Fügen von Blechen und Halbzeugen aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen mit modernen Schutzgasschweißverfahren unter besonderer Berücksichtigung der erreichbaren Festigkeit und der zulässigen Fertigungstoleranzen

Als Konstruktionswerkstoffe bieten Aluminiumlegierungen eine Reihe von Vorteilen hinsichtlich Gewicht, Recyclingfähigkeit, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit Die vielfältige Nutzung und Kombination dieser positiven Eigenschaften, verbunden mit einer konsequenten Umsetzung in eigenschaftsoptimierten Produkten mit hoher Wirtschaftlichkeit, führen zu einem ständig steigenden Praxiseinsatz dieser Werkstoffe. Die modernen Schutzgasschweißverfahren WIG-Squarewave-, MIG-Impulslichtbogen- und Plasma-Pluspol-Schweißen bieten sich als wirtschaftliche und zuverlässige Fügeverfahren an, um Aluminium und Legierungen auf Aluminiumbasis durch Schmelzschweißen zu verbinden.

Für die schweißtechnische Verarbeitung von Aluminiumwerkstoffen unter 3 mm Blechdicke existieren im Normenwerk bisher keine einheitlichen Richtlinien, so daß sich vor allem für Klein- und mittelständische Betriebe Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualitätssicherung ergeben. Die bekannten Verfahrenseigenschaften und Verfahrensgrenzen sind, bedingt durch die in den letzten Jahren erheblich verbesserte und modifizierte Gerätetechnik, kritisch zu überarbeiten.

Im vorliegenden Schlußbericht sind grundlegende Untersuchungsergebnisse zur schweißtechnischen Verarbeitung der Aluminiumlegierungen AlMg3; AlMg0,4Si1,2; AlMgSi1 und AlMgSi0,5 mit den genannten Schweißverfahren dargestellt. Zunächst wurden optimierte Schweißparameter für das jeweilige Schweißverfahren im Hinblick auf einen stabilen Schweißprozeß und eine gute Nahtausbildung ermittelt. Mit den ermittelten Schweißparametern konnten auch Kombinationsverbindungen der genannten Blechwerkstoffe untereinander sowie mit Strangpreßlegierungen wie AlMgSi0,5 in guter Qualität realisiert werden, wenn dem unterschiedlichen Schmelzverhalten der Werkstoffe durch eine Anpassung der Prozeßparameter Rechnung getragen wurde. Dabei wurde der Einfluß unterschiedlicher Schutzgase und Schweißzusatzwerkstoffe auf das Prozeßverhalten und die Nahtausbildung untersucht.
Die ermittelten statischen Festigkeitswerte der Schweißverbindungen lagen bei der Untersuchung der geschweißten Proben zumeist deutlich über den geforderten Mindestfestigkeiten bekannter Normen.

Weiterhin erfolgten zu allen drei Schweißverfahren Versuche zur Ermittlung der maximal zulässigen Fertigungstoleranzen der zu fügenden Blechteile. Die zulässigen Toleranzen werden jedoch wesentlich von der Werkstückgeometrie und der Wärmeableitung der verwendeten Bauteile bestimmt, so daß die ermittelten Werte nur als Richtwerte dienen können. Beim I-Stoß (Kantenversatz, Brennerversatz und Stirnflächenabstand) sowie beim Überlappstoß (Brennerversatz und Spaltbreite zwischen Ober- und Unterblech) wurden maximal zulässige Abweichungen untersucht. Während im I-Stoß schon bei geringem bzw. veränderlichem Stirnflächenabstand kein reproduzierbarer Schweißprozeß mehr erzielt werden kann, ist der Überlappstoß für diese Abweichungen nicht so anfällig. Als Hauptproblem hierbei ist der Brennerversatz in Richtung des Oberblechs zu sehen. Für eine Erweiterung des Bereichs zulässiger Fügeteiltoleranzen ist der Einsatz geeigneter Sensorik zur Online-Regelung der Schweißparameter und Nahtverfolgung erforderlich.