WO2005007910A1 - Welded aluminium structural component with a metal induced tear deviation - Google Patents

Welded aluminium structural component with a metal induced tear deviation Download PDF

Info

Publication number
WO2005007910A1
WO2005007910A1 PCT/DE2004/001459 DE2004001459W WO2005007910A1 WO 2005007910 A1 WO2005007910 A1 WO 2005007910A1 DE 2004001459 W DE2004001459 W DE 2004001459W WO 2005007910 A1 WO2005007910 A1 WO 2005007910A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reinforcing element
structural component
skin field
welded
welding
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/001459
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2005007910B1 (en
Inventor
Frank Palm
Original Assignee
Eads Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eads Deutschland Gmbh filed Critical Eads Deutschland Gmbh
Publication of WO2005007910A1 publication Critical patent/WO2005007910A1/en
Publication of WO2005007910B1 publication Critical patent/WO2005007910B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/06Frames; Stringers; Longerons ; Fuselage sections
    • B64C1/064Stringers; Longerons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C2001/0054Fuselage structures substantially made from particular materials
    • B64C2001/0081Fuselage structures substantially made from particular materials from metallic materials

Definitions

  • the present invention relates to a welded aluminum structural component with a metal-induced crack deviation according to the preamble of claim 1, and to an aircraft pressure fuselage according to claim 12, which at least partially consists of such an aluminum structural component.
  • DE 196 39 667 describes a method for laser beam welding of profiles on large-format aluminum structural components, in which two laser beams are used which are guided to the weld seam from two sides simultaneously by means of a seam search system.
  • An aircraft shell part produced by means of laser beam welding is known, for example, from DE 19844 035.
  • a disadvantage of the welded and thus integral or monolithic aluminum structural components is the crack propagation. A crack that progresses in the skin area of the welded skin-stringer connection not only cuts through the skin area but also the stringer and thus permanently weakens the overall structure.
  • the welded aluminum structural component In contrast to riveted structures, in which a crack passes under the riveted stringer without extending to it, the welded aluminum structural component is to be regarded as a completely monolithic structure, with cracks in the skin area of the welded-on reinforcement elements stringer, clips and the like immediately and unchecked cut.
  • This problem currently exists with all structural aluminum components welded using laser beams.
  • the Airbus 318 currently only uses monolithic structural components welded in the area of the pressure fuselage lower shell, e.g. made of AlMgSiCu materials (AI material type 6xxx, according to the American alloy designation), since there are no tensile stresses in this area of the pressure fuselage and fail-safe concepts ( so-called "fail safe” concepts) are not required.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a welded aluminum structural component in which the propagation of cracks onto a reinforcing element fastened to the skin field of the structural component is effectively prevented, so that it is suitable for a fail-safe "fail-safe" construction.
  • a welded aluminum structural component that has a skin field and at least one reinforcing element that is attached to the skin field by means of welding, if necessary using a welding additive, whereby skin field ner reinforcing element and welding additive consist of aluminum materials and the aluminum material at least one of the components skin field, reinforcing element and welding additive additionally 0.05 - 2 wt .-% of one or more elements of the group consisting of zircon (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and the lanthanides , whereby a metallurgical fine grain zone is formed between the skin field and the reinforcing element.
  • a narrow seam is produced from very fine grains in the weld metal along the melting line (s) if the above-mentioned alloying elements are present in the appropriate amount in the melted and melted base material of the reinforcing element, skin field or welding additive , Because of this fine grain zone, a crack progressing in the skin field forms one or two secondary cracks in the weld metal instead of a crack in the reinforcing element when it hits the fine grain zone, which progress very slowly along the joint plane of the welded joint. This has the great advantage that the welded-on reinforcement element remains intact and is therefore available as a load-bearing path for a longer period of time.
  • the formation of the metallurgical fine grain zone on the basis of the alloyed elements is essentially based on the fact that during the welding process certain intermetallic phases (stoichiometric connections of the above-mentioned elements with the AI base material (generally of the type AI 3 X)), which are present in the AI materials alloyed with these elements, are not completely melted in the area of the melting interface and are dissolved in the melt.
  • certain intermetallic phases sinometric connections of the above-mentioned elements with the AI base material (generally of the type AI 3 X)
  • the AI base material generally of the type AI 3 X
  • aluminum alloys for the skin field and reinforcing element are aerospace alloys with the basic chemistry AICu ... (American alloy designation AA 2xxx), AlMg ... (American alloy designation AA 5xxx, which also includes AlMgSc alloys, for example), AlMgSi. ... (American alloy designation AA 6xxx), AlZn ... (American alloy designation AA 7xxx) and / or other Al material systems (American alloy designations AA 8xxx and AA 4xxx) as can be selected for AlLi alloys. These are typical aerospace certified alloys that are commonly used in the manufacture of aircraft pressure hulls. Thus, the present invention is for fen can be used.
  • the present invention is applicable to all alloys commonly used in aviation or developed in the future, provided that they are modified or adapted by adding the above-mentioned elements.
  • this applies to forged materials (e.g. sheets, plates, etc.) and to cast materials (e.g. investment casting, die casting, but also rheo or thixo casting).
  • any combination of the aerospace alloy types listed above can be selected for the skin field and reinforcing element if at least one of the components skin field, reinforcing element and
  • Welding filler is modified according to alloy technology.
  • a welding filler material which is often necessary from a welding point of view, can alternatively be modified as a third element in the overall system, so that the desired fine grain zone is created, as explained above.
  • the skin field and reinforcing element can consist, for example, of an identical or similar type of aviation alloy (for example AA 6xxx).
  • the skin field can consist, for example, of alloy 6013 and the reinforcement element of alloy 6110 A, the chemistry of the reinforcement element being adapted in accordance with the invention by adding Ti or Zr.
  • the skin field and reinforcing element can also consist of different types of aviation alloy.
  • the skin field can consist, for example, of an alloy of type 6xxx (eg 6056) and the reinforcing element can be of type 2xxx (eg 2195).
  • the alloy 2195 is already defined with Zr due to its classification in the American AI alloy key.
  • an AIMg6.3MnZrSc welding filler can be used, for example. Because a variety of combinations of aviation alloy types is possible is, the present invention is universally applicable in aviation, without major restrictions to certain types of alloy.
  • a plurality of bores are provided in the reinforcement element along the joining plane of the welded connection.
  • a bore diameter of 2 to 10 mm and a spacing of the bore center points of 4 to 1000 mm are expedient.
  • the center of the drill holes are at a distance from the welded skin field of preferably> 1 mm to approx. 15 mm.
  • the arrangement of bores along the joint plane reduces the spread of the crack deflected by the metallurgical fine-grain zone in the joint plane, since the side cracks are stopped by the holes when they strike bores.
  • the aluminum structural component according to the invention cannot be used only for the lower shell of an aircraft pressure fuselage, as before, but that a "fail-safe" construction is ensured due to the prevented crack propagation, so that the aluminum structural component also for the upper shell and
  • a "fail-safe" construction is ensured due to the prevented crack propagation, so that the aluminum structural component also for the upper shell and
  • the reinforcing element welded to the skin field can be not only a stringer but also clips and / or push combs.
  • the reinforcing element can also be a frame, which is known to be attached directly to the skin field in small aircraft. In the case of large aircraft, however, the frames are arranged on corresponding clips. net, which in turn are attached to both the skin field and the stringer.
  • the reinforcing elements can alternatively be wire, matrix, fiber reinforced or the like. The present invention is therefore not restricted to specific reinforcement elements or partial areas in the aircraft, nor to a specific aircraft type.
  • the reinforcing element can be fastened to the skin field by laser beam welding, arc welding as well as by other fusion welding methods. There is therefore no restriction with regard to the welding process, which makes the present invention universally and flexibly applicable.
  • the welded component can be subjected to a heat aftertreatment made up of various sub-steps in order to optimize properties. This can be done, for example, at a temperature of 50 - 450 ° C for a period of 15 - 1500 minutes.
  • the welded aluminum structural component according to the invention is used in particular in aircraft, where it at least partially forms lower, upper and / or side shells of the pressure fuselage.
  • 1 shows a schematic representation of the crack propagation in previous welded aluminum structural components known from the prior art
  • 2 shows a schematic representation of the propagation of cracks in an aluminum structural component according to the present invention
  • FIG. 3 shows an aluminum structural component according to FIG. 2 with bores arranged in the reinforcing element
  • FIG. 5 shows a micrograph of a melting interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material (material 1) modified according to the invention
  • FIG. 6 shows a micrograph of a reflow interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material (material 2) modified according to the invention.
  • FIG. 7 shows a micrograph of a melting interface of an arc-welded (TIG process) aluminum structural component with a base material (material 3) modified according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic three-dimensional representation of an aluminum structural component 1 which has a skin field 2 and at least one reinforcing element 3.
  • the skin field 2 forms part of an aircraft pressure fuselage in a known manner, the reinforcing element 3 being a stringer which is attached to the skin field in the longitudinal direction of the aircraft.
  • Hautfeld- Stringer connections are well known in the art, so further detailed description can be omitted.
  • the reinforcing element 3 is exemplified as a stringer, of course, the following explanation also applies to other reinforcing elements that are welded to the skin, such as clips or push combs.
  • clips are used to fasten frames running in the circumferential direction of the aircraft pressure fuselage and are welded to both the stringer and the skin field.
  • a push comb can also be used in a known manner.
  • the reinforcing element shown schematically in FIG. 1 can also be a frame.
  • the skin area 2 of the aluminum structural component 1 shown in FIG. 1 consists of an aluminum material which is selected from one of the aviation-certified alloy types 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and 8xxx.
  • Alloy 6013 (skin field) is an example of a 6xxx skin field alloy.
  • the reinforcement element 3, which is designed as a stringer in FIG. 1, likewise consists of an aluminum material which is selected from the same types of aviation alloys as the skin field alloy (e.g. 6110A).
  • FIG. 1 also shows a crack that spreads in the skin area 2 and that spreads in the direction of the reinforcing element 3. This is shown schematically by the arrow A running from right to left.
  • the crack A divides into two partial cracks B, C when the progressive crack A meets the reinforcing element 3, the one partial crack B (shown in dashed lines) under the reinforcing element 3 in the skin area 2 continues.
  • the other partial tear leads to cutting the reinforcing element 3, which is represented by the arrow C.
  • a crack in the skin area 2 continues on the welded-on reinforcing elements 3 without braking and cuts through them.
  • the reinforcing element 3 which is no longer available as a load-bearing path, can no longer maintain the strength of the overall structure, which necessitates the replacement of the structural component.
  • this skin-field reinforcement element connection cannot be used where fail-safe (“fail safe”) concepts (eg aircraft side and upper shells) are required.
  • FIG. 2 shows in an analogous manner a welded aluminum structural component 1 which, as in FIG. 1, has a skin field 2 and at least one reinforcing element 3, again only a single reinforcing element 3 in the form of a stringer being shown.
  • the skin field 2 and the reinforcing element 3 consist of aluminum materials (for example alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and 8xxx), but now with the modified or adapted chemistry.
  • the skin field 2 and the reinforcing element 3 can consist of identical or different alloy types.
  • the following material pairing may be mentioned as an example: the skin field 2 consists of the 6xxx alloy 6013 and the reinforcing element consists of the 2xxx alloy 2195. In this case the alloy 2195 contains the alloy component Zr.
  • the aluminum material of the reinforcing element 3 and / or the skin field 2 is additionally 0.05-2% by weight of one or more elements of the group consisting of zirconium (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti) , Terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and the lanhanides.
  • This special modification of the reinforcing element Material is caused that after welding at the interface between the weld metal and the reinforcing element 3 and / or at the interface between the weld metal and the skin field 2, a metallurgical fine grain zone is formed directly from the welding process.
  • the crack propagation is again shown schematically in FIG. 2, the crack propagating in the skin field 2 being represented by the arrow A ′ running from right to left.
  • the crack A 'progresses in the skin field 2 strikes the reinforcing element 3 or rather the fine grain hem and is split there into one or more secondary cracks C, C ".
  • the original crack (shown in broken lines; arrow B') progresses in the skin field 2 , whereby it passes under the reinforcing element 3, as in a riveted structure.
  • the reinforcing element 3 remains intact as a reinforcing element here, i.e. the reinforcement element is unaffected by the crack and therefore remains load-bearing and therefore redundant, which corresponds to the requirements of a "fail-safe" design.
  • the welded, monolithic structural component can not only be used longer, but can also be used in the aircraft pressure fuselage where such " Fail-safe "concepts are indispensable, such as in the pressure fuselage upper shell or in the pressure fuselage side shells.
  • additional bores 4 can be provided in the reinforcing element 3, which are arranged along the joint plane, adjacent to the welded skin field 2 (FIG. 3).
  • the distance a between the drilling center points and the skin field 2 is typically> 1 mm to approx. 15 mm, at a bore diameter D of 2 - 10 mm and a distance d of the bore centers of 4 - 1000 mm.
  • the welded structural component shown in FIGS. 2 and 3 can be produced in a known manner by welding the reinforcing element 3 to the skin field 2 using a welding additive.
  • the crack propagation described in connection with FIG. 2 can be effected in an analogous manner by alloying the above-mentioned elements. It is sufficient here that only the welding filler is modified in accordance with the invention.
  • reinforcement element 3 and / or skin field 2 can also be added.
  • an unmodified welding filler e.g. AISM2
  • the reinforcing element 3 and / or the skin field 2 must be modified in accordance with the invention in order to effectively prevent the crack from spreading.
  • FIG. 4 shows a micrograph of a melting interface of an aluminum structural component with an unmodified base material according to the prior art.
  • the aluminum structural component is a laser-welded connection made of material 6013, using a welding filler material of the type AISM2.
  • the skin area 2 can be seen in the lower area of FIG. 4 and the weld metal can be seen in the upper area.
  • 5 shows a micrograph of a reflow interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material modified according to the invention.
  • the reinforcing element consists of the material 2195, which additionally contains approximately 0.12% by weight of zirconium (Zr) as an alloy component.
  • Zr zirconium
  • An AlSil 2 filler material was used for welding.
  • the weld metal can be seen in the lower area of FIG. 5 and the reinforcing element can be seen in the upper area.
  • a more or less narrow hem of the fine grain zone (marked with arrows) can be seen in FIG. 5, which extends along the melting line.
  • FIG. 6 shows the formation of a fine grain zone along a melting line in a connection of the material 2098 (reinforcing element) welded by means of a welding filler.
  • the reinforcing element material contains approximately 0.12% by weight of zirconium (Zr) as an alloy component.
  • the formation of the fine grain zone is again marked with arrows, the weld metal being visible in the lower area of FIG. 6 and the reinforcing element in the upper area.
  • Fig. 7 shows a cross section of an arc welded connection of the material AlMgLiZnSc (1424).
  • a welding material of the type AIMg6.3MnZrSc was used for welding.
  • the base material of the skin field contains the elements Sc (approx. 0.25% by weight) and Zr (approx. 0.08% by weight) as an alloy component.
  • the filler metal also contains these alloying elements. Again, a fine com zone forms in the area of the melting line.
  • the alloy AA 6013 T6 (skin field) and AA 6110A T6 (stringer).
  • the alloy AA 6013 T6 the The Alcoa company has the following composition: 0.90% by weight of magnesium (Mg), 0.72% by weight of copper (Cu), 0.36% by weight of manganese (Mn), 0.27% by weight Iron (Fe) and the rest aluminum.
  • the alloy AA 6110A T6 from Otto Fuchs is very similar to alloy 6013. Both alloys contain no additions according to the invention. There is only a low content of Ti ( «0.05%), because a so-called grain refiner (TiB2 wire) is added to these alloys with the aim of setting the grain size in the casting material as small as possible for processing reasons.
  • a material pairing according to the invention is e.g. a standard aerospace material for the skin field (alloy type AA 2524 according to the American alloy key, an AICu4Mg2Mn) and a Zr-containing (approx. 0.12% by weight) stringer material AA 2195 (AICu4Li1 MgAgZr).
  • a stringer-stiffened skin field with three stringers No. 1, 2 and 3 was produced with identical process parameters without using a welding additive.
  • the presence of Zr in the stringer alloy creates a narrow seam with fine, equidistant grains at the interface between the stringer base material and the weld metal, thus redirecting the attacking cracks.
  • the alloys known from DE 198 38 017, DE 198 38 018 and DE 198 38 015 are listed as further examples of the base materials of the reinforcing element and / or skin field, which alloys are combined with base materials from one of the typical aviation alloy types mentioned at the beginning can be.

Abstract

The invention relates to a welded aluminium structural component (1) provided with a metal induced tear deviation, especially for aeroplanes. Said structural component comprises a film field (2) and at least one reinforcing element (3) which is secured to the film field (2) by welding, optionally, by using an additional welding substance. The film field (2), the reinforcing element (3) and the additional welding substance are made of aluminium materials and the aluminium material contains at least one of the film field components (2), a reinforcement element (3) and an additional welding substance, in addition to 0.05 2 wt.- % of one or several elements from the group made up of zircon (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and lanthanides. A metallurgical fine grain area is formed between the film field (2) and the reinforcing element (3).

Description

Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil mit metallisch induzierter Rissabweichung Welded aluminum structural component with metal induced crack deviation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil mit metallisch induzierter Rissabweichung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie einen Flugzeugdruckrumpf gemäß Anspruch 12, der zumindest teilweise aus einem derartigen Aluminium-Strukturbauteil besteht.The present invention relates to a welded aluminum structural component with a metal-induced crack deviation according to the preamble of claim 1, and to an aircraft pressure fuselage according to claim 12, which at least partially consists of such an aluminum structural component.
Im Flugzeugbau sind Aluminium-Strukturbauteile für Druckrumpfschalen, die im wesentlichen aus Hautfeld-Stringer-Verbindungen bestehen, bisher mit dem Fertigungsverfahren Nieten oder Kleben hergestellt worden. Dabei werden nicht nur Stringer an einem Hautfeld angenietet sondern auch Winkelelemente, sogenannte Clips, die zur Befestigung von in Druckrumpfumfangsrichtung verlaufenden Span- ten dienen. Die Clips werden dabei bekanntlich sowohl am Hautfeld als auch am Stringer angenietet.In aircraft construction, aluminum structural components for pressure fuselage shells, which essentially consist of skin-field stringer connections, have previously been produced using the riveting or adhesive production process. Not only are stringers riveted to a skin field, but also angle elements, so-called clips, which are used to fasten frames running in the circumferential direction of the pressure hull. As is well known, the clips are riveted to both the skin field and the stringer.
In letzter Zeit hat sich für die Fertigung von großflächigen Aluminium- Strukturbauteilen für Flugzeug-Druckrumpfschalen das Laserstrahlschweißen zum Herstellen von Hautfeld-Stringer-Verbindungen durchgesetzt. Derartige geschweißte Hautfeld-Stringer-Verbindungen zeichnen sich vorteilhafterweise gegenüber den bisherigen mittels Nieten oder Kleben hergestellten Verbindungen durch ein geringeres Gewicht und deutlich reduzierte Fertigungszeiten auf.Recently, laser beam welding for producing skin field stringer connections has become established for the production of large-area aluminum structural components for aircraft pressure fuselage shells. Such welded skin-stringer connections are advantageously distinguished from the previous connections made by riveting or gluing by a lower weight and significantly reduced manufacturing times.
In DE 196 39 667 ist beispielsweise ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen von Profilen auf großformatigen Aluminium-Strukturbauteilen beschrieben, bei dem zwei Laserstrahlen verwendet werden, die von zwei Seiten gleichzeitig mittels Nahtsuchsystem an die Schweißnaht geführt werden. Ein mittels Laserstrahlschweißen hergestelltes Flugzeug-Schalenteil ist z.B. aus DE 19844 035 bekannt. Nachteilig bei den geschweißten und damit integralen bzw. monolithischen Aluminium-Strukturbauteilen ist die Rissausbreitung. Ein im Hautfeld der geschweißten Hautfeld-Stringer-Verbindung fortschreitender Riss durchtrennt nicht nur das Hautfeld sondern auch den Stringer und schwächt damit die Gesamtstruktur nachhal- tig. Im Gegensatz zu genieteten Strukturen, bei denen ein Riss unter dem angenieteten Stringer durchläuft ohne sich auf diesen zu erstrecken, ist das geschweißte Aluminium-Strukturbauteil als vollständig monolithische Struktur zu betrachten, wobei Risse im Hautfeld die aufgeschweißten Verstärkungselemente Stringer, Clips und dergleichen sofort und ungebremst durchtrennen. Dieses Problem be- steht zur Zeit bei allen mittels Laserstrahlen geschweißten Aluminium- Strukturbauteilen. Aufgrund dieses Nachteils werden derzeit beispielsweise beim Airbus 318 lediglich im Bereich der Druckrumpfunterschale geschweißte, monolithische Strukturbauteile z.B. aus AlMgSiCu-Werkstoffen (AI-Werkstoff-Typ 6xxx, nach amerikanischer Legierungsbezeichnung) verwendet, da in diesem Bereich des Druckrumpfes keine Zugbeanspruchungen auftreten und ausfallsichere Konzepte (sogenannte „Fail Safe" Konzepte) nicht erforderlich sind.DE 196 39 667, for example, describes a method for laser beam welding of profiles on large-format aluminum structural components, in which two laser beams are used which are guided to the weld seam from two sides simultaneously by means of a seam search system. An aircraft shell part produced by means of laser beam welding is known, for example, from DE 19844 035. A disadvantage of the welded and thus integral or monolithic aluminum structural components is the crack propagation. A crack that progresses in the skin area of the welded skin-stringer connection not only cuts through the skin area but also the stringer and thus permanently weakens the overall structure. In contrast to riveted structures, in which a crack passes under the riveted stringer without extending to it, the welded aluminum structural component is to be regarded as a completely monolithic structure, with cracks in the skin area of the welded-on reinforcement elements stringer, clips and the like immediately and unchecked cut. This problem currently exists with all structural aluminum components welded using laser beams. Because of this disadvantage, the Airbus 318 currently only uses monolithic structural components welded in the area of the pressure fuselage lower shell, e.g. made of AlMgSiCu materials (AI material type 6xxx, according to the American alloy designation), since there are no tensile stresses in this area of the pressure fuselage and fail-safe concepts ( so-called "fail safe" concepts) are not required.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil zu schaffen, bei dem die Rissausbreitung auf ein an dem Hautfeld des Strukturbauteils befestigtes Verstärkungselement wirksam unterbunden ist, so dass es für eine ausfallsichere „Fail-Safe" Bauweise geeignet ist.The present invention is therefore based on the object of creating a welded aluminum structural component in which the propagation of cracks onto a reinforcing element fastened to the skin field of the structural component is effectively prevented, so that it is suitable for a fail-safe "fail-safe" construction.
Diese Aufgabe wird durch ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil gelöst, das ein Hautfeld sowie mindestens ein Verstärkungselement aufweist, das an dem Hautfeld mittels Schweißen gegebenenfalls unter Verwendung eines Schweißzusatzstoffes befestigt ist, wobei Hautfeld Nerstärkungselement und Schweißzusatzstoff aus Aluminium-Werkstoffen bestehen und der Aluminium-Werkstoff zumindest einer der Komponenten Hautfeld, Verstärkungselement und Schweißzusatzstoff zusätzlich 0,05 - 2 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente der Gruppe be- stehend aus Zirkon (Zr), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Titan (Ti), Terbium (Tb), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Tantal (Ta), Vanadin (V) und den Lanthaniden enthält, wodurch sich zwischen Hautfeld und Verstärkungselement eine metallurgische Feinkornzone bildet.This object is achieved by a welded aluminum structural component that has a skin field and at least one reinforcing element that is attached to the skin field by means of welding, if necessary using a welding additive, whereby skin field ner reinforcing element and welding additive consist of aluminum materials and the aluminum material at least one of the components skin field, reinforcing element and welding additive additionally 0.05 - 2 wt .-% of one or more elements of the group consisting of zircon (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and the lanthanides , whereby a metallurgical fine grain zone is formed between the skin field and the reinforcing element.
Diese metallisch induzierte Feinkornzone bildet sich im Bereich der aufgeschmolzenen und wieder erstarrten Schweißnahtzone und damit bevorzugt zwischen Hautfeld und Schweißgut (= des während des Schweißens aufgeschmolzenen und nach dem Schweißen wieder erstarrten Werkstoffs, der entweder aus Grundwerk- Stoff oder aus Grundwerkstoff und Schweißzusatzstoff besteht) oder zwischen Verstärkungselement und Schweißgut. Dadurch wird vorteilhafterweise die Ausbreitung eines im Hautfeld vorhandenen Risses auf das Verstärkungselement wirksam unterbunden.This metal-induced fine-grain zone is formed in the area of the melted and re-solidified weld seam zone and thus preferably between the skin field and the weld metal (= the material melted during welding and solidified again after welding, which either consists of base material or of base material and welding additive) or between reinforcing element and weld metal. This advantageously effectively prevents the spread of a tear present in the skin field on the reinforcing element.
Auf Grund des gezielten Zulegierens der oben genannten Elemente wird im Schweißgut entlang der Aufschmelzlinie(n) ein schmaler Saum aus sehr feinen Körnern erzeugt, wenn im an- und aufgeschmolzenen Grundwerkstoff des Verstärkungselements, Hautfeldes oder Schweißzusatzstoffes die oben genannten Legierungselemente in der entsprechenden Menge vorhanden sind. Auf Grund dieser Feinkornzone bildet ein im Hautfeld fortschreitender Riss beim Auftreffen auf die Feinkornzone im Schweißgut statt eines Risses im Verstärkungselement ein oder zwei Nebenrisse, welche entlang der Fügeebene der Schweißverbindung sehr langsam fortschreiten. Dies hat den großen Vorteil, dass das angeschweißte Verstärkungselement in sich intakt bleibt und damit für eine längere Zeitdauer als lasttragender Pfad zur Verfügung steht.Due to the targeted alloying of the above-mentioned elements, a narrow seam is produced from very fine grains in the weld metal along the melting line (s) if the above-mentioned alloying elements are present in the appropriate amount in the melted and melted base material of the reinforcing element, skin field or welding additive , Because of this fine grain zone, a crack progressing in the skin field forms one or two secondary cracks in the weld metal instead of a crack in the reinforcing element when it hits the fine grain zone, which progress very slowly along the joint plane of the welded joint. This has the great advantage that the welded-on reinforcement element remains intact and is therefore available as a load-bearing path for a longer period of time.
Die Bildung der metallurgischen Feinkornzone auf Grund der zulegierten Elemente beruht im wesentlichen darauf, dass beim Schweißvorgang bestimmte intermetallische Phasen (stöchiometrische Verbindungen der oben genannten Elemente mit dem AI-Grundwerkstoff (in der Regel des Typs AI3X)), welche in den mit diesen Elementen legierten AI-Werkstoffen vorhanden sind, im Bereich der Aufschmelzgrenzfläche nicht völlig aufgeschmolzen und in der Schmelze aufgelöst werden. An der geschweißten Grenzfläche zwischen Schweißgut und Verstär- kungselement oder an der Grenzfläche zwischen Schweißgut und Hautfeld verbleiben z.B. nicht aufgeschmolzene, also feste AlZr oder AlSc/Zr-Phasen, welche an der Grenzfläche in der Aufschmelzzone als sogenannte heterogene Keime (Kristallisationskeime) während der Erstarrung des Schweißgutes wirken. Dieser, so entstandene, schmale Saum von sehr feinen, äquidistanten Körnern mit seinen besonderen kohäsiven Eigenschaften bewirkt die gewollte, geänderte Rissausbreitung bzw. Rissablenkung und verhindert so die ungewünschte, vorzeitige Schädigung des Verstärkungselements.The formation of the metallurgical fine grain zone on the basis of the alloyed elements is essentially based on the fact that during the welding process certain intermetallic phases (stoichiometric connections of the above-mentioned elements with the AI base material (generally of the type AI 3 X)), which are present in the AI materials alloyed with these elements, are not completely melted in the area of the melting interface and are dissolved in the melt. At the welded interface between the weld metal and the reinforcing element or at the interface between the weld metal and the skin field, there remain, for example, non-melted, i.e. solid AlZr or AlSc / Zr phases, which at the interface in the melting zone as so-called heterogeneous nuclei (crystallization nuclei) during solidification of the weld metal. The resulting narrow seam of very fine, equidistant grains with its special cohesive properties causes the desired, changed crack propagation or crack deflection and thus prevents the undesired, premature damage to the reinforcing element.
Hierbei ist es von Vorteil, dass die Rissausbreitung sowohl in einer geschweißten Verbindung ohne Verwendung eines Schweißzusatzstoffes als auch in einer mittels Schweißzusatzstoffes geschweißten Verbindung wirksam durch entsprechendes Zulegieren von Verstärkungselement und/oder Hautfeld bzw. Zulegieren von Verstärkungselement, Hautfeld und/oder Schweißzusatzstoff erzielt wird. Dies ermöglich eine flexible Verwendung der erfindungsgemäßen Idee.It is advantageous here that the crack propagation is achieved effectively both in a welded connection without using a welding additive and in a connection welded using a welding additive by appropriately alloying the reinforcing element and / or skin field or alloying the reinforcing element, skin field and / or welding additive. This enables a flexible use of the idea according to the invention.
Zweckmäßig ist dabei, dass als Aluminium-Werkstoffe für Hautfeld und Verstärkungselement Luftfahrtlegierungen mit der grundsätzlichen Chemie AICu... (amerikanische Legierungsbezeichnung AA 2xxx), AlMg... (amerikanische Legierungsbezeichnung AA 5xxx, worunter beispielsweise auch AlMgSc-Legierungen fallen), AlMgSi... (amerikanische Legierungsbezeichnung AA 6xxx), AlZn... (amerikanische Legierungsbezeichnung AA 7xxx) und/oder andere Al-Werkstoffsysteme (a- merikanische Legierungsbezeichnungen AA 8xxx und AA 4xxx) wie zum AlLi- Legierungen gewählt werden können. Dies sind typische für die Luftfahrt zertifizierte Legierungen, die üblicherweise für die Herstellung von Flugzeugdruckrümpfen verwendet werden. Somit ist die vorliegende Erfindung für fen verwendet werden. Somit ist die vorliegende Erfindung für alle üblicherweise in der Luftfahrt eingesetzten oder zukünftig entwickelten Legierungen anwendbar, vorausgesetzt, sie sind durch Zugabe der oben genannten Elemente modifiziert oder angepasst. Als Werkstoffform gilt dies für geschmiedete Werkstoffe (z. B. Bleche, Platten etc.) und für Gusswerkstoffe (z. B. Feinguss, Druckguss, aber auch Rheo- oder Thixo-Guss).It is useful that aluminum alloys for the skin field and reinforcing element are aerospace alloys with the basic chemistry AICu ... (American alloy designation AA 2xxx), AlMg ... (American alloy designation AA 5xxx, which also includes AlMgSc alloys, for example), AlMgSi. .. (American alloy designation AA 6xxx), AlZn ... (American alloy designation AA 7xxx) and / or other Al material systems (American alloy designations AA 8xxx and AA 4xxx) as can be selected for AlLi alloys. These are typical aerospace certified alloys that are commonly used in the manufacture of aircraft pressure hulls. Thus, the present invention is for fen can be used. Thus, the present invention is applicable to all alloys commonly used in aviation or developed in the future, provided that they are modified or adapted by adding the above-mentioned elements. As a material form, this applies to forged materials (e.g. sheets, plates, etc.) and to cast materials (e.g. investment casting, die casting, but also rheo or thixo casting).
Besonders vorteilhaft ist, dass jede Kombination der oben aufgeführten Luftfahrt- Legierungs-Typen für Hautfeld und Verstärkungselement gewählt werden kann, wenn zumindest eine der Komponenten Hautfeld, Verstärkungselement undIt is particularly advantageous that any combination of the aerospace alloy types listed above can be selected for the skin field and reinforcing element if at least one of the components skin field, reinforcing element and
Schweißzusatzstoff entsprechend legierungstechnisch modifiziert ist. Für den Fall, dass Hautfeld und Verstärkungselement nicht modifiziert sind, kann alternativ auch ein oft aus schweißtechnischer Sicht notwendiger Schweißzusatzwerkstoff als drittes Element in dem Gesamtsystem modifiziert werden, damit so die ange- strebte Feinkornzone entsteht, wie das voranstehend erläutert ist.Welding filler is modified according to alloy technology. In the event that the skin field and reinforcing element are not modified, a welding filler material, which is often necessary from a welding point of view, can alternatively be modified as a third element in the overall system, so that the desired fine grain zone is created, as explained above.
Hautfeld und Verstärkungselement können beispielsweise aus einem identischen bzw. ähnlichen Luftfahrt-Legierungs-Typ (z.B. AA 6xxx) bestehen. Dabei kann das Hautfeld zum Beispiel aus der Legierung 6013 und das Verstärkungselement aus der Legierung 6110 A bestehen, wobei die Chemie des Verstärkungselements durch Zugabe von Ti oder Zr entsprechend der Erfindung angepasst ist. Alternativ können Hautfeld und Verstärkungselement auch aus verschiedenen Luftfahrt- Legierungs-Typen bestehen. Das Hautfeld kann z.B aus einer Legierung vom Typ 6xxx bestehen (z.B. 6056) und das Verstärkungselement kann vom Typ 2xxx (z.B. 2195) sein. In diesem Fall ist die Legierung 2195 schon aufgrund ihrer Klassifizierung im amerikanischen AI-Legierungsschlüssel definiert mit Zr legiert. Alternativ kann beispielsweise ein AIMg6.3MnZrSc Schweißzusatzstoff verwendet werden. Da so eine Vielzahl von Kombinationen von Luftfahrt-Legierungs-Typen möglich ist, ist die vorliegende Erfindung universell in der Luftfahrt, ohne größere Einschränkungen auf bestimmte Legierungs-Typen, anwendbar.The skin field and reinforcing element can consist, for example, of an identical or similar type of aviation alloy (for example AA 6xxx). The skin field can consist, for example, of alloy 6013 and the reinforcement element of alloy 6110 A, the chemistry of the reinforcement element being adapted in accordance with the invention by adding Ti or Zr. Alternatively, the skin field and reinforcing element can also consist of different types of aviation alloy. The skin field can consist, for example, of an alloy of type 6xxx (eg 6056) and the reinforcing element can be of type 2xxx (eg 2195). In this case, the alloy 2195 is already defined with Zr due to its classification in the American AI alloy key. Alternatively, an AIMg6.3MnZrSc welding filler can be used, for example. Because a variety of combinations of aviation alloy types is possible is, the present invention is universally applicable in aviation, without major restrictions to certain types of alloy.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind in dem Verstärkungselement ent- lang der Fügeebene der Schweißverbindung eine Vielzahl von Bohrungen vorgesehen. Zweckmäßig ist dabei ein Bohrungsdurchmesser von 2 bis 10 mm und ein Abstand der Bohrungsmittelpunkte von 4 bis 1000 mm. Die Bohrungsmittelpunkte haben einen Abstand zum angeschweißten Hautfeld von vorzugsweise > 1 mm bis ca. 15 mm. Durch die Anordnung von Bohrungen entlang der Fügeebene wird ein Ausbreiten des durch die metallurgische Feinkornzone in Fügeebene abgelenkten Risses vermindert, da die Nebenrisse beim Auftreffen auf Bohrungen durch diese gestoppt werden.According to an alternative embodiment, a plurality of bores are provided in the reinforcement element along the joining plane of the welded connection. A bore diameter of 2 to 10 mm and a spacing of the bore center points of 4 to 1000 mm are expedient. The center of the drill holes are at a distance from the welded skin field of preferably> 1 mm to approx. 15 mm. The arrangement of bores along the joint plane reduces the spread of the crack deflected by the metallurgical fine-grain zone in the joint plane, since the side cracks are stopped by the holes when they strike bores.
Besonders vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße Aluminium-Strukturbauteil nicht wie bisher lediglich für die Unterschale eines Flugzeugdruckrumpfes verwendbar ist, sondern dass auf Grund der verhinderten Rissausbreitung eine „Fail- Safe" Bauweise gewährleistet ist, so dass das Aluminium-Strukturbauteil auch für die Oberschale und Seitenschalen eines Flugzeugdruckrumpfes verwendbar ist. Das hat den Vorteil, dass die geschweißte, integrale Bauweise auf alle Bereiche des Flugzeugrumpfes ausgedehnt werden kann, was wiederum weitere Fertigungskostenersparnisse ermöglicht. Daneben kann das Gesamtstrukturgewicht weiter gesenkt werden, was verbesserte Betriebskosten von Flugzeugen mit sich bringt.It is particularly advantageous that the aluminum structural component according to the invention cannot be used only for the lower shell of an aircraft pressure fuselage, as before, but that a "fail-safe" construction is ensured due to the prevented crack propagation, so that the aluminum structural component also for the upper shell and The advantage of this is that the welded, integral construction can be extended to all areas of the aircraft fuselage, which in turn enables further manufacturing cost savings. In addition, the overall structural weight can be further reduced, which results in improved operating costs for aircraft.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das an dem Hautfeld angeschweißte Verstärkungselement nicht nur ein Stringer sondern auch Clips und/oder Schubkämme sein können. Daneben kann das Verstärkungselement auch ein Spant sein, der bekanntlich bei Kleinflugzeugen direkt an dem Hautfeld befestigt ist. Bei großen Flugzeugen werden dagegen die Spante an entsprechenden Clips angeord- net, die wiederum sowohl mit dem Hautfeld als auch mit dem Stringer befestigt sind. Die Verstärkungselemente können alternativ draht-, matrix-, faserverstärkt oder dergleichen sein. Somit ist die vorliegende Erfindung weder auf bestimmte Verstärkungselemente oder Teilbereiche im Flugzeug noch auf einen bestimmten Flugzeugtyp beschränkt.Another advantage is that the reinforcing element welded to the skin field can be not only a stringer but also clips and / or push combs. In addition, the reinforcing element can also be a frame, which is known to be attached directly to the skin field in small aircraft. In the case of large aircraft, however, the frames are arranged on corresponding clips. net, which in turn are attached to both the skin field and the stringer. The reinforcing elements can alternatively be wire, matrix, fiber reinforced or the like. The present invention is therefore not restricted to specific reinforcement elements or partial areas in the aircraft, nor to a specific aircraft type.
Zweckmäßig ist es ferner, dass das Verstärkungselement sowohl durch Laserstrahlschweißen, Lichtbogenschweißen als auch durch andere Schmelzschweißverfahren an dem Hautfeld befestigbar ist. Somit besteht auch hinsichtlich des Schweißverfahrens keine Beschränkung, was die vorliegende Erfindung universell und flexibel einsetzbar macht.It is also expedient that the reinforcing element can be fastened to the skin field by laser beam welding, arc welding as well as by other fusion welding methods. There is therefore no restriction with regard to the welding process, which makes the present invention universally and flexibly applicable.
Alternativ kann das geschweißte Bauteil nach dem Schweißen einer, aus verschiedenen Teilschritten aufgebauten Wärmenachbehandlung zur Eigenschafts- Optimierung unterzogen werden. Diese kann beispielsweise bei einer Temperatur von 50 - 450°C für eine Dauer von 15 - 1500 Minuten erfolgen.Alternatively, after welding, the welded component can be subjected to a heat aftertreatment made up of various sub-steps in order to optimize properties. This can be done, for example, at a temperature of 50 - 450 ° C for a period of 15 - 1500 minutes.
Das erfindungsgemäße, geschweißte Aluminium-Strukturbauteil findet insbesondere in Flugzeugen Anwendung, wo es zumindest teilweise Unter-, Ober- und/oder Seitenschalen des Druckrumpfes bildet.The welded aluminum structural component according to the invention is used in particular in aircraft, where it at least partially forms lower, upper and / or side shells of the pressure fuselage.
An Hand der beigefügten Abbildungen wird die Erfindung im Folgenden in näheren Einzelheiten beschrieben. In den Abbildungen sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is described in more detail below with reference to the attached figures. The same components are provided with the same reference symbols in the figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Rissausbreitung bei bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten geschweißten Aluminium-Strukturbauteilen; Fig. 2 in schematischer Darstellung die Rissausbreitung bei einem Aluminium- Strukturbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung;1 shows a schematic representation of the crack propagation in previous welded aluminum structural components known from the prior art; 2 shows a schematic representation of the propagation of cracks in an aluminum structural component according to the present invention;
Fig. 3 ein Aluminium-Strukturbauteil gemäß Fig. 2 mit im Verstärkungselement angeordneten Bohrungen;3 shows an aluminum structural component according to FIG. 2 with bores arranged in the reinforcing element;
Fig. 4 ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines Aluminium- Strukturbauteils mit nicht modifiziertem Grundwerkstoff gemäß dem Stand der Technik;4 shows a micrograph of a melting interface of an aluminum structural component with an unmodified base material according to the prior art;
Fig. 5 ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines laserstrahlgeschweißten Aluminium-Strukturbauteils mit erfindungsgemäß modifiziertem Grundwerkstoff (Werkstoff 1 );5 shows a micrograph of a melting interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material (material 1) modified according to the invention;
Fig. 6 ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines laserstrahlgeschweißten Aluminium-Strukturbauteils mit erfindungsgemäß modifiziertem Grundwerkstoff (Werkstoff 2); und6 shows a micrograph of a reflow interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material (material 2) modified according to the invention; and
Fig. 7 ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines lichtbogengeschweißten (WIG-Verfahren) Aluminium-Strukturbauteils mit erfindungsgemäß modifiziertem Grundwerkstoff (Werkstoff 3).7 shows a micrograph of a melting interface of an arc-welded (TIG process) aluminum structural component with a base material (material 3) modified according to the invention.
Fig. 1 zeigt in schematischer dreidimensionaler Darstellung ein Aluminium- Strukturbauteil 1 , das ein Hautfeld 2 sowie mindestens ein Verstärkungselement 3 aufweist. In Fig. 1 ist aus Gründen der besseren Übersicht lediglich ein einziges Verstärkungselement 3 dargestellt. Das Hautfeld 2 bildet auf bekannte Weise einen Teil eines Flugzeugdruckrumpfes, wobei das Verstärkungselement 3 ein Stringer ist, der in Flugzeuglängsrichtung an dem Hautfeld befestigt ist. Hautfeld- Stringer-Verbindungen sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt, so dass auf eine weitere detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.1 shows a schematic three-dimensional representation of an aluminum structural component 1 which has a skin field 2 and at least one reinforcing element 3. For the sake of clarity, only a single reinforcing element 3 is shown in FIG. 1. The skin field 2 forms part of an aircraft pressure fuselage in a known manner, the reinforcing element 3 being a stringer which is attached to the skin field in the longitudinal direction of the aircraft. Hautfeld- Stringer connections are well known in the art, so further detailed description can be omitted.
In Fig. 1 ist das Verstärkungselement 3 exemplarisch als Stringer dargestellt, selbstverständlich gilt die folgende Erläuterung auch für andere Verstärkungselemente, die ans Hautfeld geschweißt werden, wie beispielsweise Clips oder Schubkämme. Bekanntlich werden Clips zur Befestigung von in Umfangsrichtung des Flugzeugdruckrumpfes verlaufenden Spanten verwendet und sind sowohl mit dem Stringer als auch mit dem Hautfeld verschweißt. An Stelle mehrerer einzelner Clips kann ebenso auf bekannte Weise ein Schubkamm benutzt werden. Da bei Kleinflugzeugen bekanntlich die Spante direkt an dem Hautfeld befestigt werden, kann das in Fig. 1 schematisch dargestellte Verstärkungselement auch ein Spant sein.In Fig. 1, the reinforcing element 3 is exemplified as a stringer, of course, the following explanation also applies to other reinforcing elements that are welded to the skin, such as clips or push combs. As is known, clips are used to fasten frames running in the circumferential direction of the aircraft pressure fuselage and are welded to both the stringer and the skin field. Instead of several individual clips, a push comb can also be used in a known manner. Since, in the case of small aircraft, the frames are known to be attached directly to the skin field, the reinforcing element shown schematically in FIG. 1 can also be a frame.
Das in Fig. 1 dargestellte Hautfeld 2 des Aluminium-Strukturbauteils 1 besteht aus einem Aluminium-Werkstoff, der aus einem der luftfahrtzertifizierten Legierungs- Typen 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und 8xxx ausgewählt ist. Als Beispiel für eine 6xxx-Hautfeldlegierung sei die Legierung 6013 (Hautfeld) genannt. Das in Fig. 1 als Stringer ausgeführte Verstärkungselement 3 besteht ebenso aus einem Alumi- nium-Werkstoff, der aus denselben Luftfahrt-Legierungs-Typen wie die Hautfeldlegierung ausgewählt ist (z.B. 6110A).The skin area 2 of the aluminum structural component 1 shown in FIG. 1 consists of an aluminum material which is selected from one of the aviation-certified alloy types 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and 8xxx. Alloy 6013 (skin field) is an example of a 6xxx skin field alloy. The reinforcement element 3, which is designed as a stringer in FIG. 1, likewise consists of an aluminum material which is selected from the same types of aviation alloys as the skin field alloy (e.g. 6110A).
In Fig. 1 ist ferner ein sich in dem Hautfeld 2 ausbreitender Riss dargestellt, der sich in Richtung des Verstärkungselementes 3 ausbreitet. Dies ist durch den von rechts nach links verlaufenden Pfeil A schematisch dargestellt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten geschweißten Strukturbauteilen teilt sich der Riss A in zwei Teilrisse B, C auf, wenn der fortschreitende Riss A auf das Verstärkungselement 3 trifft, wobei der eine Teilriss B (gestrichelt dargestellt) unter dem Verstärkungselement 3 in dem Hautfeld 2 weiterwandert. Der andere Teilriss führt zu einem Durchtrennen des Verstärkungselementes 3, was durch den Pfeil C dargestellt ist. Mit anderen Worten, bei den bisherigen mittels Schweißen hergestellten monolithischen Aluminium-Strukturbauteilen setzt sich ein Riss im Hautfeld 2 auf die aufgeschweißten Verstärkungselemente 3 ungebremst fort und durchtrennt diese. Dies hat zur Folge, dass das Verstärkungselement 3, das als lasttragender Pfad nicht mehr zur Verfügung steht, die Festigkeit der Gesamtstruktur nicht mehr aufrecht erhalten kann, was das Ersetzen des Strukturbauteils erforderlich macht. Damit kann diese Hautfeld-Verstärkungselement-Verbindung nicht dort verwendet werden, wo ausfallsichere („Fail Safe") Konzepte (z. B. Flugzeugseiten- und Ober- schalen) erforderlich sind.FIG. 1 also shows a crack that spreads in the skin area 2 and that spreads in the direction of the reinforcing element 3. This is shown schematically by the arrow A running from right to left. In the case of the welded structural components known from the prior art, the crack A divides into two partial cracks B, C when the progressive crack A meets the reinforcing element 3, the one partial crack B (shown in dashed lines) under the reinforcing element 3 in the skin area 2 continues. The other partial tear leads to cutting the reinforcing element 3, which is represented by the arrow C. In other words, in the previous monolithic aluminum structural components produced by welding, a crack in the skin area 2 continues on the welded-on reinforcing elements 3 without braking and cuts through them. As a result, the reinforcing element 3, which is no longer available as a load-bearing path, can no longer maintain the strength of the overall structure, which necessitates the replacement of the structural component. As a result, this skin-field reinforcement element connection cannot be used where fail-safe ("fail safe") concepts (eg aircraft side and upper shells) are required.
Fig. 2 zeigt in analoger Weise ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil 1 , das wie in Fig. 1 ein Hautfeld 2 sowie mindestens ein Verstärkungselement 3 aufweist, wobei wiederum lediglich ein einzelnes Verstärkungselement 3 in Form eines Stringers dargestellt ist. Wie bei den bekannten geschweißten, monolithischen Strukturbauteilen gemäß Fig. 1 besteht das Hautfeld 2 sowie das Verstärkungselement 3 aus Aluminium-Werkstoffen (z.B. Legierungen vom Typ 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und 8xxx), nun aber mit der erfindungsgemäß geänderten bzw. angepassten Chemie. Dabei können Hautfeld 2 und Verstärkungselement 3 aus identischen oder verschiedenen Legierungs-Typen bestehen. Als Beispiel sei folgende Werkstoffpaarung genannt: Das Hautfeld 2 besteht aus der 6xxx-Legierung 6013 und das Verstärkungselement besteht aus der 2xxx-Legierung 2195. In diesem Fall enthält die Legierung 2195 den Legierungsbestandteil Zr.FIG. 2 shows in an analogous manner a welded aluminum structural component 1 which, as in FIG. 1, has a skin field 2 and at least one reinforcing element 3, again only a single reinforcing element 3 in the form of a stringer being shown. As in the known welded, monolithic structural components according to FIG. 1, the skin field 2 and the reinforcing element 3 consist of aluminum materials (for example alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and 8xxx), but now with the modified or adapted chemistry. The skin field 2 and the reinforcing element 3 can consist of identical or different alloy types. The following material pairing may be mentioned as an example: the skin field 2 consists of the 6xxx alloy 6013 and the reinforcing element consists of the 2xxx alloy 2195. In this case the alloy 2195 contains the alloy component Zr.
Erfindungsgemäß sind dem Aluminium-Werkstoff des Verstärkungselementes 3 und/oder des Hautfeldes 2 zusätzlich 0.05 - 2 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente der Gruppe bestehend aus Zirkon (Zr), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Titan (Ti), Terbium (Tb), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Tantal (Ta), Vanadin (V) und den Lan- thaniden zulegiert. Durch diese spezielle Modifikation des Verstärkungselement- Werkstoffes wird bewirkt, dass sich nach dem Schweißen an der Grenzfläche zwischen Schweißgut und Verstärkungselement 3 und/oder an der Grenzfläche zwischen Schweißgut und Hautfeld 2 direkt aus dem Schweißprozess heraus eine metallurgische Feinkomzone bildet.According to the invention, the aluminum material of the reinforcing element 3 and / or the skin field 2 is additionally 0.05-2% by weight of one or more elements of the group consisting of zirconium (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti) , Terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and the lanhanides. This special modification of the reinforcing element Material is caused that after welding at the interface between the weld metal and the reinforcing element 3 and / or at the interface between the weld metal and the skin field 2, a metallurgical fine grain zone is formed directly from the welding process.
Die Rissausbreitung ist in Fig. 2 wiederum schematisch dargestellt, wobei der sich im Hautfeld 2 ausbreitende Riss durch den von rechts nach links verlaufenden Pfeil A' dargestellt ist. Der Riss A' schreitet im Hautfeld 2 fort, trifft auf das Verstärkungselement 3 oder besser gesagt auf den Feinkornsaum und wird dort in einen oder mehrere Nebenrisse C, C" aufgespaltet. Der ursprüngliche Riss (gestrichelt dargestellt; Pfeil B') schreitet im Hautfeld 2 fort, wobei er unter dem Verstärkungselement 3, wie in einer genieteten Struktur, durchwandert. Die Nebenrisse C, C" schreiten nun aber entlang der Fügeebene der Schweißverbindung Hautfeld- Verstärkungselement sehr langsam fort. Eine Übertragung bzw. Ausbreitung des Risses A' auf das Verstärkungselement 3, was bisher zu einem Durchtrennen des Verstärkungselementes 3 führte, tritt hier nicht auf. Folglich bleibt das Verstärkungselement 3 hier als Verstärkungselement in sich intakt, d.h. das Verstärkungselement ist vom Riss unbeeinflusst und bleibt damit lasttragfähig und somit redundant, was den Erfordernissen einer „Fail-Safe" Bauweise entspricht. Somit kann das geschweißte, monolithische Strukturbauteil nicht nur länger verwendet werden, sondern im Flugzeugdruckrumpf auch dort verwendet werden, wo derartige „Fail-Safe"-Konzepte unverzichtbar sind, wie beispielsweise in der Druckrumpfoberschale oder in den Druckrumpfseitenschalen.The crack propagation is again shown schematically in FIG. 2, the crack propagating in the skin field 2 being represented by the arrow A ′ running from right to left. The crack A 'progresses in the skin field 2, strikes the reinforcing element 3 or rather the fine grain hem and is split there into one or more secondary cracks C, C ". The original crack (shown in broken lines; arrow B') progresses in the skin field 2 , whereby it passes under the reinforcing element 3, as in a riveted structure. However, the side cracks C, C "now progress very slowly along the joining plane of the welded connection between the skin field and the reinforcing element. A transmission or spreading of the crack A 'to the reinforcing element 3, which previously led to a severing of the reinforcing element 3, does not occur here. Consequently, the reinforcing element 3 remains intact as a reinforcing element here, i.e. the reinforcement element is unaffected by the crack and therefore remains load-bearing and therefore redundant, which corresponds to the requirements of a "fail-safe" design. Thus, the welded, monolithic structural component can not only be used longer, but can also be used in the aircraft pressure fuselage where such " Fail-safe "concepts are indispensable, such as in the pressure fuselage upper shell or in the pressure fuselage side shells.
Um das Fortschreiten der Nebenrisse C, C" entlang der Fügeebene weiter zu reduzieren bzw. zu stoppen, können in dem Verstärkungselement 3 zusätzliche Bohrungen 4 vorgesehen sein, die entlang der Fügeebene, benachbart zum angeschweißten Hautfeld 2, angeordnet sind (Fig. 3). Der Abstand a der Bohrungsmittelpunkte zum Hautfeld 2 beträgt dabei typischerweise > 1 mm bis ca. 15 mm, bei einem Bohrungsdurchmesser D von 2 - 10 mm und einem Abstand d der Bohrungsmittelpunkte von 4 - 1000 mm.In order to further reduce or stop the progression of the secondary cracks C, C "along the joint plane, additional bores 4 can be provided in the reinforcing element 3, which are arranged along the joint plane, adjacent to the welded skin field 2 (FIG. 3). The distance a between the drilling center points and the skin field 2 is typically> 1 mm to approx. 15 mm, at a bore diameter D of 2 - 10 mm and a distance d of the bore centers of 4 - 1000 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das in Fig. 2 bzw. 3 dargestellte geschweißte Strukturbauteil durch Anschweißen des Verstärkungselements 3 an das Hautfeld 2 auf bekannte Weise unter Verwendung eines Schweißzusatzstoffes hergestellt werden. Die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Rissausbreitung kann in analoger Weise durch Zulegieren der obengenannten Elemente bewirkt werden. Hierbei reicht es aus, dass nur der Schweißzusatzstoff erfin- dungsgemäß modifiziert wird. Alternativ können aber auch zusätzlich Verstärkungselement 3 und/oder Hautfeld 2 zulegiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich einen nicht modifizierten Schweißzusatzstoff (z.B. AISM2) zu verwenden. Dann muss aber zur wirksamen Verhinderung der Rissausbreitung, wie oben beschrieben, das Verstärkungselement 3 und/oder das Hautfeld 2 erfin- dungsgemäß modifiziert sein.According to a further embodiment, the welded structural component shown in FIGS. 2 and 3 can be produced in a known manner by welding the reinforcing element 3 to the skin field 2 using a welding additive. The crack propagation described in connection with FIG. 2 can be effected in an analogous manner by alloying the above-mentioned elements. It is sufficient here that only the welding filler is modified in accordance with the invention. Alternatively, reinforcement element 3 and / or skin field 2 can also be added. Of course, it is also possible to use an unmodified welding filler (e.g. AISM2). Then, as described above, the reinforcing element 3 and / or the skin field 2 must be modified in accordance with the invention in order to effectively prevent the crack from spreading.
Zur näheren Erläuterung des metallurgischen Effekts, der an der Grenzfläche zwischen dem Hautfeld 2 und dem angeschweißten Verstärkungselement 3 auftritt, sei auf die Fig. 4 bis 7 verwiesen.For a more detailed explanation of the metallurgical effect that occurs at the interface between the skin field 2 and the welded-on reinforcing element 3, reference is made to FIGS. 4 to 7.
Fig. 4 zeigt ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines Aluminium- Strukturbauteils mit nicht modifiziertem Grundwerkstoff gemäß dem Stand der Technik. Das Aluminium-Strukturbauteil ist eine laserstrahlgeschweißte Verbindung des Werkstoffes 6013, wobei ein Schweißzusatzwerkstoff des Typs AISM2 verwendet wurde. Im unteren Bereich der Fig. 4 ist das Hautfeld 2 und im oberen Bereich ist das Schweißgut zu sehen. Entlang der Aufschmelzlinie, die in Fig. 4 mit Pfeilen markiert ist, ist keine Feinkorngrenze sondern nur eine stengelartige (dendritische) Erstarrung in Richtung Schweißnahtmitte zu finden. Fig. 5 zeigt ein Schliffbild einer Aufschmelzgrenzfläche eines laserstrahlgeschweißten Aluminium-Strukturbauteils mit erfindungsgemäß modifiziertem Grundwerkstoff. Das Verstärkungselement besteht aus dem Werkstoff 2195, welcher zusätzlich ca. 0,12 Gew.-% Zirkon (Zr) als Legierungsbestandteil enthält. Beim Schweißen wurde ein Schweißzusatzwerkstoff des Typs AlSil 2 verwendet. Im unteren Bereich der Fig. 5 ist das Schweißgut und im oberen Bereich ist das Verstärkungselement zu sehen. Ferner ist in Fig. 5 ein mehr oder minder schmaler Saum der Feinkornzone (markiert mit Pfeilen) zu erkennen, der sich entlang der Aufschmelzlinie erstreckt.FIG. 4 shows a micrograph of a melting interface of an aluminum structural component with an unmodified base material according to the prior art. The aluminum structural component is a laser-welded connection made of material 6013, using a welding filler material of the type AISM2. The skin area 2 can be seen in the lower area of FIG. 4 and the weld metal can be seen in the upper area. There is no fine grain boundary along the melting line, which is marked with arrows in FIG. 4, but only a stalk-like (dendritic) solidification in the direction of the center of the weld seam. 5 shows a micrograph of a reflow interface of a laser-welded aluminum structural component with a base material modified according to the invention. The reinforcing element consists of the material 2195, which additionally contains approximately 0.12% by weight of zirconium (Zr) as an alloy component. An AlSil 2 filler material was used for welding. The weld metal can be seen in the lower area of FIG. 5 and the reinforcing element can be seen in the upper area. Furthermore, a more or less narrow hem of the fine grain zone (marked with arrows) can be seen in FIG. 5, which extends along the melting line.
In analoger Weise zeigt Fig. 6 die Ausbildung einer Feinkornzone entlang einer Aufschmelzlinie in einer mittels Schweißzusatzstoff geschweißten Verbindung des Werkstoffes 2098 (Verstärkungselement). Auch in diesem Fall enthält der Verstärkungselement-Werkstoff ca. 0,12 Gew.-% Zirkon (Zr) als Legierungsbestandteil. Die Ausbildung der Feinkornzone ist wiederum mit Pfeilen markiert, wobei das Schweißgut im unteren Bereich der Fig. 6 und das Verstärkungselement im oberen Bereich zu sehen ist.Analogously, FIG. 6 shows the formation of a fine grain zone along a melting line in a connection of the material 2098 (reinforcing element) welded by means of a welding filler. In this case too, the reinforcing element material contains approximately 0.12% by weight of zirconium (Zr) as an alloy component. The formation of the fine grain zone is again marked with arrows, the weld metal being visible in the lower area of FIG. 6 and the reinforcing element in the upper area.
Fig. 7 zeigt einen Querschliff einer lichtbogengeschweißten Verbindung des Werk- Stoffs AlMgLiZnSc (1424). Beim Schweißen wurde ein Schweißzusatzwerkstoff des Typs AIMg6.3MnZrSc verwendet. In diesem Fall enthält der Grundwerkstoff des Hautfeldes die Elemente Sc (ca. 0,25 Gew.-%) und Zr (ca. 0,08 Gew.-%) als Legierungsbestandteil. Der Schweißzusatzwerkstoff enthält ebenfalls diese Legierungselemente. Wiederum bildet sich im Bereich der Aufschmelzlinie eine Fein- komzone aus.Fig. 7 shows a cross section of an arc welded connection of the material AlMgLiZnSc (1424). A welding material of the type AIMg6.3MnZrSc was used for welding. In this case, the base material of the skin field contains the elements Sc (approx. 0.25% by weight) and Zr (approx. 0.08% by weight) as an alloy component. The filler metal also contains these alloying elements. Again, a fine com zone forms in the area of the melting line.
Beispiel gemäß Stand der Technik:State of the art example:
Eine übliche Werkstoffpaarung für Hautfeld und Stringer ist die Kombination AAThe combination AA is a common material combination for skin field and stringer
6013 T6 (Hautfeld) und AA 6110A T6 (Stringer). Die Legierung AA 6013 T6 der Firma Alcoa weist folgende Zusammensetzung auf: 0,90 Gew.-% Magnesium (Mg), 0,72 Gew.-% Kupfer (Cu), 0,36 Gew.-% Mangan (Mn), 0,27 Gew.-% Eisen (Fe) sowie Rest Aluminium. Die Legierung AA 6110A T6 der Firma Otto Fuchs ist der Legierung 6013 sehr ähnlich. Beide Legierungen enthalten keine erfindungs- gemäßen Zugaben. Man findet nur geringe Gehalte an Ti (« 0.05 %), da diesen Legierungen beim Abgießen ein sogenannter Kornfeiner (TiB2-Draht) zugegeben wird, mit dem Ziel, aus verarbeitungstechnischen Gründen die Korngröße im Gussmaterial möglichst klein einzustellen. Dies ist eine seit Jahrzehnten etablierte Praxis bei der Herstellung von AI-Halbzeugen. Aus beiden genannten Werkstoffen wurden nun sogenannte stringerversteifte Hautfelder hergestellt. Mittels Nd-YAG Laserstrahlschweißens wurden drei Stringer aufgeschweißt (Stringer Nr. 1 , 2 bzw. 3). Folgende Prozessparameter kamen dabei zum Einsatz: Nd-YAG Laser mit 400 μm Lichtleit-Faser Brennweite f = 150 mm => 0 Fokus = 300 μm - Laserleistung: 2300 Watt Schweißgeschwindigkeit VSCh = 2100 mm/min Schweißzusatzwerkstoff SZW = AlSil 26013 T6 (skin field) and AA 6110A T6 (stringer). The alloy AA 6013 T6 the The Alcoa company has the following composition: 0.90% by weight of magnesium (Mg), 0.72% by weight of copper (Cu), 0.36% by weight of manganese (Mn), 0.27% by weight Iron (Fe) and the rest aluminum. The alloy AA 6110A T6 from Otto Fuchs is very similar to alloy 6013. Both alloys contain no additions according to the invention. There is only a low content of Ti («0.05%), because a so-called grain refiner (TiB2 wire) is added to these alloys with the aim of setting the grain size in the casting material as small as possible for processing reasons. This has been an established practice in the manufacture of semi-finished AI products for decades. So-called stringer-stiffened skin fields have now been produced from the two materials mentioned. Three stringers were welded on using Nd-YAG laser beam welding (stringer No. 1, 2 and 3, respectively). The following process parameters were used: Nd-YAG laser with 400 μm optical fiber focal length f = 150 mm => 0 focus = 300 μm - laser power: 2300 watts welding speed V SC h = 2100 mm / min welding filler metal SZW = AlSil 2
Diese so hergestellten Paneele wurden dann auf einer Zugprüfmaschine hinsicht- lieh ihres zyklischen Rissfortschrittsverhaltens getestet. Dabei war von vorrangigem Interesse, wie sich der Riss verhält, wenn er auf den Stringer trifft. Zu diesem Zweck wurde in der Probe mittig ein Riss eingebracht (z. B. durch Einsägen), wobei der mittlere Stringer (Nr. 2) ebenfalls bereits durchtrennt wurde. Unter zyklischer Belastung kam es dann zur Rissverlängerung (quer zur Lastrichtung). In Abhängigkeit von der StringerteHung traf der Riss (bzw. beide Teilrisse der linken und rechten Probenhälfte) auf die Stringer Nr. 1 und Nr. 3. Der fortschreitende Riss durchtrennte die Stringer Nr. 1 und Nr. 3, und danach kollabierte das Bauteil in der Prüfmaschine. Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung:The panels produced in this way were then tested on a tensile testing machine with regard to their cyclical crack propagation behavior. It was of primary interest how the crack behaves when it hits the stringer. For this purpose, a crack was made in the middle of the sample (e.g. by sawing it in), the middle stringer (No. 2) having also been severed. Under cyclic loading, the cracks then lengthened (transversely to the load direction). Depending on the stringer production, the crack (or both partial cracks of the left and right half of the sample) met stringer No. 1 and No. 3. The progressive crack severed stringer No. 1 and No. 3, and then the component collapsed in the testing machine. Example according to the present invention:
Eine erfindungsgemäße Werkstoffpaarung ist z.B. ein Standard-Luftfahrtwerkstoff für das Hautfeld (Legierungstyp AA 2524 nach amerikanischem Legierungschlüssel, eine AICu4Mg2Mn) und ein Zr-haltiger (ca. 0,12 Gew.-%) Stringerwerkstoff AA 2195 (AICu4Li1 MgAgZr). In analoger Weise zum vorherigen Beispiel wurde mit identischen Prozessparametern ein Stringer-versteiftes Hautfeld mit drei Stringern (Nr. 1 , 2 und 3) ohne Verwendung eines Schweißzusatzstoffes hergestellt. Durch das Vorhandensein des Zr in der Stringerlegierung bildet sich an der Grenzfläche zwischen Stringer-Grundwerkstoff und Schweißgut ein schmaler Saum mit feinen, äquidistanten Körnern aus und lenkt so die angreifenden Risse um. Der Riss wächst nicht in den Stringer hinein und der Stringer kann somit seine lasttragende Funktion noch aufrecht erhalten. Bei entsprechenden Untersuchungen des Riss- fortschrittsverhaltens in einer Zugprüfmaschine, wobei wiederum der mittlere Stringer (Nr. 2) z.B. durch Einsägen durchtrennt wurde, zeigte sich, dass Stringer Nr. 1 und Nr. 3 nicht durchtrennt werden.A material pairing according to the invention is e.g. a standard aerospace material for the skin field (alloy type AA 2524 according to the American alloy key, an AICu4Mg2Mn) and a Zr-containing (approx. 0.12% by weight) stringer material AA 2195 (AICu4Li1 MgAgZr). In an analogous manner to the previous example, a stringer-stiffened skin field with three stringers (No. 1, 2 and 3) was produced with identical process parameters without using a welding additive. The presence of Zr in the stringer alloy creates a narrow seam with fine, equidistant grains at the interface between the stringer base material and the weld metal, thus redirecting the attacking cracks. The crack does not grow into the stringer and the stringer can still maintain its load-bearing function. With corresponding investigations of the crack progress behavior in a tensile testing machine, whereby again the middle stringer (No. 2) e.g. was cut by sawing, it was found that stringers No. 1 and No. 3 are not cut.
Als weitere Beispiele für die Grundwerkstoffe von Verstärkungselement und/oder Hautfeld seien die aus DE 198 38 017, DE 198 38 018 und DE 198 38 015 bekannten Legierungen aufgeführt, die mit Grundwerkstoffen aus einem der ein- gangs erwähnten typischen Luftfahrt-Legierungs-Typen kombiniert werden können. The alloys known from DE 198 38 017, DE 198 38 018 and DE 198 38 015 are listed as further examples of the base materials of the reinforcing element and / or skin field, which alloys are combined with base materials from one of the typical aviation alloy types mentioned at the beginning can be.

Claims

Patentansprüche claims
1. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) mit metallisch induzierter Rissabweichung, insbesondere für Flugzeuge, umfassend ein Hautfeld (2) sowie mindestens ein Verstärkungselement (3), das an dem Hautfeld (2) mittels Schweißen gegebenenfalls unter Verwendung eines Schweißzusatzstoffes befestigt ist, wobei das Hautfeld (2), das Verstärkungselement (3) und der Schweißzusatzstoff aus Aluminiumwerkstoffen bestehen und der Aluminium-Werkstoff zumindest einer der Komponenten Hautfeld (2), Verstärkungselement (3) und Schweißzusatzstoff zusätzlich 0,05 - 2 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente der Gruppe bestehend aus Zirkon (Zr), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Titan (Ti), Terbium (Tb), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Tantal (Ta), Vanadin (V) und den Lanthaniden enthält, wodurch sich zwischen Hautfeld (2) und Verstärkungselement (3) eine metallurgische Feinkornzone ausbildet.1.Welded aluminum structural component (1) with a metal-induced crack deviation, in particular for airplanes, comprising a skin field (2) and at least one reinforcing element (3) which is attached to the skin field (2) by means of welding, optionally using a welding additive, whereby the skin field (2), the reinforcing element (3) and the welding additive consist of aluminum materials and the aluminum material at least one of the components skin field (2), reinforcing element (3) and welding additive additionally 0.05-2% by weight of one or more Elements of the group consisting of zircon (Zr), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), terbium (Tb), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V) and contains the lanthanides, whereby a metallurgical fine grain zone is formed between the skin field (2) and the reinforcing element (3).
2. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die metallurgische Feinkornzone im Bereich der aufgeschmolzenen und wieder erstarrten Schweißnahtzone bildet.2. Welded aluminum structural component (1) according to claim 1, characterized in that the metallurgical fine grain zone forms in the region of the melted and solidified weld zone.
3. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumwerkstoffe für Hautfeld (2) und Verstärkungselement (3) Luftfahrt-Legierungen vom Typ 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und/oder 8xxx sind.3. Welded aluminum structural component (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the aluminum materials for skin field (2) and reinforcing element (3) are aviation alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and / or 8xxx ,
4. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hautfeld (2) und das Verstärkungselement (3) aus einem identischen Luftfahrt-Legierungs-Typ bestehen. 4. Welded aluminum structural component (1) according to claim 3, characterized in that the skin field (2) and the reinforcing element (3) consist of an identical aerospace alloy type.
5. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hautfeld (2) und das Verstärkungselement (3) aus verschiedenen Luftfahrt-Legierungs-Typen bestehen.5. Welded aluminum structural component (1) according to claim 3, characterized in that the skin field (2) and the reinforcing element (3) consist of different types of aviation alloy.
6. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis6. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 to
5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lanthaniden insbesondere Cer (Ce), Neodym (Nd), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho) und/oder Erbium (Er) sind.5, characterized in that the lanthanides are in particular cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), gadolinium (Gd), dysprosium (Dy), holmium (Ho) and / or erbium (Er).
7. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis7. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 to
6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) und/oder das Hautfeld (2) aus geschmiedeten, stranggepressten und/oder gegossenen Aluminium-Werkstoffen bestehen.6, characterized in that the reinforcing element (3) and / or the skin field (2) consist of forged, extruded and / or cast aluminum materials.
8. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -8. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 -
7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verstärkungselement (3), entlang der Fügeebene der Schweißverbindung, eine Vielzahl von Bohrungen (4) vorgesehen ist.7, characterized in that a plurality of bores (4) is provided in the reinforcing element (3) along the joining plane of the welded connection.
9. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis9. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen Teil einer Unterschale, einer Oberschale und/oder einer Seitenschale eines Flugzeugdruckrumpfes bildet.8, characterized in that it forms at least part of a lower shell, an upper shell and / or a side shell of an aircraft pressure fuselage.
10. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) ein Stringer,10. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the reinforcing element (3) is a stringer,
Spant, Clip und/oder Schubkamm ist.Frame, clip and / or push comb is.
11. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) durch Laser- strahlschweißen, Lichtbogenschweißen oder einem anderen Schmelzschweißverfahren an dem Hautfeld (2) befestigt ist.11. Welded aluminum structural component (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the reinforcing element (3) by laser beam welding, arc welding or another fusion welding process is attached to the skin field (2).
12. Flugzeugdruckrumpf, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Unter-, Ober- und/oder Seitenschalen zumindest teilweise aus dem Aluminium-Strukturbauteil12. Aircraft pressure fuselage, characterized in that its lower, upper and / or side shells at least partially from the aluminum structural component
(1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 besteht.(1) according to one of claims 1 to 11.
13. Flugzeugdruckrumpf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Verstärkungselementen (3) an dem Hautfeld (2) des Aluminium- Strukturbauteils (1) mittels Laserstrahlschweißens befestigt ist. 13. Aircraft pressure fuselage according to claim 12, characterized in that a plurality of reinforcing elements (3) on the skin field (2) of the aluminum structural component (1) is attached by means of laser beam welding.
PCT/DE2004/001459 2003-07-14 2004-07-07 Welded aluminium structural component with a metal induced tear deviation WO2005007910A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331990A DE10331990A1 (en) 2003-07-14 2003-07-14 Welded aluminum structural component with metallic induced cracking
DE10331990.5 2003-07-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2005007910A1 true WO2005007910A1 (en) 2005-01-27
WO2005007910B1 WO2005007910B1 (en) 2005-04-07

Family

ID=34071675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/001459 WO2005007910A1 (en) 2003-07-14 2004-07-07 Welded aluminium structural component with a metal induced tear deviation

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10331990A1 (en)
WO (1) WO2005007910A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006119732A1 (en) * 2005-05-09 2006-11-16 Airbus Deutschland Gmbh Metal, integral structural component having improved residual strength
WO2011061260A3 (en) * 2009-11-18 2011-09-15 Airbus Operations Gmbh Cover for an aircraft structure
EP2218640A3 (en) * 2009-02-05 2013-04-10 MBDA Deutschland GmbH Structural component
WO2019019422A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 广船国际有限公司 Welding method for thin-plate ship hull structure

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020053B4 (en) * 2006-04-26 2008-11-13 Eads Deutschland Gmbh Metallic, integral structural component
DE102010050160A1 (en) 2010-10-30 2012-05-03 Volkswagen Ag Method for influencing crack configuration of overload crack in surface or profile component made from steel of motor car, involves introducing local structural changes in area of free surfaces of vehicle part based on crack configuration

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0563903A1 (en) * 1992-03-31 1993-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray image intensifier
WO1995026420A1 (en) * 1994-03-28 1995-10-05 Collin Jean Pierre High-scandium aluminium alloy and method for making semi-finished products
DE19639667C1 (en) * 1996-09-27 1998-03-12 Daimler Benz Aerospace Airbus Process for welding profiles on large-format aluminum structural components using laser beams
DE19844035C1 (en) * 1998-09-25 1999-11-25 Daimler Chrysler Aerospace Shell component for an aircraft, and method for its production
DE19838018A1 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Daimler Chrysler Ag Weldable, corrosion-resistant, high-magnesium aluminum-magnesium alloy, especially for aerospace applications
WO2000011229A2 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Daimlerchrysler Ag WELDABLE, CORROSION-RESISTANT AlMg ALLOYS, ESPECIALLY FOR MANUFACTURING MEANS OF TRANSPORTATION
WO2000072990A1 (en) * 1999-05-31 2000-12-07 Eads Deutschland Gmbh Metallic shell component
WO2001012869A1 (en) * 1999-08-12 2001-02-22 Kaiser Aluminium & Chemical Corporation Aluminum-magnesium-scandium alloys with zinc and copper
WO2003052154A1 (en) * 2001-12-14 2003-06-26 Eads Deutschland Gmbh Method for the production of a highly fracture-resistant aluminium sheet material alloyed with scandium (sc) and/or zirconium (zr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4975243A (en) * 1989-02-13 1990-12-04 Aluminum Company Of America Aluminum alloy suitable for pistons
CA2049840C (en) * 1990-08-27 2002-04-23 Edward L. Colvin Damage tolerant aluminum alloy sheet for aircraft skin
DE4327227A1 (en) * 1993-08-13 1995-02-16 Schaedlich Stubenrauch Juergen Grain refining agent, its manufacture and use
FR2721041B1 (en) * 1994-06-13 1997-10-10 Pechiney Recherche Aluminum-silicon alloy sheet intended for mechanical, aeronautical and space construction.
AT407532B (en) * 1998-07-29 2001-04-25 Miba Gleitlager Ag COMPOSITE OF AT LEAST TWO LAYERS

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0563903A1 (en) * 1992-03-31 1993-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray image intensifier
WO1995026420A1 (en) * 1994-03-28 1995-10-05 Collin Jean Pierre High-scandium aluminium alloy and method for making semi-finished products
DE19639667C1 (en) * 1996-09-27 1998-03-12 Daimler Benz Aerospace Airbus Process for welding profiles on large-format aluminum structural components using laser beams
DE19838018A1 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Daimler Chrysler Ag Weldable, corrosion-resistant, high-magnesium aluminum-magnesium alloy, especially for aerospace applications
WO2000011229A2 (en) * 1998-08-21 2000-03-02 Daimlerchrysler Ag WELDABLE, CORROSION-RESISTANT AlMg ALLOYS, ESPECIALLY FOR MANUFACTURING MEANS OF TRANSPORTATION
DE19844035C1 (en) * 1998-09-25 1999-11-25 Daimler Chrysler Aerospace Shell component for an aircraft, and method for its production
WO2000072990A1 (en) * 1999-05-31 2000-12-07 Eads Deutschland Gmbh Metallic shell component
WO2001012869A1 (en) * 1999-08-12 2001-02-22 Kaiser Aluminium & Chemical Corporation Aluminum-magnesium-scandium alloys with zinc and copper
WO2003052154A1 (en) * 2001-12-14 2003-06-26 Eads Deutschland Gmbh Method for the production of a highly fracture-resistant aluminium sheet material alloyed with scandium (sc) and/or zirconium (zr)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FILATOV YU A: "WELDABLE ALUMINIUM-MAGNESIUM-SCANDIUM SYSTEM BASE ALLOYS", WELDING IN THE WORLD, INTERNATIONAL INSTITUTE OF WELDING, FR, vol. 33, no. 6, 1 November 1994 (1994-11-01), pages 428 - 429, XP000483648, ISSN: 0043-2288 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006119732A1 (en) * 2005-05-09 2006-11-16 Airbus Deutschland Gmbh Metal, integral structural component having improved residual strength
EP2218640A3 (en) * 2009-02-05 2013-04-10 MBDA Deutschland GmbH Structural component
WO2011061260A3 (en) * 2009-11-18 2011-09-15 Airbus Operations Gmbh Cover for an aircraft structure
WO2019019422A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 广船国际有限公司 Welding method for thin-plate ship hull structure

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005007910B1 (en) 2005-04-07
DE10331990A1 (en) 2005-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3181711B1 (en) Aluminium alloy containing scandium for powder metallurgy technologies
DE60203801T2 (en) Weldable high strength Al-Mg-Si alloy
DE60029635T2 (en) METHOD FOR CORNING HIGH-TERM ALUMINUM ALLOY ALLOYS
DE10352932B4 (en) Cast aluminum alloy
DE2016137C2 (en) Method for joining several high-performance alloy parts and application of the method
DE60004398T2 (en) ALUMINIUMLOTLEGIERUNG
DE10230709A1 (en) Weldable high strength Al-Mg-Si alloy
DE60100370T2 (en) Die-cast magnesium alloy
DE112015000499T5 (en) Plastic deformed aluminum alloy product, process for producing the same and automobile component
EP0145897A1 (en) Joining process
EP3235917A1 (en) Alloy for pressure die casting
AT11195U1 (en) BODY STRUCTURE
DE69825414T2 (en) Aluminum alloy and process for its preparation
DE69531229T2 (en) brazing
DE10101960A1 (en) Machined aluminum alloy cast product, a method of manufacturing the same, and a method of joining using plastic deformation
WO2016102209A1 (en) Aluminium solder alloy free from primary si particles and method for production thereof
WO2005007910A1 (en) Welded aluminium structural component with a metal induced tear deviation
DE102016113481A1 (en) Housing for battery cells or battery cell modules
WO2006119732A1 (en) Metal, integral structural component having improved residual strength
DE102010021138A1 (en) Body making part e.g. front wall, for front wall arrangement of motor vehicle i.e. passenger car, has board made of composite metal sheet and comprising continuous edge portion made of aluminum alloy and central portion made of steel
EP2875890A1 (en) Method for producing a precursor material for a cutting tool and corresponding precursor material
DE10332003B3 (en) Welded aluminum structural component for aircraft comprises a skin field and a reinforcing element on which a connecting element made from an aluminum cast material is arranged
DE102019125679A1 (en) Method for manufacturing a component
DE102016009708A1 (en) Method for producing a joint connection and joint connection
DE102015012095A1 (en) Method for producing a component, component and motor vehicle with such a component

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
B Later publication of amended claims

Effective date: 20041206

DPEN Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase