Robotische Automation für Magnesiumschweißen: Präzision & Effizienz

Magnesiumschweißen für Primärfertigung oder Reparatur.

Eigenschaften

Magnesiumlegierungen (Dichte ~1,74 g/cm³ / 0,063 lb/in³) im Guss mit Al, Mn, Seltene Erden, Th, Zn, Zr: hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis – Materialwahl bei Gewichtsreduktion oder Trägheitskraftreduzierung (schnell bewegte Maschinenteile). Magnesium ~20 % Stahlgewicht, ~67 % Alugewicht. Guss: bemerkenswerte Dämpfung.

• Reines Mg schmilzt bei 650 °C (1202 °F).
• Schwindung flüssig→fest: 3,9–4,2 %; flüssig (Schmelztemp) → fest (Raumtemp): 9,7 %.
• Mg als Legierungselement in bestimmten Al-Legierungen.
• In Gusseisen-Gießereien (nodulares Gusseisen): Mg für nodulare Graphitpartikel. Kathodischer Korrosionsschutz anderer Metalle.

Sicherheit

Sicherheitsvorkehrungen verstehen & beachten. Mg oxidiert leicht. Als Span/Pulver entzündet: intensive Verbrennung. Bearbeitung unter kontrollierten Bedingungen, Löschmittel bereithalten.

Spezifikationen

• Gusslegierungen: ASTM B80, B94, B199.
• Knetlegierungen: ASTM B90, B107, B217.
• Zusatzwerkstoffe für Mg-Schweißen: AWS A5.19, ASTM B448, SAE AMS 4397.

Merkmale

Mg-Legierungen benötigen weniger Hitze zum Schmelzen. Aber: Verzugsanfällig durch hohe Wärmeleitfähigkeit und thermisches Ausdehnungskoeffizient. Vorsorge treffen.

Legierungselemente

Mg mechanisch zu schwach pur → Legierung für verbesserte Eigenschaften. Mg-Al-Zn-Gruppe (Al, Mn, Zn) – häufigste für Raumtemperatur. Th, Ce, Zr (ohne Al) für erhöhte Temperaturen → Mg-Zn-Zr-Gruppe.

Höherer Legierungsanteil: Schmelzpunkt sinkt, Schmelzbereich erweitert, Rissneigung steigt. Hoher Legierungsanteil = weniger Hitze nötig, begrenzt Kornwachstum → höhere Schweißeffizienz.

• Al: Effektivste Zutat. 2–10 % mit wenig Zn, Mn → Festigkeit/Härte ↑, Duktilität ↓. >1,5 % Al → Spannungskorrosionsanfälligkeit → Spannungsarmglühen nach Schweißen.
• Zn + Al: Überwindet schädliche Korrosionseffekte von Fe/Ni-Verunreinigungen. >1 % Zn → höhere Heißkurzbrüchigkeit → Schweißrisse.
• Mn: Streckgrenze leicht ↑, Salzwasserbeständigkeit ↑. Höherer Schmelzpunkt → mehr Wärmeeintrag. Kornwachstum nahtnah → Festigkeit ↓.
• Th/Ce: Festigkeit bei 260–370 °C (500–700 °F) ↑. Zr in kleinen Mengen: Kornverfeinerung → bessere Schweißbarkeit.
• Be: Reduziert Brennneigung beim Schmelzen. Keine negativen Schweißeffekte. In Lötlegierung evtl. vorteilhaft (Zündungsgefahr im Ofen reduzieren).
• Ca: Kleine Mengen reduzieren Oxidation, aber erhöhen Rissrisiko.

Prozesse

Mg-Schweißen generell mit Lichtbogenprozessen, Gleichstrom, umgekehrte Polarität (Elektrode +). Knetlegierungen meist besser schweißbar als bestimmte Gusslegierungen.

Metallübergangsarten für GMAW (MIG) Magnesium

• Kurzschlussmodus: Zusatz berührt Werkstück mehrmals/Sek., Lichtbogen erlischt, Metall als Tropfenfolge zugeführt.
• Pulslichtbogen: Modulierter Strom, ununterbrochener Lichtbogen, intermediärer Metallübergang.
• Sprühübergang: Metall als Tröpfchensprühnebel.
• Häufigstes Schutzgas: Argon; He-Mischungen akzeptabel.

GTAW (WIG) für Magnesium

• Wechselstrom oder Gleichstrom umgekehrte Polarität (+) mit HF-Überlagerung.
• Dünne Bleche: beides geeignet; dicke Bleche: Wechselstrom bevorzugt (tieferes Eindringen).
• Gleichstrom geradpolig (–) ungünstig – fehlt kathodische Reinigungswirkung.

Elektronenstrahl-Schweißen Mg für teure Gussreparaturen bei Legierungen <1 % Zn. Relative Schweißbarkeit ähnlich wie Lichtbogenprozesse.

Bedingungen streng überwachen: Gefahr von Lunkern/Porosität durch niedrigen Siedepunkt Mg und noch niedrigeren Zn. Leicht entfokussierter Strahl kann gesunde Nähte fördern.

Laserstrahl bevorzugt für Mg: niedriger Wärmeeintrag, hohe Geschwindigkeit, begrenzte Verformung. Neigung zu Porosität.

Widerstandsschweißen Mg (Punkte/Nähte) an Knetlegierungen (Bleche, Profile) – Geräte/Bedingungen ähnlich Al.

Gussreparatur: Häufigste Mg-Schweißanwendung. Vorbereitung wichtig – Ausschluss Kontamination. Großzügige Fasen für volle Penetration.

Vorwärmen: Bedarf nach Gelenkzwang und Wanddicke. Dicke Wände, kurzer Schweißnaht → evtl. nicht nötig. Ofen mit Schutzatmosphäre (Oxidationsreduktion). Rissminimierung: Vom Zentrum zu Seiten schweißen (eine Hälfte nach der anderen). Thermoschocks vermeiden.