ABICOR-Innovationspreis 2004 (1. Platz)

   Dr.-Ing. Michael Rethmeier (Volkswagen AG)

MIG-Schweißen von Magnesiumlegierungen

Beim MIG-Schweißen von Magnesiumlegierungen ergeben sich materialspezifische Besonderheiten im Vergleich zu Aluminiumlegierungen: Der gravierendste Unterschied liegt im schmalen Temperaturintervall zwischen dem Schmelzen und Verdampfen der Magnesiumlegierungen, das nur ca. 500 K gegenüber ca. 1800 K bei Aluminiumlegierungen beträgt. Daraus resultiert eine sehr hohe Sensitivität des Schweißprozesses gegenüber der eingebrachten Wärmemenge. Deshalb ist es nicht ohne weiteres möglich, Magnesiumlegierungen mit konventionellen MIG-Stromquellen zu verschweißen; Spritzerverluste von über 50 % sind kaum zu vermeiden.

Die prinzipielle Eignung verschiedener Lichtbogenarten für das MIG-Schweißen von Magnesiumlegierungen konnte herausgestellt werden. Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wurde die Tropfenablösung und Spritzerbildung analysiert und verbessert. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde eine auf die speziellen Anforderungen von Magnesiumlegierungen abgestimmte neuartige Stromquellenkennlinie, der getriggerte Kurzlichtbogen, entwickelt und optimiert. Hierbei wurde die Wärmeeinbringung so gesteuert, dass der Zusatzwerkstoff sicher aufgeschmolzen wird, ohne dabei zu verdampfen. Es handelt sich um einen U-I-geregelten Kurzlichtbogenprozess mit nachgesetztem Stromimpuls. Dieser Prozess ermöglicht einen genügend großen Einbrand und ist extrem spritzerarm. Vorteile gegenüber anderen MIG-Verfahrensvarianten zum Magnesiumschweißen (z.B. dem Kurzlichtbogen mit Impulsüberlagerung) ergeben sich durch eine Vielzahl von einstellbaren Schweißparametern, die die Möglichkeit bieten, die sich ausbildende Nahtgeometrie gezielt zu beeinflussen und einen optimalen Schweißprozess ohne die Verwendung einer Badstütze zu gewährleisten. Die Einsatzmöglichkeiten konnten bei komplexen Konstruktionen und im Robotereinsatz dokumentiert werden. Neben der Strom-Spannungskennlinie wurden weitere wichtige Voraussetzungen, wie z.B. die Verwendung eines Push-Pull-Brennersystems, die Schweißdrahtqualität, die Oberflächenvorbehandlung und die sehr starren Spannvorrichtungen, erarbeitet.

Die Qualität der Schweißnähte wurde in umfangreichen metallographischen Untersuchungen nachgewiesen. Weiterhin wurden mit Hilfe der mechanisch-technologischen Werkstoffprüfung für den Konstrukteur wichtige Festigkeitswerte sowohl unter quasistatischer wie auch unter schwingender Beanspruchung ermittelt.

Darüber hinaus können die gewonnenen Erkenntnisse auf das Schweißen bzw. Löten anderer temperaturempfindlicher Werkstoffe, wie z.B. Al-Stahl Mischverbindungen, übertragen werden.