Schweißen von Aluminium

Wärmeleitung beim Aluminiumschweißen: eine Frage des Gleichgewichts

Aluminium ist für seine hohe Wärmeleitfähigkeit bekannt. Dies ist einer der Gründe für seine weitverbreitete Verwendung in Bereichen wie der Herstellung von Kühlkörpern, Pfannen und Wärmetauschern sowie in der Luft- und Raumfahrt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials hat jedoch auch Nachteile, die das Schweißen zu einer besonderen Herausforderung machen. Beim Schweißbeginn entweicht die Wärme schnell aus dem Schweißbereich. Die Folge sind ein langsames Aufheizen, ein nur schwer zu bildendes Schmelzbad und mitunter ein instabiler Lichtbogen.

Sobald das Werkstück jedoch die gewünschte Temperatur erreicht hat, ändert sich alles. Die Wärme konzentriert sich nun stärker um das Schmelzbad, das Schmelzbad fließt leichter und kann sich plötzlich sogar zu schnell bewegen. Mögliche Folgen sind eine zu breite, durchhängende oder gar durchgebrannte Schweißnaht.

Für eine schöne und effektive Aluminiumschweißung ist daher das richtige Gleichgewicht entscheidend: ausreichend Energie für die Bildung eines Schmelzbads, aber nicht zu viel, sobald das Material die gewünschte Temperatur erreicht hat. Stromstärke und Schweißgeschwindigkeit sind daher unerlässlich. Moderne Schweißgeräte mit erweiterten Einstellungsmöglichkeiten können dabei helfen, ebenso wie ein Fußpedal beim WIG-Schweißen. Wer das Wärmemanagement beherrscht, erzielt eine perfekte Schweißnaht.

Aluminiumoxide

Aluminium reagiert stark mit Sauerstoff. Sobald es mit Sauerstoff in Kontakt kommt – was fast unmittelbar nach der Herstellung geschieht –, reagiert es sofort und bildet eine Oxidschicht. Diese Schicht aus Aluminiumoxid ist hart und dünn. Diese Oxidschicht stellt die größte Herausforderung beim Schweißen von Aluminium dar. Sie schmilzt erst bei etwa 2.050 °C, Aluminium selbst hingegen bereits bei etwa 660 °C. Aufgrund dieses großen Unterschieds der Schmelzpunkte kann dies beim Schweißen zu Problemen führen. Die Oxidschicht bleibt intakt, während das darunterliegende Aluminium bereits geschmolzen ist. Wird die Oxidschicht nicht entfernt oder aufgebrochen, können Poren oder Einschlüsse in der Schweißnaht entstehen.

Daher ist Folgendes wichtig:

Entfernen Sie die Oxidschicht unmittelbar vor dem Schweißen mit einer Edelstahl-Drahtbürste, einem Schaber oder einem Schneidwerkzeug.

Entfernen Sie Fett und Schmutz mit Aceton.

MIG-Schweißen

Das MIG-Schweißen ist das Verfahren der Wahl für hohe Produktivität bei Aluminium. Es eignet sich ideal für Blechdicken ab 3 mm und findet breite Anwendung in der Serienfertigung, im Schiffbau, im Transportwesen und im Schwerlastbau.

• Strom und Polarität: Geschweißt wird mit Gleichstrom (DC+).
• Schutzgas: Üblicherweise 100 % Argon. Bei dickeren Werkstoffen kann jedoch ein Argon-Helium-Gemisch (bis zu 75 % He) verwendet werden, um den Einbrand zu vertiefen. Helium erhöht die Lichtbogentemperatur, verbessert den Wärmeübergang und beeinflusst die Lichtbogeneigenschaften.
• Drahtvorschub: Aufgrund der Weichheit von Aluminium sind Push-Pull-Systeme unerlässlich, um Probleme beim Drahtvorschub zu vermeiden.
• Technik: Die Verwendung eines Impulslichtbogens reduziert Spritzer, verbessert die Kontrolle und ist besonders für dünnwandige Werkstücke geeignet.
• Schweißposition: Für optimale Ergebnisse wird häufig horizontal/von unten geschweißt.

TIG/WIG-Schweißen

Das TIG/WIG-Schweißen ist das Verfahren der Wahl für hochpräzise und ästhetisch ansprechende Aluminiumverbindungen. Es eignet sich ideal für dünnwandige Bauteile, sichtbare Bereiche, Reparaturen und Prototypenbau, wo Genauigkeit wichtiger ist als Geschwindigkeit.

• Stromstärke und Polarität: Fast immer Wechselstrom (AC). Die positive Sinuswelle (DC+) durchdringt die Oxidschicht und reinigt das Schmelzbad, während die negative Sinuswelle (DC-) für Einbrand und Wärme sorgt.
• Schutzgas: Wie beim MIG-Schweißen wird 100 % Argon oder ein Argon-Helium-Gemisch verwendet.
• Technik: Moderne WIG-Schweißgeräte bieten erweiterte Einstellmöglichkeiten wie Frequenzregelung und Balanceeinstellung, um das Verhältnis zwischen Reinigung und Einbrand zu optimieren.
• Elektrode: Wolframelektroden (rein oder legiert mit Lanthan/Zirkonium/Yttrium) werden für Stabilität beim Wechselstromschweißen verwendet.
• Schweißpositionen: WIG-Schweißen bietet in allen Schweißpositionen hervorragende Kontrolle.

Bei der Herstellung von Aluminiumschweißdraht ist der Oberflächenzustand des Drahtes entscheidend für die Qualität der Schweißnaht. Aluminium oxidiert schnell bei Kontakt mit Sauerstoff. Diese Oxidschicht (Al₂O₃) kann zu Porosität, Einschlüssen und einer geringeren Schweißnahtqualität führen. Daher wird der Reinigung des Schweißzusatzwerkstoffs während des Herstellungsprozesses große Aufmerksamkeit gewidmet.