DE102016121114A1

DE102016121114A1 - Schweissverfahren und schweissverbindungen zum verbinden von hochfesten aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE102016121114A1
Application number: DE102016121114.1A
Authority: DE
Inventors: Wei Zhang; Tyler Borchers
Original assignee: Ohio State Innovation Foundation
Current assignee: Ohio State Innovation Foundation
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US10927869B2; US20170130752A1

Abstract

Schweißverfahren und Schweißverbindungen zur Verbesserung des Korrosionswiderstands der Verbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung werden hierin beschrieben. Ein Beispielverfahren kann das Aufbringen einer ersten Schweißnaht an einer Verbindungsstelle zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mittels eines ersten Füllmetalls umfassen, sowie das Anbringen einer zweiten Schweißnaht auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs von der ersten Schweißverbindung mithilfe eines zweiten Füllmetalls. Die zweite Schweißnaht kann mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs oder eines Schweißverfahrens mit einem Hochenergiestrahl angebracht werden. Darüber hinaus kann die zweite Schweißverbindung eine Sekundärphase der ersten Schweißverbindung verändern.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beruft sich auf die vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 62/251,427, eingereicht am 5. November 2015 mit dem Titel „SCHWEISSVERFAHREN UND SCHWEISSVERBINDUNGEN ZUM VERBINDEN VON HOCHFESTEN ALUMINIUMLEGIERUNGEN“, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich vollständig durch Verweis aufgenommen wird.
AUSSAGE BEZÜGLICH VON DER AMERIKANISCHEN BUNDESREGIERUNG GEFÖRDERTER FORSCHUNG
Diese Erfindung wurde mithilfe von staatlich geförderter Unterstützung durch den von der National Science Foundation zugeteilten Subvention Nr. GRT00020596 erzielt. Die Regierung hält bestimmte Rechte an der Erfindung.
STAND DER TECHNIK
Aluminiumlegierungen (engl. aluminum alloys, AA) verfügen über eine ausgezeichnete Verbindung aus hoher Festigkeit und geringer Dichte und werden daher weithin für Leichtbauanwendungen verwendet. Beispielsweise verwenden einige moderne Kleintransporter Legierungen der 6xxx-Reihe (gelegentlich als hochfeste, militärisch verwendbare AA bezeichnet), die das Gewicht um bis zu 318 Kilogramm (700 Pfund) im Vergleich zu den Vorgängermodellen mit hochfesten Stahlrahmen verringern. Fortschrittliche hochfeste AA, wie die Legierungen der 7xxx-Reihe, können um 80 Gew.-% stärker sein als die Legierungen der 6xxx-Reihe und sind durch ihre Anwendungen in gewichtssensiblen Flugzeugstrukturen gut bekannt. Durch ihre positiven Ergebnisse im Vergleich zu anderen Strukturmaterialien wie moderne hochfeste Stähle und Magnesiumlegierungen können Legierungen der 7xxx-Reihe wesentliche Möglichkeiten für eine weitere Gewichtsreduzierung in der nächsten Generation von Leichtbaustrukturen bieten.
Schmelzschweißen, einschließlich verschiedener Leuchtbogen- und Hochenergiestrahlschweißverfahren (z. B. Laserstrahl), ist ein wichtiger Prozess beim Zusammenfügen von AA. Derzeit ist eine wesentliche technische Hürde für die weitverbreitete Umsetzung der Legierungen der 7xxx-Reihe für Leichtbaustrukturanwendungen die Anfälligkeit für die umweltbedingte Beschädigung der Schweißverbindungen. Beispielsweise haben Studien gezeigt, dass Belastungskorrosionsrissbildung (engl. stress corrosion cracking, SCC), eine schwere Form der umweltbedingten Beschädigung während der Umwelttests unter für Landfahrzeugeinsätze relevanten Bedingungen an Gasmetalllichtbogenschweißungen von AA 7003 auftritt. Das Auftreten einer Rissbildung aufgrund von Umwelteinflüssen stellt ein schwerwiegendes Integritätsproblem für geschweißte Aluminiumstrukturen dar.
Ein Verfahren zur Abmilderung von SCC in Schweißnähten von Legierungen der 7xxx-Reihe wurde entwickelt. Das Verfahren nutzt das Rührreibschweißverfahren (FSP) zur Bearbeitung des Schweißnahtübergangs nach dem Abschluss des Gasmetalllichtbogenschweißens. Die Korrosionstestergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung in der SCC nach FSP. Dennoch stellt eine weitreichende Umsetzung von FSP, beispielsweise in der Massenproduktion an Automobilmontagebändern, voraussichtlich aus einer Reihe von Gründen eine Herausforderung dar. Zunächst einmal sind FSP-Maschinen eine große Kapitalinvestition für viele Hersteller von Originalzubehör sowie deren Zulieferern. Zweitens ist FSP ein zweiseitiges Verfahren und damit weniger flexibel und nicht gut umsetzbar an Ecken bzw. anderen komplexen Profilen, die bei Fahrzeugstrukturen häufig auftreten. Mit anderen Worten wird häufig ein Zugang zur Rückseite des Basismetalls benötigt, um eine ausreichende rückseitige Stütze für die hohe Schmiedekraft zu bieten, die bei FSP auf die Schweißnaht ausgeübt wird. Daher müssten spezielle Halterungen maßgefertigt und für unterschiedliche Schweißkonfigurationen hergestellt werden. Und schließlich kann FSP verhältnismäßig langsam sein (d. h. ein weniger produktiver Ablauf).
ZUSAMMENFASSUNG
Hochfeste Aluminiumlegierungen (z. B. Legierungen der 7xxx-Reihe, Legierungen der 2xxx-Reihe) werden zunehmende für Leichtbaukonstruktionen in Automobil- und Luftfahrtstrukturanwendungen eingesetzt. Beispielsweise sind Leichtbaustrukturen entscheidend für energieeffiziente Transportsysteme der nächsten Generation. Ein weitverbreiteter Einsatz solcher Legierungen ist aufgrund der negativen Umwelteinflüsse auf Schweißverbindungen nicht häufig machbar. Ein besonders besorgniserregender negativer Umwelteinfluss ist SCC. Daher werden hier Schweißverfahren und Schweißverbindungen, die den Widerstand einer Schweißnaht gegenüber negativen Umwelteinflüssen deutlich erhöhen beschrieben. Die Schweißverfahren und Schweißverbindungen verkleiden metallurgisch ein Material (z. B. eine Primärschweißnaht), die an einer Stelle gegen negative Umwelteinflüsse geschützt werden müssen. Darüber hinaus sind die hier beschriebenen Schweißverfahren kosteneffizient.
Ein Beispielverfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung wird hier beschrieben. Das Verfahren kann das Aufbringen einer ersten Schweißnaht zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mittels eines ersten Füllmetalls umfassen, sowie das Anbringen einer zweiten Schweißnaht auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs von der ersten Schweißverbindung mithilfe eines zweiten Füllmetalls. Die zweite Schweißnaht kann mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs oder eines Schweißverfahrens mit einem Hochenergiestrahl angebracht werden. Darüber hinaus kann die zweite Schweißverbindung eine Sekundärphase der ersten Schweißverbindung verändern.
Hierin wird auch eine Beispielschweißverbindung beschrieben. Die Schweißverbindung kann eine Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung umfassen, eine erste Schweißnaht, die an einer Verbindungsstelle zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung angebracht wird, und eine zweite Schweißnaht, die zumindest auf einem Teil des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht angebracht wird. Die erste Schweißnaht kann aus einem ersten Füllmetall bestehen und die erste Schweißnaht kann einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der ersten Schweißnaht und mindestens einem der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung definieren. Die zweite Schweißnaht kann aus einem zweiten Füllmetall bestehen und die zweite Schweißnaht kann einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der zweiten Schweißnaht und mindestens einem der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung definieren. Die zweite Schweißnaht kann mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs oder eines Schweißverfahrens mit einem Hochenergiestrahl angebracht werden. Darüber hinaus kann die zweite Schweißverbindung eine Sekundärphase der ersten Schweißverbindung verändern.
Die Sekundärphase der ersten Schweißnaht ist voraussichtlich anodisch (z. B., eine tau (Τ) oder beta(β)-Phase) zu mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung (z. B. dem Basismetall), was das Auftreten von Korrosion verursachen kann. Durch Anbringen der zweiten Schweißnaht wird die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht bzw. der zweiten Schweißnaht verringert, minimiert, eliminiert oder anderweitig von der Oberfläche des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht bzw. der zweiten Schweißnaht isoliert. In einigen Fällen ist die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht nicht vorhanden oder liegt nicht vor. Wenn eine anodische Sekundärphasenausscheidung vorliegt, auch in reduziertem oder minimiertem Ausmaß, sind die anodischen Sekundärphasenausscheidungen wahrscheinlich nicht schädlich, da die anodischen Sekundärphasenausscheidungen nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind (d. h. die zweite Schweißnaht überdeckt den Nahtübergang der ersten Schweißnaht). Alternativ oder zusätzlich ist die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht (soweit vorhanden) kathodisch oder neutral (d. h. nicht anodisch) gegenüber mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung. Mit anderen Worten: sofern eine Sekundärphasenausscheidung in der zweiten Schweißnaht vorliegt (d. h. vorhanden ist), sind die Sekundärphasenausscheidungen gegenüber dem Basismetall nicht anodisch. Die Sekundärphase in der zweiten Schweißnaht kann beispielsweise ein Mg₂Si sein, das sich zum Basismetall neutral verhält.
Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Schweißnaht optional nach dem Abschluss der ersten Schweißnaht aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können die erste Schweißnaht und die zweite Schweißnaht optional im Tandem aufgebracht werden. Optional kann die zweite Schweißnaht angebracht werden, nachdem die erste Schweißnaht unter den Schmelzpunkt des ersten Füllmaterials abgekühlt ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten auf zumindest jeweiligen Abschnitten einer Vielzahl von Nahtübergängen der ersten Schweißnaht mit dem zweiten Füllmetall umfassen. In diesem Falle kann die Schweißverbindung eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten umfassen, die auf jeweiligen Abschnitten einer Vielzahl von Nahtübergängen der ersten Schweißnaht angebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Schweißnaht optional mindestens einen Teil der ersten Schweißnaht und mindestens einen Abschnitt eines aus der Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung abdecken. Optional kann sich die zweite Schweißnaht entlang der gesamten Länge des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht erstrecken.
Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Aluminium-(Al)-Zink(Zn)-Legierung oder eine Al-Kupfer(Cu)-Legierung bestehen. Beispielsweise können die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung optional eine 7003-Legierung (geschmiedet) oder eine 710.0-Legierung (gegossen) sein. Diese Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung andere Legierungen der 7xxx-Reihe (geschmiedet) oder der 7xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung optional eine 2219-Legierung (geschmiedet) oder eine 201.0-Legierung (gegossen) sein. Diese Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung optional andere Legierungen der 2xxx-Reihe (geschmiedet) oder der 2xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Darüber hinaus können die Al-Zn-Legierung oder die Al-Cu-Legierung eine beliebige Zustandsbezeichnung haben, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, die Zustandsbezeichnungen – T4, T6, oder T76. Optional kann die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus gleichartigen Metallen bestehen (d. h. der gleichen Legierung). Optional kann die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus unterschiedlichen Metallen bestehen (d. h. unterschiedlichen Legierungen).
Alternativ oder zusätzlich kann in anderen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Al-Magnesium(Mg)-Legierung oder eine Al-Mg-Silizium(Si)-Legierung bestehen. Die Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung jede Legierung der 5xxx-Reihe (geschmiedet)/5xx.x (gegossen) oder der 6xxx-Reihe (geschmiedet)/3xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Darüber hinaus können die Al-Mg-Legierung oder die Al-Mg-Si-Legierung eine beliebige Zustandsbezeichnung haben, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, die Zustandsbezeichnungen – T4, T6, oder H32. Optional kann die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus gleichartigen Metallen bestehen (d. h. der gleichen Legierung). Optional kann die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus unterschiedlichen Metallen bestehen (d. h. unterschiedlichen Legierungen).
Alternativ oder zusätzlich kann das erste Füllmetall eine Al-Mg-Legierung oder eine Al-Cu-Legierung sein. Beispielsweise kann das erste Füllmetall optional eine 5183er, 5356er, 5554er, 5556er, oder 5654er Legierung sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das erste Füllmetall eine andere Legierung der 5xxx-Reihe sein kann. Alternativ kann das erste Füllmetall optional eine 2319er Legierung sein. Obwohl die technisch verfügbaren Füllmetalle der 2xxx-Reihe überwiegend auf die 2319er Legierung beschränkt ist, sieht diese Offenbarung vor, dass andere Fülldrähte der 2xxx-Reihe für die erste Schweißnaht hergestellt und verwendet werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Füllmetall eine Al-Si-Legierung, eine technisch reine Al-Legierung oder eine Al-Mangan(Mn)-Legierung sein. Beispielsweise kann das zweite Füllmetall optional eine 4043er oder 4943er Legierung sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das zweite Füllmetall eine andere Legierung der 4xxx-Reihe sein kann (z. B. eine 4047er Legierung). Alternativ kann das zweite Füllmetall optional eine 1100er oder 1188er Legierung sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das zweite Füllmetall optional eine andere Legierung der 1xxx-Reihe sein kann (z. B. eine 1070er Legierung). Alternativ kann das zweite Füllmetall optional eine 3103er Legierung sein. Obwohl die technisch verfügbaren Füllmetalle der 3xxx-Reihe überwiegend auf die 3103er Legierung beschränkt ist, sieht diese Offenbarung vor, dass andere Fülldrähte der 3xxx-Reihe für die zweite Schweißnaht hergestellt und verwendet werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schweißnaht optional in einem Schmelzschweißverfahren aufgebracht werden. Mit anderen Worten können die erste bzw. zweite Schweißnaht mittels eines Schmelzschweißverfahrens wie eines Bogenschweißvorgangs oder eines Schweißverfahrens mit einem Hochenergiestrahl aufgebracht werden. Optional kann das Lichtbogenschweißverfahren (z. B. verwendet zum Aufbringen der ersten Schweißnaht bzw. der zweiten Schweißnaht) ein Gasmetalllichtbogenschweißverfahren (GMAW) sein. Optional kann das Hochenergiestrahlschweißverfahren (z. B. verwendet zum Aufbringen der ersten Schweißnaht bzw. der zweiten Schweißnaht) ein Laserstrahlschweißverfahren sein. Diese Offenbarung sieht vor, dass beide Schweißnähte mithilfe anderer Lichtbogenschweißverfahren (wie Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen) oder Hochenergiestrahlschweißverfahren (wie Laserstrahlschweißen) aufgebracht werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung um mindestens eine Überlappverbindung, Kehlverbindung, Kantenverbindung, Eckverbindung oder Stoßverbindung handeln.
Ein weiteres Beispielverfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung wird hier beschrieben. Das Verfahren kann das Aufbringen einer ersten Schweißnaht an einer Verbindungsstelle wischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung sowie das Anbringen einer zweiten Schweißnaht auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs von der ersten Schweißverbindung mithilfe eines Füllmetalls umfassen. Die zweite Schweißnaht kann in einem Schmelzschweißverfahren aufgebracht werden. Darüber hinaus kann die zweite Schweißnaht über einer Schweißinsel bzw. einer Wärmeeinflusszone (HAZ) der ersten Schweißnaht angebracht werden.
In einigen Umsetzungsformen kann die erste Schweißnaht mithilfe eines Rührreibschweißverfahrens (FSW) aufgebracht werden. Alternativ kann in anderen Umsetzungsformen die erste Schweißnaht in einem Schmelzschweißverfahren aufgebracht werden.
Andere Systeme, Verfahren, Eigenschaften bzw. Vorteile sind oder werden den Fachleuten nach Untersuchung der folgenden Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung deutlich. Es ist vorgesehen, dass alle solchen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Eigenschaften bzw. Vorteile in dieser Beschreibung eingeschlossen sind und durch die beigefügten Ansprüchen geschützt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstäblich zueinander abgebildet. Gleiche Referenznummern verweisen auf entsprechende Teile in allen der mehreren Ansichten.
1 ist ein Diagramm zur Illustration von SCC in mit gasmetalllichtbogengeschweißter AA 7003 mit AA5356 als Fülldraht.
2A–2B sind Diagramme zur Illustration einer korrosionsfesten Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung entsprechend der hier beschriebenen Ausführungsformen. 2B ist ein Diagramm zur Illustration einer Schnittansicht der Schweißverbindung entlang der gestrichelten Linie A-A' in 2A.
3 illustriert Beispielblöcke für Spannungs-Dehnungs-Kurven für drei unterschiedliche Schweißnähte im Zugscher-Festigkeitstest.
4A–4D sind Diagramme zur Illustration verschiedene Schweißverbindungen. 4A ist ein Diagramm zur Illustration einer Überlappverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen (z. B. Basismetalle). Optional kann der oberste Nahtübergang mit der zweiten Schweißnaht überdeckt werden (nicht dargestellt). 4B ist ein Diagramm zur Illustration einer Kehlverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen. 4C ist ein Diagramm zur Illustration einer Stoßverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen. 4D ist ein Diagramm zur Illustration von fünf grundlegenden Schweißverbindungen, z. B. Stoß-, T-, Eck- und Kantenverbindungen).
5 ist ein Flussdiagramm zur Illustration von Beispielverfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Soweit nicht anderslautend definiert haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie diejenige, die üblicherweise von den Fachleuten den Begriffen zugeordnet wird. Verfahren und Materialien, die den hier beschriebenen ähneln oder gleich sind, können in der Praxis oder für Tests der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Wie in den technischen Angaben und in den angefügten Ansprüchen verwendet schließen die Singularformen „ein(e)“ und „der/die/das“ die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht klar etwas anderes hervorgeht. Der Begriff „umfassen“ und Variationen des Begriffs wie hier verwendet ist synonym mit dem Begriff „einschließen“ und Variationen des Begriffs. Es handelt sich um offene, nicht einschränkende Begriffe. Der Begriff „optional“ (als Adjektiv oder Adverb) wie hier verwendet bedeutet, dass die nachfolgend beschriebene Funktion, das Ereignis oder der Umstand eintreten kann oder nicht eintreten kann, und dass die Beschreibung Vorkommnisse einschließt, bei denen die genannte Funktion, das Ereignis oder der Umstand eintreten sowie Vorkommnisse, bei denen diese nicht eintreten. Bei der Beschreibung von Umsetzungsformen zur Verbesserung des Widerstands gegen Rissbildung durch Belastungskorrosion an einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von AA 7003-Strukturelementen durch Präzisionsadditivabrichten (PAD) des Nahtübergangs mit AA 4043 Füllmetall wird es für Fachleute offensichtlich werden, dass die Umsetzungen nicht darauf beschränkt sind, sondern zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von aus anderen hochfesten Aluminiumlegierungen geformten Strukturelementen anwendbar sind (z. B. andere Al-Zn-Legierungen, Al-Cu-Legierungen). Alternativ oder zusätzlich wird es für Fachleute deutlich werden, dass andere Füllmetalle (z. B. Füllmetalle der 1xxx-Reihe, der 3xxx-Reihe oder andere der 4xxx-Reihe) für das PAD des Schweißnahtübergangs verwendet werden können.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf 1, ein Diagramm zur Illustration von SCC in mit gasmetalllichtbogengeschweißtem AA 7003 mit AA5356 als Fülldraht. In 1 wird eine Vielzahl von AA 7003-Strukturelementen (z. B. einer hochfesten Aluminiumlegierung) 100 durch eine Schweißnaht 102 zusammengefügt. Die Schweißnaht 102 wird durch Fülldraht AA5356 geformt, einem Fülldraht nach Industriestandard, der sich als ausreichend stark erwiesen hat und bei dem metallurgische Probleme beim Aushärten des AA7003 vermieden werden. Die Strukturelemente 100 werden als Überlappverbindung in 1 zusammengefügt. Diese Offenbarung sieht jedoch vor, dass andere Verbindungsstrukturen (z. B. Fehl-, Stoß- und andere Verbindungen) beim Zusammenfügen der Strukturelement verwendet werden können. Wie in 1 gezeigt bildete sich ein Riss 110 in einem der Strukturelemente (z. B. das untere Strukturelement in 1) aus, wenn das Strukturelement 100 aus AA 7003 und die Schweißnaht 102 unter Zugspannung in einer korrodierenden Umgebung (z. B. Salzwasser) gesetzt wurden. Der Riss 110 beginnt am Nahtübergang 104 der Schweißnaht 102 und setzt sich in die HAZ entlang der Schweißlinie zwischen der Schweißnaht 102 und dem Basismetall fort. Wie hier verwendet wird ein Nahtübergang einer Schweißnaht (hier auch als Schweißnahtübergang bezeichnet) entlang einer Linie definiert, an der die Schweißnaht auf die Oberfläche eines Strukturelements trifft (z. B. das Basismetall). In 1 zeigt der Kasten 120 eine Übersicht der Elementzusammensetzung am Nahtübergang 104 der Schweißnaht 102. Wie unten beschrieben, konzentriert sich Mg am Nahtübergang 104 der Schweißnaht 102 (oder reichert sich an), an der Stelle, an der der Riss 110 seinen Anfang nimmt. Das Mg wird daher mit hoher Intensität in einen Bereich des Schweißnahtübergangs abgesondert. Mit anderen Worten ist der relative Inhalt von Mg am Übergang 104 der Schweißnaht 102 größer als der relative Inhalt von Mg im Fülldraht. Der Riss 110 ist das Ergebnis von SSC und stellt ein schweres Integritätsproblem für die Schweißverbindung in 1 dar.
Magnesiumhaltige Füllmetalle wie die Aluminiumlegierung 5356 wurden erfolgreich dafür benutzt, hochfeste Aluminiumlegierungen wie die Legierungen der 7xxx-Reihe zu schweißen. Wenn sie jedoch unter Zugspannung einer korrodierenden Umgebung ausgesetzt werden (z. B. Salzwasser), so zeigten diese Schweißnähte eine Anfälligkeit für SSC, wobei die Rissfortsetzung in der Wärmeeinflusszone (HAZ) auftritt. Dieses Problem wird in Borchers et al., „Macroscopic Segregation and Stress Corrosion Cracking in 7xxx Series Aluminum Alloy Arc Welds, Metallurgical and Materials Transactions A", Bd. 46, Ausgabe 5, S. 1827–31 (2015) (im Folgenden bezeichnet als „Borchers-Artikel") beschrieben. Das Auftreten von SCC während des Einsatzes könnte eine weitere Verwendung von geschweißten Aluminiumlegierungen der 7xxx-Reihe für Leichtbaustrukturanwendungen, beispielsweise in Anwendungen für Landfahrzeuge (z. B. Automobile), in denen korrodierende Umgebungen auftreten, behindern. Die Schweißnaht 102 in 1 wurde mittels eines Schmelzschweißverfahrens gebildet. Schweißnähte, die mittels eines Schmelzschweißverfahrens gebildet wurden, haben sich als in der HAZ für SCC anfällig erwiesen. Es sollte auch beachtet werden, dass Schweißnähte, die mithilfe von Rührreibschweißverfahren (FSW) geformt wurden, sich in der HAZ als für SCC anfällig erwiesen haben, insbesondere in der an den Bereich angrenzenden Zone, in dem die Schweißnaht das Strukturelement berührt.
Das SCC-Phänomen bei Aluminium kann durch zwei unabhängige Mechanismen bedingt sein: anodische Auflösung/Abriss und Wasserstoffversprödung (HE). Anodische Auflösung bezieht sich auf die begünstigte Auflösung von Korngrenzen, die üblicherweise mit Korngrenzenausfällungen verbunden sind. Sie führt zum Reißen des Oberflächenoxidfilms und der Adsorption von Wasserstoff auf dem auftretenden Metall an der Spitze des Risses. Es bildet sich an der Rissspitze aufgrund von HE eine lokale spröde Zone, die ihrerseits zu einer Rissfortsetzung bei Zugspannung führt.
Die Auswirkungen der Sekundärphasen und jeweiligen anodischen Auflösung auf SCC sind in der Literatur dokumentiert. In der Aluminiummatrix liegen vielfältige Sekundärphasen vor; von denen viele günstige Auswirkungen haben, wie zum Beispiel die Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidungshärtung. Andererseits können Sekundärphasen, die sich anodisch zum Basismetall verhalten, die SCC-Resistenz negativ beeinflussen. Diese nachteiligen Sekundärphasen umfassen η(MgZn₂)-, β(Al₈Mg₅)-, und/oder Τ(Mg₃₂(Al, Zn)₄₉)-Phasen, die je nach den Legierungszusammensetzungen geformt werden [Bobby-Kannan et al., Corrosion, Bd. 59, S. 881 (2003); Sprowls et al., Fundamental Aspects of Stress Corrosion Cracking, R.W. Staehle, Hg. Houston, United States, National Association of Corrosion Engineers (1969); Carroll et al., 5000 Series Alloys with Improved Corrosion Properties and Methods for Their Manufacture and Use, U.S. 2004/0091386 ].
Wie in 1 gezeigt, ist Mg konzentriert in, oder abgesondert in, einem/n Bereich des Nahtübergangs 104 der Schweißnaht 102. Diese bevorzugte Absonderung hat Eigenschaften sowohl einer Makro- wie einer Mikroabsonderung. Es ist makroskopisch in dem Sinne, dass sie auf die äußerste Spitze des Schweißnahtübergangs beschränkt ist und sonst im Schweißmetall nicht vorliegt (z. B. wie in Kasten 120 von 1). Gleichzeitig tritt die Anreicherung von Mg am Schweißnahtübergangsbereich entlang der nach vorne gerichteten kubischen Korngrenzen (FCC) auf und ist daher mikroskopisch. Der Mg-angereicherte Schweißnahtbereich bildet große Inseln an Sekundärphasen (z. B. T-Phasen)-Ausfällungen entlang der FCC-Korngrenzen. Der Mechanismus für solche makroskopische Mg-Absonderung wurde der Verdampfung von Legierungselementen (z. B. Mg) von den Oberflächen des Schmelzbades sowie Tropfen und nachfolgender Kondensation als Abfälle um das Schmelzbad herum zugeschrieben. Siehe T. Borchers, Weldability and Corrosion of 7xxx Series Aluminum Alloys, Doktorarbeit, The Ohio State University, 2016.
Zusätzlich beginnt, wie in 1 gezeigt, SCC am Nahtübergang der Schweißnaht und setzt sich in die HAZ entlang der Schweißlinie zwischen der Schweißnaht und dem Basismetall fort. Der Schweißnahtbereich umfasst die Sekundärphase (z. B. T-Phase)-Absonderungen, die anodisch zur Al-Matrix sind (z. B. dem Basismetall oder den Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung). Die T-Phase spielt nachweislich eine wichtige Rolle bei der Initiierung von SCC aufgrund bevorzugter Auflösung von T-Ausfällungen, die sich kontinuierlich entlang der Korngrenzen gebildet haben.
Mit Verweis nun auf 2A–2B, Diagramme zur Illustration einer korrosionsfesten Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung entsprechend der hier beschriebenen Ausführungsformen Wie in 2A–2B gezeigt, kann die Schweißverbindung eine Vielzahl von Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200A und 200B (gemeinsam hier bezeichnet als „Vielzahl von Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200“) einschließen. Hochfeste Aluminiumlegierungen sind gekennzeichnet durch hohe Festigkeit und geringe Dichte, was sie für den Einsatz in Leichtbaustrukturanwendungen (z. B. Automobil, Luftfahrt usw.) besonders wünschenswert macht. So wie hier verwendet sind Al-Zn-Legierungen und Al-Cu-Legierungen hochfeste Aluminiumlegierungen. Sowohl Al-Zn- und Al-Cu-Legierungen sind jedoch als anfällig für SCC bekannt. In den 2A–2B handelt es sich bei der Schweißverbindung um eine Überlappverbindung (z. B., siehe auch 4A). Es sollte klargestellt werden, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mithilfe anderer Verbindungsgeometrien zusammengefügt werden können, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, einer Kehlverbindung (z. B. siehe 4B), einer Stoßverbindung (z. B., siehe 4C), einer Eckverbindung (z. B. siehe 4D) oder einer Kantenverbindung (z. B., siehe 4D). Optional kann in einigen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 aus gleichartigen Metallen bestehen (d. h. jedes Strukturelement ist aus der gleichen Legierung hergestellt). Optional kann in anderen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 aus nicht gleichartigen Metallen bestehen (d. h. jedes Strukturelement ist aus einer anderen geschmiedeten bzw. gegossenen Legierung hergestellt, auch unterschiedlichen Legierungen der gleichen Reihe). Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass trotz der Darstellung zweier Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung als Beispiele in den Darstellungen die Schweißverbindung mehr als zwei (z. B. drei, vier, usw.) Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung umfassen kann.
Wie oben beschrieben kann in einigen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 eine Al-Zn-Legierung oder eine Al-Cu-Le-gierung sein. Beispielsweise können die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 optional eine 7003-Legierung (geschmiedet) oder eine 710.0-Legierung (gegossen) sein. Diese Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 andere Legierungen der 7xxx-Reihe (geschmiedet) oder der 7xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 optional eine 2219-Legierung (geschmiedet) oder eine 201.0-Legierung (gegossen) sein. Diese Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 optional andere Legierungen der 2xxx-Reihe (geschmiedet) oder der 2xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 eine Al-Mg-Legierung oder eine Al-Mg-Si-Legierung sein. Diese Offenbarung legt dar, dass die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 jede Legierung der 5xxx-Reihe (geschmiedet)/5xx.x (gegossen) oder der 6xxx-Reihe (geschmiedet)/3xx.x-Reihe (gegossen) sein können. Darüber hinaus können/kann die hochfeste(n) Aluminiumlegierung(en) eine beliebige Zustandsbezeichnung haben, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, die Zustandsbezeichnungen – T4, T6, T76, H32. Es sollte klargestellt werden, dass die Zustandsbezeichnungen T4 und T6 sich auf Al-Zn-, Al-Cu- und Al-Mg-Si-Legierungen beziehen, die Zustandsbezeichnung T76 ist auf Al-Zn- und Al-Cu-Legierungen anwendbar (zum Zwecke einer Erhöhung des SCC-Widerstands) und die Zustandsbezeichnung H32 ist auf Al-Mg-Legierungen anwendbar.
Darüber hinaus kann, wie in 2A–2B gezeigt, die Schweißverbindung eine erste Schweißnaht 202 umfassen, die an einer Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 angebracht ist. Beim Aufbringen kommt die erste Schweißnaht 202 mit einem Teil (z. B. einer Oberfläche) jedes der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 in Kontakt, die die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 zusammenfügt. Die erste Schweißnaht 202 kann einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der ersten Schweißnaht 202 und mindestens einem der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 definieren (z. B. das untere oder unterste Strukturelement 200A in 2A–2B). Der Nahtübergang ist entlang einer Linie ausgeformt, an der die erste Schweißnaht 202 auf die Oberfläche des Strukturelements 200A trifft, die durch eine gestrichelte Linie B-B' in 2B dargestellt ist. Zum Vergleich zeigen die 4A–4C den Punkt der ersten Schweißnaht jeweils in einer Überlappverbindung, einer Kehlverbindung und einer Stoßverbindung. Darüber hinaus kann die erste Schweißnaht 202 mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs wie eines GMAW-Vorgangs) aufgebracht werden. Diese Offenbarung legt dar, dass die erste Schweißnaht 202 mittels anderer Bogen- oder Hochenergiestrahlschweißverfahren aufgebracht werden kann, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Gas-Wolfram-Bogenschweißen, Schutzmetallbogenschweißen oder Laserschweißen.
Die erste Schweißnaht 202 kann aus einem ersten Füllmetall bestehen. Eine Auswahl an passenden Füllmetallen ist den Fachleuten bekannt. Beispielsweise veröffentlicht die American Welding Society (AWS) einen nationalen amerikanischen Standard mit dem Titel „Welding Consumables – Wire Electrodes, Wires and Rods for Welding of Aluminum and Aluminum-Alloys-Classification“. Darüber hinaus bietet die Hobart-Auswahltabelle an Füllmetallen für Aluminium von HOBART BROTHERS COMPANY aus Troy, OH, eine Füllmetallauswahl je nach Basismetall (z. B. Strukturelemente). Optional kann das erste Füllmetall eine Al-Mg-Legierung oder eine Al-Cu-Legierung sein. Beispielsweise kann das erste Füllmetall optional AA5356 sein. Wie oben beschrieben ist AA 5356 ein Fülldraht nach Industriestandard, der für das Schweißen von hochfesten Aluminiumlegierungen wie den Legierungen der 7xxx-Serie (geschmiedet) oder 7xx.x (gegossen) verwendet wird. Alternativ kann das erste Füllmetall AA 5556, AA 5183, AA 5554, oder AA 5654 sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das erste Füllmetall eine andere Legierung der 5xxx-Reihe sein kann. Alternativ kann das erste Füllmetall optional eine 2319er Legierung sein. Obwohl die technisch verfügbaren Füllmetalle der 2xxx-Reihe überwiegend auf die 2319er Legierung beschränkt ist, sieht diese Offenbarung vor, dass andere Fülldrähte der 2xxx-Reihe als erstes Füllmetall hergestellt und verwendet werden können.
Darüber hinaus kann, wie in 2A–2B dargestellt, die Schweißverbindungen eine zweite Schweißnaht 204 umfassen, die zumindest auf einem Teil des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht 202 angebracht wird. Die zweite Schweißnaht 204 kann zumindeste einen Teil der ersten Schweißnaht 202 und mindestens einen Teil eines der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 definieren (z. B. das untere oder unterste Strukturelement 200A in 2A–2B). Die zweite Schweißnaht 204 wird über der gepunkteten Linie B-B' in 2A gebildet und berührt eine Oberfläche der ersten Schweißnaht 202 und eine Oberfläche des Strukturelements 200A wie in 2B gezeigt. Die zweite Schweißnaht 204 deckt den Nahtübergang 206 der ersten Schweißnaht 202 wie in 2B gezeigt ab. Darüber hinaus kann die zweite Schweißnaht 204 einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der zweiten Schweißnaht 204 und mindestens einem der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 definieren (z. B. das untere oder unterste Strukturelement 200A in 2A–2B). Der Nahtübergang 208 der zweiten Schweißnaht 204 wird in 2B dargestellt. Optional kann sich die zweite Schweißnaht 204 entlang der gesamten Länge des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht 202 erstrecken, wie in 2A gezeigt, oder die zweite Schweißnaht 204 kann sich nur entlang eines Teils der Länge des Nahtübergangs von der ersten Schweißnaht 202 erstrecken (nicht dargestellt). Zum Vergleich zeigen die 4A–4C den Punkt der zweiten Schweißnaht jeweils in einer Überlappverbindung, einer Kehlverbindung und einer Stoßverbindung. Darüber hinaus kann die zweite Schweißnaht 204 mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs wie eines GMAW-Vorgangs) aufgebracht werden. In einer Beispielausführungsform kann die zweite Schweißnaht 204 in einem Verfahren mit geringer Verdünnung und Kaltmetalltransfer (CMT) mit Fronius-Stromversorgung geschweißt werden. Darüber hinaus kann die Drahtvorschubgeschwindigkeit und Fahrgeschwindigkeit optional auf jeweils 4,6 Meter pro Minute (m/min) und 1,40 m/min gesetzt werden. Es sollte klargestellt werden, dass die Parameter für den Schweißvorgang einschließlich der Drahtvorschub- und Fahrgeschwindigkeiten nur als Beispiele angegeben sind. Diese Offenbarung legt dar, dass die zweite Schweißnaht 204 mit anderen Schweißparametern bzw. einer anderen Schweißausrüstung geschweißt werden kann. Diese Offenbarung legt außerdem dar, dass die zweite Schweißnaht 204 mittels anderer Bogen- oder Hochenergiestrahlschweißverfahren aufgebracht werden kann, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, Gas-Wolfram-Bogenschweißen, Schutzmetallbogenschweißen oder Laserschweißen.
Die zweite Schweißnaht 204 kann aus einem zweiten Füllmetall bestehen. Das zweite Füllmetall kann so ausgewählt werden, dass eine Sekundärphase in der ersten Schweißnaht 202 geändert wird. Es sollte klargestellt werden, dass die Sekundärphase bei einer Schweißnaht von der Zusammensetzung der Basis- und Fülldrahtmetalle abhängt. Darüber hinaus ist es möglich, dass nachteilige Sekundärphasen (z. B. Sekundärphasen, die anodisch zum Basismetall eines solchen Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 sind) in der ersten Schweißnaht 202 vorliegen können. Daher kann durch Auswahl eines geeigneten Materials für die zweite Schweißnaht 204 die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht 202 bzw. der zweiten Schweißnaht 204 verringert, minimiert, eliminiert oder anderweitig von der Oberfläche des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht 202 bzw. der zweiten Schweißnaht 204 isoliert. Dadurch kann der SCC-Widerstand verbessert werden. In einigen Fällen ist die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht 204 nicht vorhanden oder liegt nicht vor. Wenn eine anodische Sekundärphasenausscheidung in der ersten Schweißnaht 202 vorliegt, auch in reduziertem oder minimiertem Ausmaß, sind die anodischen Sekundärphasenausscheidungen wahrscheinlich nicht schädlich, da die anodischen Sekundärphasenausscheidungen nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind (d. h. die zweite Schweißnaht 204 überdeckt den Nahtübergang der ersten Schweißnaht 202). Darüber hinaus kann die anodische Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht 202 im Vergleich zur Menge der in Abwesenheit einer zweiten Schweißnaht 204 erwarteten anodischen Sekundärphasenausscheidung reduziert, minimiert oder eliminiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht 204 (soweit vorhanden) kathodisch oder neutral (d. h. nicht anodisch) gegenüber mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung 200 (z. B. dem unteren oder untersten Strukturelement 200A in 2A–2B) sein. Dadurch kann der SCC-Widerstand verbessert werden. Beispielsweise kann das Material für die zweite Schweißnaht 204 optional so gewählt werden, dass die Sekundärphase in der zweiten Schweißnaht eine Mg₂Si-Phase sein kann, die sich zum Basismetall neutral verhält. Beispielsweise wäre zu erwarten, dass Mg₂Si im Schweißnahtübergang (z. B. Schweißnahtübergang 208) der zweiten Schweißnaht 204 ausfällt, wenn es sich bei dem Fülldraht um eine Al-Si-Legierung handelt. Darüber hinaus wäre im Falle eines Zusammenschweißens der ersten Schweißnaht 202 mittels Al-Mg-Fülldraht, beispielsweise, das Mg vorhanden aufgrund der Mg-Abscheidung in der ersten Schweißnaht 202 wie oben beschrieben (d. h. der Nahtübergang der ersten Schweißnaht 202 dient als „Basismetall“), und Si würde in dem Fülldraht vorliegen, der für die zweite Schweißnaht 204 verwendet wird.
Das zweite Füllmetall kann eine Al-Si-Legierung, eine technisch reine Al-Legierung oder eine Al-Mangan (Mn)-Legierung sein. Alternativ kann das zweite Füllmetall AA 4043 oder AA 4943 sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das zweite Füllmetall eine andere Legierung der 4xxx-Reihe sein kann. Alternativ kann das zweite Füllmetall AA 1100 oder AA 1188 sein. Diese Offenbarung legt dar, dass das zweite Füllmetall optional eine andere Legierung der 1xxx-Reihe sein kann. Alternativ kann das zweite Füllmetall optional AA 3103 sein. Obwohl die technisch verfügbaren Füllmetalle der 3xxx-Reihe auf die 3103er Legierung beschränkt ist, sieht diese Offenbarung vor, dass andere Fülldrähte der 3xxx-Reihe für die zweite Schweißnaht 204 hergestellt und verwendet werden können. Nach dem Aufbringen der zweiten Schweißnaht 204 wird die Sekundärphase in einem Nahtübergangsbereich (z. B. am Nahtübergang 208) der zweiten Schweißnaht 204 eliminiert, oder, falls vorhanden, verhält sich entweder kathodisch oder neutral zum Strukturelement 200A (z. B. dem Basismetall).
In der Schweißverbindung wie beschrieben in 2A–2B wird der Nahtübergang der ersten Schweißnaht 202 (z. B. gebildet mit AA 5356 Fülldraht) zumindest teilweise durch die zweite Schweißnaht 204 abgedeckt (z. B. geformt mit AA 4043 Fülldraht). Dieser Vorgang wird hierin als Präzisionsadditivabrichten (PAD) bezeichnet. Mit anderen Worten wird der lokale Schweißnahtübergang der ersten Schweißnaht 202 mit der zweiten Schweißnaht 204 mittels Gasmetallichtbogenschweißverfahren mit geringer Verdünnung verkleidet. Die Schweißverbindung (z. B. die Strukturelement 200, die erste Schweißnaht 202 und die zweite Schweißnaht 204, wurde aggressiven Korrosionstests unterworfen. So wurde beispielsweise die Schweißnaht einer Zugspannung ausgesetzt, während sie sich in einer korrodierenden Umgebung befindet (z. B. in Chromsäure bei 85–100 °C für 6 Stunden). Wie in 2B dargestellt geht von der Spitze des Nahtübergangs 208 der zweiten Schweißnaht 204 kein Riss in das Strukturelement 200A ein (z. B. entlang der Schweißlinie der zweiten Schweißnaht 204). Im Gegensatz dazu brachen Schweißverbindungen ohne PAD (z. B. AA 7003, nur mit AA 5356 Fülldraht geschweißt) innerhalb von Minuten nachdem sie Chromsäure mit hoher Temperatur ausgesetzt wurden. Darüber hinaus geht von der Nähe des Nahtübergangs der ersten Schweißnaht 202 ein Riss 210 in das Strukturelement 200B aus, in einen Bereich, in dem die zweite Schweißnaht nicht aufgebracht wurde, wie in 2B gezeigt. Darüber hinaus tritt Lochkorrosion 212 in der Nähe des Nahtübergangs 208 der zweiten Schweißnaht 204 auf sowie auf der Rückseite des Strukturelements 200A wie in 2B gezeigt.
In einigen Ausführungsformen kann die Schweißnaht (z. B. die erste Schweißnaht wie oben beschrieben), die an der Verbindungsstelle zwischen der Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung angebracht wird, mittels eines Rührreibschweißverfahrens (FSW) geformt werden. Das FSW-Verfahren kann verwendet werden, um Strukturelement zu verbinden. Beispielsweise kann mit Verweis auf 4C, die erste Schweißnaht mittels eines FSW-Vorgangs aufgebracht werden, um die Strukturelement in einer Stoßverbindung zu verbinden. Es sollte klargestellt werden, dass die Strukturelemente in anderen Konfigurationen zusammengefügt werden können, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, einer Überlappverbindung, einer Kehlverbindung, einer Kantenverbindung oder einer Eckverbindung. Wie hier besprochen zeigte sich die erste Schweißnaht als Ergebnis eines FSW-Verfahrens als korrosionsanfällig an der Schweißinsel bzw. der HAZ.
Eine zweite Schweißnaht kann auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs mithilfe eines zweiten Füllmetalls aufgebracht werden. Beispielsweise kann die zweite Schweißnaht über einem oder mehreren Oberflächenbereichen über der Schweißinsel bzw. der HAZ der ersten Schweißnaht aufgebracht werden. Mit anderen Worten werden die Schweißinsel bzw. die HAZ der ersten Schweißnaht unterhalb der zweiten Schweißnaht angeordnet. Die erste Schweißnaht hat sich als korrosionsanfällig an der Schweißinsel oder HAZ erwiesen, und die Anbringung der zweiten Schweißnaht in dieser Art und Weise kann die Korrosionsfestigkeit der Schweißverbindung verbessern. Die Offenbarung sieht vor, dass das für die zweite Schweißnaht verwendete Füllmetall ein beliebiges der zweiten Füllmetalle wie oben beschrieben sein kann, wie z. B. AA 4043. Darüber hinaus kann die zweite Schweißnaht in einem Schmelzschweißverfahren wie hier beschrieben aufgebracht werden.
In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten auf mindestens jeweiligen Abschnitten der einen oder mehreren Oberflächen der ersten Schweißnaht angebracht werden. Beispielsweise kann, wie in 4C gezeigt, eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten in jeweiligen Bereichen aufgebracht werden, wo die erste Schweißnaht das Strukturelement berührt. Dieses sind Bereiche, in denen die erste Schweißnaht korrosionsanfällig ist. Obwohl das oben beschriebene Beispiel im Hinblick auf 4C auch die Bildung einer ersten Schweißnaht mittels eines FSW-Verfahrens einschließt, sollte klargestellt werden, dass die erste Schweißnaht auch mittels anderer Schweißverfahren, wie einem Schmelzschweißverfahren gebildet werden kann. Beispielsweise kann das Aufbringen einer zweiten Schweißnaht über der Schweißinsel bzw. HAZ einer ersten Schweißnaht, die mittels anderer Schweißverfahren als eines FSW-Verfahrens gebildet werden kann, den Korrosionswiderstand der Schweißverbindung verbessern.
Mit Verweis auf 3 sind Beispieldarstellungen von Spannungs-Dehnungs-Kurven über drei verschiedene Schweißnähten im Zugschertest aufgeführt. Bereich 302 illustriert die Spannungs-Dehnungskurve für eine Schweißnaht auf AA 5356-Fülldraht. Wie oben beschrieben handelt es sich bei AA 5356 um einen Fülldraht nach Industriestandard zum Schweißen von hochfesten Aluminiumlegierungen. Dennoch resultiert der AA 5356-Fülldraht in einer Schweißverbindung, die hochanfällig für SCC ist, einem massiven Strukturintegritätsproblem, wenn die Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung den korrodierenden Umgebungen ausgesetzt wird. Bereich 304 illustriert die Spannungs-Dehnungskurve für eine Schweißnaht auf AA 4043-Fülldraht. Der AA 4043-Fülldraht ist ein weithin verwendeter Fülldraht und außerdem korrosionsresistent (im Gegensatz zu AA 5356). AA 4043 zeigt jedoch eine geringe Festigkeit, die deutlich niedriger liegt als die der hochfesten Aluminiumlegierungen (z. B. Legierungen der 7xxx/7xx.x oder 2xxx/2xx.x-Reihe). Wie in 3 gezeigt verfügt die AA 4043-Schweißnaht (d. h. Bereich 304) eine Zugfestigkeit von nur 130 MPa, die ungefähr 100 % geringer ist als die AA 5356-Schweißnaht (d. h. Bereich 302). Aufgrund seiner geringen Festigkeit ist AA 4043 keine praktische Option zum Schweißen der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung. Bereich 306 stellt die Spannungs-Dehnungskurve für eine Schweißnaht (z. B. PAD-Schweißnaht) aus AA 5356-Fülldraht verkleidet mit AA 4043-Fülldraht dar. Wie in 3 gezeigt verfügt die PAD-Schweißnaht über die gleiche Stärke und Zähigkeit wie die AA 5356-Schweißnaht (d. h. Bereich 302), bietet jedoch einen höheren Korrosionswiderstand.
Entsprechend kombinieren die Schweißverbindungen zwischen einer Vielzahl von hochfesten Aluminiumlegierungen (z. B. Legierungen der 7xxx/7xx.x oder 2xxx/2.xx.x-Reihe) wie hier beschrieben die Vorteile der zwei Füllmetalle. Die Primärschweißverbindung (z. B.: die erste Schweißnaht) wird mittels eines Füllmetalls gebildet, das die geforderte Festigkeit bietet. Beispielsweise kann die Primärschweißnaht mittels eines Fülldrahts der 5xxx-Reihe wie AA 5356 gebildet werden. Die Sekundärschweißnaht (z. B. die PAD-Schweißnaht oder zweite Schweißnaht) wird mittels eines Füllmetalls gebildet, das Schutz vor Umwelteinflüssen bietet (z. B. Korrosionswiderstand). Beispielsweise kann die Sekundärschweißnaht mittels eines Fülldrahts der 4xxx-Reihe wie AA 4043 (oder Fülldraht der 1xxx oder 3xxx-Reihe) gebildet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beschichtungen oder Lackierungen bietet PAD eine echte metallurgische Verbindung, die stabil und haltbar ist.
Mit Verweis auf 5 werden Beispielverfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung beschrieben. Bei 502 wird eine erste Schweißnaht an einer Verbindungsstelle zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mithilfe eines ersten Füllmetalls aufgebracht. Bei 504 wird eine zweite Schweißnaht auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs der ersten Schweißnaht mithilfe eines zweiten Füllmetalls aufgebracht. Die für die Strukturelemente, die erste Schweißnaht und die zweite Schweißnaht gewählten Materialien werden oben ausführlich beschrieben. Darüber hinaus kann, wie oben beschrieben, das zweite Füllmetall kann so ausgewählt werden, dass eine Sekundärphase in der ersten Schweißnaht geändert wird. Beispielsweise kann eine Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht bzw. der zweiten Schweißnaht reduziert, minimiert oder eliminiert werden. Wenn eine anodische Sekundärphasenausscheidung in der ersten Schweißnaht vorliegt, auch in reduziertem oder minimiertem Ausmaß, sind die anodischen Sekundärphasenausscheidungen wahrscheinlich nicht schädlich, da die anodischen Sekundärphasenausscheidungen nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind (d. h. die zweite Schweißnaht überdeckt den Nahtübergang der ersten Schweißnaht). Darüber hinaus wäre die Menge der Sekundärphasenausscheidung in der ersten Schweißnaht geringer als in einem Szenario, in dem die zweite Schweißnaht nicht aufgebracht würde. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht (soweit vorhanden) kathodisch oder neutral (d. h. nicht anodisch) gegenüber mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung sein. Weiterhin können die ersten und zweiten Schweißnähte mittels eines Schmelzschweißverfahrens (z. B. eines Bogenschweißvorgangs wie einem GMAW-Verfahren oder eines Schweißverfahrens mit einem Hochenergiestrahl) angebracht werden. Die zweite Schweißnaht kann optional nach dem Abschluss der ersten Schweißnaht aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können die erste Schweißnaht und die zweite Schweißnaht optional im Tandem aufgebracht werden, beispielsweise wenn zwei verschiedene Schweißbrenner gleichzeitig so eingesetzt werden, dass der erste Schweißbrenner die erste Schweißnaht bildet, gefolgt von einem zweiten Schweißbrenner, der die zweite Schweißnaht bildet. Optional kann die zweite Schweißnaht angebracht werden, nachdem die erste Schweißnaht unter den Schmelzpunkt des ersten Füllmaterials abgekühlt ist.
Optional kann in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten auf mindestens jeweiligen Abschnitten einer Vielzahl von Nahtübergängen der ersten Schweißnaht mit dem zweiten Füllmetall aufgebracht werden. In diesem Falle kann die Schweißverbindung eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten umfassen, die auf jeweiligen Abschnitten einer Vielzahl von Nahtübergängen der ersten Schweißnaht angebracht werden. Dies wird in 4B und 4C gezeigt, in denen eine zweite Schweißnaht über einer Vielzahl von Abschnitten der ersten Schweißnaht gebildet wird.
Mögliche Anwendungen
Eine weitverbreitete Umsetzung der hier beschriebenen Schweißverfahren und Schweißverbindungen für Leichtbaustrukturanwendungen (z. B. an einem Automobilmontageband) wird aus den folgenden Gründen für sehr machbar gehalten. Zunächst handelt es sich bei der Beispiel-PAD wie oben beschrieben um eine Abwandlung einer GMAW (z. B. dem Verfahren für die Primärschweißnaht) mit geringem Hitzeeintrag und Verdünnung. Die Kosten für die PAD-Ausrüstung sind um etliche Größenordnungen kleiner als die einer FSP-Maschine. Zweitens, als einseitiges Verfahren wie GMAW, ist PAD flexibel und für komplex geformte Strukturen geeignet, im Gegensatz zu FSP. Die gleichen Einrichtungen, die für das Primärschweißen verwendet werden, können für PAD genutzt werden. Und schließlich kann PAD schneller und daher hochproduktiv im Vergleich zu FSP sein. Es kann mit dem Primär-GMAW in ein Tandemverfahren integriert werden, um die Produktivität weiter zu erhöhen.
Obwohl der Gegenstand mit einer Terminologie beschrieben wurde, die spezifisch für Strukturfunktionen bzw. Vorgehensweisen methodischer Art sind, sollte klargestellt werden, dass der in den angefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die spezifischen Funktionen oder Handlungen wie oben beschrieben beschränkt ist. Die spezifischen Funktionen und oben beschriebenen Handlungen werden im Gegenteil als Beispielformen zur Umsetzung der Ansprüche offenbart.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0091386 [0032]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Borchers et al., „Macroscopic Segregation and Stress Corrosion Cracking in 7xxx Series Aluminum Alloy Arc Welds, Metallurgical and Materials Transactions A“, Bd. 46, Ausgabe 5, S. 1827–31 (2015) (im Folgenden bezeichnet als „Borchers-Artikel“) [0030]
Bobby-Kannan et al., Corrosion, Bd. 59, S. 881 (2003) [0032]
Sprowls et al., Fundamental Aspects of Stress Corrosion Cracking, R.W. Staehle, Hg. Houston, United States, National Association of Corrosion Engineers (1969) [0032]
T. Borchers, Weldability and Corrosion of 7xxx Series Aluminum Alloys, Doktorarbeit, The Ohio State University, 2016 [0033]

Claims

Verfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, umfassend: das Anbringen einer ersten Schweißnaht zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mithilfe eines ersten Füllmetalls; und das Anbringen einer zweiten Schweißnaht auf zumindest einem Teil eines Nahtübergangs mithilfe eines zweiten Füllmetalls, wobei die zweite Schweißnaht in einem Schmelzschweißverfahren angebracht wird, und wobei die zweite Schweißnaht eine Sekundärphase der ersten Schweißnaht abändert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sekundärphase in der ersten Schweißnaht sich anodisch zu mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung verhält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sekundärhasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht von einer Oberfläche der ersten Schweißnaht reduziert, minimiert, eliminiert oder isoliert wird, und keine Sekundärphasenausscheidung an einem Nahtübergang der zweiten Schweißnaht vorliegt, oder anderenfalls, die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht sich zu mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung kathodisch oder neutral verhält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schweißnaht nach Abschluss der ersten Schweißnaht angebracht wird, oder die erste und die zweite Schweißnaht im Tandem aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweite Schweißnaht angebracht wird, nachdem die erste Schweißnaht bis auf einen Wert unterhalb eines Schmelzpunkts des ersten Füllmetalls abgekühlt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schweißnaht mindestens einen Teil der ersten Schweißnaht abdeckt und mindestens einen Abschnitt eines aus der Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Schweißnaht sich entlang der gesamten Länge eines Schweißzehs der ersten Schweißnaht erstreckt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Aluminium-(Al)-Zink (Zn)-Legierung oder eine Al-Kupfer(Cu)-Legierung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Al-Magnesium(Mg)-Legierung oder eine Al-Mg-Silizium(Si)-Legierung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus ähnlichen Metallen oder nicht ähnlichen Metallen besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Al-Zn-Legierung eine 7003- oder 710.0-Legierung und die Al-Cu-Legierung eine 2219 oder eine 201.0-Legierung ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Füllmetall eine Al-Mg-Legierung oder eine Al-Cu-Legierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Al-Mg-Legierung eine 5356- oder 5556-Legierung und die Al-Cu-Legierung eine 2319-Legierung ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Füllmetall eine Al-Si-Legierung, eine technisch reine Al-Legierung oder eine Al-Mangan(Mn)-Legierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Al-Si-Legierung eine 4043- oder 4943-Legierung und die technisch reine Al-Legierung eine 1100 oder eine 1188 Legierung, und die Al-Mn-Legierung eine 3103-Legierung ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schmelzschweißvorgang einen Bogenschweißvorgang oder einen Schweißvorgang mit einem Hochenergiestrahl umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schweißnaht mittels eines Fusionsschweißvorgangs angebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mindestens eine Überlappverbindung, Kehlverbindung, Kantenverbindung, Eckverbindung oder Stoßverbindung umfasst.
Schweißverbindung, umfassend: eine Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung; eine erste Schweißnaht, die an einer Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung angebracht ist, wobei die erste Schweißnaht aus einem ersten Füllmetall besteht, und die erste Schweißnaht einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der ersten Schweißnaht und mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus der Vielzahl solcher Elemente definiert; und eine zweite Schweißnaht, die mindestens auf einem Teil des Schweißzehs der ersten Verbindung angebracht wird, wobei die zweite Schweißnaht aus einem zweiten Füllmetall besteht, und die zweite Schweißnaht einen Nahtübergang an einer Schnittstelle zwischen der zweiten Schweißnaht und mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus der Vielzahl solcher Elemente definiert, wobei die zweite Schweißnaht in einem Schmelzschweißverfahren angebracht wird, und wobei die zweite Schweißnaht eine Sekundärphase der ersten Schweißnaht abändert.
Schweißverbindung nach Anspruch 19, wobei die Sekundärphase in der ersten Schweißnaht sich anodisch zu mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung verhält.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der ersten Schweißnaht von einer Oberfläche der ersten Schweißnaht reduziert, minimiert, eliminiert oder isoliert wird, und keine Nebenphasenausscheidung an einem Nahtübergang der zweiten Schweißnaht vorliegt, oder anderenfalls, die Sekundärphasenausscheidung am Nahtübergang der zweiten Schweißnaht sich zu mindestens einem der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung kathodisch oder neutral verhält.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, weiterhin umfassend eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten, die mindestens auf den jeweiligen Abschnitten einer Vielzahl von Nahtübergängen der ersten Schweißnaht angebracht werden, wobei jede aus der Vielzahl der zweiten Schweißnähte aus einem zweiten Füllmetall besteht.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die zweite Schweißnaht mindestens einen Teil der ersten Schweißnaht abdeckt und mindestens einen Abschnitt eines aus der Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die zweite Schweißnaht sich entlang der gesamten Länge eines Nahtübergangs der ersten Schweißnaht erstreckt.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Aluminium-(Al)-Zink(Zn)-Legierung oder eine Al-Kupfer(Cu)-Legierung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung eine Al-Magnesium(Mg)-Legierung oder eine Al-Mg-Silizium(Si)-Legierung umfasst.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, wobei die Vielzahl der Strukturelemente aus einer hochfesten Aluminiumlegierung aus ähnlichen Metallen oder nicht ähnlichen Metallen besteht.
Schweißverbindung nach Anspruch 25, wobei die Al-Zn-Legierung eine 7003- oder 710.0-Legierung und die Al-Cu-Legierung eine 2219 oder eine 201.0-Legierung ist.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei das erste Füllmetall eine Al-Mg-Legierung oder eine Al-Cu-Legierung umfasst.
Schweißverbindung nach Anspruch 29, wobei die Al-Mg-Legierung eine 5356- oder 5556-Legierung und die Al-Cu-Legierung eine 2319-Legierung ist.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei das zweite Füllmetall eine Al-Si-Legierung, eine technisch reine Al-Legierung oder eine Al-Mangan(Mn)-Legierung umfasst.
Schweißverbindung nach Anspruch 31, wobei die Al-Si-Legierung eine 4043- oder 4943-Legierung und die technisch reine Al-Legierung eine 1100- oder eine 1188-Legierung, und die Al-Mn-Legierung eine 3103-Legierung ist.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 32, wobei der Schmelzschweißverfahren einen Bogenschweißvorgang oder einen Schweißvorgang mit einem Hochenergiestrahl umfasst.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 33, wobei die erste Schweißnaht mittels eines Schmelzschweißverfahrens angebracht wird.
Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 19 bis 34, wobei die Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mindestens eine Überlappverbindung, Kehlverbindung, Kantenverbindung, Eckverbindung oder Stoßverbindung umfasst.
Verfahren zur Verbesserung des Korrosionswiderstands einer Schweißverbindung zwischen einer Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, umfassend: das Anbringen einer ersten Schweißnaht zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung; und das Anbringen einer zweiten Schweißnaht auf mindestens einem Teil einer Oberfläche der ersten Schweißnaht mit einem Füllmetall, wobei die zweite Schweißnaht mittels eines Schmelzschweißverfahrens angebracht wird, und wobei die zweite Schweißnaht über einer Schweißinsel oder einem hitzebeeinflussten Bereich (engl. heat-affected zone, HAZ) der ersten Schweißnaht angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei die erste Schweißnaht mithilfe eines Festkörperrührreibschweißverfahrens (engl. friction stir welding, FSW) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei die erste Schweißnaht mithilfe eines Schmelzschweißverfahrens angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, weiterhin umfassend eine Vielzahl von zweiten Schweißnähten von zumindest jeweiligen Abschnitten einer Oberfläche der ersten Schweißnaht mit dem Füllmetall.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, wobei die Verbindung zwischen der Vielzahl von Strukturelementen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung mindestens eine Überlappverbindung, Kehrlverbindung, Kantenverbindung, Eckverbindung oder Stoßverbindung umfasst.