Migal.Co MA-6063: Artgleicher Schweißzusatz ohne Heißrisse

Kornfeinung durch Ti5B1-Partikel: Schweißzusatz MA-6063 1,2 mm, Grundwerkstoff 6082.

Die Auswahl einer artähnlichen Legierung als Schweißzusatz gilt für Stähle ebenso wie für Nichteisenmetalle. Einem Abbrand von Legierungselementen, speziell bei Prozessen mit Tropfenübergang durch den Lichtbogen, wird durch einen etwas höheren Anteil solcher Legierungselemente vorgebeugt. Bei Aluminiumlegierungen der 6000er-Gruppe (AlMgSi) wird von diesem Grundsatz seit Jahrzehnten abgewichen. Obwohl diese Legierungsgruppe eine breite Anwendung findet (Stoßfänger, Karosserien im Automobilbau und für Großprofile im Schienenfahrzeugbau) gab es bisher keinen artähnlichen Schweißzusatz. Der Grund dafür liegt in der hohen Heißrissneigung von Aluminiumlegierungen mit einem Maximum der Rißneigung bei Legierungsanteilen von 1,2 % Magnesium und etwa 0,75 % Silizium.

Dies sind in etwa auch die Legierungsbereiche von Aluminiumlegierungen der 6000er-Gruppe. So ist es beispielsweise nicht möglich, diese Legierungen mit dem WIG-Prozess ohne die Zugabe eines Zusatzes zu schweißen, da sich dabei immer Heißrisse bilden. Als Ausweg war es bisher nur möglich, den Magnesium- oder Siliziumgehalt der Schweißnaht durch den Einsatz von Zusätzen der 4000er- oder 5000er-Gruppe mit einem Gehalt von ca. 5 % an Mg oder Si so weit zu erhöhen, dass der heißrissgefährdete Bereich vermieden wird. Mit diesem Kompromiss sind naturgemäß verschiedene Vor- und Nachteile verbunden.

Tabelle 1: Eigenschaften von Schweißzusätzen.

Heißrisse vermeiden

Einen Ausweg aus diesem Dilemma zeigte die Dissertation von DI Philipp Schempp, TU-Berlin 2013, mit dem Titel „Grain refinement in aluminium GTA welds“. Hier wird beschrieben, wie die Bildung von Heißrissen bei Aluminiumlegierungen durch die Zugabe von Ti5B1-Partikeln zuverlässig vermieden wird. Diese Nanopartikel dienen bei der Abkühlung der Schmelze als heterogene Erstarrungskeime und führen zu einer sehr deutlichen Verringerung der Korngröße. Dadurch wird gleichzeitig die Bildung von Heißrissen vermieden.

Migal.Co ist es nun gelungen, einen ersten Schweißzusatz der 6000er-Gruppe mit einem Ti5B1-Gehalt von ca. 0,30 % kommerziell verfügbar zu machen. Dieser MA-6063 ist sowohl als MIG-Drahtelektrode als auch als WIG-Stab verfügbar. Ein Einsatz ist sowohl für die Verbindungsschweißung als auch die additive Fertigung (WAAM) möglich.

Eindrucksvolle Eigenschaften

Die Vorteile dieses Schweißzusatzes werden eindrucksvoll in Tabelle 1, im Vergleich zu den bisher eingesetzten Schweißzusätzen 4043 und 5183, dargestellt. Ganz wesentlich ist die Möglichkeit der Festigkeitssteigerung durch eine nachfolgende Wärmebehandlung. Dadurch lässt sich eine Dehngrenze von 200 bis 260 MPa, bei gleichzeitig guten Dehnungswerten von 6 bis12 % erzielen. Auch die Schweißbarkeit (Nahtgeometrie, Einbrandtiefe, schwarzer Niederschlag) wird im Vergleich zur AlMg-Legierung ganz erheblich verbessert. Das Einbrandprofil (siehe Bild 1) des MA-6063 deckt sich nahezu mit dem 4043 (AlSi5), was für viele Anwendungen sehr vorteilhaft ist.

Damit ist laut Migal.Co der MA-6063 die erste Wahl, wenn es um die Verbindungsschweißung von Aluminiumprofilen geht. In den nächsten Jahren kann mit weiteren Zusätzen der 6000er-Gruppe mit einem ähnlichen Legierungskonzept gerechnet werden.