Eksamensprojekt Diplom Maskin - Danmarks Tekniske Universitet

Eksamensprojekt Diplom Maskin
Vejleder: Kai Wøldike Sørensen
Udarbejdet af: Per Larsen s022270
Industriel samarbejdspartner: FORCE Technology
Afleveret: 30. december 2012

Forord
Institut for Produktion og Ledelse
Institut for Produktion og Ledelse
Dato:
30-12-2012
Dette projekt er opstået som følge af forsøg udført på DTU [1], der antyder at svejsning i AA7075
T6 kan lykkes med gode resultater. Danmarks 7075 har Tekniske tidligere været Universitet
betragtet som en ikke svejsbar legering,
derfor er muligheden for svejsning værd at undersøge nærmere. Projektet er udarbejdet med
vejledning af lektor Kai Wøldike Sørensen, under Instituttet for Produktion og Ledelse.
Svejseforsøgene blev udført hos FORCE Technology, som afsatte en del ressourcer til dette projekt.
Følgende personer har, i større eller mindre grad, været involveret i projektet, og der skal lyde en
tak til dem alle:
Speciel tak til Lektor Kai Wøldike Sørensen
der har været vejleder på dette projekt. – Danmarks Tekniske Universitet
Ingeniørassistent Steffen S. Munch – Danmarks Tekniske Universitet
Værktøjsmager John Troelsen – Danmarks Tekniske Universitet
Ph. D. studerende Kristian Dahl – Danmarks Tekniske Universitet
Svejsespecialist Kaare Jensen – FORCE Technology
Project Manager Carsten Jørn Rasmussen – FORCE Technology
Head of Department Søren Gundstrup – FORCE Technology
Per Larsen s022270
Per Larsen
Side 2 af 47

Institut for Produktion og Ledelse
Dato:
30-12-2012
Abstrakt
Denne rapport undersøger konsekvenserne ved svejsning i aluminiumlegeringen 7075 T6.
Hovedvægten er lagt på de påvirkninger der relaterer til forandringer i styrken. Der er udført
svejseforsøg i 15mm plade med AlMg4,5Mn0,7(A) tilsatsmateriale, og temperaturforløbet blev målt
vha. 6 stk. termoelementer. Efterfølgende er der lavet makro- og mikrostrukturundersøgelser og
Vickershårdhedsmålinger. Den kritiske temperatur hvorved der forekommer styrketab er fundet, og
bredden af HAZ er blevet målt. Der er desuden udarbejdet en matematisk model der beskriver
peaktemperaturen under svejsning, hvilket kan bruges til estimering af HAZ-bredde, også i andre
emner og legeringer. Mulighed for efterbehandling af svejseområdet i form af kunstig modning og
opløsningsglødning er blevet undersøgt. Det er anskueliggjort at den svejsefaktor der forefindes i
DS 419 eurocode 9, muligvis er for optimistisk.
Abstract
Effects of welding in aluminium alloy 7075 T6 has been investigated, with emphasis on changes
regarding strength. Experiments with welding in a 15mm plate using AlMg4,5Mn0,7(A) wire has
been carried out, while collecting thermal data in close vicinity of the weld, through 6 thermal
sensor. Macro- and microstructural changes has been examined, and hardness profiles have been
created, using the Vickers method. The critical temperature at which weakening of the material
begins, have been calculated and the width of the HAZ was measured. A mathematical model was
created to estimate the width of the HAZ, which can be used on other alloys as well. The possibility
of improving the HAZ after welding, by artificial aging or solutionhardening is examined. Studies
in this project indicate that the softening factor stated in the DS 419 eurocode 9, might be too
optimistic.
Per Larsen
Side 3 af 47

1. Indholdsfortegnelse
1. Indholdsfortegnelse..........................................................................................................
4
2. Problemformulering.........................................................................................................
5
3. Indledning.........................................................................................................................
6
3.1. Aluminium generelt ...................................................................................................................... 6
3.2. Aluminiumlegering 7075 T6.........................................................................................................
6
4. Teori 7
4.1. Aluminiums opbygning.................................................................................................................
7
4.2. Effekterne af legeringselementerne i AA7075..............................................................................
7
4.3. Tilsatsmateriale..............................................................................................................................
8
4.3.1. Varmrevner.................................................................................................................................
8
4.4. Beregninger med Thermo-Calc...................................................................................................
10
4.5. T6 Varmebehandling...................................................................................................................
12
4.6. MIG-svejsning i aluminium........................................................................................................
14
4.6.1. Lysbuen....................................................................................................................................
14
4.6.2. Beskyttelsesgassen...................................................................................................................
16
4.6.3. Typiske svejsefejl ved MIG-svejsning.....................................................................................
17
4.7. Den varmepåvirkede zone...........................................................................................................
17
4.8. Varmecyklus ved svejsning.........................................................................................................
19
4.8.1. Opbygning af model til beregning af temperaturcyklus...........................................................
19
5. Eksperimentelt arbejde..................................................................................................
22
5.1. Forsøgsopstilling.........................................................................................................................
22
5.1.1. Termoelementerne....................................................................................................................
22
5.1.2. Forsøgsrække............................................................................................................................
23
5.2. Præparation af metallografiske prøver........................................................................................
25
5.3. Referencemålinger.......................................................................................................................
25
5.3.1. Definition af observationsplan. ............................................................................................... 25
5.3.2. Ætsemiddel...............................................................................................................................
26
5.3.3. Udgangsmaterialet ................................................................................................................... 27
5.3.4. Homogeniseringsglødning/blødglødning.................................................................................
28
6. Resultater og diskussion.................................................................................................
29
6.1. Makroundersøgelse.....................................................................................................................
29
6.2. Hårdhedsprøvning.......................................................................................................................
32
6.2.1. Hårdhedsprofiler.......................................................................................................................
32
6.2.2. Svejsefaktor..............................................................................................................................
33
6.3. Forsøg med varmebehandling efter svejsning.............................................................................
34
6.3.1. Modningshærdning...................................................................................................................
34
6.3.2. Kunstig modning......................................................................................................................
35
6.4. Mikrostrukturundersøgelser sammenholdt med hårdhedsmålinger............................................
36
6.4.1. Z-planens struktur.....................................................................................................................
36
6.4.2. Y-planens struktur.....................................................................................................................
37
6.5. Varmecyklus................................................................................................................................
38
6.5.1. Målt varmecyklus.....................................................................................................................
38
6.5.2. Sammenligning mellem model og eksperiment.......................................................................
39
6.5.3. Sammenligning mellem temperaturcyklus og hårdhed............................................................
40
6.5.4. Estimering af HAZ-bredde.......................................................................................................
42

6.6. Fejlkilder.....................................................................................................................................
42
6.7. Videregående forsøg....................................................................................................................
43
7. Konklusion......................................................................................................................
44
8. Litteraturliste..................................................................................................................
45
2. Problemformulering
Aluminiumslegeringen 7075 T6 er en af de stærkeste aluminiumslegeringer der findes. Nogle af
dens mekaniske egenskaber ligger på højde med ståls, men vægten er kun ca. 1/3. Derfor er der
store brugsmuligheder for legeringer i de brancher hvor vægt er en vigtig parameter. Her kan
nævnes brancher som rumfarts-, fly- og bilindustrien. En af begrænsningerne i brugen af 7075 T6,
har været problemer med at svejse i materialet. Det er generelt betragtet som en ikke svejsbar
legering, men forsøg her på DTU [1] har vist rimelige resultater ved svejsning i netop denne
legering. Dette projekt vil omfatte yderligere svejseforsøg med efterfølgende undersøgelser, for at
kunne klarlægge nogen af de problemer der kan opstå. Rapporten søger at sammenholde
temperaturforløbet ved svejsning med de metallurgiske og mekaniske forandringer det medfører.
Det er primært styrken/hårdheden af det svejste materiale der vil blive lagt vægt på, da forringelser i
denne egenskab vil sætte væsentlige begrænsninger for den praktiske anvendelse. Både
svejsemetallet og den varmepåvirkede zone vil blive undersøgt.

3. Indledning
3.1. Aluminium generelt
Aluminium er det metal der er størst mængde af i jordskorpen, hvor det udgør ca. 8 % af vægten.
Aluminium blev første gang fremstillet af Ørsted i 1825, men de tekniske vanskeligheder med at
producere det i større mængder, blev først overvundet i 1886. Her opdagede franskmanden Paul
Lois Héroult og amerikaneren Martin Hall den proces til fremstilling af aluminium som, næsten
uændret, stadig bruges i dag. Siden da er anvendelsen af aluminium steget støt, og den årlige
produktion på verdensplan var i 2004 ca. 30 millioner tons [2]. Grunden til den stigende brug
skyldes bl.a. at aluminium har stor styrke, lav vægt, stor termisk og elektrisk ledeevne, god
formbarhed, pæn overflade og god korrosionsbestandighed. Der hvor man søger at erstatte
stålkonstruktioner med aluminium, er det ofte for at spare vægt. Aluminiums massefylde er ca. 1/3
af ståls, men derfor vejer en færdig konstruktion ikke en 1/3 af en tilsvarende stålkonstruktion. Da
der skal kompenseres for aluminiums lavere stivhed og styrke ender konstruktionen ofte med at veje
halvdelen ift. almindeligt stål og 2/3 ift. højstyrkestål. Men denne vægtbesparelse gør en verden til
forskel inden for mange brancher.
3.2. Aluminiumlegering 7075 T6
På figur 1 er vist en tabel med legeringselementerne i legering 7075
[3]. Som det fremgår af tabellen er det et meget højt legeret metal,
hvoraf zink er det primære legeringselement. 7075 T6 har meget høj
styrke og bruges derfor til hårdt belastede dele. Inden for
flyindustrien har det set rimelig anvendelse, da man på grund af den
høje styrke har kunnet optimere konstruktionsdelene til lavere vægt.
Når man kigger på de mekaniske egenskaber for 7075 T6 i
nedenstående tabel, kan man se at styrkemæssigt er legeringen
sammenlignelig med stål, endog højstyrkestål. Til gengæld fremgår
det også af tabellen, at elasticitetsmodulet kun er en 1/3 af ståls,
hvilket, som tidligere nævnt, kan give problemer i konstruktioner
hvor udbøjning og stabilitet er en vigtig faktor. Ved brug af 7075 T6
inden for flyindustrien, er den traditionelle samlingsmetode nitning. Figur 1. Legeringselementer
Grunden til at man er tilbageholdende med at bruge svejsning, er den væsentlige styrkeforringelse
der forekommer i den varmepåvirkede zone.
Almindeligt
konstruktionsstål f.eks.
S275JR
Svejsbart højstyrkestål
f.eks. E StE 500
Aluminium 7075 T6
Brudspænding 430-530 N/mm 2 610-780 N/mm 2 570 N/mm 2
Flydespænding 275 N/mm 2 470 N/mm 2 470 N/mm 2
Elasticitetsmodul 2,1 10 5 N/mm 2 2,1 10 5 N/mm 2 7 10 4 N/mm 2

4. Teori
4.1. Aluminiums opbygning
Metallers fysiske, kemiske og mekaniske egenskaber kan forklares ud fra deres atom-, krystal- og
mikrostruktur. Elasticitetsmodulet kan beskrives ved at kigge på bindingskræfterne mellem de
enkelte atomer, og en egenskab som styrke er bestemt af krystal- og mikrostrukturen af det
pågældende materiale. Da det er sidstnævnte egenskab der vil blive fokuseret på i dette projekt, er
teorien om aluminiums krystalstruktur relevant at være bekendt med. En beskrivelse af dette kan ses
i Bilag H. Mikrostrukturen vil blive undersøgt i senere afsnit.
4.2. Effekterne af legeringselementerne i AA7075
En komplet beskrivelse af alle komponenterne i legering 7075, og deres betydning for materialet,
kan ses i bilag J. I dette afsnit vil kun de komponenter der er meget betydningsfulde for 7075 blive
gennemgået ([4] + [5] + [18]).
Zink
Zink er det vigtigste legeringselement i 7xxx serien. Zink anvendes næsten aldrig alene, da det
medfører en stor modtagelighed over for spændingskorrosion. Hvis zink optræder sammen med
magnesium bliver legeringen meget modtagelig over for modningshærdning. Denne kombination
resulterer i en legering med meget stor styrke.
Magnesium
Tilsætningen af magnesium øger styrken væsentligt, uden at det sker på bekostning af en stor
reduktion i duktiliteten. Det øger korrosionsbestandigheden og svejsbarheden markant.
Kobber
Aluminiumslegeringer med kobber er vigtige inden for aluminiumsindustrien. Tilsætningen af
kobber bevirker en mulighed for modningshærdning, baseret på dannelsen af fasen CuAl2.
Tilsætningen af kobber bevirker altid dårligere korrosionsegenskaber, dog forbedrer det modstanden
mod spændingskorrosion. Hvis kobber tilsættes en legering med Zn og Mg og små mængder af Cr
og Mn dannes de stærkeste aluminiumslegering der er kommercielt tilgængelig. Det er her 7075
hører under. I Zn-Mg-Cu systemet, er det Zn og Mg der kontrollerer modningshærdningen,
hvorimod kobber øger hastigheden hvorved modningen foregår.

4.3. Tilsatsmateriale
I dette afsnit vil valget af tilsatsmateriale blive analyseret. Det er meget vigtig at overveje samspillet
mellem tilsatsmaterialet og basismetallet under svejsning, da der ellers kan opstå uforudsete
problemer.
4.3.1. Varmrevner
Et af de problemer man kan risikere ved svejsning, er dannelsen af varmrevner. Varmrevner, i
aluminium, kan opstå ved størkning af smeltebadet efter svejsning. Opsmeltningsrevner er én type
varmrevner som fremkommer fordi nogle legeringselementer har tendens til sejgring, og de kan
derfor samle sig i korngrænserne, hvor de danner lavtsmeltende (eutektiske) legeringer. Ved fortsat
afkøling af emnet kan der induceres spændinger, som vil forsage interkrystallinsk revnedannelse.
En anden type revner er centerlinierevner der, som navnet siger, går på langs med svejsesømmen i
midten af den. Disse kan opstå da smeltebadet størkner fra siden af svejsningen og ind mod midten.
Pga. svejsemetallets sammentrækning opstår der materialemangel i midten, hvilket resulterer i en
revne. I figur 2 ([6] + [7]) er vist
nogle kurver over almindelig
brugte legeringselementer og deres
tendens til dannelse af varmrevner.
Kurverne forudsætter at der ikke
sker nogen interaktion mellem
legeringselementerne, dvs. man
kan ikke regne 100 % med dem til
valg af tilsatsmateriale. Men de
kan give et udmærket fingerpeg
angående eventuelle faldgrupper.
På kurverne kan man se, at
varmrevnetilbøjeligheden stiger
med stigende legeringsindhold
indtil den når maksimum, hvorefter
den falder. Den lilla farve markerer
hvor på kurven 7075 legeringen ligger,
Figur 2. Varmrevnetendenser
som udgangspunkt. Ud fra disse kurver kan man se, at hvis man svejsede uden tilsatsmateriale, eller
brugte 7075 tråd, ville der højst sandsynligt opstå problemer. Både magnesium- og kobberniveauet
ligger i et uacceptabelt interval. Hvis man vælger at bruge tilsatsmateriale og benytter MIGsvejsning
på en v- eller x-fuge, vil man kunne lave en rimelig antagelse på at der kommer ca. 25 %
opblanding med basismetallet [7]. Dette er markeret på figur 2 med grøn farve. Her kan man se at
kobberindholdet kommer ned på et acceptabelt niveau, men der vil stadig være problemer med
magnesiumindholdet. Ud fra dette kan man konkludere at der bør være nok Mg i svejsetråden, til at
komme et pænt stykke over den maksimale varmerevnetilbøjelighed. Til gengæld bør man være
påpasselig med at bruge Cu og Si i sit tilsatsmateriale. Især tilsatsmateriale der har stort indhold af
silicium skal man være påpasselig med at bruge til 7075. Dette skyldes at den overskydende
mængde Si ved svejsning, kan danne sprøde Mg2Si partikler.
Kurverne i figur 2 er udmærkede til at vurdere effekterne af Mg, Cu og Si, men som nævnt i starten
af dette afsnit, har størkningen af smeltebadet en vigtig indflydelse på dannelsen af varmrevner. Det
der især har betydning er afstanden mellem liquiduslinien og soliduslinien. Jo større denne afstand

er, jo større er sandsynligheden for at der vil opstå varmrevner. Legeringen 7075 har 1,2-2,0 %
kobberindhold hvilket i kombination med magnesium, forøger den førnævnte afstand væsentligt.
Det er bl.a. dette faktum der gør 7075 svær at svejse i.
En lille tilsætning af zirkonium kan hjælpe en smule på dette problem, da det gør kornene mindre.
Ud over det rigtige valg af tilsatsmateriale mht. legeringssammensætning, er der også nogle andre
ting man kan gøre for at undgå varmrevner:
- Vælg et tilsatsmateriale med en tilsvarende eller lavere smeltetemperatur, end basismetallet
(smeltepunkt for 7075 er 532 o C [3]).
- Foretag den mest optimale fugeforberedelse for at øge opblandingen med basismetallet.
- Brug tilsatsmateriale med tilsætninger der mindsker kornstørrelsen, f.eks. Ti og Zr.
- Brug så høj svejsehastighed som muligt. Dette medfører hurtigere størkning og dermed
mindre tid i det kritiske temperaturområde.
- Tilfør en trykspænding til svejsningen (meget besværligt i praksis).
Det er ikke muligt at finde et anbefalet tilsatsmateriale i litteraturen eller hos diverse firmaer, til
svejsning i præcis 7075. Følgende legeringer er anbefalet til svejsning af 7xxx serien: 4043, 4145,
5183, 5356, 5554, 5556 og 5654 (se bilag A). Af disse legeringer har 5183 og 5556 generelt de
bedste egenskaber og er derved de bedst egnede. På figur 3 ses det at smeltetemperaturen for både
5183 og 5556 (5180 er ikke oplyst) ligger 40-50 o C over 7075, hvilket burde være en ulempe ved
svejsning. Men da det er disse der bliver anbefalet af producenten, er det formentligt ikke så
afgørende. AlcoTec har udviklet legeringen 5180 til svejsning i 7005, 7039 og 7046, og man har i
forsøg opnået trækstyrker på 95 % af grundmaterialets [8], ved kunstig eller naturlig modning efter
svejsning. Dette lyder umiddelbart lidt forunderligt, da legeringer i 5xxx serien normalt ikke anses
for modningshærdbare. Men som man kan se på figur 3 har 5180 et rimeligt højt indhold af Zn,
hvilket gør det modningshærdbart. De 3 ovennævnte tilsatsmaterialer der er interessante at kigge på
har følgende sammensætning [3]:

Figur 3. Tilsatsmateriale
Legeringerne 5183 og 5556 minder ret meget om hinanden. Den eneste forskel er indholdet af Si og
Mg. Legeringen 5180 er yderst interessant, da den, som tidligere nævnt, har udvist evne til at kunne
modningshærde efter svejsning. Denne egenskab kommer af zinkindholdet på 1,7-2,8 %, som
sammen med Mg danner MgZn2. Det medfører en langt større respons til varmebehandling. Zink
har formentlig en negativ indflydelse på spændingskorrosionsbestandigheden og muligvis øger det
spændingerne i svejsningen under størkning (Jf. afsnit 4.2 ” Effekterne af legeringselementerne i
AA7075”). Da 7075 i forvejen indeholder 5,1-6,1 % Zn, er det måske lidt kritisk at bruge svejsetråd
med højt Zn indhold. Det optimale vil være at lave forsøg både med 5180 og 5556.
En omfattende undersøgelse af markedet afslørede beklageligvis, at legering 5180 ikke er blevet
produceret de sidste 5 år, da AlcoTec ikke mente at det var rentabel at have denne legering i
produktporteføljen.
Svejseforsøgene til denne rapport blev udført i samarbejde med FORCE Technology, og de valgte at
indkøbe en helt ny rulle 5183 på 7,5kg, til dette projekt. Der blev købt 5183, da denne er den mest
almindelige af 5183 og 5556. FORCE havde egentlig en gammel rulle 5183 liggende, men da dårlig
opbevaret svejsetråd er en typisk årsag til porer i svejsning, blev der som sagt købt en ny.
4.4. Beregninger med Thermo-Calc
Aluminiumslegeringen 7075 består af mange legeringselementer, men der er fire vigtige
hovedelementer nemlig Al, Zn, Mg og Cu. Faktummet at der er fire, giver problemer hvis man

ønsker at kigge på forskellige faser i materialet ved brug af binære og ternære diagrammer. Derfor
er muligheden for brugen af programmet Thermo-Calc, blevet undersøgt.
Programmet Thermo-Calc bruges til termodynamiske beregninger i forskellige materialer. Man har
muligheden for at indtaste de forskellige legeringselementer materialet består af, og derefter kan
Thermo-Calc lave beregninger ud fra eksperimentelle data, lokaliseret i databaser man køber
adgang til. De beregninger der kunne være formålstjenstlige i dette projekt er: Temperaturer for
faseomdannelser, stabile faser og andelen af fremmede faser ved stuetemperatur.
På figur 4 kan ses en
Thermo-Calc beregning med
de fire, tidligere nævnte,
legeringselementer. Ud af
x-aksen er temperaturen, og
y-aksen er masseprocent. På
grafen kan ses at Thermo-
Calc forudser at der findes
fem forskellige faser, hvoraf
fire af dem er stabile ved
stuetemperatur.
Fase 1, kaldet fcc_A1, består
næsten af 100 % Al ved
stuetemperatur.
Fase 2, kaldet Laves_C14,
består af (masse%) 81,5 %
Zn, 16,2 % Mg og 2,3 % Al.
Fase 3, kaldet Sphase består
af 44 % Cu, 38 % Al og 18 % Mg.
Fase 4, kaldet Qphase, består af 36,5 % Cu, 36 % Al og 27,5 % Mg.
Fase 5, kaldet Tau, består af 68 % Zn, 18 % Mg og 14 % Al.
Figur 4. Beregning med Al,Zn,Mg og Cu
Programmet er udsat for en væsentlig begrænsning i sine beregninger, da den database IPL har
adgang til, kun indeholder binære og nogle ternære tilstandsdiagrammer. Det Thermocalc gør, er at
lave en interpolering mellem disse diagrammer, og derefter laver sine kalkulationer på det grundlag.
Dvs. programmet kan ikke regne på nogen faser overhovedet, medmindre der foreligger
eksperimentelle data for den i databasen. Den database som ovenstående beregninger er lavet ud fra,
indeholder alle de relevante binære diagrammer og desuden de to ternære diagrammer AlCuMg og
AlMgZn. Så på grund af den mangelfulde database, er Thermocalc´s beregninger ikke 100 %
fyldestgørende til legering 7075. Til dette kræves indkøb af adgang til de databaser der specifikt
omhandler aluminium.

4.5. T6 Varmebehandling
En forudsætning for at en legering kan varmehærdes, er at opløselighed af legeringselementerne
falder med faldene temperatur. I en ubehandlet ligevægtsstruktur vil legeringselementerne være
samlet i store partikler, som ikke giver noget væsentligt bidrag til styrken. Formålet med
varmebehandlingen er at få udskilt legeringselementerne i fine små partikler, som er jævnt fordelt
over hele materialet.
Temperaturforløbet for processen
kan ses på figur 5.
For legeringen 7075, er
homogeniseringstemperatur
466 o C – 482 o C [3].
Modningstemperaturen for 7075 er
121 o C [3] og holdetiden er 24
timer. Årsagen til at legeringen får
større styrke ved
modningshærdningen er, at
legeringspartiklernes atomgitter har
en anden størrelse end
Figur 5. Temperaturforløb ved modningshærdning
aluminiumsgitteret. Herved bliver
strukturen uden om legeringspartiklerne deformeret, hvilket medfører dannelsen af
Figur 6. 50000x forstørrelse [9] Figur 7. 50000x forstørrelse. Overmodnet [9]
dislokationsbarrierer. På figur 6 kan man ane de meget fine partikler, der sørger for hærdningen. På
figur 7 kan ses hvorledes de er vokset markant pga. overmodning.

På det ternære Al-Mg-Zn
tilstandsdiagram figur 8, angives det at
det er partikler af typen Mg3Zn3Al2 der
udfældes, og derved er dem der står for
hærdningen. Kobber indgår også som et
ret vigtigt legeringselement i 7075, og
man burde benytte sig af et kvaternært
tilstandsdiagram til at beskrive
udskillelsesprocessen. Som tidligere
nævnt har det ikke været muligt at finde
noget kvaternært Al-Zn-Mg-Cu
tilstandsdiagram i litteraturen, derfor
benyttes ternære diagrammer i denne
rapport. Ved kunstig modning skal man
Figur 8. Al-Zn-Mg 200C-400C [10]
være opmærksom på, at emnets
trækstyrke kun stiger til et vist punkt, hvorefter den falder. Dette fænomen kaldes overmodning.
Dette sætter en begrænsning i anvendelse af det varmehærdede materiale, da den konstruktion det
indgår i, ikke må operere ved temperaturer hvor overmodning kan foregå. Dette er et meget relevant
faktum i forbindelse med svejsning, da emnet i den varmepåvirkede zone oplever overmodning og
delvis homogeniseringsglødning. Dette er nærmere beskrevet i afsnittet ”Den varmepåvirkede
zone”.

4.6. MIG-svejsning i aluminium
Gas Metal Arc Welding (GMAW) er en
betegnelse for en lysbuesvejseproces, hvor der
bruges en beskyttende gas til at dække
smeltebadet. Herunder hører de to
undergrupper, MIG og MAG svejsning. MIG
står for Metal Inert Gas og MAG for Metal
Active Gas. Ved svejsning i aluminium bruges
altid MIG-svejsning, da der udelukkende
bruges inaktive gasser såsom argon og helium.
Processen muliggør høj produktivitet, kan
bruges i både store og små godstykkelser, ved
manuel eller automatiseret svejsning.
Stillingssvejsning er også mulig. Alt dette gør
MIG/MAG processen til den med det bredeste
anvendelsesområde.
Figur 9. Skitse af svejseprocessen
4.6.1. Lysbuen
En svejselysbue opstår som følge af spændingsforskellen mellem anode og katode. Pga. denne vil
negativt ladede elektroner bevæge sig mod anoden. Undervejs vil de støde på beskyttelsesgassens
atomer, hvorved der frigives flere elektroner. Det er denne kædereaktion der danner lysbuen i en
kanal af ioniseret gas. Ioniseret gas kaldes plasma. En gas siges at være i plasmatilstand når en stor
del af gassens atomer er spaltet i negative elektroner og positivt ladede ioner. Elektronerne er meget
bevægelige og de medfører at plasma kan lede varme og strøm. Inden for lysbuesvejsning bruges
udtrykkende normal og omvendt polaritet. Ved MIG-svejsning bruges næsten altid omvendt
polaritet, hvor tilsatsmaterialet fungerer som anoden (pluspolen) og svejsemnet som katoden
(minuspolen). I dette tilfælde er det svejsemnet der danner elektronstrålen og svejsetråden bliver
udsat for bombardement af de negativt ladede elektroner, der søger mod anoden. Varmefordeling
bliver ca. 70 % på svejsetråden og 30 % på svejseemnet, hvilket fremmer afsmeltningen. Omvendt
polaritet er det eneste man kan bruge til svejsning i aluminium. Ved normal polaritet vil
tilsatsmaterialet bare lægge sig løst oven på svejseemnet, uden nogen indtrængning. Grunden til
dette er laget af aluminiumoxid der altid vil være på et aluminiumemne, uanset hvor grundigt man
renser det før svejsning. Ved omvendt polaritet fjernes dette oxidlag af selve lysbuen. Der er flere
teorier om hvordan dette sker, men to metoder er ret udbredt. Den ene teori siger at de positivt
ladede ioner, som bevæger sig mod katoden, laver nærmest en ”sandblæseeffekt” på emnet. Den
anden teori går på at de negativt ladede elektroner, som bevæger sig mod anoden, river oxidlaget i
stykker. Ved TIG-svejsning ønskes også denne renseeffekt, men ved omvendt polaritet vil
wolframelektroden blive alt for varm og smelte, hvilket ikke er ønsket. Derfor bruger man
vekselstrøm ved TIG-svejsning af aluminium, hvor man ved MIG bruger jævnstrøm. Ved
vekselstrøm opnår man den rensende effekt i perioden med omvendt polaritet, mens indtrængning
sker i perioden med normal polaritet.

Buetyper
Der findes forskellige måder hvorpå materialet fra svejsetråden bliver overført til smeltebadet.
Disse benævnes typisk:
- Kortbue
- Spraybue
- Blandbue (grovdråbet materialeovergang)
- Puls bue
På figur 10 kan ses en skitse over de svejseparametre
de forskellige buetyper ligger indenfor. De afhænger
dog af mange parametre, hvor tråddiameter er meget
vigtig.
Hvis man kører med meget høje svejseparametre kan
der desuden opstå anderledes former for afsmeltning,
såsom forceret kortbue, roterende lysbue m.m.
Figur 10. Buetyper
I dette projekt vil spraybue- og pulsbuemetoden være
relevant, derfor beskrives disse to typer materialeovergange.
Spraybuesvejsning:
Ved denne metode foregår materialeovergangen ved et stort antal meget fine dråber. Idet dråberne
afsnøres fra tråden, er de primært påvirket af de elektromagnetiske kræfter der opstår i det elektriske
kredsløb. Disse påvirkninger accelererer dråben kraftig op og slynger den med stor kraft ned i
smeltebadet. Dette kaldes Pinch-effekten og sørger for en ordentlig indtrængning og muliggør
stillingssvejsning. Ved spraybuesvejsning bruges relativ høj spænding og strømstyrke, hvilket enten
medfører en rimelig stor varmetilførsel eller en meget høj svejsehastighed. Ved stor varmetilførsel
er smeltebadet stort og letflydende, så førnævnte stillingssvejsning er ikke helt problemfri. Ved
meget høj svejsehastighed kan der opstå problemer med styring af smeltebadet, til gengæld kan man
opnå mindre deformation pga. hastigheden. Ved en tråd på 1,2mm skal svejsestrømmen ligge
omkring 300A og spændingen 24V-28V, for at være i spraybueområdet.
Pulsbuesvejsning
Ved pulssvejsning varierer strømstyrken i et givet antal
svingninger per sekund. Sammenhængen ser således ud:
tråd 15(
m / min) / 60
F
208,
3hz
3
ld
1,
2mm
10
Hvor tråd er trådhastigheden og ld er længden af tråden, der
afsnøres ved hver puls. Sidstnævnte er ca. lig med diameteren
på tråden. Tallene er indsat for at give et eksempel på
Figur 11. Pulssvejsning
udregningen, og de kommer fra en svejsning udført i dette
projekt.
Ved pulssvejsning holdes en grundstrøm, som sørger for en stabil lysbue, og derudover kommer
strømspidserne som giver selve afsnøringen af dråben. Materialeovergangen ligner den ved
spraybuesvejsning, men man kan holde en lavere middelstrømstyrke. Dette medfører lavere
varmetilførsel, og dermed en mindre varmepåvirket zone. Hvis man har svært ved at nå op i
spraybueområdet pga. materialetykkelse eller svejsemetallurgi, kan pulssvejsning med fordel
benyttes. Selve pulsprogrammet kræver fire parametre der skal tilpasses til andre svejseparametre,
bl.a. trådfremføringshastigheden, for at sikre en optimal spraybuetype-afsnøring ved hver puls. Det
er en ret kompliceret opgave og kræver rigtig mange indkøringsforsøg. I stedet har fabrikanterne af

svejsemaskinerne udviklet synergisk pulssvejsning. Ved denne type svejsning er alle
svejseparametrene koblet sammen via programmer der er udviklet på baggrund af empiriske data.
Dvs. ændrer man på trådhastigheden, ændrer alle andre parametre sig tilsvarende. Dette system gør
pulssvejsning markant nemmere, men det medfører også en begrænsning i tilpasningen af en
optimal svejsning.
4.6.2. Beskyttelsesgassen
Som man kan se på figur 9 skal beskyttelsesgassen dække hele smeltebadet og beskytte mod den
atmosfæriske luft. Det er også meget vigtigt at forhindre hydrogen omkring smeltebadet, da smeltet
aluminium kan indeholde store mængder hydrogen. Ved MIG-metoden foregår svejsningen i en
ædelgasatmosfære hvor beskyttelsesgassen ikke reagerer med andre stoffer, heller ikke ved meget
høje temperaturer. Den mest udbredte beskyttelsesgas er argon, men også helium bruges en del. Det
er også muligt at lave blandinger af disse. Følgende vejledende skema[3], kan bruges til valg af
beskyttelsesgas.
Pladetykkelse Argonindhold Heliumindhold
0 – 5 mm 100 % 0 %
6 – 12 mm 75 % 25 %
13 – 20 mm 50 % 50 %
Mere end 20 mm 25 % 75 %
Svejseforsøgene i dette projekt skal udføres på 15mm plader (beskrevet i detaljer i senere afsnit, se
evt. bilag E: ”Arbejdstegning”)
Som det ses på skemaet, vil den optimale beskyttelsesgas til denne tykkelse, være 50%/50% eller
evt. 75% argon/25% helium pga. x-fugens udformning. Forsøg [8, s. 363] har dog vist at man
sagtens kan svejse med ren argon i godstykkelser på 20mm og over.
Ved brug af helium kan man opnå en anelse bedre indtrængning i emnet. Dette skyldes at helium
har større ioniseringsenergi og varmeledningsevne, hvor førstnævnte øger spændingen i lysbuen,
ved samme strømstyrke.
Størrelsen af gassens flow har også betydning for kvaliteten af svejsningen. Ved for høj
strømningshastighed kan der dannes
turbulente strømninger, der blander
beskyttelsesgassen med den
atmosfæriske luft. Turbulent strømning
kan også opstå som følge af gaskoppens
udformning eller urenheder, f.eks. sprøjt,
på indersiden af koppen.
Ved for lav strømningshastighed dækkes
smeltebadet ikke ordentligt. På figur 12
kan ses anbefalet gasflow.
Figur 12. Anbefalet gasflow

4.6.3. Typiske svejsefejl ved MIG-svejsning
Hvis svejseren ikke har tilstrækkelig erfaring, kan svejseparametrene stilles så uhensigtsmæssigt lav
at der ikke kan opnås ordentlig indtrængning. Dette kan ske på trods af at smeltebadet flyder fint og
maskinen lyder helt rigtigt.
Hvis ikke der er tilstrækkelig med gasdækning vil der forekomme porer i svejsningen. Disse
kommer ofte pga. tilstedeværelsen af hydrogen i smelten. Dårlig gasdækning kan forekomme i
forbindelse med gennemtræk på værkstedet, forkert gasflow, for stor afstand mellem brænder og
emne eller for høj brændervinkel. En brændervinkel på ca. 15 o stikkende med det vertikale plan
anbefales, dog noget højere ved øget svejsehastighed. Emnerne og tilsatsmateriale skal desuden
være fri for olie, fedt og fugt. Sidstnævnte kan undgås ved at opbevaringen sker ved en temperatur
over dugpunktstemperaturen.
4.7. Den varmepåvirkede zone
Ved en svejsning, vil det omkringliggende materiale blive kraftig påvirket af varmeinputtet fra
svejsningen. Den påvirkning vil i aluminium medføre en svækkelse i materialet i forhold til
starttilstanden. Området der er blevet påvirket kaldes den varmepåvirkede zone, eller på engelsk
”heat affected zone (HAZ)”. På figur 13 kan man se hvordan den varmepåvirkede zone typisk vil se
ud for modningshærdbare legeringer. De fire
tilstande der er opgivet på figuren er som
følger:
1. Delvis opløsningsglødet zone
2. Blødglødet zone
3. Overmodnet zone
4. Ikke påvirket (ikke en del af HAZ)
Figur 13. Den varmepåvirkede zone
I område 1 har materialet været udsat for den største varmepåvirkning, da den ligger lige ved siden
af det smeltede materiale. Temperaturen kommer op i en-faseområdet α, som man kan se på det
ternære Al-Zn-Mg diagram figur 14 (α kaldes Al på figuren). Homogeniseringtemperaturen for
varmebehandling af 7075, ligger ved 466-
482 o C. Selvom den fuldt optrukne linie på
figur 14 er markeret ved 440 o C, vil det
stadig være en-faseområde ved lidt højere
temperaturer. Legeringssammensætningen af
7075 er markeret med den røde firkant.
I en-faseområdet α, er alle
legeringselementer opløst i den faste fase.
Efter varmepåvirkningen fra svejsningen er
forsvundet, udsættes området for en
bratkøling med en given afkølingshastighed.
Hvis denne afkøling ellers forløber med en
vis minimumshastighed, vil zonen opnå en
metastabil α-struktur, præcis som efter en
Figur 14. AlZnMg diagram [10]
opløsningsglødning. Styrken af zonen kan nu øges ved modning, hvor især koldmodning er af stor
praktisk betydning ved svejste konstruktioner, da varmemodning ofte vil være besværlig at udføre.

I område 2 har materialet været udsat for en
blødglødning (også kaldet udglødning.)
Blødglødningstemperaturen for 7075 er opgivet til
413
Figur 15. Typisk hårdhedsprofil
o C [3]. I modningshærdbare legeringer er
blødglødning egentlig bare et andet udtryk for en
markant overmodning, hvor alle de små
udfældede partikler samles til store krystaller
uden kohærens med aluminiumsgitteret. Ved en
normal svejsning når materialet dog ikke at blive
fuldstændig blødglødet. Men det er alligevel i
dette område at den laveste styrke må forventes at
optræde. På figur 15 er vist hvordan en
hårdhedsprofil normalt vil se ud, efter en svejsning.
Punktet A markerer hvor der har fundet delvis blødglødning sted.
I område 3 har materialet været udsat for en moderat temperatur,
hvorved der sker en overmodning, som beskrevet i det ovenstående,
dog i mindre grad. Som tommelfingerregel siger man at
legeringer i 6xxx og 7xxx serien, mister styrke ved temperaturer over
250 o C – 270 o C [12]. Kunstig modning foregår dog ved en lavere
temperatur, nemlig 121 o C, så overmodning kan godt ske ved
lavere temperaturer end 250 o C hvis den holdes et stykke tid.
Sidstnævnte vil dog sjældent være tilfældet ved svejsning.
4.8. Varmecyklus ved svejsning
Den varmepåvirkning et givent punkt i en plade
der svejses bliver udsat for, kaldes punktets
varmecyklus. Varmecyklen er meget vigtig at
have kendskab til, da den bestemmer
egenskaberne for materialet i den
varmepåvirkede zone, efter svejsning. For at
kunne undersøge varmecyklen ved svejsning, er
der blevet placeret 6 stk. termoelementer i
prøveemnerne før svejsning. Fire af elementerne
er placeret vinkelret ud fra svejsningen, i
afstande på 13mm, 20mm, 27mm og 34mm (se
figur 17). 13mm er valgt, da det er det tætteste
man kan placere et termoelement uden at
brænderen rammer det under svejsning, da
diameteren på gaskoppen er ca. 23mm. Desuden
Figur 16. Overmodning
Figur 17. Placering af termoelementer
vil der være en risiko for at elementet ender inde i selve svejsningen, og vil dermed ikke kunne
tages ud igen.
4.8.1. Opbygning af model til beregning af temperaturcyklus
Den nævnte begrænsning på placering af termofølere tættere end 13mm fra svejselinien, lægger et
låg på anvendelsen af de data følerne opsamler. Grunden til dette er, at de vigtigste metallurgiske
forandringer i materialet foregår tættere på end 13mm. Da det ikke umiddelbart er muligt at måle
temperaturforløbet i dette område, kan det være formålstjenstligt at opbygge en matematisk model,

der kan regne sig frem til temperaturudviklingen. Modellen kan så bagefter justeres efter
målingerne der er udført under svejseforsøgene.
Hvordan varmen udbreder sig fra en svejsning, afhænger primært af de tre materialeparametre:
varmeledningsevne, massefylde og varmefylde.
Måden varmeudbredelsen foregår på, kan beskrives ved hjælp af Rosenthals model [31]:
Q
2 d
1 1) T , ) T e K ( R)
( 1 2 0
0
Hvor To = Starttemperaturen [ o C]
= Varmeledningsevne [W/mK]
d = Pladetykkelse [m]
Q = Varmetilførelse [J/m]
1 = Afstand fra svejsested i svejseretning [m]
2 = Afstand fra svejsested vinkelret på svejseretning [m]
Ko
= Bessel funktion
R = Afstanden til et givet punkt (R = ( 2 1 + 2 2) 0,5 ) [m]
= Defineret ud fra varmetab med omgivelserne
Denne formel gælder for en tynd plade, med en linieformet
varmekilde og en endelig svejsehastighed. Tykkelsen på
forsøgsemnerne til dette projekt er 15mm, hvilket man
normalt ikke vil kalde tynde plader. Men tidligere forsøg
[12] i forbindelse med SASAK-projektet, har vist at denne
model fungerer fint i aluminiumsemner af denne tykkelse.
Årsagen til dette er den høje varmeledningsevne, der
spreder varmen så hurtigt i tykkelsesretningen, at man godt
kan antage at den er konstant. Det er det samme der gør sig
gældende angående antagelsen med en linieformet
Figur 18. Tynd plade, linieformet
varmekilde
varmekilde. Mht. den endelige svejsehastighed, menes at varmetilførslen udbredes som ved en
rigtig svejsning. Dvs. eksempelvis på figur 18, vil svejsningen starte i venstre side, og fortsætte mod
højre. Derved har varmen en mulighed for ”at løbe forud og bagud”. En lysbue kan ikke udtrykkes
alene ved en ohmsk modstand, da der som et væsentligt element indgår en
konstantspændingskilde[11]. Effektiv-værdien af strømmen er den værdi, en jævnstrøm skulle have
haft for, at udvikle den samme effekt i en ohmsk modstand. Hvis man svejser med f.eks. puls- eller
vekselstrøm, er middelstrømmen et udtryk for den jævnstrøm der vil resultere i samme
varmeudvikling. I princippet burde begge strømstyrker måles og effekten beregnes derfra, men man
har vedtægtsmæssig besluttet at anvende den simple middelstrøm, da den er mest korrekt af de to.

Derfor kan varmetilførslen ved en MIG-svejsning beskrives ved:
Q
UI
Hvor: U = Spænding [V]
I = Strøm [A]
= Svejsehastighed [m/min]
= Virkningsgrad
Virkningsgraden kan, ved svejsning i aluminium og ved brug af argon som beskyttelsesgas, ligge
i et interval på 0,65 til 0,8. Hvad der gælder ved svejsningen til dette projekt, skal findes
eksperimentelt, men som udgangspunkt sættes den til 0,8 [30].
er, som nævnt, defineret ud fra varmetab til omgivelserne. Det har ved tidligere forsøg [12] med
svejsning i aluminium vist sig at ved en almindelig opstilling, er varmetab til omgivelserne
forsvindende lille, i det temperaturinterval der er interessant. Derfor bruges følgende formel, som
ikke tager højde for varmetab til omgivelserne:
2
Hvor er en funktion af materialeparametrene:
c p
= Massefylde [kg/m3 ]
cp = Varmefylde [J/kgK]
For større værdier af R erstattes K0 med [12]:
K
Derved kommer 1) til at se således ud:
T (
2
,
1
0
)
T
0
2
e
R
2
Q
d
Da det er ønskværdigt at undersøge temperaturpåvirkningen som en funktion af tiden omskrives 1
til - t (t = Tid [s]) hvilket medfører R = ((- t) 2 + 2 2) 0,5 .
R
2
e
R
(
1
R)

2)
T (
2
, t)
T
0
2
Q
d
2
Ligning 2) beskriver den 2-dimensionelle varmeudbredelse, som en funktion af tiden og afstanden
til centerlinien.
Peaktemperaturen som funktion af afstand til centerlinien kan findes på to måder ud fra ligning 2):
- Ligning 2) differentieres og sættes lig nul.
- Der indsættes afstande fra centerlinien f.eks. 2mm, 3mm osv. i 2), og en temperaturkurve
beregnes f.eks. i Excel. Den maksimale temperatur noteres og plottes i et separat diagram.
svejsning blev fugen først kemisk renset med spray
af typen spotcheck
derefter mekanisk med en rundsliber med rustfri stålbørste.
SKC-S Figur (solvent 19. Forsøgsopstilling remover) og
((
t)
Det er den anden mulighed der vil blive benyttet i dette projekt.
5. Eksperimentelt arbejde
Alle svejseforsøgene er lavet i samarbejde med FORCE Technology, som afsatte en del ressourcer
til dette projekt.
5.1. Forsøgsopstilling
På figur 19 kan ses hvorledes svejseopstilling fra
forsøgene så ud. Svejsemaskinen var en Fronius
TPS2700 Alu edition, med en maksimal
strømstyrke på 270A. Den havde mulighed for
synergisk puls- svejsning, og det var denne metode
der blev brugt ved forsøgene. Brænderen blev styret af
en automatiseret langføring, så der kunne opnås stor
præcision i svejsehastigheden. Inden hver
5.1.1. Termoelementerne
Der blev anvendt 8 stk. termoelementer af typen K mini T-couple Ø1,5mm fra firmaet RS, til dette
projekt (bilag B). På denne type elementer er der en stålkappe, som forhindrer føleren i at tage
skade ved sprøjt og lignende. Software og hardware blev lånt af FORCE. Termoelementerne blev
installeret og kalibreret efter et kviksølvstermometer i forskellige punkter på temperaturskalaen, fra
stuetemperatur og op til vands kogepunkt. RS oplyste at elementernes målepunkt var placeret meget
tæt på bunden af føleren. Reaktionstiden kunne ikke oplyses præcist, men den er meget lav pga.
elementernes lille diameter på 1,5mm. Under svejsningerne kørte dataopsamlingssystemet med en
hastighed på 3,63 målinger pr. sekund. Hver måling havde desuden en måletid på 40 ms, som
computeren integrerer over for at finde en gennemsnitsværdi, og dermed undgå støj.
2
2
2
e
)
(
t
((
t )
2
2
2
))

5.1.2. Forsøgsrække
FORCE var behjælpelig med at skaffe ekstra
aluminiumsplade, der kunne bruges som indkøringsforsøg. Det
blev hurtigt tydeliggjort at den næse på 2mm (se figur 20) der
var i fugen, ville komme til at give problemer. Det var
simpelthen ikke muligt at brænde igennem den, derfor blev
der lavet en spalte i fugen på først 1mm og derefter 1,5mm, som
blev brugt i resten af forsøgene. På trods af dette,
forekommer der problemer med rodfejl i alle de efterfølgende
svejseforsøg. Det var ikke muligt kun at tilføre mere varme til
svejsningen, da alle parametrene var forbundet. Dvs.
hvis strømstyrken blev øget, fulgte trådhastigheden Figur 20. X-fuge automatisk
med, hvilket gav problemer med overskydende materiale. Som man kan se i nedenstående tabel
over forsøgene, blev buelængden justeret for at hjælpe lidt på dette problem. Større buelængde
resulterer i et lidt større smeltebad og dermed mere varme. Måden tallet for buelængden skal tolkes
på er, at der ligger et nulpunkt ret højt over svejsningen. -15 betyder at buen starter 15 enheder
tættere på emnet, dvs. -20 er en mindre buelængde end -15. Enheden for dette tal var ikke
Følgende parametre blev holdt konstant i alle forsøg:
- Tilsatsmateriale AlMg4,5Mn0,7(A)
- Antal strenge på hver side 1
- Spalte 1,5mm
- Gasflow 27 l/min
- Gastype Argon
- Brændervinkel 15 o stikkende med det vertikale plan
Med det meget begrænsede antal plader der er til rådighed i dette projekt, skal man være påpasselig
med at variere svejseparametrene for meget, hvis man ønsker at spore en sammenhæng med bare en
anelse statistisk grundlag. Tidligere forsøg har vist at svejsehastigheden kan have indflydelse på
bredden af HAZ, dannelsen af varmerevner m.m., derfor blev denne valgt som variabel. Alle andre
ændringer i parametrene man kan se er kun for at forbedre de geometriske forhold af svejsningen og
udbedre svejsefejl.
Svejsning Plade nr. Hastighed Trådhastighed Strøm- Spænding Buelængde Andet
nr.
styrke
1 1 + 2 (side 1) 400 mm/min 12 m/min 189 A 20,9 v - 20
2 1 + 2 (side 2) 400 mm/min 12 m/min 189 A 21,9 v - 20
3 3 + 4 (side 1) 400 mm/min 12,5 m/min 194 A 21,2 v - 20
4 3 + 4 (side 2) 400 mm/min 12,5 m/min 194 A 20,8 v - 20
5 5 + 6 (side 1) 400 mm/min 12,5 m/min 201 A 21,7 v - 15 1)
6 5 + 6 (side 2) 400 mm/min 12,6 m/min 198 A 22,1 v - 15
7 7 + 8 (side 1) 500 mm/min 15 m/min 228 A 21,6 v - 15
8 7 + 8 (side 2) 500 mm/min 15 m/min 232 A 20,7 v - 15
9 9 + 10 (side 1) 520 mm/min 15,7 m/min 238 A 20,6 v - 15 2)
10 9 + 10 (side 2) 520 mm/min 15,5 m/min 238 A 21,1 v - 15 3)

Fejl under svejseforsøgene
1) Tråden brændte fast til kontaktdysen. Et kort stykke af fugen
blev fræset op med rundskærer, og derefter svejst igen.
2) Lysbuen
brændte
igennem de
første 40 mm
af fugen.
Spalten blev
derefter
understøttet af
en lille plade,
hvorefter
svejsningen
blev lavet forfra.
3) Teknikeren havde vendt den ene plade forkert, så
termofølerne måtte stikke ud af bunden. Dette
medførte en ret langsom afkøling, da en stor del af
pladen hang frit, i stedet for at have direkte kontakt
med aluminiumsbordet.
Figur 22. Fugeunderstøtning
Figur 21. Sammenbrændte
dyser
Figur 23. Omvendt plade

5.2. Præparation af metallografiske prøver
Fremgangsmåden der blev brugt til præparation af de metallografiske prøver, der er blevet brugt i
dette projekt kan ses i bilag G.
5.3. Referencemålinger
For at kunne lave en ordentlig undersøgelse af den varmepåvirkede zone, er det vigtigt at have
nogle ordentlige data at sammenligne med. Derfor er der udført undersøgelser af 7075 T6
legeringen, som den ser ud fra fabrikken og derefter et emne af 7075 der har undergået en
homogeniseringsglødning. De svejste emner vil så ligge et sted mellem disse to yderpunkter.
Ved mange af mikroskopibillederne i de efterfølgende afsnit vil der være nævnt hvor meget
forstørrelse billederne er taget med. Dette er medtaget for at øge overblikket, men det er ikke 100 %
korrekt da billederne er ændret i størrelse i forbindelse med indsætning i rapporten. Derfor er det
målestokken i nederste højre hjørne af billederne, der er det mest korrekte at vurdere ud fra.
5.3.1. Definition af observationsplan.
Ved mikroskopiundersøgelser af en valset
struktur er det af stor betydning hvilken vinkel
man kigger fra i forhold til hvad man ønsker at
undersøge. For at illustrere dette er figur 24
blevet konstrueret ud fra mikroskopibilleder
fra 7075 T6, som den oprindeligt ser ud.
Billederne er taget med 200x forstørrelse, men
er vredet vha. billedbehandlingsprogrammer
for at opnå 3D-effekten. Derfor er der ikke
målestok på billederne, da det vil være
misvisende. På figuren er det tydeligt, at der er
stor forskel på observationsplanerne. Man kan
se, at hvis man ønsker at studere kornstruktur
m.m. vil det være mest relevant at kigge på Zplanen.
Dog skal man være opmærksom på at
korn er en 3-dimensional størrelse, derfor skal
de andre planer også inddrages i overvejelsen.
Hvis det er andelen af de udfældede
precipitater der er vigtigst, vil X- eller Yplanen
være det mest hensigtsmæssige at
bruge. Forskellen på X- og Y-planen ligger i
formen på de udfældede partikler. På
Figur 24. 3D-mikrobillede
X-planen vil de være mere aflange i formen pga. valsningen. Hvis man ønsker at undersøge et helt
tværsnit af en færdig svejsning, vil det være Y-planen der kigges på, da svejseretningen er den
samme som valseretningen.

5.3.2. Ætsemiddel
I litteraturen kan findes forslag til ætsemidler der vil være gode at bruge til legering 7075. Det
foreslås at bruge en opløsning af 75ml vand og 25ml (65 %) salpetersyre eller en opløsning der
kaldes Kellers reagens. Sidstnævnte består af 95ml destilleret vand, 2 ½ ml salpetersyre 65 %
(HNO3), 1 ½ ml saltsyre 32 % (HCL) og 1 ml flussyre (HF) 40 %. For at kunne vurdere det bedste
ætsemiddel til brug i resten af projektet er der fremstillet tre slib, XYZ-planerne, til hvert af
ætsemidlerne. På figurerne nedenunder ses en sammenligning af ætsemidlerne.
Figur 25. Ætset med salpetersyre. X-plan
Figur 26. Ætset med Kellers reagent. X-plan
Figur 27. Ætset med salpetersyre. Z-plan Figur 28. Ætset med Kellers reagent. Z-plan
På billederne fra X-planerne ses det tydeligt, at der dannes store ætsegrupper, når der bruges Kellers
reagens. Precipitaterne er lige tydelige på begge billeder, dog er de horisontale korngrænser lidt
tydeligere ved brug af Kellers reagent. På billederne af Z-planerne er korngrænserne mere markeret
ved brug af Kellers, men der opstår selvfølgelig stadig ætsegrupper. Da flussyren i Kellers reagens
kræver specielle foranstaltninger ved brug, søges det at bruge salpetersyren i videst mulig omfang.

5.3.3. Udgangsmaterialet
Til bedømmelse af styrkeforringelsen ved svejsning er det vigtig at have korrekte målinger på
udgangsmaterialet. Dette kan desuden bruges til vurdering af bredden på den varmepåvirkede zone.
Derfor er der udført en række hårdhedsmålinger og ud fra disse konkluderes det, at hårdheden er
181 HV10kg som udgangspunkt. Der bruges en belastning på 10kg ved alle hårdhedsmålinger i
dette projekt.
For at observere hvordan udgangsmaterialets struktur ser ud, blev der lavet mikroundersøgelser af
emnet. Det blev forberedt som beskrevet i Bilag G ”Præparation af metallografiske prøver”.
På figur 29 ses basismetallet efter ætsning med en opløsning af salpetersyre.
Figur 29. Basismetal (500x) ætset med salpetersyre. X-plan
På billedet er valseretningen tydelig, da de små partikler nærmest ligger på stribe fra venstre mod
højre(eller højre mod venstre). Desuden er de større partikler afrundet af valsningen og blevet
trykket aflange i valseretningen. De små fine partikler man kan se bliver i Metals Haandbook Vol.7
[9], omtalt som udfældninger af MgZn2. Dette stemmer ikke helt overens med det ternære diagram
Al-Mg-Zn i figur 12. Ud fra dette burde det være Mg3Zn3Al2 partikler der kan ses. Generelt er det
meget svært at sige med 100 % sikkerhed hvad det er, da der ikke foreligger komplette
eksperimentelle data for legering 7075.

De større partikler er (Fe,Mn)Al6, og eksisterer fordi de
ikke kan opløses i matrixen[11]. Det samme gør sig
gældende for de få partikler af FeAl3, der var at finde (se
figur 30).
5.3.4. Homogeniseringsglødning/blødglødning
For at finde den laveste hårdhed man
overhovedet kan forvente af 7075 T6, blev der
udført en homogeniseringsglødning. Emnet
blev varmet op til 470 o C i en periode på 24
timer. Den lange holdetid er for at være 100 %
sikker på, at materialet er i en-fase området,
da nogle legeringselementer har en lille
diffusionshastighed. Derefter blev emnet
meget langsomt afkølet over en periode på ca.
48 timer. Dette kan antages at være tæt på en
ligevægtsafkøling, hvor der udfældes så
mange legeringselementer uden kohærens
med Al-matrixen som muligt. Dette skulle
resultere i den laveste opnåelige hårdhed. De
efterfølgende hårdhedsmålinger blev udført på
Y-planen, da dette plan danner det vigtigste
sammenligningsgrundlag for
hårdhedsændringer over tværsnittet af en
svejsning. Hårdheden blev målt til 63 HV10.
På figur 31 ses mikrostrukturen af det
homogeniserede emne på Y-planen.
Valsestrukturen er totalt forsvundet, og det er
umuligt at se valseretningen. Dette resultat vil
aldrig nogensinde kunne forekomme i en
svejsning, uanset hvor mange strenge eller
hvor meget forvarme der bruges. Derfor blev
der lavet endnu en homogeniseringsglødning,
men med en lidt hurtigere afkølingsperiode på
ca. 6 timer. Mikrostrukturen for dette emne
kan ses på figur 32.
Figur 30. FeAl3 partikel
Figur 31. Homogeniseret.
Figur 32. Stærkt overmodnet struktur
Hvis man sammenligner med billedet af udgangsmaterialet på forrige side (figur 29), observeres
som forventet en kraftig vækst af de udfældede partikler uden kohærens med Al-matrixen. Man kan
dog stadig ane valsestrukturen. Denne struktur vil være typisk for en kraftig overmodning, og det er
således denne tendens der burde kunne spores i den varmepåvirkede zone efter svejsning.

6. Resultater og diskussion
I de efterfølgende kapitler vil resultaterne fra svejseforsøgene blive præsenteret og derefter
diskuteret.
6.1. Makroundersøgelse
I dette afsnit vil de svejste emners geometri blive undersøgt uden forstørrelse, og eventuelle fejl vil
blive beskrevet. Emnerne blev makroætset i en opløsning med 15g natriumhydroxid og 120ml vand,
for at få svejsninger, porer og rodfejl til at blive mere fremtrædende.
Det skal understreges at formålet med dette projekt ikke var at optimere svejseparametre, for at
kunne fremstille en perfekt svejsning. I bilag I kan ses de typer af makroskopiske fejl der findes, og
hvilke værdier de skal overholde hvis svejsningen skal kunne godkendes jf. ISO 13919-1, skærpet
(B).

Svejsning nr. / Hastighed Heat input Arc
Plade nr.
( =0,8) [J/mm] Density
1 / 1 + 2 400
mm/min
474,0 [J/mm] - 20
2 / 1 + 2 400
mm/min
3 / 3 + 4 400
mm/min
4 / 3 + 4 400
mm/min
5 / 5 + 6 400
mm/min
6 / 5 + 6 400
mm/min
7 / 7 + 8 500
mm/min
8 / 7 + 8 500
mm/min
9 / 9 + 10 520
mm/min
10 / 9 + 10 520
mm/min
496,7 [J/mm] - 20
493,5 [J/mm] - 20
484,2 [J/mm] - 20
523,4 [J/mm] - 15
525,1 [J/mm] - 15
420,1 [J/mm] - 15
461,0 [J/mm] - 15
452,6 [J/mm] - 15
463,6 [J/mm] - 15
Makrobilleder
I denne tabel er de vigtigste svejseparametre angivet, således en direkte sammenligning med
makrobillederne er mulig.
Porer: På alle billederne ses eksistensen af porer i større eller mindre grad. Som tidligere nævnt
opstår porer ved MIG-svejsning primært pga. små mængder fugt. Til svejsningerne blev der brugt
en helt ny rulle svejsetråd, og fugerne blev renset før svejsning. Det er svært at gøre mere end det
for at forhindre poredannelse, og man kan heller ikke forvente en grundigere behandling fra en
virksomhed. Fugten kan desuden komme fra uren beskyttelsesgas, utætheder fra en vandkølet
brænder, endog diffusion gennem gaskablet kan være en fejlkilde.
Teknikeren fra FORCE Kaare Jensen, der stort set kun har svejset i aluminium de sidste 10 år, siger
at der altid vil være porer ved MIG-svejsning, uanset hvad man gør. Med så få svejsninger er der
ikke noget statistisk grundlag for at udtale sig om sammenhæng mellem svejseparametre og antallet
af porer.

Gennembrænding: Som tidligere nævnt var der problemer med manglende gennembrænding i alle
svejsningerne. Rodfejlen ved næsen af fugen ses tydeligt på alle billederne. Ved pladerne 7+8 og
9+10 er der gennembrænding, men rodfejlen eksisterer stadig, da næsen kun er opsmeltet i den ene
side. Det ses at der er en sammenhæng mellem svejsehastighed og gennembrænding, mens heatinputtet
pr. mm ikke som forventet, er den afgørende faktor. Ved svejsning af en x-fuge i
konstruktionsmæssige sammenhæng vil man, efter den første side er svejset, fræse fugen op på den
anden side for at få en ensartet fugebund.
Overskydende materiale: Der er lidt overskydende materiale på mange af svejsningerne. Dette
kan nemt rettes ved en optimering af trådhastigheden. Ved svejsningerne i dette projekt kunne man
med fordel have tilført mere varme til svejsningen ved at øge strømstyrken, for at kunne opsmelte
næsen på x-fugen. Dette kan kun lade sig gøre ved at øge trådhastigheden, hvilket medfører at der
kommer mere overskydende materiale, og derved en grimmere svejsning. Der er desuden mere
overskydende materiale ved den anden streng end den første.
6.2. Hårdhedsprøvning
I dette projekt bruges Vickers hårdhedsprøvning, med 10kg belastning. Hårdhedsprøver er et udtryk
for materialers modstand mod plastisk deformation, og kan derfor korreleres til trækstyrke. Der
findes tabeller der viser sammenhængen, men de vil ikke blive brugt i denne rapport, da de kan
variere fra legering til legering.
Hårdhedsmålingerne laves med 1mm mellemrum, målt vha. et xy-bord.
6.2.1. Hårdhedsprofiler
På figur 33 ses den målte hårdhedsprofil for tre svejsninger.
Figur 33. Hårdhedsprofiler

Det ses at hårdhedsprofilen stemmer fuldstændig overens med den der er beskrevet i afsnittet ”4.7.
Den varmepåvirkede zone”.
Fra 0mm og ud til punktet ”1” er målingerne lavet i svejsemetallet. Som man kan se, er dette
område svejsningens svageste punkt med en Vickershårdhed på ca. 75 HV10kg. På trods af at der
blev indkøbt tilsatsmateriale af legering 5183, som fabrikanterne beskriver som højstyrketråd, er
hårdheden altså under halvdelen af upåvirket 7075T6. Hårdhedsmålingerne kan dog muligvis være
påvirket af de poredannelser der opstod i tilsatsmaterialet. Da legeringer i 5xxx serien ikke er
modningshærdbare, er det umuligt at forøge styrken med en efterfølgende varmebehandling
(Diskuteres i 6.3.1 ”Modningshærdning”).
.
I punktet ”1” er der en tendens til en anelse lavere hårdhed end i smeltemetallet generelt. Dette må
skyldes, at tilsatsmetallet i netop dette punkt danner en legering med grundmetallet, der ikke er
hensigtsmæssig ud fra et styrkemæssigt synspunkt.
Lige efter ”1” stiger hårdheden markant, da man kommer over i basismetallet. Punktet ”2” ligger
ved siden af smeltelinien, og her er en rimelig antagelse, at temperaturen har været i
opløsningsområdet på 470 o C. I dette punkt vil man kunne forvente en yderligere stigning ved
naturlig eller kunstig modning.
Ved ”3” er der sket en overmodning, og hårdheden falder som resultat deraf. Hvis teorien holder,
burde en ny modningshærdning være nødvendig for at øge hårdheden i dette punkt.
Hen imod ”4” nærmer metallet sig udgangstilstanden, da graden af overmodning mindskes.
6.2.2. Svejsefaktor
Ved dimensionering af svejste aluminiumsemner bruger man en softening factor eller på dansk
svejsefaktor, for at bestemme styrken af de svejste emner. Styrken af udgangsmaterialet bliver
ganget med svejsefaktoren, og dette tal bruges til dimensionering. I standarden DS 419 eurocode 9
er denne faktor opgivet til 0,8 for 7xxx serien. Ud fra de hårdhedmålinger der er lavet i dette projekt
kan svejsefaktoren beregnes:
For hele svejsningen:
For den varmepåvirkede zone:
HV
lav
haz
HVudg
HV
lav
haz
HVudg
75
181
120
181
0,
41
0,
66
Da selve svejsemetallet er det svageste punkt i svejsningen, bliver valg af tilsatsmateriale en
afgørende parameter i beregningen af svejsefaktoren. Det ses at den er helt nede på halvdelen af de
0,8, der er opgivet i standarden. Hvis man udelukkende kigger på den varmepåvirkede zone,
beregnes svejsefaktoren til 0,66. Disse to tal indikerer at svejsefaktoren er for optimistisk i DS 419,
hvilket kan have kritiske konsekvenser pga. underdimensionering af konstruktionsemner.

6.3. Forsøg med varmebehandling efter svejsning
Da det er svejsemetallet, der er det svageste punkt i svejsningen, er det oplagt at prioritere
styrkeøgning af dette område først. Det ligger uden for rammerne af dette projekt, og er derfor et
punkt efterfølgende projekter må forbedre. Til gengæld er der mulighed for at undersøge
efterbehandling af den varmepåvirkede zone. De to muligheder der vil blive undersøgt er:
1. Ny modningshærdning af hele emnet
2. Kunstig modning ved 120 o C i tre forskellige tidsperioder
6.3.1. Modningshærdning
Den første mulighed kan i praksis kun realiseres i applikationer hvor hele emnet kan komme ind i
en ovn. Der findes varmebælter der kan varme svejsningen op til opløsningstemperaturen på 470 o C,
men det vil bare flytte problemet, da der vil opstå en ny HAZ ved siden af bæltet. Varmeforløbet for
en modningshærdning er: 2 timer ved 470 o C efterfulgt af bratkøling i vand, derefter kunstig
modning ved 120 o C i 24 timer.
På figur 34 ses hårdhedsprofilet efter den nævnte behandling.
Figur 34. Modningshærdning
Der observeres en øgning i hårdheden over hele linien, endda i tilsatsmaterialet hvilket ikke var
forventet. Denne styrkeøgning skyldes muligvis dannelsen af Mg2Si fasen, på baggrund af den lille
smule Si der findes i 5183. Der er også Zn fra basismetallet og lidt fra tilsatsmaterialet, der kan
danne MgZn2, hvilket øger responsen til varmebehandling. Dog ses der store lokale udsving i
målingerne fra svejsemetallet, og der bør laves yderligere forsøg før den påstand kan verificeres.

Hvis ellers der kunne findes et tilsatsmateriale med tilstrækkelig styrke, ville en ny
modningshærdning efter svejsning være den optimale måde at fjerne svækkelserne i den
varmepåvirkede zone. Man fjerner faktisk alle tegn af en varmepåvirket zone. Men som tidligere
nævnt, er dette en besværlig og dyr måde at efterbehandle på.
6.3.2. Kunstig modning
Ifølge teorien burde man kunne opnå en styrkeforøgelse i det område af den varmepåvirkede zone,
hvor der har været en delvis opløsningsglødning. Det er ved ”2” i figur 33 under afsnittet
”hårdhedsprofiler”. Det giver ikke umiddelbart nogen mening at søge en styrkeforøgelse ved
modning her, da den laveste hårdhed optræder ved ”3”, hvor der har været en kraftig overmodning.
Yderligere modning burde gøre sidstnævnte punkt endnu svagere, hvilket vil medføre en forringelse
af svejsningen, men forsøg udført på DTU [13] har påvist en mulighed for styrkeøgning også i dette
punkt. Derfor er der lavet forsøg med modning ved 120 o C i 3-, 6- og 9 timer.
Resultatet kan ses på figur 35.
Figur 35. Efterfølgende modning
Der var som forventet en markant styrkeøgning i det område hvor der har været en
opløsningsglødning. Øgningen er størst ved modning i 6 timer, hvorefter tendensen er nedadgående,
hvilket indikerer overmodning. I det svageste punkt i den varmepåvirkede zone kan spores en meget
lille forbedring, men denne kan lige så godt ligge inden for den statistiske usikkerhed. Generelt har
hele hårdhedsprofilet fået et løft, og det er ikke sket på bekostning af andre punkter ved
svejsningen.

6.4. Mikrostrukturundersøgelser sammenholdt med hårdhedsmålinger
Under en svejsning forekommer der metallurgiske ændringer i metallet. I dette afsnit vil disse
ændringer blive undersøgt og dokumenteret ved hjælp af lysoptisk mikroskopi. Billederne vil blive
sammenholdt med hårdhedsmålingerne, for at danne et indtryk af de metallurgiske ændringers
indflydelse på hårdheden.
6.4.1. Z-planens struktur
På figur 36 kan ses en sammensat række billeder af Z-planen ved den varmepåvirkede zone.
Billederne dækker ca. 5mm til højre for smeltezonen.
Figur 36. Y-plan (50x forstørrelse)
På grafen i figur 37, ses de tilhørende hårdhedsmålinger.
Figur 37. Hårdhedsprofil

De områder billederne viser er svejsemetallet, smeltelinien, den delvis opløsningsglødede zone og
den blødglødede zone. Det er svært at vurdere kornstørrelsen på billederne, men kornene virker
mere skarpkantet jo tættere på svejsningen man kommer. Der er en lille antydning af en smule
kornvækst, jo længere man bevæger sig væk fra svejsningen. Det der er tydeligst på billederne, er
en ændring i farven. Der er en sammenhæng mellem de mere mørkebrune nuancer og styrken. Jo
mørkere, jo lavere styrke. Dette skyldes de små precipitater, der normalt står for hærdningen, vokser
sig større og dermed giver billedet en mørkere nuance.
6.4.2. Y-planens struktur
De tre nedenstående figurer viser strukturændringerne i Y-planen, i stigende afstand fra
smeltelinien. Disse billeder dækker næsten hele den varmepåvirkede zone, i modsætning til figuren
ved Z-planen der kun dækkede ca. 5mm.
Figur 38. Opløsningszonen
(meget tæt på smeltelinien)
Figur 39. Overmodnet zone Figur 40. Næsten udgangsmateriale
Også her er det meget tydeligt, hvorledes billedet bliver mere mørkebrunt med
faldende styrke.
På figur 41 ses den rodfejl, der eksisterer i større eller mindre grad i alle
svejsningerne. Det er smeltemetallet der ses til venstre for den, og der er også
gennembrænding mellem de to svejsninger, men næsen på fugen er
fuldstændig intakt. Det er klart for enhver at sådan en fejl er katastrofal rent
styrkemæssigt, og ved trækspændinger vil bruddet med garanti starte ved
fejlen. Derfor vil der ikke blive lavet undersøgelser med trækprøvning i denne
rapport, da det vil give et misvisende resultat.
Figur 41. Rodfejl

6.5. Varmecyklus
I dette afsnit vil de målte temperaturcykler blive sammenholdt med den analytiske model beskrevet
i afsnittet ”4.8.1. Opbygning af model til beregning af temperaturcyklus”. De vil desuden blive
sammenholdt med målte hårdhedsprofiler og på baggrund heraf vil der blive estimeret en
HAZ-bredde.
6.5.1. Målt varmecyklus
Et målt temperaturforløb for sammensvejsning af plade 7+8 kan ses på figur 42. (øvrige findes i
bilag C).
Figur 42. Målt temperaturforløb 7+8
Som forventet kommer peaktemperaturen ikke op i det område, hvor de væsentligste ændringer
forekommer. Men med disse kurver kan den matematiske model verificeres, og der kan laves
mindre justeringer som nævnt i næste afsnit.

6.5.2. Sammenligning mellem model og eksperiment
Modellen beskrevet i afsnittet ”Opbygning af model til beregning af temperaturcyklus”
passede overraskende godt med virkeligheden, sammenligningen kan ses på figur 43.
Effektivitetsfaktoren blev justeret til 0,73. Der er lidt uoverensstemmelse med
afkølingshastigheden, hvilket med garanti skyldes antagelsen om ingen varmetab til omgivelserne.
Afkølingshastigheden er mindre relevant i dette projekt, da det er peaktemperaturen der er klart den
mest afgørende parameter mht. metallurgiske ændringer[8].
Figur 43. Temperaturforløb

6.5.3. Sammenligning mellem temperaturcyklus og hårdhed
Tidligere forsøg udført i forbindelse med SASAK-projektet fra FORCE har indikeret, at det er
peaktemperaturen, og ikke så meget tidsintervallet, der er bestemmende for ændringerne i
egenskaberne. Derfor er peaktemperaturen interessant at sammenligne med de målte hårdheder på
testemnet. Peaktemperaturen er fundet ud fra metoden beskrevet i afsnittet ” 4.8.1. Opbygning af
model til beregning af temperaturcyklus”. I figur 44 er peaktemperaturen vist i samme plot som
hårdhedsprofilerne.
Figur 44. Hårdhedsmålinger/peaktemperatur
Det skal her bemærkes, at skalaen for peaktemperaturen er angivet på højre side af plottet. Ved
sammenligningen skal man også holde in mente, at materialet har været udsat for den viste
peaktemperatur to gange ved én svejsning, da der jo er blevet svejst på begge sider af pladen. I
plottet er det den lyserøde linie, der er den mest sammenlignelige med peaktemperaturen, da
sidstnævnte er plottet efter svejseparametrene, der er opnået ved svejsning i plade 7+8. På plottet
kan ses, at faldet i hårdheden begynder ved ca. 270 o C. Ved punktet ”3” hvor den laveste hårdhed
findes, har temperaturen været oppe på ca. 330 o C (2 gange). I intervallet fra efter ”3” og op til
smeltetemperaturen på 530 o C, sker den delvise opløsningsglødning.

På figur 45 er vist det
ternære
tilstandsdiagram for
AlMgZn systemet. Man
kan med rimelighed
antage at den grønne
linie ”1” stiger lineært
(set fra siden i 2d) op til
linien ”2”. Man kan
måle at 7075 ligger 2/3
afstandsenheder fra ”1”
og 1/3 fra ”2”. Da ”1”
er markeret ved 200 o C
og ”2” ved 440 o C svarer
det til at 7075 går fra 2faseområdet
+
Mg3Zn3Al2 til 1faseområdet
ved:
T
( 440
o
C
o
200 C)
Figur 45. AlMgZn diagram
( 2 / 3)
På figur 44 kan man se at hårdheden stiger en anelse når temperaturen kommer op i faseområdet,
men mere vigtigt, som afsnittet ” 6.3.2. Kunstig modning”
viser, bliver legeringen modtagelig over for efterfølgende
kunstig eller naturlig modning. Dette antyder en mulighed for
at undgå det overmodnede punkt ”3” på figur 44, ved at lave en
legering der ligger tættere på linien ”1” på figur 45. Hvis man
antager at legeringen overgår til -fasen f.eks. ved 300 o C, vil
hårdhedsprofilet sandsynligvis se ud som på figur 46 og
legeringen vil kunne genskabe meget af den tabte styrke f.eks.
ved naturlig modning. Denne tese kan være meget interessant
at undersøge i efterfølgende projekter.
200
o
C
360
o
C
Figur 46. Tese

6.5.4. Estimering af HAZ-bredde
Siden 60´erne har en almindelig brugt tommelfingerregel til estimering af HAZ, været den såkaldte
one-inch-rule. Som navnet antyder, siger den regel at den varmepåvirkede zone strækker sig
25,4mm ud fra centerlinien af svejsningen. Det siger sig selv at det er en meget grov tilnærmelse af
virkeligheden, og hvis reglen bliver brugt i designfasen, kan den forsage overdimensionering af
emner. På figur 44 kan man ved hjælp af kurven for peaktemperaturen sammenholdt med
hårdhedsmålingerne, konkludere at ved svejseforsøgene der er udført i dette projekt, er den
varmepåvirkede zone ca. 17mm. Det har ikke været muligt at spore nogen sammenhæng mellem
denne værdi og de øvrige svejseparametre. Den matematiske model der er blevet opbygget i forrige
afsnit, kan også bruges til estimering af HAZ i andre emner. Ved at ændre materialedata og
godstykkelse m.m. i modellen, kan der produceres en tilsvarende kurve over peaktemperaturen.
I forrige afsnit er det sandsynliggjort at de metallurgiske ændringer i 7075, starter når temperaturen
overskrider 270 o C.
For modningshærdbare legeringer generelt, siger litteraturen [12] at denne temperatur er 250 o C-
270 o C. For ikke-modningshærdbare legeringer er den 360 o C-370 o C.
6.6. Fejlkilder
- Der er adskillige muligheder for fejlkilder vedrørende målingerne af temperaturen:
termoelementernes kontakt med svejseemnerne, elektriske forstyrrelser fra lysbuen,
standardafvigelse på hvert enkelt termoelement, unøjagtig kalibrering m.m. Et kvalificeret
gæt på præcisionen er 5 o C.
- Diamantindtrykkene ved hårdhedsmålingerne aflæses manuelt, hvilket kan bidrage med en
lille usikkerhed på 2 HV10.
- Hårdhedsmålingerne i svejsemetallet kan være påvirket af de små porer der var til stede.
- Ovnene varierer i temperaturen. Usikkerheden ligger på 8 °C.
- Under præparationen til mikroskopiundersøgelse bliver emnet udsat for en varmepåvirkning
på 175 o C i 10-15 min. ved indstøbningen.
- Der er en risiko for mekanisk deformation ved udskæring og slibning af emnerne.

6.7. Videregående forsøg
Der er mange muligheder for yderligere undersøgelser vedrørende svejsning i 7075. Til fremtidige
projekter bør man nok stræbe efter mere materiale til svejseforsøg end der har været til rådighed i
dette projekt, således et statistisk grundlag kan opnås. Følgende områder vil være interessante at
arbejde videre med:
- Fremstilling af tilsatsmateriale med bedre styrke, f.eks. med udgangspunkt i legeringen
5180.
- Undersøgelse af de problemer med spændingskorrosion der er rapporteret om i litteraturen.
- Udmattelsestestning.
- Trækprøvning og undersøgelse af brudmekanik.
- Sammenligning med nuværende sammenføjningsmetoder, såsom nitning.
- Undersøgelse om hurtig afkøling, lige efter svejsning har nogen betydning.
- Undersøgelse af struktur med elektronmikroskop.
- Undersøge tesen fremsat i afsnit ”6.5.2. Sammenligning mellem temperaturcyklus og
hårdhed” angående temperaturen hvor legeringen overgår til -fasen.

7. Konklusion
Der er i denne rapport lavet en analyse af effekterne ved svejsning i AA7075 T6.
Det er primært påvirkninger der relaterer til forandringer i styrken, der er blevet undersøgt.
- Det kan konkluderes at det svageste punkt efter svejsning ligger i selve svejsemetallet, på
trods af indkøb af tråd med høj styrke. Hårdheden for svejsemetallet lå på ca. 75 HV.
- Det svageste punkt i den varmepåvirkede zone lå på 120 HV. Det var ikke muligt at forbedre
denne hårdhed i nogen betydende grad, ved kunstig modning efter svejsning. Dog gav denne
behandling styrkeøgning andre steder i HAZ, uden nogen negative sideeffekter.
- Ved en ny modningshærdning efter svejsning var det muligt at fjerne alle spor af en
varmepåvirket zone.
- Bredden på den varmepåvirkede zone er ca. 17mm. Der blev fremstillet en model til
estimering af HAZ-bredde i andre emner og andre legeringer.
- Styrken begynder at falde markant når temperaturen kommer over 270 o C.
- Svejsefaktoren på 0,8 der er opgivet i DS 419 eurocode 9, er formentlig for optimistisk. Ved
brug af tilsatsmateriale 5183 er den helt nede på 0,41. Selv hvis der kan findes stærkere
tilsatsmateriale, bør den alligevel højst sættes til 0,66, da det er svækkelsen i HAZ.
- Ved mikroskopiundersøgelsen af den varmepåvirkede zone blev der fundet en sammenhæng
mellem nuancen af materialet og hårdheden. Jo mørkere/brunere det var, jo lavere var
hårdheden.
- Der konstateres umiddelbart ikke nogen svejsetekniske problemer så som varmerevner,
bindingsfejl m.m. ved svejsning. Dog forekommer der porer i svejsemetallet, men dette kan
have mange forskellige fejlkilder, og er ikke noget der specifikt relaterer til 7075.

8. Litteraturliste
[1] MIG fagprojekt. Af Anders Clausen m.fl.
Udarbejdet under Instituttet for Produktion og Ledelse, 2006.
[2] http://www.aluinfo.de/en/maerkte/80_388.htm
(Global produktion af aluminium). Forfattet af Gesamtverband der
Aluminiuminindustrie. Kilden er brugt d. 18-11-2006.
[3] www.matweb.com.
Material Property Database. Ejet af Automation Creations INC.
Kilden er brugt d. 15-8-2006.
[4] http://www.key-to-metals.com/Article55.htm
(Legeringselementers indflydelse). Skrevet for Key to Metals og INI international.
Kilden er brugt d. 10-9-2006.
[5] Aluminium Weld HAZ Fundamentals. Af Tony Anderson, Corporate Technical Training
Manager hos ESAB. Fra Welding Journal juli 2005.
[6] How to Avoid Cracking in Aluminium Alloys. Af Tony Anderson, Corporate Technical
Training Manager hos ESAB. Fra Welding Journal september 2005.
[7] RAP-SV-0036-01-Tilsatsmaterialer-til-aluminium. Af Steen Ussing ansat hos FORCE.
Rapport udarbejdet i forbindelse med SASAK-projektet.
[8] SASAK-håndbogen. Diverse forfattere.
Udarbejdet af FORCE Technology for Søfartsstyrelsen i 2001.
[9] Metals Handbook. Vol.7: Atlas of Microstructures of Industrial Alloys. Diverse forfatter.
8. Udgave. Udgivet for The American Society for Metals i 1972.
[10] Metallography of Aluminium Alloys. Af L.F Mondolfo.
Udgivet af John Wiley & Sons Inc., New York, 1943.
[11] Det fysiske grundlag for lysbuesvejsning. Af Palle Aastrup og Jens Klæstrup Kristensen.
FORCE Technology, 2003.
[12] SASAK-RAP-VA-AKS-FI-0001-01 “Aluminiums reaktion på varmepåvirkning – første
delrapport” Af Carsten J. Rasmussen og Steen Ussing. FORCE Technology, 1999.
[13] Mikrostruktur og egenskaber i svejst aluminium 6060 T6. Eksamensprojekt af Ersin
Yavuz. Udarbejdet for DTU under IPL, 2006.

[14] Aluminium Alloys: Structure and properties. Af L.F. Mondolfo.
Udgivet af Butterworths, London and Boston, 1976.
[15] Effects of heat-affected zone peak temperatures on the microstructure and properties of
2090 Al alloy. A.J. Sunwoo, E.L Bradley III and J.W. Morris Jr.
Fra Metallurgical Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science. Vol. 21A,
s. 2795-2804, 1990.
[16] DS/EN 30042
Lysbuesvejste samlinger i aluminium og dets svejsbare legeringer. Vejledninger om
kvalitetsniveauer ved svejsefejl. 1994.
[17] Filler alloy selection for aluminium welding. Af Tony Anderson, Corporate Technical
Training Manager hos ESAB. Svetsaren No. 3, 1999
[18] What you should know about welding aluminium. Lavet for firmaet Lincoln Electric Co.
Welding Journal, januar 2000.
[19] http://www.ime.auc.dk/~rml/Metal-noter.pdf (Metaller, Korrosion og
Overfladebehandling.) Af R. Mikael Larsen, Ålborg Universitet
Kilde brugt d. 12-10-2006.
[20] Aluminium. Af Jan Herman Reimers for Norsk Aluminium Company
Udgivet af Johan Grundt Tanum forlaget 1947.
[21] Metallurgical Modelling of Welding. Af Øystein Grong
Udarbejdet under The Institute of Materials, London, 1994.
[22] Svejsehåndbogen. 2. udgave.
Udgivet af firmaet Hede Nielsen A/S, 2001.
[23] Metalog Guide. Af L. Bjerregaard m. fl.
Udgivet Af Struers Tech A/S, 1992.
[24] Metallurgi for Ingeniører. Af Conrad Vogel m.fl.
Polyteknisk forlag. 9. udgave, 2001.
[25] Metallurgy of Aluminium Alloys. Af Marc Van Lancker.
Chapman and Hall Ltd. London, 1967.
[26] Lättmetallboken. Alf Grabe m.fl.
Albert Bonniers Förlag Stockholm, 1957.
[27] Letmetaller. Af Dansk Metallurgisk Selskab
Randers, Vintermødet 1992.
[28] Metallurgisk Procesteknologi. Af Dansk Metallurgisk Selskab.
Helsinge, vintermødet 1991.

[29] Maskin Ståbi. Af Helge Krex m.fl.
Ingeniøren-Bøger. 8. Udgave, 1. oplag, 2002.
[30] Samtale med Project Manager Carsten Jørn Rasmussen fra FORCE Technology.
[31] The Theory of Moving Sources of Heat and Its Application
to Metal Treatments. Af D. Rosenthal. Trans. ASME , vol 68, issue 8, 1946, pp849-865.