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Verfahren zur Herstellung von korrosionsbeständigen, durch Schweißen
hergestellten Gegenständen aus aushärtbaren Aluminiumlegierungen Von den aushärtbaren
Legierungen werden heute in besonders großem Umfange diejenigen der Gattung Aluminium
-Kupfer r-Magnesium als Schweißmaterial verwendet. Dank ihrer hohen Festigkeit und
guten Korrosionsbeständigkeit dienen sie auch als Baustoffe für Flugzeuge, Luftschiffe,
Land- und Seefahrzeuge. Dem Verbinden der einzelnen Bauelemente durch Niete oder
Schrauben wird aber der Vorzug gegeben. Dies ist darin begründet, daß die durch
die Aushärtebehandlung erreichten wertvollen Eigenschaften dieser Werkstoffe beim
Schweißen zum Teil wieder verlorengehen. Infolge der Einwirkung der Schweißhitze
treten an der Verbindungsstelle Gefügeänderungen auf, die sowohl die Festigkeitseigenschaften
als auch die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. Die Festigkeitswerte eines
ausgehärteten 2 mm dicken Aluminium-Kupfer-Magnesium-Bleches von 47,5 kg/mm2 werden
z. B. an der Schweißstelle auf etwa 32 kg/mm2, also um etwa 22,5 v. H., herabgesetzt.
Nach mehrtägigem Auslagern bei Raumtemperatur kann zwar die Festigkeit auf etwa
36 kg/mm2 und nach Anlassen bei z 5o° auf etwa 37,5 kg/mm2 erhöht werden, es bleibt
jedoch
immerhin noch eine Festigkeitseinbuße von mindestens 21 v. H. bestehen. Noch bedenklicher
ist die in der Nähe der Schweißstelle bewirkte Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere das Auftreten starker interkristalliner Korrosion, die auch durch Auslagern
bei Raumtemperatur oder durch Anlassen nicht beseitigt werden kann.
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Es ist zwar möglich, die beim Schweißen auftretenden nachteiligen
Gefügeänderungen durch nachträgliches Wiederaushärten, d. h. durch Glühen bei Temperaturen
über q.50° und anschließendes Abschrecken wieder zu beseitigen. Mit derart wiederausgehärteten
Schweißverbindungen können die guten Eigenschaften des ungeschweißten, ausgehärteten
Werkstoffes nahezu oder ganz erreicht werden. Die Anwendung dieser nachträglichen
Wärmebehandlung ist jedoch in der Praxis meist nicht durchführbar, da in den geschweißten
Teilen durch das Glühen und nachfolgende Abschrecken so hohe Eigenspannungen hervorgerufen
werden, daß ein starkes Verziehen oder sogar ein Reißen der Teile auftreten kann.
Oft handelt es sich dabei auch um große und sperrige Stücke, die kostspielige Wärmebehandlungseinrichtungen
erfordern würden. Von einer nachträglichen Wärmebehandlung zum Zwecke des Wiederaushärtens
geschweißter Leichtmetallteile wird daher in der Praxis nur in den seltensten Fällen
Gebrauch gemacht.
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Wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit, auch in geschweißtem Zustand,
weisen die aushärtbaren Legierungen der Gattung AI-Mg-Si auf. Ihre Festigkeit wird
jedoch beim Schweißen in noch stärkerem Maße herabgesetzt als bei den Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen
und kann auch durch ein Auslagern bei Raumtemperatur oder durch ein Anlassen nicht
wesentlich verbessert werden.
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Auch Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen sind als schweißbar bekannt
und können bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur bis zu i50° ausgehärtet werden.
Diese Legierungen büßen aber - wie auch andere Legierungen - durch den Schweißvorgang
selbst ihre Korrosionsbeständigkeit undFestigkeitseigenschaften ein. EineWiederaushärtung
nach dem Schweißen sollte diese Eigenschaften wieder zurückholen, was aber nicht
immer gelang.
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Ausgehend von dieser Erkenntnis hat sich die Erfindung die Aufgabe
gestellt und diese auch in vollem Umfange gelöst, die schädlichen Wirkungen des
Schweißvorganges praktisch zu beseitigen und die vor dem Schweißen vorhandene Korrosionsbeständigkeit
und Festigkeit von Legierungen auch nach dem Schweißen zu erhalten.
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Eingehende Versuche haben überraschenderweise ergeben, daß eine Wärmebehandlung
der zu verbindenden Teile aus Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen bestimmter Zusammensetzung
vor und nach der Schweißung gewährleistet, daß weder die Festigkeitseigenschaften
noch die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt werden. Es hat sich dabei gezeigt,
daß kupferfreie oder unter z o/o Kupfer enthaltende Legierungen, wobei letztere
Gehalte als Verunreinigungen häufig bei diesen Legierungen auftreten, nicht störend
wirken, wenn auch bei kupferfreien Legierungen die Korrosionsbeständigkeit größer
ist.
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Als besonders korrosionsbeständig hat sich eine Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung
mit 2 bis 8% Zink, o"5 bis 511/o Magnesium, o bis .2%, Mangan, o bis i % Silizium
und gegebenenfalls noch anderen Zusätzen von zusammen weniger als i %, Rest Aluminium,
erwiesen.
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Erfindungsgemäß werden die zu verbindenden Teile aus diesen Legierungen
homogenisiert, abgeschreckt, natürlich oder künstlich gealtert und miteinander verschweißt.
Das so erhaltene Werkstück wird dann ohne erneutes Lösungsglühen und Abschrecken
bei Temperaturen von 3o bis 20o° angelassen. Das Werkstück kann auch unter Verzicht
auf die Alterung unmittelbar geschweißt werden.
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Das Werkstück kann dann nach dem Schweißen bei Raumtemperatur natürlich
oder künstlich gealtert werden. Es wurde gefunden, daß der Schweißvorgang nicht
die Fähigkeit zum Altern beeinträchtigt. Nach dem Schweißen ist daher keine erneute
Glühung und Abschreckung nötig.
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Eine Auslagerung der geschweißten Teile bei Raumtemperatur bringt
somit eine weitgehende Wiederherstellung der Festigkeitseigenschaften des ungeschweißten
Materials. Gegebenenfalls lassen sich auch durch die künstliche Alterung die Festigkeitseigenschaften
des ungeschweißten Materials noch vollständiger und in kürzerer Zeit wieder erreichen.
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In erster Linie kommen für die Schweißung Knetlegierungen in Frage.
Bei aushärtbaren Gußlegierungen hat es sich auch gezeigt, daß die Beeinträchtigung
der Festigkeitseigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit durch das Schweißen
nur in geringem Maße in Erscheinung tritt.
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Der Arbeitsgang kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Nach
dem Glühen und Abschrecken kann vor der Schweißung eine natürliche oder künstliche
Alterung vorgenommen werden oder die Werkstücke auch direkt ohne vorherige Alterung
geschweißt werden. Nach der Schweißung kann eine natürliche oder künstliche Alterung
erfolgen. In allen Fällen erhält man zum Schluß geschweißte Werkstücke mit Festigkeitseigenschaften,
die denen ungeschweißter Teile höchstens nur in geringem Maße nachstehen.
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An Hand folgender Versuche sei dies näher beschrieben: Für die Versuche
wurden 1,5 mm dicke Bleche einer ausgehärteten Legierung mit q.,20/0 Zn, 2,q.0/0
Mg, i, i % Mn, 0,4590 Si, 0,3o % Fe, Rest Al, verwendet, die durch Gasschmelzschweißung
stumpf aneinandergeschweißt wurden. Nach erfolgtem Schweißen wurden Probestücke
quer zur Schweißnaht entnommen und .eine Festigkeit von 29,5 kg/mm2 ermittelt.
Nach dreitägigem Anlassen bei roo° stieg die Festigkeit auf 43 kg/mm2. In ungeschweißtem
Zustand wies das ausgehärtete Blech eine Festigkeit von 47,5 kg/mm2 auf. Von
dem
geschweißten Blech wurde also die Festigkeit des Bleches im ausgehärteten Zustand
nahezu erreicht.
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Läßt man das geschweißte Blech nach Beendigung des Schweißens bei
Raumtemperatur auslagern, so steigt nach 3 Tagen die Festigkeit auf 36 kg/mm2. Bei
längeren Lagerzeiten nähern sich die Festigkeitswerte denen des geschweißten und
angelassenen Zustandes.
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Zur Herstellung der Schweißverbindungen können selbstverständlich
auch andere Schmelzschweißverfahren oder auch Widerstandsschweißverfahren angewendet
werden.