispiele zeigen, dass nach dem neuen Verfahren sehr beachtliche Festig- keiten an der Schweissnaht erzielt. werden können. Es wurden Bleche von 3, 6 und 12 mm Dicke aus Al-Cu-Mg-Legierung mit V-Naht unter Verwendung eines Schweiss pulvers und einer Acetylen - Sauerstoff- Flamme stumpf aneinandergeschweisst.
Die Schweissdrahtlegierung (das Zusatzmetall) hatte folgende Zusammensetzung: 4,5 % Kup fer, 1,5 % Silizium, 0,5 % Mangan, 0,3 Titan, 0,2 % Magnesium, Rest Reinstalumi- nium. Ein Teil der Muster wurde durch 24- stündiges Lösungsglühen im Luftbad bei <B>510</B> 5 C, Abschrecken in Wasser und Al terung bei Zimmertemperatur ausgehärtet. An quer durch die Schweissnaht entnommenen Probestreifen wurden folgende mechanische Eigenschaften ermittelt:
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Der Bruch erfolgte in allen Fällen in der Schweissnaht.
Ein weiterer Teil der Muster wurde in gleicher Weise ausgehärtet, doch dauerte das Lösungsglühen 2 X 24 Stunden. Folgende Zahlenwerte zeigen, dass durch das längere Lösungsglühen eine nennenswerte weitere Verbesserung der Festigkeitseigenschaften erreicht wurde:
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Process for welding aluminum alloys. For a long time, efforts have been made to find a good method and a good welding rod for welding aluminum alloys of the Al-Cu-Mg type. The alloys of this type are known to contain 2.5 to 5% copper, 0.2 to 2.5% magnesium, 0.3 to 1.5% manganese, 0 to 1.5% silicon. The best-known representatives of this genus are avional and major aluminum. Through a heat treatment, which consists of a solution heat treatment, a quenching and a subsequent aging either at room temperature or at elevated temperature, they get very high strength values.
Up until now, however, it had not yet been possible to weld parts made of these alloys together in such a way that sufficiently high strength and elongation values were also achieved in the weld seam; so one was mainly dependent on the connection of such parts by riveting if one wanted to avoid a too weak area at the connection point. These difficulties apply particularly when welding thick-walled workpieces when, for example, sheets of 6 mm and above have to be connected.
The subject matter of the invention is a method for welding aluminum alloys of the Al-Cu-Mg type, which enables previously unattainable strengths to be achieved at the welding point. Welding is to be understood here primarily as gas fusion welding. However, the invention also relates to those electrical welding processes in which an additional metal is used.
According to the invention, the welding is carried out with the aid of an additional metal, for which an aluminum alloy is used which contains 3 to 5.5% copper, 1 to 2% silicon and 0.1 to 0.5% titanium. To increase the strength, up to 0.5% magnesium and up to 1% manganese can be added, with the aluminum content being reduced accordingly.
It has been shown that it is advantageous to keep the content of iron, which is contained as an impurity in aluminum, as low as possible. If the customary commercial aluminum is used for the production of the additional metal, it is advisable to use such commercial aluminum, the iron content of which is less than <B> 0. '-)% </B>. It is best, however, to use pure aluminum with a purity of 99.99% and above, whereby it must of course be ensured that the other metals of the additional metal are also of high purity.
The composition of the additional metal is preferably kept within the following limits: 4 to 5% copper, 1.2 to 1.7% silicon, 0.3 to 0.6% manganese, 0.2 to 0.35 titanium, 0 to <B> 0.3% </B> magnesium, the remainder aluminum with less than 0.2% iron. It goes without saying that one does not get out of the scope of the invention if further elements are added to the additional metal with a corresponding reduction in the aluminum content, which do not exert any significant harmful influence or cause an improvement, such as small amounts of chromium or zinc . To achieve the highest strength values, it is necessary to subsequently harden the welded workpieces by means of heat treatment.
Especially with thick-walled workpieces, for example with sheets of 10 mm thickness and more, is; it is advantageous to extend the solution heat treatment for a very long time, for example 24 hours and more, and this at the highest permissible temperature. This maximum permissible temperature is known to vary depending on the composition of the alloy of the workpiece and can be specified by the manufacturer.
The following examples show that the new process achieves very considerable strengths at the weld seam. can be. Sheets of 3, 6 and 12 mm thick made of Al-Cu-Mg alloy with a V-seam were butt-welded together using a welding powder and an acetylene-oxygen flame.
The welding wire alloy (the additional metal) had the following composition: 4.5% copper, 1.5% silicon, 0.5% manganese, 0.3% titanium, 0.2% magnesium, the remainder being pure aluminum. Some of the specimens were hardened by solution heat treatment in an air bath at <B> 510 </B> 5 C, quenching in water and aging at room temperature. The following mechanical properties were determined on test strips taken across the weld seam:
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In all cases, the break occurred in the weld seam.
Another part of the samples was cured in the same way, but the solution heat treatment lasted 2 × 24 hours. The following numerical values show that the longer solution heat treatment resulted in a notable further improvement in the strength properties:
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