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Der Festkörperlaser macht's möglich: Schweißen aushärtbarer Al-Legierungen ohne Zusatzwerkstoff
Mit Ausnahme der Legierungssysteme Al-Mg-Si und Al-Zn-Mg gelten aushärtbare Aluminiumlegierungen als mit konventionellen Verfahren nicht schmelzschweißbar. Im Bereich der Fügezone werden Ausscheidungen aufgelöst, die für die hohen Festigkeiten dieser Werkstoffe sorgen. Die gute thermische Leitfähigkeit der Aluminiumlegierungen bewirkt darüber hinaus die Ausbildung sehr breiter Wärmeeinflußzonen (WEZ). Die Eigenschaften in diesen Bereichen entsprechen denen des lösungsgeglühten Zustandes.
Ein weiteres Problem stellt die Rißempfindlichkeit dar. Im Übergangsbereich zwischen Schmelzzone und WEZ bilden sich Korngrenzlunker, die sich infolge der unterschiedlichen Schrumpfung von Schmelze und Grundwerkstoff zu Rissen aufweiten können. Eine derartige Rißbildung läßt sich i.a. nur durch die Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe vermeiden.
Durch den Einsatz von Lasern, insbesondere von gepulsten Nd:YAG-Lasern, lassen sich sehr schmale Schweißnähte realisieren. Aufgrund der extrem hohen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten und der kurzen Wechselwirkungszeiten zwischen Laserstrahl und Werkstoff werden zudem die diffusionsgesteuerten Vorgänge in den Bereichen neben der Fügezone unterdrückt. Thermisch bedingte Gefügeveränderungen bleiben dadurch auf ein kleines Werkstoffvolumen begrenzt.
Am Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik der TU Clausthal wurden u.a. die beiden Legierungen AlMgSi1 und AlCuMg1 näher untersucht.
Üblicherweise wird die Legierung AlMgSi1 mit den Schweißzusätzen SG-AlSi5, SG-AlMg4,5Mn oder SG-AlMg5 verschweißt. Die Zugfestigkeiten von im Stumpfstoß geschweißten Verbindungen liegen bei 185 MPa für das MIG-Schweißen und bei 165 MPa für das WIG-Schweißen. Schweißverbindungen an 1 mm starken Blechen, die mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser durchgeführt wurden, zeigen eine Zugfestigkeit, die im Bereich des ungeschweißten Ausgangsmaterials liegt.
An Verbindungen der nicht schweißgeeigneten Legierung AlCuMg1 kann eine Zugfestigkeit von 260 MPa erreicht werden, wobei die Dehngrenze Rp0,2 auch ohne nachträgliche Wärmebehandlung im Bereich des Ausgangsmaterials lag. Die Zugfestigkeit kann durch eine anschließende Aushärtung auf 360 MPa gesteigert werden.
Kontakt
Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik, Agricolastraße 6, 38678 Clausthal-Zellerfeld, Fax: (05323) 72-3148, Prof. Dr. B. L. Mordike, Tel: (05323) 72-2120, Dr.-Ing. A. Weisheit, Tel: (05323) 72-3115
Mathias Liebing Tel. 05323 96 93 14 Zentrum für Technologietransfer und Weiterbildung - Technische Universität Clausthal
Criteria of this press release:
Materials sciences, Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
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German
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