Füllmaterial zum Schweissen von Aluminiumlegierungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllmaterial zum Schweissen von Aluminiumlegierungen, insbeson dere von Legierungen des Typs AlZnMg.
Legierungen des Typs AlZnMg mit relativ hohen Zink- und Magnesiumgehalten und Kupferzusätzen wer den seit langer Zeit als hochfeste Legierungen besonders in der Flugzeugindustrie verwendet. Ein grosser Nachteil dieser Legierungen besteht jedoch darin, dass sie wenig widerstandsfähig gegen Korrosion und ungeeignet zum Schweissen sind.
In neuerer Zeit wurden kupferfreie Legierungen mit niedrigeren Zink- und Magnesiumgehalten (etwa 5 % Zn und 1 % Mg) entwickelt, welche schweissbar sind. Diese Legierungen sind dadurch ausgezeichnet, dass sie in ge schweisstem Zustand die stärksten im Handel befind lichen Aluminiumlegierungen sind. Die Korrosionsfestig keit der Basislegierung ist gut, aber da die Legierungen hauptsächlich für geschweisste Konstruktionen bestimmt sind und die Widerstandsfähigkeit der Schweissnähte ge gen Spannungskorrosion ziemlich niedriger ist, ist die Verwendbarkeit dieser Legierungen beschränkt.
Als Füllmetall zum Schweissen wurden Legierungen mit etwa 5 % Silicium oder etwa 5 % Magnesium, oder aber ternäre A1MgSi-Legierungen verwendet. Von die sen finden A1Mg-Legierungen mit etwa 5 % Magne sium am meisten Verwendung, da man mit ihnen die grösste Stärke erzielt.
Zum Verbessern der Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion des Basismetalls wurden Zusätze von vielen verschiedenen Elementen ausprobiert, wie beispielsweise Zusätze von Silber. Wenn man dem Basismetall 0,3 bis 0,8 % Silber zusetzt, werden ge wisse Verbesserungen der Stärke der Basislegierung und eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskor rosion erzielt.
Versuche, auf welche die vorliegende Erfindung be ruht, haben den schon früher festgestellten Effekt des Silbers auf die verbesserte Stärke beim künstlichen<B>Al-</B> tern bestätigt. Ausserdem bewiesen diese Versuche auch, dass a) die Anfälligkeit gegen Risse beim Schweissen durch Silberzusätze bis zu 0,4 % nicht beeinflusst wird, b) die Stärke von normal geschweisstem Material in folge der Zugabe von Silber zunimmt und c) die Widerstandsfähigkeit der Schweissnähte gegen Spannungskorrosion durch die Zugabe von Silber er heblich verbessert wird.
Von diesen Vorteilen ist der unter c) genannte äusserst wichtig. Da jedoch die nötige Silberzugabe (etwa 0,3 %) den Preis der Basislegierung erhöht, bietet dieses Verfahren zum Erhöhen der Korrosionsfestigkeit praktisch nur ein kleines Interesse.
Die Erfinder haben Spannungskorrosionsversuche an Schweissnähten von bekannten A1ZnMg-Legierungen vorgenommen, wobei mit und ohne Silberzusätze ge arbeitet wurde. Die silberfreie Legierung (A) hatte die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
EMI0001.0012
1,2 <SEP> % <SEP> Mg
<tb> 4,9 <SEP> % <SEP> Zn
<tb> 0,17 <SEP> % <SEP> Cr
<tb> 0,24 <SEP> % <SEP> Mn
<tb> Rest <SEP> Al <SEP> von <SEP> Handelsqualität Die silberhaltigen Legierungen enthielten zusätzlich 0,24 % Ag (Legierung B) bzw. 0,40 % Ag (Legierung C).
Als Füllmetall wurde ein silberfreier Schweissdraht einer A1Mg-Legierung mit 5 % Mg benützt.
Zum Herstellen der Prüflinge für die Spannungs korrosionsversuche wurden zwei Stangen mit einem Querschnitt von 3 X 100 mm nach dem IIG-Verfahren (Wolfram, Schutzgas, nichtleitender Schweissdraht) mit einer I-Verbindung stumpfgeschweisst. Von den erhalte nen Schweisslingen wurden 10 mm breite Teststücke rechtwinklig zur Schweissnaht ausgeschnitten.
Diese Teststücke wurden den folgenden Wärmebehandlungen unterworfen: 1. natürliches Altern - Schweissen - künstliches Altern 2. künstliches Altern - Schweissen - künstliches Altern 3. künstliches Altern - Schweissen - natürliches Altern Die folgenden Spannungskorrosionsversuche wurden durch Freiluftexposition in einer milden Industrieat mosphäre bei einer konstanten Zugspannung von 31,5 kg/mm2 vorgenommen. Mit jeder Teststückart wurden vier Versuche vorgenommen und aus diesen die; mittlere Lebensdauer der Teststücke in Tagen berechnet.
Für diejenigen Fälle, in welchen alle vier Teststücke während der Versuchsdauer nicht brachen, wurde das Zeichen i vor den Tabellenwert gestellt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle I enthalten.
EMI0002.0009
Aus dieser Tabelle folgt klar, dass, wenn in der Basislegierung Silber vorhanden ist, die Neigung zur Spannungskorrosion im geschweissten Material eben falls erheblich abnimmt. Bei dieser Art von realistischer Spannungskorrosionsprüfung entstanden im Schweiss material selbst Bruchanrisse wegen der Sprödigkeit. Durch mikroskopische Untersuchung wurde festgestellt, dass diese Bruchanrisse interkristallin waren.
Die durch die Erfinder unternommenen Versuche zeigten somit, dass die Zusammensetzung des Schweissmaterials für die Spannungskorrosionsfestigkeit der Schweissnaht aus schlaggebend ist, weshalb der Vorschlag auftauchte, ein silberhaltiges Füllmaterial für das Schweissen von Alu miniumlegierungen zu verwenden.
Es wurde gefunden, dass bei Aluminiumlegierungen, insbesondere vom Typ A1ZnMg, welche mit einem nor malen Füllmaterial, das zusätzlich noch Silber enthält, geschweisst werden, Schweissnähte erhalten werden kön nen, welche eine erheblich verminderte Neigung zu Spannungskorrosion zeigen. Das erfindungsgemässe Füll material zum Schweissen von Aluminiumlegierungen, insbesondere vom Typ AlZnMg ist dadurch gekenn zeichnet, dass es 2-8 % Mg und/oder Si bis zu 8 %, wenigstens eines der Elemente Cu, Mn, Cr, Zr, B, Ti, V und Li in einer Totalmenge bis zu 5 %, 0,1=10 Ag und ferner A1 enthält.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ent hält das Füllmaterial 3-8 % Mg und 0,3-3 % Ag. Eine geeignete Zusammensetzung ist die folgende (Gewichts prozente):
EMI0002.0018
Mg <SEP> <B>3-8%</B>
<tb> Mn <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1,0
<tb> Cr <SEP> <SEP> 1,0%
<tb> Cu <SEP> " <SEP> <SEP> 0,5%
<tb> Zr <SEP> <SEP> 0,1%
<tb> B <SEP> <SEP> <B>0,1%</B>
<tb> Ti <SEP> <SEP> 0,5
<tb> V <SEP> <SEP> <B><I>0,5%</I></B>
EMI0002.0019
Li <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 0,1
<tb> Ag <SEP> 0,5-2,5%
<tb> Al <SEP> Rest, <SEP> einschl. <SEP> normaler <SEP> Verunreinigungen Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfin dung enthält das Füllmaterial 3-8 % Si und 0,3-3 % Ag.
Eine geeignete Zusammensetzung ist die folgende (Ge wichtsprozente):
EMI0002.0021
Si <SEP> 3-8%
<tb> Mn <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 1,0
<tb> Cr <SEP> <SEP> 1,0%
<tb> Cu <SEP> <SEP> 0,5%
<tb> Zr <SEP> <SEP> 0,1%
<tb> B <SEP> <SEP> <B>0,1%</B>
<tb> Ti <SEP> <SEP> 0,5%
<tb> V <SEP> <SEP> 0<B><I>"</I></B>5
<tb> Li <SEP> <SEP> 0,1%
<tb> Ag <SEP> 0,5-2,5%
<tb> Ag <SEP> 0,5-2,5%
<tb> A1 <SEP> Rest, <SEP> einschl. <SEP> normaler <SEP> Verunreinigungen Wenn sowohl Mg wie auch Si vorhanden sind, ent hält das erfindungsgemässe Füllmaterial vorzugsweise 2-8 % Mg, 0,5-3 % Si und 0,3-3 % Ag. <I>Beispiel</I> Aus einer AlMg-Legierung mit 5 % Mg, 0,9 % Ag und 0,2 % Mn wurden Schweissdrähte als Füllmaterial hergestellt.
Mit diesen Schweissdrähten wurden zwei Stangen von 3 X 100 mm mittels des IIG-Verfahrens mit einer 1-Naht stumpfgeschweisst. Es wurden recht winklig zur Schweissnaht Teststücke ausgeschnitten. Als Basismetall diente eine bekannte A1ZnMg-Legierung der folgenden Zusammensetzung:
EMI0002.0029
Zn <SEP> 4,6
<tb> Mg <SEP> 1,2%
<tb> Cr <SEP> 0,17
<tb> Mn <SEP> 0,25
<tb> A <SEP> Rest, <SEP> Handelsqualität Zu Vergleichszwecken wurden Stäbe der gleichen Legierung mit einem Schweissdraht der obigen Zusam- mensetzung, jedoch ohne Silbergehalt, geschweisst.
Die geschweissten Teststücke wurden in Freiluftatmosphäre unter konstanter Zugspannung exponiert. Von jedem Testmaterial wurden vier Teststücke genommen und aus diesen die durchschnittliche Lebensdauer ermittelt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 1I enthalten.
<I>TABELLE 11</I> Mittlere Lebensdauer in Tagen Zugspannung 30 kg/mm
EMI0002.0036
Schweissdraht <SEP> ohne <SEP> Ag <SEP> 3 <SEP> Tage
<tb> Schweissdraht <SEP> mit <SEP> 0,9 <SEP> % <SEP> Ag <SEP> 7,5 <SEP> Tage Es wird darauf hingewiesen, dass die Resultate der Tabelle 11 mit denjenigen der Tabelle I nicht direkt vergleichbar sind, da die Versuche zu verschiedenen Zeiten durchgeführt worden sind.
Ein Vergleich zwi- scheu den Resultaten aus diesen Versuchsreihen, welche gleichzeitig unter identischen Bedingungen vorgenom men wurden, zeigt jedoch, dass die erfindungsgemässen silberhaltigen Schweissdrähte bessere Resultate bezüg lich der Spannungskorrosionsfestigkeit ergeben.
Der Grund dafür, dass im obigen Beispiel ein Silber gehalt von 0,9 % für das Füllmaterial gewählt wurde, um eine silberfreie A1ZnMg- Legierung zu schweissen, liegt darin, dass beim Schweissen die Verdünnung derart ist, dass im geschweissten Material etwa derselbe Silber gehalt erhalten wird, wie man ihn erreichen würde, wenn man mit einem silberfreien Füllmaterial ein Basis metall der gleichen Zusammensetzung, jedoch mit einem Silbergehalt von 0,4 % schweissen würde.
Es wurde in der Einleitung erwähnt, dass die Gefahr der Spannungskorrosion in geschweissten Legierungen vom Typ AlZnMg die Verwendungsmöglichkeiten sol cher Legierungen begrenzt. Mit dem erfindungsgemä ssen Füllmaterial, welches auf einer für diesen Zweck üblichen Legierung beruht und zusätzlich Silber enthält, kann die Gefahr der Spannungskorrosion stark vermin dert werden, wodurch die A1ZnMg-Legierungen breitere Verwendung finden können.
Das erfindungsgemässe Füllmaterial wird normaler weise in Form nichtleitender Schweissdrähte oder -stäbe verwendet. Man kann es aber auch als leitenden Draht oder Elektrodenstab verwenden.
Das Silber muss in den erfindungsgemässen Schweiss drähten oder -stäben nicht der Grundlegierung zulegiert werden, sondern kann auch in anderer Form, beispiels weise als Verbundmaterial, eingesetzt werden. Man kann also das Silber als homogene Schicht von gleich mässiger Dicke auf eine Seele aus einer silberfreien Le gierung der übrigen Komponenten aufbringen. Das Sil ber kann auch die Seele eines Stabes aus einer silber freien Legierung bilden, welche aus den übrigen Kom ponenten besteht. Vorzugsweise ist jedoch das Silber als Legierungsbestandteil in der Füllmateriallegierung vor handen, auch wenn die vorhin genannten Ausführungs formen von der Erfindung mitumfasst werden.