Magnesium-Schweißautomatisierung mit Robotern

Das Schweißen von Magnesium wird für die Primärherstellung oder Reparatur durchgeführt.

Eigenschaften

Magnesiumlegierungen mit einer Dichte von etwa 1,74 g pro Kubikzentimeter (0,063 Pfund pro Kubikzoll), wenn sie in Gussform mit Aluminium, Mangan, seltenen Erden, Thorium, Zink oder Zirkonium legiert sind, zeigen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was sie zu Materialien macht immer dann die Wahl, wenn es auf Gewichtsreduzierung ankommt oder Massenkräfte reduziert werden müssen (bei schnell bewegten Maschinenteilen). Magnesium hat etwa 20 % des Gewichts von Stahl und 67 % des Gewichts von Aluminium. Magnesiumgussteile weisen ein bemerkenswertes Dämpfungsvermögen auf.

• Reines Magnesium schmilzt bei 650 Grad Celsius (1202 Grad Fahrenheit).
• Die Kontraktion von flüssig zu fest beträgt 3,9 bis 4,2 % und von flüssig bei Schmelztemperatur zu fest bei Raumtemperatur 9,7 %.
• Magnesium wird als Legierungselement bei der Herstellung bestimmter Aluminiumlegierungen verwendet.
• In Gusseisengießereien, die Sphäroguss herstellen, wird Magnesium verwendet, um die Graphitpartikel kugelig zu machen. Es wird auch zum kathodischen Korrosionsschutz anderer Metalle verwendet.

Sicherheit

Sicherheitsvorkehrungen müssen verstanden und befolgt werden. Magnesium oxidiert leicht. Wenn es in Form von bearbeiteten Spänen oder Pulvern entzündet wird, brennt es intensiv. Die maschinelle Bearbeitung muss unter kontrollierten Bedingungen und mit verfügbaren Löschmitteln durchgeführt werden.

Spezifikationen

• Gusslegierungen fallen unter die Spezifikationen ASTM B80, B94 und B199.
• Knetlegierungen nach ASTM B90, B107 und B217.
• Schweißzusätze zum Schweißen von Magnesiumlegierungen sind in
angegeben
• AWS A5.19-Spezifikation für Schweißelektroden und -stäbe aus Magnesiumlegierung
• ASTM B 448 Spezifikation für Schweißstäbe und blanke Elektroden aus Magnesiumlegierungen
• SAE AMS 4397 Magnesiumdraht, Schweißen.

Eigenschaften

Das Schweißen von Magnesiumlegierungen erfordert weniger Wärme zum Schmelzen als andere Materialien. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten sind sie jedoch anfällig für Verzug. Es müssen angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Legierungselemente

Da Magnesium mechanisch zu schwach ist, um unverändert verwendet zu werden, muss es mit anderen Elementen legiert werden, die verbesserte Eigenschaften verleihen. Die Mg-Al-Zn-Legierungsgruppe enthält Aluminium, Mangan und Zink, die die häufigsten Legierungselemente für Anwendungen bei Raumtemperatur sind. Legierungselemente Thorium, Cerium und Zirkonium (ohne Aluminium) werden für erhöhte Temperaturen verwendet und bilden die Mg-Zn-Zr-Gruppe.

Eine Erhöhung des Legierungsgehalts senkt den Schmelzpunkt, vergrößert den Schmelzbereich und erhöht die Neigung zur Schweißnahtrissbildung. Ein hoher Legierungsgehalt benötigt weniger Wärme zum Schmelzen und begrenzt das Kornwachstum, was zu einer höheren Effizienz beim Schweißen von Magnesium führt.

• Aluminium ist der effektivste Inhaltsstoff für verbesserte Ergebnisse. In Anteilen von 2 bis 10 %, mit geringen Zusätzen von Zink und Mangan, erhöht es die Festigkeit und Härte auf Kosten einer geringeren Duktilität. Magnesiumlegierungen mit mehr als 1,5 % Al sind anfällig für Spannungskorrosion und müssen nach dem Schweißen spannungsarm geglüht werden.
• Zink in Kombination mit Aluminium hilft, schädliche korrosive Wirkungen von Eisen- und Nickelverunreinigungen zu überwinden, die in Magnesiumlegierungen vorhanden sein können. Je höher der Zn-Gehalt (über 1 %), desto höher die Warmbrüchigkeit, die Schweißrisse verursacht.
• Mangan verbessert die Streckgrenze (leicht) und die Salzwasserbeständigkeit von Magnesiumlegierungen. Ein höherer Schmelzpunkt erfordert eine höhere Wärmezufuhr zum Schmelzen. Kornwachstum neben der Schweißnaht verringert die Festigkeit.
• Thorium oder Cerium können hinzugefügt werden, um die Festigkeit bei Temperaturen von 260 bis 370 Grad Celsius (500 bis 700 Grad Fahrenheit) zu verbessern. Zirkonium in kleinen Mengen ist ein Kornverfeinerer, der die Schweißbarkeit verbessert.
• Manchmal wird Beryllium zugesetzt, um die Neigung von Magnesium zu verringern, beim Schmelzen zu brennen. Es wurden keine nachteiligen Auswirkungen auf das Schweißen beobachtet. In einer Lötlegierung kann es vorteilhaft sein, die Entzündungsgefahr während des Lötens im Ofen zu verringern.
• Calcium wird in kleinen Mengen hinzugefügt, um die Oxidation zu reduzieren, aber es kann das Risiko von Schweißrissen erhöhen.

Prozesse

Das Schweißen von Magnesium erfolgt im Allgemeinen mit Lichtbogenverfahren unter Verwendung von Gleichstrom mit umgekehrter Polarität (Elektrode positiv). Knetlegierungen sind in der Regel besser schweißbar als bestimmte Gusslegierungen.

Metalltransfermodi für das Gas-Metall-Lichtbogenschweißen von Magnesium (GMAW) oder Metall-Inertgas (MIG)

• Kurzschlussmodus - Füller berührt das Werkstück viele Male pro Sekunde und löscht den Lichtbogen, das Metall wird als Tropfenfolge zugeführt.
• Impulslichtbogenmodus – ein Netzteil liefert einen modulierten Strom. Der Lichtbogen wird nicht unterbrochen und das Metall zwischengelagert.
• Sprühübertragungsmodus - Metall wird mit einem Sprühnebel von Tröpfchen übertragen.
• Das am häufigsten verwendete Schutzgas ist im Allgemeinen Argon, während Mischungen mit Helium akzeptabel sind.

Gas-Wolfram-Lichtbogen zum Schweißen von Magnesium (GTAW), auch bekannt als Wolfram-Inertgas (WIG)

• Wechselstrommaschinen oder Gleichstromversorgungen mit umgekehrter Polarität (Elektrode positiv) mit überlagertem Hochfrequenzstrom werden verwendet.
• For thin sheets both are suitable, for heavier sheets alternating current is preferred as it provides deeper penetration.
• Direct current straight polarity (electrode negative) is not preferred because it lacks the cathodic cleaning action.

Electron Beam welding magnesium has been used for repairing expensive casting on alloys containing less than 1% Zinc. The relative weldability of the different magnesium alloys is similar to that displayed for the more common arc processes.

The conditions have to be strictly monitored because of the danger of developing voids and porosity due to the low boiling point of Magnesium and the still lower one of Zinc. A slightly defocused beam may help to obtain sound welds.

Laser Beam is a preferred method for welding magnesium because of its low heat input, elevated speed and limited deformation. However this method has a tendency of developing porosity.

Resistance welding magnesium for either spots or seams is performed on wrought alloys like sheets and extrusions, essentially with equipment and conditions similar to those used for aluminum.

Repairing Castings:One of the most common Welding magnesium applications is repairing castings either as cast or after service. Preparation is important and should exclude contamination from extraneous materials. Generous bevels should be prepared to allow for full penetration.

Preheating:The need for preheating when welding magnesium is dictated by the degree of joint restraint and by metal thickness:for thick walls and a short welding bead, it may not be required. Preheating should be performed in a furnace with a protective atmosphere for reducing oxidation. One of the recommended procedures to minimize weld cracking is to weld from the center towards the sides (one half after the other). Thermal shocks should be avoided.