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Arc attachments on aluminium during tungsten electrode positive polarity in TIG welding of aluminium
(2011)
In modem AC power sources, both balance and current of EP (tungsten electrode positive) and EN (tungsten electrode negative) can be readily adjusted. According to conventional assumptions the surface of aluminium workpieces is cleaned during EP but the tungsten electrode is more heated due to electron work function. During EN the tungsten electrode cools down and the workpiece is melted. Therefore, optimal settings of the power source mostly aim for maximal penetration and minimal electrode wear. This paper presents a study of arc attachments in TIG welding on aluminium. Two different arc attachments to the cathodic workpiece could be attested with only one of them actually cleaning the surface. The first one is a spot mode (highly dynamic) that attaches to the edges of oxide layers and cracks them. The second one is also a spot mode, but it attaches to weld pools. It does not clean the surface but heats the base material intensively. Both arc attachment modes compete against each other. As a result, the cleaning area narrows with wider weld pools due to an increasing attachment to the weld pool during EP. The influences on the arc attachment to the aluminium cathode as well as the contradictions in present literature are discussed. Possible adjustments of the AC balance for optimized processes are proposed.
Brazing as the key to resource-efficient and energy-efficient joining in the product life cycle
(2010)
Universality of correlationships among pulse parameters for different MIG Welding Power Sources
(2001)
Methods and solutions for joining plates made from different metals using voltaic arc welding
(2009)
For some years now, the light engineering sector has been in search of welding and/or joining technologies allowing high-speed processing at low temperatures. This way, damage to galvanized coating, for example in the case of steels, could be avoided or significantly reduced.
Damage to the galvanized coating represents an outwardly visible phenomenon that can have a negative impact on the component's corrosion resistance.
On the other hand, from the metallurgical viewpoint, controlling heat input represents an important way to solve the problems associated with heat joining of metals with incomplete solid-state solubility. The formation of fragile intermetallic phases during cooling, for example, occurs with aluminium/steel or aluminium/titanium. The process and the correct choice of filler materials are key points for the success of the joining method. In the case of the combination of aluminium and steel, zinc represents a suitable filler material, for example for brazing. The melting temperature is around 420°C and the wettability, with regard to galvanized steel, is favoured by the zinc layer, while on the aluminium part, it is possible to avoid the use of flux, thanks to the activating action of the voltaic arc. However, the low melting and vaporization temperatures of zinc make even ‘short arc’ processing rather difficult.
Only new developments in electrical sources for welding, and in particular new processes, offer the possibility of reducing the heat input by modifying the ‘short arc’ process. The difficulties described are also valid for the combination of titanium and aluminium, and are associated with the formation of phases such as Ti x A1 y . Again in this case, this paper will present a strategy for joining sheets less than 2 mm thick.
In the past years, an increasing number of strategies to join zinc-coated steels can be observed. Brazing represents a profitable way to join zinc-coated steels at low temperatures, reducing or avoiding zinc evaporation.
In order to completely avoid damaging zinc coating, the set of ZnAl-fìllers was already investigated for laser brazing of zinc-coated steels as well as for joining steel with aluminium.
Furthermore, thanks to new developments in arc wire technology, ZnAl-electrodes can be used for MIG-brazing as well. In this case, the conventional short arc, which normally does not allow brazing with zinc wires as eruption-like evaporation occurs, is modified and controlled. The drop formation on the wire tip, the metal transfer, and the heat input can be controlled and modified very precisely, so that processing of filler material can be performed easily for thin sheets (till 0.8–1.5 mm) and at low-processing speed, below 0.3–0.4 m/min. The control of the heat input occurs due to abruptly reducing the current after short arc.
The disadvantages connected with a lower heat input in the base material are a restricted wetting behaviour of the zinc pool on the base material and the low-brazing speed due to a very high cooling rate. The focus of the presented investigation is the development of strategies, in order to enhance process conditions for brazing sheets of zinc-coated steels and aluminium.
Grundlegende Untersuchungen zum flussmittelfreien Löten von Leichtmetall-Material-Mix Konstruktionen
(2007)
Die Auswirkungen von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoffzumischungen im vpm-Bereich zu Argon auf das MIG-Impulsschweißen von Aluminium werden mittels mechanisch-technologischer Untersuchungen, der Hochgeschwindigkeitskinematografie und der Emissions-Spektroskopie ermittelt. Stickstoff- und Sauerstoffzumischungen bewirken bereits unter 0,1 % eine erhebliche Erhöhung des Einbrands und eine Verringerung der Mikroporosität gegenüber Reinargon, während durch Wasserstoffzumischung bis etwa 0,1 % die Mikroporosität kaum beeinflusst wird. Aufgrund einer Erhöhung der Lichtbogenstabilität verbessert sich die Prozesssicherheit durch geringe molekulare Aktivgaszumischungen im Al-Dünnblechbereich. Metalldampf im Kernbereich des MSG-Lichtbogens führt mit einer ausgeprägten Strömung in Richtung Schmelzbad zu einer Kühlung des Plasmas. Dabei erhöht Stickstoff- und Sauerstoffzumischung den Metalldampfpartialdruck im Lichtbogenplasma und kontrahiert den Metalldampfstrahl. Verstärkte Elektronenemission an der Kathodenoberfläche durch hocherhitzte Metalloxide bzw. nitride verbessert die elektrische Leitfähigkeit begleitet von einer Erhöhung des Plasma-Ionisierungsgrads.
Der Einsatz von Lötverfahren zum Fügen reduziert gegenüber der Schweißtechnik die Prozesstemperaturen und ermöglicht sowohl die Realisierung anspruchsvoller Mischverbindungen als auch das Fügen verzinkter Stähle mit minimaler Zinkschichtverletzung. Aktuelle Entwicklungen von Lotwerkstoffen zielen sowohl in Richtung Absenkung der Schmelztemperaturen als auch in Richtung Festigkeitssteigerung, um die Anwendungsmöglichkeiten noch weiter zu vervielfältigen. Dabei unterliegen sowohl Eisenbasislegierungen als auch Systeme auf Kupfer- oder Zinkbasis einer stetigen Weiterentwicklung. Die bereits heute erreichbaren Festigkeiten reichen bis etwa 900 MPa (CuAl8Mn13Ni2Fe2) bei Kupferbasislegierungen und 410 MPa (AnAl7,5Cu2,5 + 180 ppm Mg) bei Zinklegierungen. Neben der Energieeinsparung durch die reduzierten Prozesstemperaturen beim Fügen und der Möglichkeit Hybridstrukturen herzustellen, ergeben sich außerdem Vorteile bei der Reparatur und dem Recycling von Bauteilen. Da der Zusatzwerkstoff unabhängig vom Grundwerkstoff wiederaufgeschmolzen werden kann, sind eine leichtere Reparatur und auch ein Trennen der Bauteile zum Recycling möglich. Dies führt bei Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus zu einer höheren Energieeffizienz und einer Schonung der natürlichen Rohstoffe und Ressourcen. Durch die steigenden Energie- und Werkstoffkosten und den damit verbundenen Kostendruck rückt dieser Aspekt neben der Machbarkeit und Produktivität langsam, aber sicher ins Blickfeld der Unternehmen. Kostenvorteile ergeben sich außerdem durch Betrachtung und Modifikation ganzer Fertigungsketten. Niedrigschmelzende Zusatzwerkstoffe ermöglichen beispielsweise das Fügen verzinkter Halbzeuge ohne Zinkschichtverletzung. Da Halbzeuge in großen Mengen kostengünstiger verzinkt werden können als fertige Konstruktionen, ist das Fügen verzinkter Halbzeuge insgesamt günstiger als das Verzinken geschweißter Stahlkonstruktionen.
Basic investigations about the flux-free soldering of multi-material-mix lightweight constructions
(2007)
Probing joint strength and distortion in gas metal arc lap joining of aluminum and steel sheets
(2019)
A sample set of calculations is presented in this supplemental document to analytically estimate joint distortion for gas metal arc lap joining of aluminum and steel thin sheets following the published article "Analytical Estimation of Thermomechanical Distortion and Interface Layer Thickness for Gas Metal Arc Lap Joining of Dissimilar Sheets"