Schweißeignung von NE-Metalllegierungen

Aluminium

Einspanngrad. Für Aluminiumlegierungen wird die Schweißeignung häufig als Widerstandsfähigkeit gegenüber Erstarrungsrissbildung definiert. Ein in der BAM untersuchtes Forschungsthema war der Einfluss des Einspanngrades auf die Rissempfindlichkeit. In diesen Untersuchungen wurde eine Al-Mg-Si-Legierung 6060 aufgrund ihrer außerordentlich geringen Schweißeignung für die Beurteilung gewählt. Hier wurde bei hoher Einspannung eine Tendenz zur Rissverhinderung nachgewiesen [1].

“Kastenrahmen”-Einspannvorrichtung für das Schweißen mit variabler Einspannung, mit austauschbaren Seitenblechen zur Höhenregulierung (d. h. geringe Höhe ergibt höhere Einspannung)

Phasenanalyse. Schweißzusatz aus Al-Si-Legierung (z. B. Al 4043) verbessert bekanntlich die Schweißeignung von Al 6060. Der Einfluss eines zunehmenden Gehaltes an Silizium auf den Erstarrungsweg und die Gefügeausbildung in Gussteilen und Schweißverbindungen wurde mittels thermischer Analyse untersucht. Mit höherem Siliziumgehalt zeigte sich bei abfallender Solidustemperatur von 578 auf 511 °C eine Ausdehnung des Erstarrungsbereichs unter Ausbildung von niedriger schmelzenden ternären und quaternären Eutektika [2].

Vergleich zwischen gegossenen und geschweißten Gefügen der Legierung Al 6060, mit und ohne Zusatz von Si (Großbild)

Schweißeignungsprüfung. Entwickelt wurde eine neue Schweißeignungsprüfung zur Beurteilung der Erstarrungsempfíndlichkeit, gemessen als kritische Dehngeschwindigkeit für die Risseinleitung. Beim Controlled Tensile Weldability Test (CTW-Test) wird während des Schweißens eine Dehnung mit konstanter Dehngeschwindigkeit quer zur Schweißnaht ausgeübt. In den Aufschweißversuchen werden die Nähte durchgeschweißt. Die lokale Dehnung wird mittels Extensometer quer durch die Wurzellage gemessen. Es zeigte sich, dass bei höheren Aufmischungen mit Schweißzusatz Al 4043 eine höhere Dehngeschwindigkeit bis zur Rissbildung toleriert werden kann [3].

CTW-Prüfergebnisse kennzeichnen kritische Werte der für die Risseinleitung in Al 6060-Schweißverbindungen erforderlichen lokalen Dehngeschwindigkeit, abhängig von einer Al 4043-Aufmischung.

Rissbildungsmodell. Entwickelt wurde ein Modell der Erstarrungsrisseinleitung, ausgehend von einer Wasserstoff-Mikroporenbildung. Es wird vorausgesetzt, dass sich eine stabile Pore aus zuvor vorhandenen Keimen bildet, wenn der Innendruck größer ist als der Außendruck. Dies kann eintreten, wenn der Wasserstoff-Partialdruck P_g den Oberflächenspannungsdruck P_γ um ca. 1 Atmosphäre übersteigt. Die Stelle, an der eine Pore innerhalb des interdendritischen Raumes aktiviert wird, wird kontrolliert durch 1.) die Wasserstoffanfangskonzentration im Schweißbad und den während der Erstarrung aufgeteilten Wasserstoffgehalt und 2.) die Größe des interdendritischen Raumes. Bildet sich eine Pore mit einem stabilen Radius, der größer ist als der indendritische Raum, so wird sie in das Schweißbad ausgestoßen (Makropore). Bildet sich eine Mikropore unterhalb der kohärenten Temperatur, so ist die Einleitung eines Erstarrungsrisses möglich [4].

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