DE2736484B2 - Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoffes zum Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoffes zum Schmelzschweißen von AluminiumlegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoffcs zum Schmelzschweißen
von Aluminiumlcgierungcn, insbesondere Legierungen des Typs AIZnMg.
AIZnMg-Legicrungcn haben aufgrund ihrer guten Schweißbarkeit und insbesondere durch die Eigenschaft, daß Schweißnähte bei Raumtcmpetatur auf
Grundmaterialfestigkeit aushärten, breite Anwendung gefunden. Die anfänglich auftretenden Schwierigkeiten, die hauptsächlich auf ihre schlechte Spannungsrißkorrosionsheständigkeit /.tirück/ufuhren \v,aren. konnten durch geeignete l.cgierungs/usammenset/ungcn. beispielsweise durch geeignete Zn/Mg-Verhaltnisse und durch geeignete Wärmebehandlungen, beispielsweise Stufenauslagerung, überwunden
'.'.et den
Bekannt sind auch Kupferzusatze zu Legierungen des AlZnMg'Typs, die in Größenordnungen bis 2,0%
die Festigkeit erhöhen und das Auftreten von Spannungsrißkorrosionen weitgehend verhindern.
In der praktischen Anwendung dieser Legierungen für Schweißkonstruktionen hat sich jedoch gezeigt,
daß Schweißnähte nur dann den Anforderungen bezüglich Spannungskorrosions- und Schichtkorrosionsanfälligkeit genügen, wenn die gesamte Konstruktion einer Wärmebehandlung unterworfen wird;
insbesondere bei großen Schweißkonstruktionen ist es unmöglich, diesem Erfordernis zu entsprechen.
Es sind nun verschiedentlich Anstrengungen unternommen worden, die Korrosionsbeständigkeit der
Schweißnaht durch geeignete Schweißzusatzwerkstoffe zu verbessern. So werden z. B. im Aluminium-Taschenbuch, 13. Auflage, Seite 551, zum Schweißen
von AIZnMg-1-Legierungen nicht aushärtbare Werkstoffe der Legierungstypen AISi, AIMg und
AlMgMn vorgeschlagen. Damit werden zwar die anfallenden Korrosiortsprobicrnc gelöst, jedoch können
mit diesen Zusatzwerkstoffen nur geringe Festigkeiten und Schweißnähte erreicht werden; die hohen, an sich
erreichbaren Festigkeiten der AIZnMg-Legierungen können in Schweißkonstruktionen nicht ausgenutzt
werden.
Es sind auch schon Versuche durchgeführt worden, AIZnMg-Legierungen als Schweißzusatzwerkstoffe
zu verwenden. So wird beispielsweise in der DE-OS 2234111 ein aushärtbarer Aluminiumschweißzusatzwerkstoff folgender Zusammensetzung vorgeschlagen:
Zink 2,0 bis 6,0%
Chrom 0,1 bis 0,7%
Silber 0,05 bis 1,04%
Wismut 0,001 bis 1,0%
Mit diesem Schweißzusatzwerkstoff werden in den Schweißnähten Eigenschaften erreicht, die mit denjenigen des Grundmaterial vergleichbar sind. Auch bezüglich der Spannungsrißkorrosionscmpfindlichkcit
vermag dieser Zusatzstoff den Anforderungen weitgehend zu genügen. Es hat sich aber gezeigt, daß trotz
optimaler Warmauslagcrung der Schweißkonstruktion eine verhältnismäßig hohe Anfälligkeit der
Schweißnähte bezüglich Schwcißraupcngrenzkorrosion besteht. Damit werden in derartigen Schweißnähten wohl genügende Fcstigkcitswcrtc erzielt, doch
ist ihre Verwendung in korrosiven Umgebungen mit Risiken verbunden.
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, SchwcißzusaU.wcrkstoffc für
gleiche oder ungleiche Paarungen zu finden, mit denen die Festigkeit der Schweißnähte diejenige des Grundmalenais erreicht und die gleichzeitig eine gute Korrosionsbeständigkeit in korrosiver Umgebung /eigen.
Zur I.C)SUiIg dieser Aufgabe wird die Verwendung
von Schwcißzusa'/werkstoffen zum korrosionsfesten
Sehmel/schweißei: von Aluminiumlcgierungen, ins
besondere Legierungen lies Typs AIZnMg. vorge
schlagen, deren Zusammensetzung in ilen l'atcitan-MHiichen I bis .1 aufgeführt ist.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß zum Schweißen von AlZnMg-Legjerungen Zusatzwerkstoffe
auf der Basis von AlMgZn-Legierungen vevwendet werden können, wenn der Zusatzwerkstoff
die Elemente Kupfer, Mangan, Titan, Chrom und Zirkonium in den erfindungsgemäß geforderten Mengen
enthält, ohne daß einer der eingangs aufgezeigten Nachteile auftritt. Es wird dabei angenommen, daß
vor allem der Kupferzusatz sowohl das Auftreten der Spannungsrißkorrosion wie auch der Schweißraupengrenzkorrosion
verhindert und die Gehalte an Mangan, Titan, Chrom und Zirkonium für die Herabsetzung
der Schweißrißempfindlichkeit verantwortlich sind. Metallographische Untersuchungen haben auch
ergeben, daß durch den Kupferzusatz das Gußgefuge beim Erstarren der Schmelze und dadurch die Ubergangszone
zwischen Schweißgut und Grundmaterial derart beeinflußt werden, daß Spannungsriß korrosion,
und insbesondere Schweißraupengrenzkorrosion weitgehend unterbanden sind.
Besonders überraschend ist der Umstand, daß das dem Schweißzusatzwerkstoff in erfindungsgemäßer
Menge zugesetzte Kupfer die Beständigkeit der Schweißnaht gegen Spannungsrißkorrosion wesentlich
erhöht ohne entsprechende Steigerung der Schichtkorrosionsanfälligkeit in der Wärmeeinflußzonc
des Grundmaterials.
Der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff hat sich auch als geeignetes Hilfsmittel zum Schweißen
von Konstruktionsteilen aus Aluminium/Zink/Magnesium-Legierungen mit Konstruktionsteilen aus
anderen Legierungstypen, wie z. B. Aluminium/ Mangan oder Aluminium/Mbgnesiu.,1, erwiesen.
Im weiteren wurde auch gefunden, daß durch Kupferzusätze
in der Größenordnung von J,2 bis 0,5% zu den Schweißzusatzwerkstoffen nach DIN 1732,
Blatt I, insbesondere zu Schweißzusatzwerkstoffen der Typen AIMg, AIMn und AIMgMn gegen Spannungsrißkorrosion
weitgehend beständige Schweißverbindungen erzielt werden können.
Die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoffe wird durch die nachfolgenden
Beispiele deutlich gemacht.
4 mm dicke Blechproben aus einer AIZnMg-1 -Legierung,
kaltausgelagert, wurden mit Schwcißzusatzwcrkstoffcn der in Tabelle I aufgelisteten Zusammensetzungen
mittels Mctall-Incrtgas-Schwcißcn mit pulsierendem Gleichstrom verschweißt und die
Schweißnähte vergleichenden Prüfungen unterworfen.
TaMIc I
Zusatz- Zn
werkstoff
werkstoff
Λ
I!
C
\,l> 4.1 0.D.1- 11,45 11,10 0.12- 0,0X0.40
2.2 4,0 0,05 (l.<)f, 0,48 0.11 0.11 0.12 0,10 0,41
2.« 4.2 0,2y - (1,44 (1,1(1 (1,IK 0,17 0,21 (UK
Ret den Proben Λ und U handelt es sich um bekannte
Sehweiß/usat/.werkstoffe; Probe C weist eine
iler erfindungsgemäß geforderten Zusammeiisci/ungui
auf.
Nach dein Schweißen wurden die Proben in hekannler
Weise w;irmmisgel;igert.
| Die Resultate sind in Tabelle II |
Festigkeit der Schweißnaht (N/mm2) |
Tabelle II aufgelistet. |
| , Zusatz werkstoff |
332 309 334 |
Mittlere Lebens dauer der »Jones«- Proben (Tage) |
| A B III Q |
9 32 84 |
Wie Tabelle II zeigt, weisen mit dem erftndungsgemäßen
Schweißzusatzwerkstoff hergestellte Schweißnähte eine erheblich verbesserte Korrosionsbeständigkeit
auf.
Beispiel 2 zeigt die Prüf-Resultate von Schweißnähten
auf 4 mm dicken Blechen aus einer warmausgelagerten AIZnMg-I-Legierung, die mit Schweißzusatzwerkstoffen
nach DIN 1732 und nach der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Schweißverfahren
aufgebracht wurden. Die Proben wurden nach dem Schweißen warmausgelagert. Die Zusammensetzjngen
der Zusatzwerkstoffe sind in Tabelle III aufgelistet.
;„ Zusatzwerk- Mg Mn Ct, Cr
stoff
stoff
Zn Ti Fc Si
D 4,9 0,35 0,05 0,12 0,12 0,17 0,38 0,30
E 4,8 0,35 0,31 0,15 0,15 0,14 0,25 0,20
Zusatzwerkstoff D entspricht DIN 1732; Zusatzwerkstoff E weist den erfindungsgemäß geforderten
Kupfergehalt auf.
Die Resultate der vergleichenden Prüfung der Schweißnähte sind in Tabelle IV aufgelistet.
| Tabelle | IV | Festigkeit | Mittlere |
| Zusatz | Schweiß | der | Lebensdauer |
| werk | verfahren | Schweiß | der »Jones«- |
| stoff | naht | P robe η | |
| (N/mnr) | (Tage) | ||
| 336 | 24 | ||
| D | WIG Gleich | ||
| strom (Helium) | 337 | 90 | |
| E | WIG Gleich | ||
| strom (Helium) | 305 | 21 | |
| D | MIG pulsieren | ||
| der Gleichstrom | 305 | 52 | |
| E | MIG pulsieren | ||
| der Gleichstrom | |||
Bei dem in Tabelle IV übcrsichtlichkeitshalber mit WIG bezeichneten Verfahren, insbesondere mit dem
der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff E zu - gegenüber mit Schwcißzusatzwcrkstoffen nach DIN
1732 hergestellten - Sehweißnähten eine wesentlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit erkennen läßt,
handelt es sieh um eine Wolfram-Inertgas-Schwei-Uiiiig,
heim sogenannten MICi um eine Mctall-Incrtgiis-Schweißuiig.
Claims (3)
1. Verwendungeines Schweißzusatzwerkstoffes
aus:
Zink 1,0 bis 4,0%
Magnesium 2,0 bis 5,0% Kupfer 0,2 bis 0,5 %
Mangan 0,3 bis 0,5%
Titan 0,05 bis 0,2%
Chrom 0,05 bis 03%
Zirkonium 0,05 bis 0,2%
Silizium weniger als 0,3 %
Eisen weniger als 0,4%
Aluminium Rest
zum korrosionsfesten Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen, insbesondere Legierungen des Typs AIZnMg.
2. Verwendungeines Schweißzusatzwerkstoffes
nach Anspruch 1 aus:
Zink 2,7 bis 3,3%
Magnesium 3,7 bis 4,3% Kupfer 0,25 bis 0,35%
Mangan 0,35 bis 0,45%
Titan 0,08 bis 0,15%
Chrom 0,12 bis 0,20%
Zirkonium 0,12 bis 0,20%
Silizium weniger als 0,2%
Eisen weniger als 0,3%
Aluminium Rest
zum korrosionsfesten Schmelzschweißen von Aluminiumlegierungen, insbesondere Legierungen des Typs AIZnMg.
3. Verwendungeines Schweißzusatzwerkstoffcs aus:
Magnesium 0,05 bis 5,5% Mangan 0,05 bis 2,5%
Silizium 0,05 bis 5,5%
Kupfer 0,25 bis 0,5%
Chrom 0,05 bis 0,3%
Zink 0,05 bis 0,25%
Titan 0,1 bis 0,25%
Eisen weniger als 0,4%
Aluminium Rest
zum korrosionsfesten Schmelzschweißen von Aluminiumlcgierungcn, insbesondere Legierungen des Typs AIZnMg.
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