DE1058337B

DE1058337B - Welding filler material or welding wire for welding materials or workpieces made of alloys of the type Al-Si-Cu-Mg

Info

Publication number: DE1058337B
Application number: DEB36418A
Authority: DE
Inventors: Peter Thomas Houldcroft
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1954-07-09
Filing date: 1955-07-08
Publication date: 1959-05-27

Description

Schweißzusatzwerkstoff oder Schweißdraht zum Schweißen von Werkstoffen oder Werkstücken aus Legierungen der Gattung Al-Si-Cu-Mg Werden Aluminiumlegierungen unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes verschweißt, so löst sich der Zusatzwerkstoff in der zu verschweißenden Legierung in einem Umfange auf, der von der Art der Schweißverbindung und der angewendeten Schweißtechnik abhängig ist. Diese Auflösung beeinflußt in hohem Maße die Zusammensetzung oder Beschaffenheit der Schweißraupe; es ist festgestellt worden, daß sich der Zusatzwerkstoff in der zu verschweißenden Legierung bis zu 80% und mehr auflöst, wenn eine Schweißverbindung hergestellt wird, bei welcher die Kanten so hergerichtet sind, daß sie mit rechteckigem Querschnitt stumpf zusammenstoßen.Welding filler material or welding wire for welding materials or workpieces made of alloys of the type Al-Si-Cu-Mg become aluminum alloys welded using a filler material, the filler material is released in the alloy to be welded to an extent that depends on the type of welded joint and the welding technique used. This resolution affects in to a large extent the composition or nature of the weld bead; it is established been that the filler material in the alloy to be welded up to 80% and more dissolves when a weld is made, in which the edges are prepared so that they butt butt with a rectangular cross-section.

Wird andererseits eine Kehlnaht erzeugt, so kann die Auflösung nur etwa 25% betragen; daraus ergibt sich, daß bei Verwendung eines Schweißstabes bestimmter Zusammensetzung Schweißraupen der verschiedensten Zusammensetzungen und Eigenschaften entstehen, je nachdem, bei welcher Art von Schweißverbindung diese Schweißstäbe zur Anwendung kommen.If, on the other hand, a fillet weld is produced, the dissolution can only be about 25%; it follows that when a welding rod is used, certain Composition Weld beads of various compositions and properties arise, depending on the type of weld joint these welding rods are made of come into use.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, unter den verschiedensten Umständen und Auflösungsbedingungen eine Schweißraupe herzustellen, deren Zusammensetzung unter allen Umständen innerhalb gewisser Grenzen gleichmäßig bleibt. Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen von Aluminium-Kupfer-Silizium-Magnesium-Legierungen, und zwar hauptsächlich auf das Verschweißen von Legierungen, die handelsüblich mit H. 14 und H. 15 (B. S. 1470) bezeichnet sind. Diese Legierungen enthalten 3,5 bis 5'% Kupfer; in der Praxis schwankt der Kupfergehalt gewöhnlich zwischen 3,9 und 4,5'%. Silizium liegt in Mengen von 0,5 bis 1,2% und Magnesium für gewöhnlich in Mengen von 0,5% vor.According to the invention it is possible under a wide variety of circumstances and dissolving conditions to produce a weld bead, its composition remains uniform under all circumstances within certain limits. The invention refers to the welding of aluminum-copper-silicon-magnesium alloys, mainly on the welding of alloys that are commercially available with H. 14 and H. 15 (B. S. 1470) are designated. These alloys contain 3.5 to 5% copper; in practice the copper content usually varies between 3.9 and 4.5%. Silicon is in amounts from 0.5 to 1.2 percent and magnesium is usually in Quantities of 0.5% before.

Die Erfindung ist darin zu sehen, daß beim Schweißen derartiger Legierungen ein Schweißzusatzwerkstoff oder Schweißdraht zur Anwendung gelangt, der folgende Zusammensetzung aufweist: 5,5 bis 7,5% Kupfer, 3,0 bis 4,00/a Silizium, 0,3 bis 1,0'0/a Magnesium, 0,1 bis 0,8'°/o Titan, 0 bis 1,0°/o Mangan, 0 bis 1,0% Eisen, 0 bis 0,8% Zink, Rest Aluminium.The invention can be seen in the fact that when welding such alloys, a welding filler material or welding wire is used which has the following composition: 5.5 to 7.5% copper, 3.0 to 4.00 / a silicon, 0.3 to 1.0% magnesium, 0.1 to 0.8% titanium, 0 to 1.0% manganese, 0 to 1.0% iron, 0 to 0.8% zinc, the remainder aluminum .

Zweckmäßig wird eine Legierung aus 7'% Kupfer, 3,5% Silizium, 0,6% Magnesium, 0,5% Titan, Rest Aluminium benutzt.An alloy of 7% copper, 3.5% silicon, 0.6% Magnesium, 0.5% titanium, the remainder aluminum used.

Wird ein diese Metalle in. den angegebenen Grenzen enthaltender Schweißzusatzwerkstoff oder Schweißdraht verwendet, so läßt sich eine Schweißraupe einwandfreier Zusammensetzung mit bis zu 70% Auflösung erzielen.Will be a filler metal containing these metals within the specified limits or welding wire is used, a weld bead of perfect composition can be produced with up to 70% resolution.

Hat die zu verschweißende Legierung einen Kupfergehalt von 3,9'%, so führt die Verwendung der bevorzugten Legierung zu einem Kupfergehalt in der Schweißnaht von 4,8% bei 70 % Auflösung und 6,25% bei 25"/o Auflösung. Liegt der Kupfergehalt in der zu verschweißenden Legierung bei der oberen Grenze von 4,5%, so enthält die Schweißraupe 5,2'5% Kupfer bei 70% Auflösung und 6,4'°/o Kupfer bei 25% Auflösung.If the alloy to be welded has a copper content of 3.9%, the use of the preferred alloy leads to a copper content in the weld seam of 4.8% at 70% resolution and 6.25% at 25 "/ o resolution. If the copper content is in the alloy to be welded at the upper limit of 4.5%, the Weld bead 5.2'5% copper at 70% resolution and 6.4% copper at 25% resolution.

Enthält der zu verschweißende Werkstoff 0,5% Silizium, so beträgt der Siliziumgehalt der Schweißraupe 1,4% bei 70% Auflösung und 2,7% bei 25% Auflösung. Enthält der Werkstoff 1,2% Silizium, so beträgt der Siliziumgehalt der Schweißraupe 1,9% bei 70'% und 2,9% bei 25 % Auflösung. Die Wirkung des Siliziums besteht darin, daß die Aluminium-Kupfer-Legierungen weniger leicht reißen; soweit festgestellt werden konnte, läßt bei einem Werkstoff mit 5%igem Kupferanteil ein Gehalt von etwa 21/o Silizium die besten Ergebnisse erzielen; durch weitere Erhöhung des Siliziumgehaltes über diesen Wert hinaus sind nur in geringfügigem Umfange weitere Vorteile zu erreichen, da bei höherem Siliziumanteil die guten Eigenschaften der Schweißverbindung leiden und die Haltbarkeit der Schweißverbindung beim Altern nachläßt.If the material to be welded contains 0.5% silicon, then is the silicon content of the weld bead 1.4% at 70% resolution and 2.7% at 25% resolution. If the material contains 1.2% silicon, the silicon content of the weld bead is 1.9% at 70% and 2.9% at 25% resolution. The effect of silicon is to that the aluminum-copper alloys are less prone to cracking; as far as determined could be, leaves a content of about 5% copper in a material 21 / o silicon get the best results; by further increasing the silicon content Beyond this value, further advantages can only be achieved to a minor extent, because the good properties of the weld joint suffer with a higher silicon content and the durability of the weld joint deteriorates with aging.

Da ein Teil des zu verschweißenden Werkstoffes bei der Herstellung der Schweißverbindung schmilzt, ist es nicht möglich, aus dem Schweißmetall das Magnesium vollständig zu eliminieren; es wäre dies auch unzweckmäßig; andererseits wird nichts Wesentliches dadurch gewonnen, daß der Magnesiumgehalt über den bei den üblichen Al-Cu-Mg-Legierungen als normal zu betrachtenden Anteil hinaus erhöht wird. Ein höherer Magnesiumanteil führt zwar zu höherer Festigkeit, jedoch sinkt die Dehnung. Ein guter Mittelwert liegt vor, wenn der Ma:gnesiumgehalt in den Schweißzusatzwerkstoff bzw. den Schweißdraht zwischen 0,3 und 0,6% beträgt.As part of the material to be welded during manufacture the weld joint melts, it is not possible to remove the weld metal from the To completely eliminate magnesium; it would also be inexpedient; on the other hand nothing essential is gained by the fact that the magnesium content exceeds the at the usual Al-Cu-Mg alloys than normal proportion to be considered addition is increased. A higher magnesium content leads to higher strength, however, the elongation decreases. A good mean value is given if the magnesium content in the filler metal or the welding wire is between 0.3 and 0.6%.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bereits ein Zusatzmetall zum Schweißen von Aluminiumlegierungen bekannt ist, das aus einer Aluminiumlegierung mit 3 bis 5,5°/o Kupfer, 1 bis 2% Silizium und 0,1 bis 0,5% Titan besteht und gegebenenfalls bis 0,5% Magnesium bzw. bis 1% Mangan sowie höchstens 0,2% Eisen enthalten kann. Von einem Schweißzusatzwerkstoff nach der Erfindung unterscheidet sich das bekannte Zusatzmetall also im wesentlichen hinsichtlich des Siliziumgehaltes, der bei der bekannten Legierung 1 bis 2%, bei der Legierung nach der Erfindung jedoch 3 bis 4% betragen soll.In this context it should be mentioned that already an additional metal for Welding of aluminum alloys is known from an aluminum alloy with 3 to 5.5% copper, 1 to 2% silicon and 0.1 to 0.5% titanium and optionally can contain up to 0.5% magnesium or up to 1% manganese and a maximum of 0.2% iron. The known differs from a welding filler material according to the invention Additional metal so essentially in terms of the silicon content, which in the known alloy 1 to 2%, in the alloy according to the invention, however, 3 to Should be 4%.

Eine solche Erhöhung des Siliziumgefaltes bringt aber einen beachtlichen technischen Fortschritt. Vergleichsversuche haben gezeigt, daß ein Schweißstab mit 3% Silizium einem solchen mit 2% Silizium eindeutig überlegen war. Diese Überlegenheit ergab sich speziell im Hinblick auf die Neigung der Schweißstelle zur Rißbildung.Such an increase in the silicon fold brings a considerable result technical progress. Comparative tests have shown that a welding rod with 3% silicon was clearly superior to one with 2% silicon. This superiority resulted especially with regard to the tendency of the weld to crack.

Bei einem bekannten Verfahren zum Prüfen von Schweißnähten auf Neigung zur Rißbildung verwen- Bei der Versuchsreihe A hatten die Proben einen Siliziumgehalt von 3 % bei veränderlichem Magnesiumgehalt; bei der Versuchsreihe B einen Siliziumgehalt von 2%, ebenfalls bei veränderlichem Magnesiumgelialt. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß zwar die Neigung zur Rißbildung in der Mitte der Schweißraupe vom Siliziumgehalt nicht wesentlich beeinflußt wurde, daß sich aber ein solcher Einfluß sehr deutlich am Rande der Schweißraupe feststellen läßt. Zu den dort angegebenen Zahlen ist zu bemerken, daß nach den Erfahrungen des Erfinders eine Legierung als durchaus brauchbar bezeichnet werden kann, wenn sich bei dieser Prüfung eine Rißlänge von weniger als 0,5 Zoll ergibt. Die Legierung mit 2% Silizium zeigt aber an den Kanten der Schweißraupe liegende Risse, deren Länge bedeutend über diesem Grenzwert liegt. Ein Schweißzusatzwerkstoff oder Schweißdraht nach der Erfindung bietet daher beachtliche technische Vorteile. det man Proben in Gestalt eines rechteckigen Bleches, längs dessen Mittellinie eine Schweißraupe gezogen wird. Das Blech ist von den Seitenkanten her rechtwinklig zur Schweißraupe mit mehreren Einschnitten von beiden Seiten :her versehen, die eine gleichmäßig zunehmende Länge aufweisen. Bei der Prüfung wird bei diesem bekannten Verfahren an der Kante der Blechprobe, an der sich die kürzesten Einschnitte befinden, ein Riß hervorgerufen, und hierbei wird die Neigung zur Rißbildung danach beurteilt, wie leicht oder schwierig es ist, ein Weiterlaufen des Risses zu verhindern. Dabei wirken die von den Seitenrändern der Probeplatte nach ihrer Mitte hin vorgetriebenen Schlitze von zunehmender Länge in dem Sinne, daß sie ein Weiterlaufen des Risses zu verhindern suchen, indem sie die Spannung aus der Schweißraupe nehmen, also eine Entspannung bewirken. Je weiter sich die Schweißraupe erstreckt, um so mehr wird wegen der zunehmenden Länge der Schlitze die Entspannung getrieben. Dabei wird dann die Länge der Risse längs der Mittellinie der Schweißraupe und ebenfalls längs des Randes der Schweißraupe gemessen. Näheres über dieses Prüfverfahren ist einer Arbeit von P. T. H ou l dcr o f t zu entnehmen, die in der Oktoberausgabe 1955 des British Welding Journal veröffentlicht ist.In a known method for testing weld seams for the tendency to crack formation, In test series A, the samples had a silicon content of 3% with a variable magnesium content; in test series B a silicon content of 2%, also with variable magnesium gelialt. The test results show that the tendency to crack formation in the middle of the weld bead was not significantly influenced by the silicon content, but that such an influence can be determined very clearly at the edge of the weld bead. Regarding the numbers given there, it should be noted that, according to the inventor's experience, an alloy can be described as entirely useful if this test shows a crack length of less than 0.5 inch. The alloy with 2% silicon, however, shows cracks at the edges of the weld bead, the length of which is significantly above this limit value. A welding filler material or welding wire according to the invention therefore offers considerable technical advantages. When specimens are in the form of a rectangular sheet metal, along the center line of which a weld bead is drawn. The sheet metal is made from the side edges at right angles to the weld bead with several incisions from both sides, which have an evenly increasing length. During the test in this known method, a crack is caused at the edge of the metal specimen at which the shortest incisions are located, and the tendency to crack formation is assessed according to how easy or difficult it is to prevent the crack from continuing. The slots of increasing length which are driven forward from the side edges of the test plate towards their center act in the sense that they try to prevent the crack from running further by taking the tension off the weld bead, thus causing relaxation. The further the weld bead extends, the more the relaxation is driven because of the increasing length of the slots. The length of the cracks is then measured along the center line of the weld bead and also along the edge of the weld bead. More information on this test method can be found in a paper by PT H ou l dcr, which is published in the October 1955 issue of the British Welding Journal.

Nach diesem Verfahren angestellte Vergleichsversuche hatten folgendes Ergebnis:Comparative tests made according to this procedure had the following Result:

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Welding filler material or welding wire for welding materials or workpieces made of alloys of the type Al-Si-Cu-Mg, characterized by the following composition: 5.5 to 7.5% copper, 3.0 to 4.0% silicon, 0.3 to 1.0% magnesium, 0.1 to 0.8% titanium, 0 up to 1.0% manganese, 0 up to 1.0% iron, 0 up to 0.8% zinc, Remainder aluminum.

2. Welding filler material or welding wire according to claim 1, characterized by the following composition: 7% copper, 3.5% silicon, 0.6% magnesium, 0.5% titanium, the remainder aluminum. Publications considered: Swiss Patent No. 230749.