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Influence of welding speed and grain refinement on grain morphology in aluminium GTA weld metal
(2012)
Grain refinement is an important possibility to enhance the weldability of aluminium weld metal that is usually defined by its susceptibility to solidification cracking. In this study, grain refinement was achieved through the addition of commercial grain refiner containing titanium and boron to the GTA weld metal of aluminium alloy 6082. The weld metal mean grain size could be reduced significantly from about 70 µm to a saturated size of 21 µm with a change in grain shape from columnar to equiaxed. The grain refinement prevented the formation of centreline solidification cracking that was present only in welds with unrefined grain structure. A variation of torch speed led to a strong change of solidification parameters such as cooling rate that was measured in the weld metal and the corresponding solidification rate and thermal gradient. The ratio thermal gradient/growth rate (G/R) decreased from 50 K s/mm² (high torch speed) to 10 K s/mm² (low torch speed). However, the variation of torch speed did not change the tendency for solidification cracking. The microstructure of unrefined and completely refined weld metal was compared. The observed change in size and distribution of the interdendritic phases was related to the change in susceptibility to solidification cracking.
Die Kornfeinung beim Schweißen ist mit einem Übergang von groben, stängeligen Körnern zu kleineren, globulitischen Körnern im Schweißgut verbunden. Die Feinung der Korngröße und Form führt sowohl zu einer wesentlichen Verbesserung der Schweißeignung als auch zu verbesserten mechanischen Eigenschaften. Heute gebräuchliche Schweißzusatzwerkstoffe enthalten zum Teil bereits geringe Mengen kornfeinender Zusätze, deren Wirksamkeit jedoch von einer Reihe weiterer Randbedingungen abhängt. Durch Zugabe definierter Mengen an Keimbildnern (AlTi5B1) in das Schmelzbad wurde die Abhängigkeit der Korn-größe und –form vom Titan/Bor-Gehalt untersucht. Weiterhin wurde der zur vollständigen Kornfeinung notwendige Mindestgehalt an Keimbildner für unterschiedliche Legierungen und unter unterschiedlichen Schweißbedingungen, sowohl beim WIG-Schweißen als auch beim Laserstrahlschweißen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Korngröße im Schweißgut bis auf ein Minimum von ca. 20µm verringern lässt und zugleich der Anteil der globulitischen Körner zunimmt. Der Mindestgehalt an Keimbildner für vollständige Korn-feinung hängt stark von Schweißgeschwindigkeit und Legierungszusammensetzung ab. Der Einfluss der Kornfeinung auf die Festigkeit, Duktilität sowie die Heißrissempfindlichkeit der Schweißverbindungen wird an ausgewählten Bespielen aufgezeigt.
Kornfeinung im Schweißgut kann die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht und die Schweißeignung des Grundwerkstoffs deutlich verbessern. Eine Möglichkeit korngefeintes Schweißgut zu erreichen, ist das Versetzen des Schmelzbades mit kornfeinenden Mitteln. In dieser Studie wird gezeigt wie Titan- und Borzusätze Korngröße und -struktur von WIG-Schweißnähten der Al-Legierung 5083 (Al Mg4,5Mn0,7) beeinflussen. Dazu wurden in einem Gießprozess stäbchenförmige Einlagen hergestellt, die aus Grundwerkstoff und definierten Zusätzen der Kornfeinungslegierung Al Ti5B1 bestanden. Sie wurden als Ersatz für einen Schweißzusatzwerkstoff in einer Nut im Grundwerkstoff untergebracht und im WIG-Verfahren überschweißt. Durch die Steigerung des Titan- und Borgehalts im Schweißgut konnte dessen mittlere Korngröße deutlich verringert werden. Außerdem wurde eine Änderung der Kornstruktur beobachtet. Die Ergebnisse können als Grundlage genutzt werden, um die empfohlene chemische Zusammensetzung von Schweißzusätzen für Lichtbogenschweißen von Aluminium anzupassen.
Grain Refinement of Aluminium Weld Metal through Inoculation with Titanium-Boron Master Alloy
(2011)
The occurrence of solidification cracking during welding remains a little understood phenomenon, in spite of extensive studies and tests performed to evaluate and compare the relative weldability of many different alloys. From an approach often adopted in the welding community attributed to Prokhorov, solidification cracks are believed to form when a critical tensile strain is exceeded, specific to the alloy, assuming that the mushy-zone has limited ductility. Tensile stresses and strains normally form behind a moving weld pool as a result of solidification shrinkage and thermal contraction, as influenced by welding parameters and the degree of restraint.