DE2305248A1

DE2305248A1 - Verfahren einer schweiss- oder giessbehandlung von aluminium

Info

Publication number: DE2305248A1
Application number: DE19732305248
Authority: DE
Inventors: Satoru Oyno; Masahiro Uda
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1972-07-05
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR2190930A1; JPS4926108A; FR2190930B1

Description

von Aluminium

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Verhinderung der Porosität beim Schweissen oder beim Giessen, fallsJAluminium oder eine gewöhnliche Aluminiumlegierung geschweisst oder gegossen wird.

Das Schweissen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wurde bisher mittels des Wolfram-Inertgas-Bogenschweissens (abgekürzt TIG für Wolfram-Inertgas) oder Metall-Inertgas-Bogenschweissung (abgekürzt MIG für Metall-Inertgas) in einer Atmosphäre eines Inertgases wie Argon oder Helium durchgeführt. Es ist jedoch bekannt, dass Aluminium und dessen Legierungen, wenn sie nach dem vorstehenden Verfahren gesehweisst sind, gegenüber der Porositätsausbildung im Vergleich zu anderen Metallen sehr

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empfindlich sind. Aus diesem Grund wurde als Verfahren zur Verhinderung der Porosität ein Verfahren der Anwendung eines Inertgases, welches Stickstoff, Sauerstoff öder Chlor als Gas enthält, durchgeführt, jedoch ist sehr schwierig, vollständig die Porosität "bei einem derartigen Gasmischverfahren zu verhindern. Weiterhin tritt beim Aluminium- oder Aluminiumlegierungsguss eine Porosität leicht beim Giessvorgang auf. Damit dies verhindert· werden kann, wurden verschiedene Arten von Giessverfahren, beispielsweise eine Stufe des Vermischens eines aktiven Gases, wie Sauerstoff, in die Giessatmosphäre,und die Anwendung einer luftdurchlässigen Form bereits vorgeschlagen, jedoch wurde eine vollständige Verhinderung der Porosität bisher dadurch nicht erreicht.

¥ie vorstehend dargelegt, wird zur Verhinderung der Porosität, die auftritt, falls Aluminium oder eine Aluminiumlegierung einer Schweiss- oder Giessbehandlung unterzogen wird, die Koordinierung der gasförmigen Atmosphäre betont. Die Erfindung befasst sich mit einem neuen Verfahren zur Verhinderung der Porosität weit wirksamer als bisher durch eine Modifizierung der Zusammensetzung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung selbst.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung eines Verfahrens zum Schweissen oder Giessen von Aluminium oder einem Metall aus der Gruppe von Aluminiumlegierungen, die gewöhnliche- Zusatzelemente enthalten.

Das Verfahren gemäss der Erfindung wird im einzelnen nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, worin

die Ug. 1a, b und c Querschnitte von photographischen Wiedergaben, die einen Vergleich des Zustandes der Porosität von Al, Al-Zn und Al-Cu sämtliche unter Zusatz von Li

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gegenüber von Al, Al-Zn und Al-Cu₇sämtliche ohne Zusatz von Li_x zeigen.

Die Metalle, worauf das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar ist, sind Aluminium allein oder die üblicherweise in Gebrauch befindlichen Aluminiumlegierungen. Die Aluminiumlegierungen sind Legierungen, die im wesentlichen aus 85 bis 100 Gew.% Aluminium und 0 bis 15 Gew.% mindestens eines Elementes aus der Gruppe von Kupfer, Silicium, Eisen, .Mangan, Magnesium, Zink, Chrom, iitan, Zirkon, Niob und Tantal, bestehen.

Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass Aluminium oder die vorstehende Aluminiumlegierung 10 ppm bis 10 Gew.% Lithium, bezogen auf das Gesamtgewicht des Metalles, enthält und dadurch die Porosität verhindert wird, die sich während des Schweissens oder Giessens einstellt, wenn das lithiumhaltige Aluminium oder die lithiumhaltige Aluminiumlegierung gegossen oder geschweisst werden. Legierungen, die aus Lithium und Aluminium bestehen, sind bekannt, jedoch war nicht bekannt, dass diese Legierungen wirksam eingesetzt werden können, um die Porosität während des Schweissens oder Giessens zu verhindern. Die Gründe, weshalb die Porosität wirksam beim erfindungsgemässen Verfahren verhindert wird, dürften die folgenden sein:

Die Porositätsausbildung bei einer Schweissung oder einem Guss von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird grundsätzlich allgemein auf die Entwicklung von Wasserstoff zurückgeführt. Die Ursache der Porosität wird nachfolgend anhand eines Beispieles der Bogenschweissung erläutert, wobei eine starke Porosität verursacht wird. Die Feuchtigkeit in der Atmosphäre oder die im Metall absorbierte Feuchtigkeit wird durch den Bogen zersetzt

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und erzeugt Wasserstoff. Der Wasserstoff wird in dem geschmolzenen Metall während des Schweissens gelöst und als Gasphase während der Verfestigung des Metalles entwickelt und dessen Blasen verbleiben in dem geschweissten Metall und verursachen die Porosität. Es wird angenommen, dass beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung durch den Zusatz von Lithium zu Aluminium oder der Aluminiumlegierung, welches eine grosse Affinität zu Wasserstoff besitzt, das Lithium im geschmolzenen Metall mit Wasserstoff unter Bildung einer Lithium-Wasserstoffverbindung des geschmolzenen Metalles während des Schweissens oder Giessens reagiert. Die Entwicklung von Wasserstoff gas wird dadurch unterbrochen, so dass der Wasserstoff in dem verfestigten Metall als feste Phase verbleibt und die Porosität verhindert wird. Dies stellt jedoch nur eine theoretische Erläuterung als mögliche Erklärung dar und die Erfindung ist in keiner Weise auf diese Erläuterung begrenzt.

Beim erfindungsgemässen Verfahren der wirksamen Verhinderung der Porosität mit Lithium dürfte im allgemeinen bei einer Erhöhung der Menge des Lithiums im Zusatz eine stärkere Wirksamkeit erwartet werden, jedoch ergab sich das unübliche Merkmal der vorliegenden Erfindung insofern, als mit einer sehr geringen Menge an Lithium im Aluminium oder der Aluminiumlegierung, beispielsweise 10 bis 1000 ppm der Porosität vollständig wirksam begegnet werden kann. Die Anwesenheit von grösseren Mengen an Lithium sind natürlich· möglich. Bei einer Aluminiumlegierung zur Anwendung für die allgemeine Struktur oder beim Guss kann durch einen Lithiumgehalt von etwa 2 % oder darunter die Porosität ausreichend verhindert werden. Palis eine Aluminiumlegierung, die Lithium enthält, alsSchweissdraht verwendet wird, beträgt der Lithiumgehalt im Metall vorzugsweise 10 % oder

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darunter, da Lithium ein reaktionsfähiges Metall ist, welches zu einer Verdampfung oder Oxidation weit zugänglicher im Vergleich zu anderem Metall ist, so dass es auf etwa 1/5 der Zusatzmenge durch Abdampfung oder Oxidation während des Bogenschweissens verringert wird.

Das lithiumhaltige Aluminium oder die lithiumhaltige Aluminiumlegierung, die erfindungsgemäss eingesetzt wird, kann als schweisshares Material und als Elektrodendraht beim Schweissen verwendet werden. Derartige Schweissverfahren sind Schweissung, wie das TIG-Schweissungsverfahren und das MIG-Schweissungsverfahren, Elektronenstrahlsehweissung und Gasschweissung, wobei aus sergewöhnlich günstige Ergebnisse zusammen mit einer feinen Schweissung frei von Porosität erhalten werden. Wie vorstehend angegeben, kann durch das lithiumhaltige Aluminium oder die lithiumhaltige .Aluminiumlegierung zur Anwendung bei der Herstellung eines Gusstückes die Porosität verhindert werden und ausserdem tritt der Vorteil auf, dass die Fliessfähigkeit des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung verbessert wird und dass der Giesseffekt erhöht wird.

Beispiel

Heines Aluminium und eine !"luxmasse aus Ba-CIp-NaF- ^ wurde in einen Kohlenstoff-Schmelztiegel eingebracht und mit Hochfrequenz in der Atmosphäre geschmolzen. In eine Aluminiumfolie eingewickeltes metallisches Lithium wurde zu dem geschmolzenen Metall zugesetzt und eine Stammlegierung hergestellt. Das Verhältnis des Zusatzes an Lithium und die Analysenwerte der Stammlegierung sind in Tabelle I angegeben.

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3?abelle I

. Lithium-Zusatzverhältnis Analysenverhältnis Al Li Al Li

feg^ung 95 5 98,77 1,23 .

Wie sich aus Tabelle I ergibt, wird das Lithium auf etwa 1/4- seiner Zusatzmange durch. Oxidation oder Abdampfung während der Herstellung der Stammlegierung verringert.

Aluminiumlegierungen, die verschiedene Mengen an Lithium enthielten, wurden unter entsprechendem Zusatz der vorstehend angegebenen Stammlegierung zu reinem Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt. Die Analysenwerte von Aluminiumlegierungen, die das Lithium enthalten, sind in Tabelle II angegeben.

	Li %	Tabelle II	Al %
Legierung	0,083 0,033 0,062	Zn % Cu %	99,99 Rest It Il
Seines Al Al-Li Al-Zn-Li Al-Cu-Li	1,88

Die vorstehend angegebenen. Aluminiumlegierungen mit Aluminiumzusatz (0,083 % Li-Al, 0,033 bei 1,88 % Zn-Al und 0,062 % bei 4-, 3 % Cu-Al) wurden in einem Knopf bogen in einer Atmosphäre von 1 % H₂-Ar geschmolzen, um die Schutzwirkung gegen Porosität auf Grund des Zusatzes des

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Lithiums zu untersuchen.

Die Fhotographie a ist ein Querschnitt von reinem Aluminium, das in einem Knopf bogen unter den gleichen Bedingungen wie die Li-Al-Legierung mit 0,083 % Li, die in diesem Beispiel erhalten wurde, zum Vergleich geschmolzen wurde. Wie sich klar aus der Photographie ergibt, wird durch den Zusatz von Aluminium die Porosität bemerkenswert verringert.

Die Photographien b und c zeigen jeweils den Vergleich zwischen einem Zusatz von 0,033 % Li bei der Zn-Al-Legierung mit 1,88 % Zn und der Zn-Al-Legierung mit 1,88 % und zwischen dem Zusatz von 0,062 ⁹/q Lithium zu der Cu-Al-Legierung mit 4,3 % und der Cu-Al-Legierung mit 4,3 %, die jeweils im Knopfbogen unter den gleichen Bedingungen geschmolzen wurden. Es ergibt sich, dass die Porosität in den Aluminiumlegierungen durch den Zusatz von Lithium bemerkenswert gehemmt wird.

Aus diesen Werten zeigt es sich, dass es wirksam ist, Lithium zu Aluminium und Aluminiumlegierungen zwecks Verhinderung der Porosität derselben zuzusetzen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Schweiss- oder Giessverarbeitungsbehändlung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die die gewöhnlichen Zusatzelemente enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass im Aluminium oder der Aluminiumlegierung 10 ppm bis 10 Gew.% Lithium, bezogen auf das Gesamtgewicht, zur Verhinderung der Porosität in dem Metall bei der Verarbeitungsbehandlung vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall im wesentlichen aus 85 bis 100 Gew.%.Aluminium und 0 bis 15 Gew.% mindestens eines der Elemente Kupfer, Silicium, Eisen, Mangan, Magnesium, Zink, Chrom, Titan, Zirkon, Mob oder Tantal besteht.

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