Warum entstehen Heißrisse in Aluminiumschweißnähten?

Zu den Heißrissen beim Schweißen von Aluminiumlegierungen zählen vor allem Erstarrungsrisse im Schweißgut und Liqueationsrisse in der Wärmeeinflusszone. Beide treten bei hohen Temperaturen auf, wenn ein schwacher Flüssigkeitsfilm die beim Abkühlen entstehende Zugdehnung nicht aufnehmen kann.

Warum Aluminiumlegierungen anfällig sind

Aluminium dehnt sich bei gleicher Temperaturänderung etwa doppelt so stark aus wie Stahl. Während der Erstarrung können eutektische Phasen mit niedrigem Schmelzpunkt entlang der Korngrenzen verbleiben, während sich das umgebende Metall zusammenzieht. Legierungen mit einem breiten Erstarrungsbereich sind besonders anfällig, da der durchgehende Flüssigkeitsfilm länger bestehen bleibt und nur eine geringe Dehnungsaufnahmefähigkeit aufweist.

Die Rissanfälligkeit hängt von der Zusammensetzung des Grundmetalls, dem Schweißzusatzwerkstoff, den Fugenbedingungen und den Schweißparametern ab. Reines Aluminium ist am wenigsten anfällig. Al-Cu-Legierungen gehören zu den anfälligsten, und Duraluminium (Al-Cu-Mg) sowie hochfeste Al-Zn-Cu-Mg-Legierungen sind im Allgemeinen für das herkömmliche Schmelzschweißen ungeeignet.

Wie das Schweißzusatzmaterial die Rissbildung beeinflusst

Ein Zusatzwerkstoff kann die Zusammensetzung der Schweißnaht, den Erstarrungsbereich und die Eutektikmenge verändern. Ein Al-Si-Draht mit einem Si-Gehalt von etwa 5%, wie beispielsweise 4A01 in der Quelle, weist eine gute Rissheilungsfähigkeit auf, obwohl seine Schweißnahtfestigkeit und Duktilität vergleichsweise gering sind. Geringe Zusätze von Ti, Zr, V oder B können die Körner verfeinern und die Rissbildung verringern, indem sie die Dehnung auf mehr Korngrenzen verteilen.

So lassen sich Heißrisse reduzieren

• Wählen Sie eine geeignete Kombination aus Grundmetall und Zusatzwerkstoff, die den anfälligen Erstarrungsbereich minimiert.
• Verwenden Sie eine konzentrierte Wärmequelle und vermeiden Sie unnötig hohe Stromstärken.
• Regeln Sie die Verfahrgeschwindigkeit. Eine zu hohe Geschwindigkeit in Verbindung mit hohem Strom kann die Rissanfälligkeit erhöhen.
• Die Einfederung der Fuge durch eine geeignete Auslegung der Nuten, Heftnähte und Schweißreihenfolge verringern.
• Vermeiden Sie intermittierendes Schweißen, bei dem wiederholte Starts und Stopps zu starken lokalen Temperaturzyklen führen.

Kein einzelner Parameter kann Heißrisse vollständig verhindern. Die Steuerung der Zusammensetzung, die Kornverfeinerung, die Steuerung der Wärmezufuhr und die Verringerung der Einspannung müssen zusammenwirken.