DE69713806T2 - Aluminium blech und verfahren zum schweissen von bauteilen - Google Patents
Aluminium blech und verfahren zum schweissen von bauteilenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine geschweißte Konstruktion, die Teil eines Schiffes oder eines Raumfahrtfahrzeuges ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Schweißen derartiger Aufbaukomponenten.
- Bei geschweißten Aluminiumkonstruktionen werden meist Aluminiumlegierungsmaterialien des AA5xxx-Typs verwendet; diese Legierungen weisen die besten mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierungen der nicht wärmebehandelbaren Art auf. Normalerweise wird ein niedriger Magnesiumgehalt in der Legierung angestrebt, um eine gute Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Diese Legierungen sind jedoch, auch bei kaltverfestigten Tempermaterialien, für ihre Festigkeitsverluste in der wärmebeeinflußten Zone bekannt. Diesen Verlusten kann mittels eines hohen Magnesiumgehaltes in der Legierung entgegengewirkt werden, wobei sich allerdings die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert.
- Wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen des AA6xxx-Typs werden für Schweißkonstruktionen verwendet; sie leiden jedoch unter einem Verlust ihrer mechanischen Eigenschaften in der wärmebeeinflußten Zone. Aluminiumlegierungen des Typs AA2xxx und AA7xxx weisen normalerweise eine geringe Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.
- Insbesondere in der Raumfahrtindustrie wurde bislang festgestellt, das lastaufnehmende Aufbaukomponenten aus einer Aluminiumlegierung, die für die Außenhaut von Raumschiffen verwendet werden, nur schwer ohne einen Festigkeitsverlust geschweißt werden können. Derartige Legierungskomponenten müssen eine Beständigkeit gegen Stöße aufweisen. Diese Komponenten werden normalerweise mittels Nieten miteinander verbunden. Es besteht ein Bedarf daran, die genieteten Verbindungen durch geschweißte Verbindungen zu ersetzen, ohne die gesamte Eigenschaft der Legierung hinsichtlich der Lastaufnahmefähigkeit zu verlieren.
- Es wurde vorgeschlagen, zur Verbesserung der Schweißbarkeit eine Plattierungsschicht auf den Aluminiumblechen anzuordnen. Die FR-A-1 010 072 beschreibt ein Widerstandsschweißverfahren, bei dem zwei Bleche flächig miteinander verschweißt werden. Jedes Blech besteht aus drei Aluminiumschichten, wobei eine dieser Schichten eine hohe Festigkeit, eine andere eine gute Schweißbarkeit und die dritte einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Der Widerstandserwärmungseffekt ist an der schweißbaren Schicht konzentriert.
- Die EP-A- 117 352 offenbart eine Schweißanordnung, die unter Verwendung von Laserschweißen eine luftdichte Abdichtung der Verpackung von Halbleitervorrichtung schaffen soll. Zwischen den mittels Laserstrahlung an der Schweißzone geschweißten Elementen ist ein Zwischenmaterial in Form einer Plattierungsschicht angeordnet, wie beispielsweise eine Al-Si-Legierung. Es scheint, daß die geschweißten Elemente selbst beim Schweißvorgang stark geschmolzen werden, da es sich bei dem Zwischenmaterial um Silizium-, Zink- oder Nickelmetall handeln kann.
- Die EP-A-66 009 beschreibt Platten aus einem Aluminiumlegierungsverbund zur Verwendung als Panzerungsplattierung. Eine mittig angeordnete Komponente der Platte weist eine hohe Festigkeit und eine hohe Härte auf, während die inneren und äußeren Komponenten eine hohe Zähigkeit und eine gute Schweißbarkeit haben. Wenn die Platten Kante an Kante miteinander verbunden werden, werden die entsprechenden inneren Komponenten unter Verwendung eines externen Füllmaterial sowie die entsprechenden äußeren Komponenten miteinander verschweißt.
- Die vorliegende Erfindung schafft beispielsweise einen Teil der Außenhaut eines Flugzeuges oder anderer Raumfahrtfahrzeuge. Bei einer derartigen Konstruktion kann die Festigkeit, beispielsweise die Endzugfestigkeit, des Kernbleches wenigstens 80% ihrer Festigkeit vor dem Schweißvorgang betragen. Auf diese Weise kann die strukturelle Unversehrtheit der Legierung aufrecht erhalten werden.
- In der folgenden Beschreibung bezeichnet "Blechprodukt" ein flach gewalztes Produkt mit einer Dicke bis zu 36 mm.
- Bei diesem Aluminiumblechprodukt wird beim Schweißen der Plattierungsschicht Füllmaterial zugeführt, was daher nicht von außerhalb zugeführt werden muß. Ferner wird nur die Plattierungsschicht des Aluminiumblechproduktes geschmolzen. Folglich schmilzt das Kernblech nicht, so daß in der wärmebeeinflußten Zone des Kernbleches keine Rißbildung auftritt.
- Beim Schweißen kann die Wärme von dem Kernblech soweit wie möglich ferngehalten werden, so daß ein Verlust der mechanischen Eigenschaften in dem Kernblech verhindert wird.
- Weiterhin kann mittels der Plattierungsschicht ein Korrosionsschutz erzielt werden, wenn die Korrosionsbeständigkeit des Kernmaterials nicht ausreichend sein sollte.
- Die Al-Legierung des Kernbleches ist wärmebehandelbar und es handelt sich vorzugsweise um den AA2xxx-, AA6xxx- oder AA7xxx-Typ. Es sollte klar sein, daß die Aluminiumlegierungen des AA2xxx- und AA7xxx-Typs Dank der Plattierungsschicht verwendet werden können. Ohne die Plattierungsschicht weisen derartige Legierungen eine schlechte Schweißbarkeit auf.
- Vorzugsweise wird die Al-Plattierungsschicht aus einem für Schweißprozesse bekannten Al-Legierungsfüllmaterial hergestellt.
- Vorzugsweise liegt die Dicke des Kernbleches im Bereich von bis zu 30 mm und die Dicke der Plattierungsschicht im Bereich von bis zu 20% der Dicke des Kernbleches. Noch besser liegt die Dicke des Kernbleches im Bereich von 0,5 bis 15 mm und die Dicke der Plattierungsschicht im Bereich von 5 bis 15% der Dicke des Kernbleches. Die Dicke der Plattierungsschicht sollte ausreichend groß sein, um einen Haftungsverlust vom Kernblech zu verhindern und das Kernblech vor der wärmebeeinflußten Zone zu schützen.
- Die Haftung zwischen der Plattierungsschicht und dem Kernblech ist zum Erzielen einer strukturellen Unversehrtheit nach dem Schweißen sehr wichtig. Vorzugsweise wird die Haftung durch Gießen eines Verbundblockes mit gleichzeitig gegossenen Bereichen der entsprechenden Materialien des Kernbleches und der Plattierungsschicht, gefolgt vom Walzen des Blockes erzeugt. Dies schafft eine im wesentlichen oxidfreie Schnittstelle. Alternativ kann die Haftung auch durch Walzen erzeugt werden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen von Aufbaukomponenten, die Teil eines Schiffes oder eines Raumfahrtfahrzeuges sind, geschaffen, bei dem ein Blechprodukt als erste Aufbaukomponente und eine Aluminiumlegierung als zweite Aufbaukomponente durch Schweißen miteinander verbunden werden, worin die erste Aufbaukomponente ein Kernblech aus einer Aluminiumlegierung aufweist und an wenigstens einer Seite des Kernbleches eine Plattierungsschicht (3), die an dem Kernblech haftet, angeordnet ist, wobei die Plattierungsschicht aus einem Aluminiumlegierungs-Schweißfüllmaterial hergestellt ist, welches während des Schweißens ein Schweißbad aus geschmolzenem Metall an der Schweißstelle bildet, ohne dabei das Kernblech wesentlich zu schmelzen.
- Dieses Verfahren weist die zuvor genannten Vorteile auf, insbesondere den Vorteil, daß der Festigkeitsverlust des Kernbleches minimiert wird, d. h., daß wenigsten 80% der Festigkeit vor dem Schweißen erhalten bleiben.
- Vorzugsweise wird die Wärme zum Ausbilden des Schweißbads durch einen Laser oder einen Lichtbogen erzeugt.
- Die Aluminiumlegierung des Kerns sollte wärmebehandelbar, wie beispielsweise die AA2xxx-, AA6xxx- oder AA7xxx- Sereien, oder nicht wärmebehandelbar sein, wie beispielsweise die AA5xxx-Serien.
- Die zuvor beschriebenen bevorzugten Dicken des Kerns und der Plattierung und die Verfahren zur Verbindung des Kerns und der Plattierung fallen ebenso in den Schutzbereich der Erfindung.
- Die Erfindung schafft weiterhin eine Schweißkonstruktion, die mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt wird, insbesondere auf eine Konstruktion für die Schiffs- oder Raumfahrtindustrie, beispielsweise eine Hautschicht eines Raumschiffes.
- Die Erfindung wird im folgenden untere Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, worin
- Fig. 1 einen Zustand einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Schweißen zeigt, und
- Fig. 2 einen Zustand nach dem Schweißen zeigt.
- Fig. 1 zeigt das Aluminiumblechprodukt 1, welches das Kernblech 2 und die Plattierungsschicht 3 umfaßt. Ein Al- Legierungsteil 4 soll an das Aluminiumblechprodukt geschweißt werden. Das Legierungsteil 4 weist eine einzelne homogene Zusammensetzung auf.
- In Fig. 2, die den Zustand nach dem Schweißen darstellt, ist zu erkennen, daß während des Schweißens, beispielsweise mittels eines Lasers, ein Schweißbad 5 ausgebildet wird, das hauptsächlich aus geschmolzenem Material von der Plattierungsschicht 3 und dem Teil 4 besteht, und daß das Kernblech 2 im wesentlichen nicht beeinflußt wird, d. h. im wesentlichen nicht schmilzt. Auf diese Weise können bei Schweißkonstruktionen auch Kernbleche aus Aluminiumlegierungen verwendet werden, die normalerweise eine schlechte Schweißbarkeit aufweisen.
- Ein Aluminiumblechprodukt 1, das gemäß der Erfindung verwendet wird, umfaßt ein Kernblech aus AlMgSiCu und eine Plattierungsschicht aus AlSi12 und wurde mittels Laserschweißen mit einem Teil 4 (wie in Fig. 1 gezeigt angeordnet) aus AlMgSiCu verschweißt.
- Kernblech: Dicke 2,4 mm
- Plattierungsschicht: Dicke 0,4 mm
- Mechanische Eigenschaften des Blechproduktes 1:
- Ergebnis des interkristallinen Korrosionstests gemäß MIL H 6088 nach dem Schweißen, bezogen auf die gesamte Schweißkonstruktion: Kein JGL, nur Pittingbildung.
Claims (12)
1. Schweißkonstruktion, die Teil eines Schiffes oder
eines Raumfahrtfahrzeuges ist, in dem ein
Blechprodukt als erste Aufbaukomponente und eine
Aluminiumlegierung als zweite Aufbaukomponente mittels
Schweißen miteinander verbunden sind, worin die
erste Aufbaukomponente ein Kernblech (2) aus einer
wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung aufweist, und
an wenigstens einer Seite des Kernbleches eine
Plattierungsschicht (3), die an dem Kernblech haftet,
angeordnet ist, wobei die Plattierungsschicht (3)
aus einem Aluminiumlegierungs-Schweißfüllmaterial
hergestellt ist, welches das Schweißbad während des
Schweißens bildet, ohne dabei das Kernblech zu
schmelzen.
2. Schweißkonstruktion nach Anspruch 1, die ein
Hautblech eines Flugzeuges bildet.
3. Verfahren zum Schweißen von Aufbaukomponenten, die
Teil eines Schiffes oder eines Raumfahrtfahrzeuges
sind, bei dem ein Blechprodukt als erste
Aufbaukomponente und eine Aluminiumlegierung als zweite
Aufbaukomponente mittels Schweißen miteinander
verbunden werden, worin die erste Aufbaukomponente ein
Kernblech (2) aus einer Aluminiumlegierung, und eine
Plattierungsschicht (3) aus einem
Aluminiumlegierungs-Schweißfüllmaterial die wenigstens an einer
Seite des Kernbleches haftet, aufweist, und während
des Schweißens ein Schmelzbad geschmolzenen Metalls
an der Schweißstelle aus dem Füllmaterial der
Plattierungsschicht und dem Metall der zweiten
Komponente ausgebildet wird, ohne dabei das Kernblech zu
schmelzen.
4. verfahren nach Anspruch 3, worin dem Schmelzbad
mittels eines Lasers oder eines Lichtbogens Wärme
zugeführt wird.
5. verfahren nach Anspruch 3 oder 4, worin es sich bei
der Aluminiumlegierung des Kernbleches um eine
wärmebehandelbare Legierung handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin es sich bei der
Aluminiumlegierung des Kernbleches um eine der
Aluminiumverbindungsserien AA2xxx, AA6xxx und AA7xxx
handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, worin es sich bei
der Aluminiumlegierung des Kernbleches um eine nicht
wärmebehandelbare Legierung handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, worin es sich bei der
Aluminiumlegierung des Kernbleches um eine der
Aluminiumverbindungsserien AA5xxx handelt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, worin
die Dicke des Kernbleches nicht mehr als 30 mm und
die Dicke der Plattierungsschicht nicht mehr als 20%
der Dicke des Kernbleches beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, worin
die Dicke des Kernbleches im Bereich von 0,5 bis 15
mm und die Dicke der Plattierungsschicht im Bereich
von 5 bis 15% der Dicke des Kernbleches liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, worin
die zweite Komponente durch Gießen eines
Verbundblockes mit gleichzeitig gegossenen Kontaktbereichen
der entsprechenden Materialien des Kernbleches und
der Plattierungsschicht und anschließendem Walzen
der Verbundblöcke zum Blechprodukt hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, worin
in der zweiten Komponente die Plattierungsschicht
und das Kernblech durch Walzen aneinander haften.
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