DE10332003B3 - 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 - Google Patents

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Abstract

Welded aluminum structural component (1) comprises a skin field (2) and a reinforcing element (3) on which a connecting element (4) made from an aluminum cast material is arranged. An independent claim is also included for a aircraft fuselage partially made from the welded aluminum structural component.

Description

Die Erfindung betrifft ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil mit Aluminium-Guss-Werkstoffelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Flugzeugdruckrumpf gemäß Anspruch 9, der zumindest teilweise aus einem derartigen Aluminium-Strukturbauteil besteht.The Invention relates to a welded Aluminum structural component with cast aluminum material elements according to the generic term of claim 1, and an aircraft pressure hull according to claim 9, at least partially made of such an aluminum structural component consists.

Im Flugzeugbau sind Aluminium-Strukturbauteile für Druckrumpfschalen, die im Wesentlichen aus Hautfeld-Stringer-(Clip)-Verbindungen bestehen, bisher mit dem Fertigungsverfahren Nieten oder Kleben hergestellt worden. Dabei werden sowohl Stringer- als auch Winkelelemente, sogenannte Clips, die zur Befestigung von in Druckrumpfumfangsrichtung verlaufenden Spante dienen, an dem Hautfeld befestigt.in the Aircraft construction are aluminum structural components for pressure hull shells used in the Substantially consist of skin field stringer (clip) connections, so far made with the manufacturing process riveting or gluing. Both stringer and angle elements, so-called Clips for mounting in the circumferential direction of the pressure hull Spante serve, attached to the skin panel.

In jüngster Zeit hat sich für die Fertigung von großflächigen Aluminium-Strukturbauteilen für Flugzeug-Druckrumpfschalen das Laserschweißen als Herstellungsverfahren durchgesetzt. Derartige geschweißte Hautfeld-Stringer-(Clip)-Verbindungen zeichnen sich vorteilhafterweise gegenüber den bisherigen mittels Nieten oder Kleben hergestellten Verbindungen durch ein geringeres Gewicht und deutlich reduzierte Fertigungszeiten aus.In recently, Time has come for the production of large-area aluminum structural components for aircraft pressure hulls the laser welding enforced as a manufacturing process. Drawing such welded skin panel stringer (clip) connections advantageously opposite the previous compounds produced by riveting or gluing due to a lower weight and significantly reduced production times out.

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 198 44 035 bekannt.In DE 196 39 667 For example, a method for laser beam welding profiles on large-sized structural aluminum components is described using two laser beams simultaneously guided to the weld from two sides by a seam-seeking system. A manufactured by laser beam welding aircraft shell part is eg off DE 198 44 035 known.

Gegenwärtig werden bei der Herstellung von Aluminium-Strukturbauteilen in Flugzeuglängsrichtung verlaufende Verstärkungselemente (= Stringer) unter Verwendung von Schweißzusatzwerkstoffen am Hautfeld angeschweißt. Der draht- oder folienförmige Schweißzusatzwerkstoff muss dabei während des Laserschweißens in geeigneter Weise zugeführt werden und dient zur Unterdrückung der Heißrissbildung während des Verschweißens.Becoming present in the manufacture of aluminum structural components in aircraft longitudinal direction extending reinforcing elements (= Stringer) using welding filler materials on the skin welded. The wire or foil-shaped Welding material must be there during the laser welding be supplied in a suitable manner and serves to suppress hot cracking while welding.

In Zukunft sollen auch die quer dazu verlaufenden Versteifungselemente (= Spante) bzw. die zum Befestigen der Spante notwendigen blechförmigen Verbindungsbeschläge, die sogenannten Clips bzw. Schubkämme, direkt an die Druckrumpfhaut geschweißt werden. Dies ist jedoch bisher sehr problematisch, da sämtliche zur Zeit verwendeten Blechwerkstoffe nur mit Schweißzusatzwerkstoffen rissarm geschweißt werden können. Auf Grund der schwierigen geometrischen Verhältnisse ist das Zuführen des Schweißzusatzwerkstoffes allerdings problematisch und fertigungstechnisch sehr aufwendig. Damit ist in der Regel die Herstellung nicht fertigungssicher durchführbar.In Future should also be the transverse thereto stiffening elements (= Spante) or necessary for attaching the spine sheet metal connection fittings, the so-called clips or push combs, welded directly to the pressure hull skin. This is however so far very problematic, since all currently used sheet materials only with welding consumables welded low-crack can be. Due to the difficult geometric conditions, the feeding of the filler metal is However, problematic and manufacturing technically very expensive. Thus, the production is not feasible production safe in the rule.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil zu schaffen, das fertigungstechnisch vereinfacht und mit hoher Fertigungssicherheit auch bei komplizierten geometrischen Verhältnissen herstellbar ist.Thus The invention is based on the object, a welded aluminum structural component to create, the manufacturing technology simplified and with high manufacturing reliability can be produced even with complicated geometrical conditions.

Diese Aufgabe wird durch ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil mit Aluminium-Guss-Werkstoffelementen gelöst, das ein Hautfeld sowie mindestens ein Verstärkungselement aufweist, an dem mindestens ein Verbindungselement angebracht ist, über welches das Verstärkungselement mittels Schweißen an dem Hautfeld befestigt ist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verbindungselement aus einem Aluminium-Guss-Werkstoff besteht.This Task is performed by a welded aluminum structural component solved with cast aluminum material elements, which is a skin field as well at least one reinforcing element on which at least one connecting element is attached, via which the reinforcing element by welding attached to the skin panel, and characterized in that the connecting element consists of an aluminum casting material.

Erfindungsgemäß liefert der Aluminium-Guss-Werkstoff selbst den zur Unterdrückung einer Heißrissbildung während des Schweißens erforderlichen metallischen Schweißzusatzwerkstoff, so dass auf die Verwendung und Zuführung von zusätzlichen Schweißzusatzwerkstoffen gänzlich verzichtet werden kann. Damit vereinfacht sich das Fertigungsverfahren drastisch, so dass es zu signifikanten Kosteneinsparungen bei der Herstellung kommt. Zudem lässt sich die Fertigungssicherheit beim Schweißen erheblich steigern, da auf Grund der lokalen geometrischen Restriktion die Nachführung und exakte Zuordnung eines Schweißzusatzwerkstoffes entfällt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die schweißgestützte, integrale Bauweise weiter ausgedehnt werden kann, und somit prinzipiell auf alle Bereiche des Flugzeugrumpfes erstreckt werden kann. Dies führt zu einer weiteren Senkung des Strukturgewichtes sowie reduzierten Betriebskosten, da genietete Strukturen gänzlich ersetzt werden können.Supplies according to the invention the cast aluminum material itself to suppress a Hot cracking while of welding required metal welding filler, so on the use and feed of additional Welding consumables completely can be waived. This simplifies the manufacturing process drastically, resulting in significant cost savings Production is coming. In addition, leaves the manufacturing reliability increase significantly during welding, since due to the local geometric restriction the tracking and exact assignment of a welding consumable eliminated. On Another advantage is that the welding-based, integral construction continues can be extended, and thus in principle to all areas of the fuselage can be extended. This leads to another Reduction in structural weight and reduced operating costs, there riveted structures completely can be replaced.

Bevorzugt besteht das Verbindungselement aus einer AlMg-Guss-Verbindung mit 3–10 Gew.-% Mg, einer AlSi-Guss-Verbindung mit 5–20 Gew.-% Si, einer AlCu-Guss-Verbindung mit 3–15 Gew.-% Cu oder einer AlZi-Guss Verbindung mit 4–20 Gew.-% Zi. Diese Gusswerkstoffe stellen sicher, dass der zum gussarmen Schweißen erforderliche Schweißzusatzstoff durch den Werkstoff des Verbindungselements selbst gespendet wird, so dass ein separates Zuführen eines Schweißzusatzwerkstoffes nicht nötig ist.Prefers the connection element consists of an AlMg cast connection with 3-10 wt.% Mg, an AlSi cast compound with 5-20 wt% Si, an AlCu cast compound with 3-15% by weight Cu or AlZi cast compound with 4-20 wt% Zi. These cast materials Make sure that the welding additive required for low-cast welding donated by the material of the fastener itself, allowing a separate feeding a welding consumable not necessary is.

Bevorzugt wird ein Verbindungselement aus einem derartigen Aluminium-Guss-Werkstoff verwendet, das mittels Druckguss-, Feinguss- oder Sandguss-Verfahren bzw. Thixo- oder Rheo-Casting hergestellt ist. Diese Herstellungsverfahren gewährleisten, dass das Gussgefüge einen geringen Restgasgehalt aufweist und somit eine gute Schweißeignung hat.Preferably, a connecting element of such an aluminum casting material is used, which by means of die casting, investment casting or sand casting method or Thixo or Rheo casting is made. These manufacturing processes ensure that the cast structure has a low residual gas content and thus good weldability.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen Hautfeld und Verstärkungselement jeweils aus luftfahrtzertifizierten Aluminium-Legierungen, wie beispielsweise Legierungen vom Typ 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und/oder 8xxx (gemäß amerikanischer Legierungsbezeichnung). Dabei sind beliebige Werkstoffkombinationen möglich, so dass die erfindungsgemäße Struktur flexibel für Luftfahrtanwendungen geeignet ist.According to one preferred embodiment Skin panel and reinforcing element each aviation-certified aluminum alloys, such as Alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and / or 8xxx (according to American Alloy designation). These are any material combinations possible, so that the structure according to the invention flexible for Aviation applications is suitable.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement, welches aus dem Aluminium-Guss-Werkstoff besteht, ein Clip oder Schubkamm, und das Verstärkungselement ist ein Spant, an dem der Clip bzw. Schubkamm mittels Nieten angebracht ist. Selbstverständlich können auch andere Verbindungsverfahren zum Befestigen des Verbindungselementes an dem Verstärkungselement verwendet werden, wie beispielsweise Kleben, Schweißen etc.According to one particularly preferred embodiment is the connecting element, which consists of the cast aluminum material consists of a clip or shear comb, and the reinforcing element is a frame, on which the clip or shear comb is attached by means of rivets. Of course you can too other connection methods for attaching the connecting element on the reinforcing element used, such as gluing, welding, etc.

Das erfindungsgemäße, geschweißte Aluminium-Strukturbauteil findet insbesondere in Flugzeugen Anwendung, wo es zumindest teilweise Unter-, Ober- und/oder Seitenschalen des Druckrumpfes bildet.The According to the invention, welded aluminum structural component finds particular application in aircraft where it is at least partially Lower, upper and / or Side shells of the pressure hull forms.

Anhand der beigefügten Abbildung wird die Erfindung im Folgenden in näheren Einzelheiten beschrieben.Based the attached In the following, the invention will be described in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 ein schematisch dargestelltes Aluminium-Strukturbauteil in Form einer Hautfeld-Stringer-Clip-Verbindung. 1 a schematically illustrated aluminum structural component in the form of a skin field stringer clip connection.

1 zeigt ein geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil 1 in Form einer Hautfeld Stringer-Clip-Verbindung. Das Strukturbauteil 1 weist ein Hautfeld 2 auf, an dem eine Vielzahl von Verstärkungselementen 3a, 3b angebracht ist. Die Verstär kungselemente 3a sind sogenannte Stringer, die in Längsrichtung eines Flugzeugdruckrumpfes verlaufen. In 1 sind drei Stringer 3a an dem Hautfeld 2 mittels Laserschweißen befestigt. Bekanntlich weist ein derartiges Aluminium-Strukturbauteil 1 zur Verwendung in Flugzeugdruckrümpfen neben den Stringern auch sogenannte Spante auf, die in Druckrumpfumfangsrichtung verlaufende Verstärkungselemente darstellen. In 1 ist ein einzelner derartiger Spant 3b dargestellt, der mittels Verbindungselement 4 an dem Hautfeld 2 befestigt ist. Das in 1 dargestellte Verbindungselement 4 ist als sogenannter Schubkamm ausgebildet, der über mehrere Stringer 3a hinweg läuft. Selbstverständlich können auch nichtübergreifende Einzelelemente in Form von sogenannten Clips verwendet werden. Typischerweise werden die Verbindungselemente 4 (Clips bzw. Schubkamm) mit dem Spant durch Nieten verbunden, was auch in 1 dargestellt ist. Anschließend wird das Verbindungselement 4 an seiner dem Spant 3b gegenüberliegenden Seite mit dem Hautfeld 2 verschweißt, um somit ein stabiles bzw. verstärktes Aluminium-Strukturbauteil 1 zu schaffen. 1 shows a welded aluminum structural component 1 in the form of a skin box stringer clip connection. The structural component 1 has a skin field 2 on to which a plurality of reinforcing elements 3a . 3b is appropriate. The ampli cation elements 3a are so-called stringers, which run in the longitudinal direction of an aircraft pressure hull. In 1 are three stringers 3a on the skin field 2 secured by laser welding. As is known, such an aluminum structural component 1 for use in aircraft fuselages in addition to the stringers also so-called ribs, which represent running in Druckrumpfumfangsrichtung reinforcing elements. In 1 is a single such frame 3b represented by means of connecting element 4 on the skin field 2 is attached. This in 1 illustrated connecting element 4 is designed as a so-called shear comb, which has several stringer 3a runs away. Of course, non-intersecting individual elements in the form of so-called clips can be used. Typically, the fasteners 4 (Clips or thrust comb) connected to the frame by riveting, which is also in 1 is shown. Subsequently, the connecting element 4 at his the frame 3b opposite side with the skin panel 2 welded, thus a stable or reinforced aluminum structural component 1 to accomplish.

Um die Heißrissbildung während des Schweißens zu unterdrücken, wird bisher separat ein Schweißzusatzwerkstoff zugeführt, meist in Form eines Drahtes oder einer Folie. Dabei ergibt sich auf Grund der komplexen Geometrie, insbesondere in den Eckbereichen A, das Problem, dass der Laserschweißkopf nur unter sehr großen Schwierigkeiten prozesssicher arbeiten kann. Zusätzlich wird die Positionierung des Schweißzusatzwerkstoffes durch die bereits zuvor angeschweißten Stringer 3a erheblich behindert. Damit besteht eine sehr große Gefahr, dass besonders in den schon ohnehin gefährdeten Eckbereichen (lokale Spannungsüberhöhung im Betriebsfall), die Verbindung nicht heißrissfrei geschweißt werden kann.In order to suppress the hot cracking during welding, so far separately a filler metal is supplied, usually in the form of a wire or a foil. Due to the complex geometry, in particular in the corner areas A, the problem arises that the laser welding head can only operate reliably under very great difficulty. In addition, the positioning of the filler metal is enhanced by the previously welded stringers 3a considerably impeded. Thus, there is a very high risk that, especially in the already endangered corner areas (local voltage overshoot in case of operation), the connection can not be welded without hot cracking.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verbindungselement 4 verwendet wird, das aus einem Aluminium-Guss-Werkstoff besteht. Der Alumi nium-Guss-Werkstoff kann ein etablierter oder neuer bzw. weiterentwickelter Werkstoff sein. Auf Grund der Materialauswahl des Verbindungselementes 4 wird gewährleistet, dass der für eine zuverlässige und heißrissarme Schweißung erforderliche Schweißzusatzwerkstoff durch das Verbindungselement 4 selbst gespendet wird. Es verringert sich die Gefahr der Heißrissbildung und gewährleistet damit mehr Fertigungssicherheit, da immer genügend Schweißzusatzwerkstoff vor Ort ist. Ferner ist die Schweißprozessführung vereinfacht, da kein Schweißzusatzwerkstoff mehr nachgeführt oder vorpositioniert werden muss. Gleichzeitig werden die Fertigungskosten für das Verbindungselement durch endkonturnahe Herstellung reduziert. Zudem besteht bei passender Werkstoffauswahl die Möglichkeit der Wärmenachbehandlung des Aluminium-Strukturbauteiles 1 (nicht formgebend oder auch formgebend bis hin zur Kriechumformung (s. auch AlMgSc-Werkstofftechnik)), welche die Eigenschaften in der Schweißnaht und ihren Einflussbereich verbessern kann, beispielsweise hinsichtlich Festigkeit, Eigenspannungen etc.The problem is inventively achieved in that a connecting element 4 is used, which consists of an aluminum casting material. The aluminum casting material may be an established or new or advanced material. Due to the material selection of the connecting element 4 it is ensured that the welding consumable material required for a reliable and hot crack welding by the connecting element 4 even donated. It reduces the risk of hot cracking and thus ensures more manufacturing safety, as there is always enough welding filler on site. Furthermore, the welding process management is simplified since no additional welding material has to be tracked or pre-positioned. At the same time, the production costs for the connecting element are reduced by near-net shape production. In addition, there is the possibility of heat post-treatment of the aluminum structural component with suitable material selection 1 (non-forming or shaping up to creep forming (see also AlMgSc material technology)), which can improve the properties in the weld and their sphere of influence, for example with regard to strength, residual stresses, etc.

Vorzugsweise besteht das Verbindungselement 4 aus einem AlMg-Guss-Werkstoff mit ca. 3–10 Gew.-% Mg, dem zusätzlich 0–2 Gew.-% Mn, Si, Sc (ersatzweise Zr, Ti, Y, Tb, Hf, Nb, Ta, V und/oder den Lanthaniden) Cu, Ag und/oder Fe beigemengt sein kann. Die Lanthaniden sind dabei bevorzugt Cer (Ce), Neodym (Nd), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho) und/oder Erbium (Er).Preferably, the connecting element 4 from an AlMg cast material with about 3-10 wt .-% Mg, which additionally 0-2 wt .-% Mn, Si, Sc (alternatively Zr, Ti, Y, Tb, Hf, Nb, Ta, V and / or the Lanthanides) Cu, Ag and / or Fe can be added. The lanthanides are preferably cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), gadolinium (Gd), dysprosium (Dy), holmium (Ho) and / or erbium (Er).

Alternativ kann das Verbindungselement 4 aus einem AlSi-Guss-Werkstoff mit 5–20 Gew.-% Si bestehen, dem 0–5 Gew.-% Mg, Cu, Fe und/oder Mn beigemengt sein können.Alternatively, the connecting element 4 consist of an AlSi cast material with 5-20 wt .-% Si, the 0-5 wt .-% Mg, Cu, Fe and / or Mn may be added.

Gemäß einer weiteren Alternative wird ein AlCu-Guss-Werkstoff mit 3–15 Gew.-% Cu verwendet. Diesem können 0–5 Gew.-% Mg, Ag, Cu, Fe, Ti oder Mn beigemengt sein.According to one Another alternative is an AlCu casting material with 3-15 wt .-% Cu used. this can 0-5% by weight Mg, Ag, Cu, Fe, Ti or Mn be added.

Gemäß einer weiteren Alternative besteht das Verbindungselement 4 aus einer AlZi-Verbindung mit 4–20 Gew.-% Zi, dem Mg, Ag, Cu oder andere bzw. weitere bei AlZn-Legierungen gebräuchliche Elemente beigemengt sein kann.According to a further alternative, the connecting element 4 from an AlZi compound with 4-20 wt .-% Zi, the Mg, Ag, Cu or other or more common AlZn alloys common elements may be added.

Zur weiteren Eigenschaftsverbesserung können natürlich diese Gusswerkstoffe noch klassische, etablierte Legierungszugaben enthalten, welche eine Verfeinerung des Gefüges bewirken (z.B. Sr bei AlSi-Legierungen, Be bei AlMg-Legierungen oder TiB2 zur allgemeinen Kornfeinung).To further improve the properties, of course, these cast materials can still contain classic, established alloying additions, which cause a refinement of the structure (eg Sr in AlSi alloys, Be in AlMg alloys or TiB 2 for general grain refinement).

Das Hautfeld 2 und das Verstärkungselement 3 bestehen aus bekannten luftfahrtzertifizierten Aluminium-Legierungen. Die luftfahrtzertifizierten Legierungen sind beispielsweise Legierungen vom Typ 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und/oder 8xxx. Nach amerikanischer Legierungsbezeichnung sind dies AlCu-Legierungen (2xxx), AlMg-Legierungen (6xxx), AlMgSi-Legierungen (7xxx), AlZn-Legierungen (8xxx) bzw. andere Werkstoffsysteme.The skin field 2 and the reinforcing element 3 consist of well-known aviation-certified aluminum alloys. The aviation-certified alloys are, for example, alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and / or 8xxx. According to American alloy designation these are AlCu alloys (2xxx), AlMg alloys (6xxx), AlMgSi alloys (7xxx), AlZn alloys (8xxx) or other material systems.

BEISPIELE:EXAMPLES:

Im Folgenden werden einige erfindungsgemäße Beispiele für die Werkstoffpaarung Hautfeld/Verbindungselement aufgeführt und mit dem Stand der Technik verglichen: in the Below are some examples of the invention for the material pairing Skin panel / connecting element listed and with the prior art compared:

1. Beispiel:1st example:

Stand der Technik:State of the art:

  • Hautfeldwerkstoff: AA 6013 T4 oder T6 (AA 6013 = AlMg1Cu0.8Si0.75Mn0.5)Skin material: AA 6013 T4 or T6 (AA 6013 = AlMg1Cu0.8Si0.75Mn0.5)
  • Clip: AA 6013 T4 oder T6Clip: AA 6013 T4 or T6

Der Clip wurde mittels Laserstrahlen unter Verwendung des Schweißzusatzwerkstoffes AA 4047 (AlSi12) heißrissfrei an das Hautfeld geschweißt. Der Schweißnahtwerkstoff enthält somit eine Mischung der drei Komponenten mit folgender Zusammensetzung: ≈ Al Si2–4 Mg0.3–0.6 Cu0.2–0.4.Of the Clip was laser-beamed using the filler metal AA 4047 (AlSi12) hot crack free welded to the skin panel. The weld material contains thus a mixture of the three components with the following composition: ≈ Al Si2-4 Mg0.3-0.6 Cu0.2-0.4.

Erfindungsgemäße Werkstoffpaarung:Inventive material pairing:

  • Hautfeldwerkstoff: AA 6013 T4 oder T6 (AA 6013 = AlMg1Cu0.8Si0.75Mn0.5)Skin material: AA 6013 T4 or T6 (AA 6013 = AlMg1Cu0.8Si0.75Mn0.5)
  • Clip: A357 T4 oder T6 (A357 = AlSi7Mg0.6)Clip: A357 T4 or T6 (A357 = AlSi7Mg0.6)

Das Verbindungselement wurde mittels Laserstrahlschweißen ohne Verwendung eines zusätzlichen Schweißzusatzwerkstoftes an das Hautfeld angeschweißt. Der Werkstoff der Schweißnaht enthält dann eine Mischung aus den zwei Komponenten und weist folgende Zusammensetzung auf: ≈ AlSi3–4 Mg0.3–0.6 Cu0.1–0.2...The Connecting element was by means of laser beam welding without Use of an additional Schweißzusatzwerkstoftes welded to the skin panel. The material of the weld contains then a mixture of the two components and has the following composition on: ≈ AlSi3-4 Mg0.3-0.6 Cu0.1-0.2 ...

Ohne Einschränkung ist es möglich, eine heißrisssichere Verbindungen darzustellen, wobei die Restriktion des bisher erforderlichen Zuführens eines Schweißzusatzwerkstoffes umgangen wird. Hierzu muss lediglich gewährleistet sein, dass der AlSi7Mg0.6 Guss-Clip mit einem Gussverfahren hergestellt wird, welches eine gute Schweißeignung (geringer Restgasgehalt des Gussgefüges) ermöglicht. Dies können das Feingussverfahren HERO bzw. SOPHIA, welche für die Luftfahrt qualifiziert sind, aber auch andere neue Druckgussverfahren, wie beispielsweise Thixo- oder Rheo-Casting sein.Without restriction Is it possible, a hot-drier Represent connections, with the restriction of the previously required Feeding one Welding filler is bypassed. All you have to do is ensure that the AlSi7Mg0.6 Casting clip is produced by a casting process, which is a good weldability (low residual gas content of the cast structure) allows. This can do that Investment casting HERO or SOPHIA, which qualifies for aviation are, but also other new die-casting processes, such as Be Thixo or Rheo casting.

2. Beispiel:2nd example:

Stand der Technik:State of the art:

  • Hautfeldwerkstoff: AA 2024 T3 (AA 2024 = Al Cu4.5 Mg2 Mn)Skin field material: AA 2024 T3 (AA 2024 = Al Cu4.5 Mg2 Mn)
  • Clip: AA 2024 T3Clip: AA 2024 T3

Laserstrahl geschweißt (heißrissfrei) mit Schweißzusatzwerkstoff:

  • a) AA 4047 (AlSi12)
  • b) AA 2319 (AlCu6Mn), oder besser
  • c) GUS 1217 (AlCu10Sc)
Laser beam welded (hot crack-free) with filler metal:
  • a) AA 4047 (AlSi12)
  • b) AA 2319 (AlCu6Mn), or better
  • c) CIS 1217 (AlCu10Sc)

Der Schweißnahtwerkstoff besteht aus einer Mischung der drei Komponenten:

  • a) Al Si2–4 Cu0.6–1.2 Mg0.2–0.4 ...
  • b) Al Cu 5–6 Mg0.4–0.8 Mn ...
  • c) Al Cu 6–8 Mg0.2–0.4 Mn ...
The weld material consists of a mixture of the three components:
  • a) Al Si2-4 Cu0.6-1.2 Mg0.2-0.4 ...
  • b) Al Cu 5-6 Mg0.4-0.8 Mn ...
  • c) Al Cu 6-8 Mg0.2-0.4 Mn ...

Erfindungsgemäße Werkstoffpaarung:Inventive material pairing:

  • Hautfeldwerkstoff: AA 2024 T3 (AA 2024 = AlCu4.5Mg2Mn)Skin material: AA 2024 T3 (AA 2024 = AlCu4.5Mg2Mn)
  • Clip: a) A360 T6 (A360 = AlSi10Mg0.3) b) A201 T6 (A201 = AlCu4.5TiAg) c) AlCu6 bzw. AlCu10ScClip: a) A360 T6 (A360 = AlSi10Mg0.3) b) A201 T6 (A201 = AlCu4.5TiAg) c) AlCu6 or AlCu10Sc

Das Verbindungselement wurde wiederum ohne Verwendung eines zusätzlichen Schweißzusatzwerkstoffes an das Hautfeld angeschweißt. Der Werkstoff der Schweißnaht ist eine Mischung aus den vorgenannten Komponenten:

  • a) AlSi3–4 Cu0.8–1.4 Mg0.4–0.6
  • b) AlCu3–4 Mg0.4–0.6
  • c) AlCu4–7 Mg0.3–0.5
The fastener was again welded to the skin panel without the use of an additional filler metal. Of the Material of the weld is a mixture of the aforementioned components:
  • a) AlSi3-4 Cu0.8-1.4 Mg0.4-0.6
  • b) AlCu3-4 Mg0.4-0.6
  • c) AlCu4-7 Mg0.3-0.5

Als Herstellungsverfahren dienen die gleichen wie unter Beispiel 2 aufgeführt.As Production process are the same as listed under Example 2.

3. Beispiel:3rd example:

Stand der TechnikState of the art

  • Hautfeldwerkstoff: AlMg4.0MnScZrSkin field material: AlMg4.0MnScZr
  • Clip: AlMg4.0MnScZrClip: AlMg4.0MnScZr
  • Laserstrahl-geschweißt (heißrissfrei) mit Schweißzusatzwerkstoff: AA 5025 (AA 5025 = AlMg5Sc0.3)Laser-welded (Hot cracks) with filler metal: AA 5025 (AA 5025 = AlMg5Sc0.3)
  • Der Schweißnahtwerkstoff besteht aus einer Mischung der drei Komponenten: ≈ Al Mg4–5Mn0.2–0.4Sc0.2–0.3 ...The weld material consists of a mixture of three components: ≈ Al Mg4-5Mn0.2-0.4Sc0.2-0.3 ...

Erfindungsgemäße Werkstoffpaarung:Inventive material pairing:

  • Hautfeldwerkstoff: AlMg4.0MnScZrSkin field material: AlMg4.0MnScZr
  • Clip: a) AlMg3.0–5.0MnScZr b) AlMg3.0–5.0SiMn (Sc-frei)Clip: a) AlMg3.0-5.0MnScZr b) AlMg3.0-5.0SiMn (Sc-free)

Der Clip wurde ohne Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoftes am Hautfeld angeschweißt. Der Schweißnahtwerkstoff enthält eine Mischung aus den zwei Komponenten mit folgender Zusammensetzung:
AlMg3.5–5.0MnScZr.The clip was welded to the skin without using any welding consumables. The weld material contains a mixture of the two components with the following composition:
AlMg3.5-5.0MnScZr.

Wie zuvor muss hier gewährleistet sein, dass das Guss-Verbindungselement mit einem Gussverfahren hergestellt wurde, welches eine gute Schweißeignung ermöglicht. Bei Sc-haltigen AlMg-Gusswerkstoffen bietet sich neben den Fein- und Sandguss-Verfahren besonders auch das Rheo-Casting-Verfahren an, da so über die besondere Wärmeführung ein mit Sc übersättigter Mischkristall nach dem Gießen erzielt werden kann.How previously must be guaranteed here be that the cast fastener produced by a casting process which was a good weldability allows. For Sc-containing AlMg cast materials, in addition to the fine and Sand casting process especially the Rheo casting process, because so over the special heat management with supersaturated Mixed crystal after pouring can be achieved.

Claims (9)

Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) mit Aluminium-Guss-Werkstoftelementen, insbesondere für Flugzeuge, umfassend ein Hautfeld (2) sowie mindestens ein Verstärkungselement (3), an dem mindestens ein Verbindungselement (4) angebracht ist, über welches das Verstärkungselement (3) mittels Schweißen an dem Hautfeld (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) aus einem Aluminium-Guss-Werkstoff besteht.Welded aluminum structural component ( 1 ) with aluminum cast-material elements, in particular for aircraft, comprising a skin panel ( 2 ) and at least one reinforcing element ( 3 ), to which at least one connecting element ( 4 ) is attached, via which the reinforcing element ( 3 ) by welding to the skin field ( 2 ), characterized in that the connecting element ( 4 ) consists of an aluminum casting material. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminium-Guss-Werkstoff aus einer AlMg-Verbindung mit 3–10 Gew.-% Mg, einer AlSi-Verbindung mit 5–20 Gew.-% Si, einer AlCu-Verbindung mit 3–15 Gew.-% Cu oder einer AlZi-Verbindung mit 4–20 Gew.-% Zi besteht.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the aluminum casting material of an AlMg compound with 3-10 wt .-% Mg, an AlSi compound with 5-20 wt .-% Si, an AlCu compound with 3rd -15 wt .-% Cu or an AlZi compound with 4-20 wt .-% Zi. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) aus Aluminium-Guss-Werkstoff mittels Druck-, Fein-, Sand-, Thixo- oder Rheo-Gussverfahren hergestellt ist.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the connecting element ( 4 ) is made of cast aluminum material by means of pressure, fine, sand, Thixo or Rheo casting process. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hautfeld (2) und das Verstärkungselement (3) aus luftfahrtzertifizierten Aluminium-Legierungen bestehen.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the skin panel ( 2 ) and the reinforcing element ( 3 ) consist of aviation-certified aluminum alloys. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die luftfahrtzertifizierten Legierungen vom Typ 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und/oder 8xxx sind.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the aviation-certified alloys of the type 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and / or 8xxx are. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) ein Clip oder Schubkamm ist.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element ( 4 ) is a clip or shear comb. Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) ein Spant (3b) ist.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reinforcing element ( 3 ) a frame ( 3b ). Geschweißtes Aluminium-Strukturbauteil (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Clip bzw. Schubkamm mittels Nieten an dem Spant (3b) angebracht ist.Welded aluminum structural component ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that clip or shear comb by means of rivets on the former ( 3b ) is attached. Flugzeugdruckrumpf, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Unter-, Ober- und/oder Seitenschale zumindest teilweise aus einem Al-Strukturbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1–8 besteht.Aircraft pressure hull, characterized in that its lower, upper and / or side shell at least partially made of an Al structural component ( 1 ) according to one of claims 1-8.
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