PROCESS FOR IMPROVING THE SPOT-WELDABILITY OF ALUMINIUM-MAGNESIUM ALLOYS

Abstract: 1. A process for the improvement of spot weldability of Al-Mg-alloys, characterized by an addition of beryllium within the limits of 0.0005 to 0.005 weight-%.

Description: Punktschweissbarer Aluminiumwerkstoff Die Erfindung betrifft einen punktschweissbaren Aluminiumwerkstoff. Es ist bekannt, sowohl aushärtbare als auch nicht aushärtbare Aluminiumlegierungen punktzuschweissen. Dabei werden die zu verbindenden Teile zwischen zwei sich gegenüberstehende Elektroden gebracht und gegeneinandergepresst. Bei Stromfluss erhitzen sich die Teile an den Berührungsflächen unter Bildung einer Schweisslinse durch Widerstandserwärmung, die nach ihrer Erstarrung beide Teile miteinander verbindet. In zahlreichen Versuchen wurde festgestellt, dass in Abhängigkeit von der Stromstärke und der damit verbundenen Schweisstemperatur, dem Elektrodenwerkstoff und der chemischen Zusammensetzung der zu verbindenden Teile und dem Oberflächenwiderstand die Standzeiten der Punktschweisselektroden variieren. Als Werkstoffe für den Fahrzeugbau werden u.a. Aluminium Magnesium-Werkstoffe eingesetzt. Die hohe Diffusionsgeschwindigkeit von Magnesium in Aluminium führt bei der rekristallisierenden Weichglühung - Temperaturbereich 300 bis 5000C zu einer Anreicherung von Magnesium und Magnesiumoxid in der Oxidschicht. Die verstärkte, an Magnesium angereicherte Oxidhaut führt in der Praxis zu geringen Elektrodenstandzetten, da sich auf der Kontaktfläche zur Elektrode Ablagerungen bilden. In der Luftfahrtindustrie ist es daher üblich, Aluminiumbleche vor dem Widerstandspunktschweissen zu beizen. Diese chemische Behandlung setzt sich zusammen aus einer Vorbehandlung in Salpetersäure, Natronlauge und wiederum Salpetersäure. Für Grossserien, wie sie im Fahrzeugbau üblich sind, kann eine solche chemische Behandlung nicht durchgeführt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine punktschweissbare Aluminiumlegierung anzugeben, die einen erniedrigten Oberflächenwiderstand aufweist und eine erhöhte Standzeit der Elektrode ermöglicht, wobei die Werte über den Querschnitt bzw. die gesamte Coilbreite möglichst konstant bleiben sollen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch einen Zusatz von Beryllium im Bereich von 0,0005 bis 0,005 Gewichtsprozent gelöst. Figur 1 zeigt den Verlauf der Oxidschichtdicke über der Breite des Coils. Das Coil a wurde 1 Stunde mit Salpetersäure ( 1 : 1) gebeizt, bei RT 1 min mit Natronlauge und an schliessend bei 600C für 30 sec mit Salpetersäure (1 : 1) behandelt. Danach weist das gebeizte Blech die niedrigsten und gleichmässigsten Oxidschichtdicken über der Coilbreite auf. Durch den Zusatz von 20 ppm Beryllium verringert sich die Oxidschichtdicke um knapp 50 % im Vergleich zu der Variante ohne Beryllium. Bei den ungebeizten Proben (b und c) ist eine Abhängigkeit der Oxidschichtdicke von der Coilbreite festzustellen. Die Messmethode zur Bestimmung der Oxidschichtdicke ist in DIN 50944 beschrieben. Danach wurde die Oxidschicht chemisch vom Grundmaterial abgelöst und der dabei entstehende Gewichtsverlust durch Wägen der Probe vor und nach dem Ablösen bestimmt. In vorliegendem Fall werden Streifen von 2 5 x 5 cm Fläche alle 20 cm über der Bandbreite entnommen. Aus dem Gewichtsverlust und einer angenommenen durchschnittlichen Dichte der Oxidschicht von 2,75 g/ cm3 wurden die Mittelwerte für die Dicke der Oxidschicht ermittelt. Neben der Dicke hat auch die chemische Zusammensetzung der Oxidschicht Einfluss auf den Oberflächenwiderstand. Mit Hilfe des in Fig.2 dargestellten Versuchsaufbaues wurde der Oberflächenwiderstand für die drei in Fig.1 dargestellten Werkstoffe bestimmt. Die beiden Messelektroden 1,2 werden durch einen regelbaren Hydraulikzylinder 3 angepresst. Unter der fest montierten unteren Elektrode 1 befindet sich eine Kraftmessdose 4. Der Messverstärker 5 mit Digitalanzeige 6 gibt die jeweilige Anpresskraft an, die ggfs. mit einem Druckminderventil reguliert werden kann (nicht dargestellt). Erst nachdem sich die Anpresskraft stabilisiert hat, wird der Schalter 7 geschlossen. Die Gleichstromquelle 8 liefert - bei einer Spannung von 4 V - eine konstante- Stromstärke von 20 A. Nach dem Ohmschen Gesetz U = R 1 I bzw. R kann aus dem am Digital voltmeter 9 angezeigten Spannungsabfall der Obergangswiderstand ermittelt werden. Bei der Messung werden zunächst die Elektroden 1,2 gereinigt und - durch Zusammenfahren der Elektroden ohne Blech - der Systemwiderstand gemessen. Nach der Messung des Bleches 10, die sich aus je 11 Einzelmessungen zusammensetzt, wird nochmals der Systemwiderstand bestimmt und der Mittelwert aus der Anfangs- und Endmessung vom Mittelwert der 11 Einzelmessungen subtrahiert. Die in Fig.3 dargestellten Ergebnisse über die Messung des Oberflächenwiderstandes über die Coilbreite zeigen erwartungsgemäss für die gebeizten Blechabschnitte die niedrigsten und gleichmässigsten Widerstandswerte. Das mit Beryllium legierte Blech weist im Vergleich zu den berylliumfreien und ungebeizten Proben ca. 80 % günstigere Werte auf, die über die Coilbreite nahezu konstant sind. Im Gegensatz zu den Werten der Oxidhautdicke zeigt sich bei der Widerstandsmessung also kein Einfluss der Coilbreite. Dies ist vermutlich zu erklären durch den Einfluss des Berylliums auf die Zusammensetzung der Oxidhaut.

Claims: Patentanspruch Punktschweissbarer Aluminiumwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass er Beryllium in Gewichtsprozenten von 0,0005 bis 0,005 enthält.

Inventors: FALKENSTEIN, HEINZ-PETER, DIPL.-ING., KLOCK, HORST, DIPL.-ING.
Applicants: VEREINIGTE ALUMINIUM-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: B23K35
IPC codes: B23K35