Sperrskiktbildning
Sperrskiktbildning är uppkomsten av spröda intermetalliska faser (t.ex. Fe2Al5) direkt i fogzonen när aluminium och stål kortvarigt smälter vid svetsning. Detta hårda, sprickbenägna skikt separerar de två materialen och bryts omedelbart vid belastning.
Fysikalisk-kemisk verkningsmekanism
Vid gränsytan mellan flytande aluminium och fast stål diffunderar järn- och aluminiumatomer in i varandra. Vid avsvalning bildas spröda intermetalliska faser som FeAl3 eller Fe2Al5. Dessa faser har en mycket ordnad kristallstruktur utan glidplan och når hårdheter upp till 1000 HV. Skiktets tjocklek växer exponentiellt med ökande temperatur och kontakttid. Snabb avsvalning fryser in ett tunt men hårt skikt.
Metallurgisk relevans & risker vid svetsning
Det spröda skiktet har nästan ingen formbarhet. Under krympspänningar vid avsvalning spricker det direkt längs skiktet. Förbandet går sönder redan vid låg belastning. Från en skikttjocklek på ungefär 10 µm blir hela svetsfogen oanvändbar. Den olika värmeutvidgningen hos aluminium och stål skapar extra spänningar. Porer kan uppstå om oxider eller fukt innesluts i fogzonen.
Verkstadspraxis & åtgärder
Bildningen av spärrskikt kan bara minimeras, inte helt förhindras. Håll kontakttiden för smältbadet under 0,5 sekunder. Begränsa värmeinmatningen genom kort ljusbåge, hög svetshastighet och låg ström. Målet är en intermetallisk skikttjocklek under 5 µm. Använd övergångsstycken av explosivpläterad aluminium-stål eller använd friktionssvetsning eller lasersvetsning med exakt energistyrning. Rengör fogytorna noggrant och avlägsna oxidskikt. Undvik förvärmning av stålet, eftersom värme påskyndar diffusionen.