Schweißen von Aluminium

Der Einsatz von Aluminium und seinen Legierungen nimmt ständig zu. Auch in der Zukunft ist mit einem überproportionalen Zuwachs und der Substitution von Stahl speziell, aber nicht nur, im Mobilitätsbereich zu rechnen. Die steigenden Energiekosten machen den Leichtbau zunehmend wirtschaftlich. Dies führt dazu, dass Fertigungsbetriebe von der Verarbeitung von Stahl auf Aluminium umsteigen oder direkt Aluminiumverarbeiter neu entstehen.

Da die Fertigungsprozesse und die verwendeten Begriffe von Stahl oft nur wenig abweichen, werden allzu oft grundlegende Fehler in der Verarbeitung gemacht, welche zu teurer Nacharbeit, Ausschuss und Terminverzug führen. Tatsächlich sind viele Eigenschaften von Aluminium geradezu entgegengesetzt zu Stahl und deren Kenntnis ist für eine sichere Verarbeitung unbedingt nötig.

Physikalische Größen von chemisch reinem Aluminium (im Vergleich zu Eisen)

Auswirkungen der Unterschiede in den physikalischen Größen von Stahl zu Aluminium auf das Schmelzschweißen

Die Unterschiede in Dichte, Elastizitätsmodul und der Festigkeit sind für das praktische Schweißen kaum von Relevanz, natürlich jedoch für die Konstruktion der Bauteile.

Die gute elektrische Leitfähigkeit von Aluminium kann zu Schwierigkeiten beim Zünden des Lichtbogens führen und die ebenso hohe Wärmeleitfähigkeit zu Bindefehlern am Nahtanfang und zu vorlaufender Schweißwärme. Auf diese Aspekte wird in weiterer Folge detailliert eingegangen. Die gute Wärmeleitfähigkeit kann ebenso zu einer starken Erwärmung von Schweißvorrichtungen und damit zu Dimensionsabweichungen führen, denen mit einer entsprechend stabilen Ausführung und eventuell einer zusätzlichen Kühlung begegnet werden muss. Grundsätzlich führen hohe Wärmeleitfähigkeit und Ausdehnungskoeffizient zu einem stärkeren Verzug beim Schweißen von Aluminium. Dies ist in Konstruktion und im Vorrichtungsbau zu berücksichtigen.

Ein ganz besonderes Augenmerk ist auf die Oxidschicht und die Löslichkeit von Wasserstoff zu richten.

Aluminium bildet an Atmosphäre sofort eine Oxidschicht im Wesentlichen aus amorphem Al2O3. Sie besteht aus zwei übereinander liegenden Teilschichten, und zwar

• einer nahezu porenfreien Grund- oder Sperrschicht aus amorphem Aluminiumoxid und
• einer porösen wasserhaltigen Deckschicht mit geringen kristallinen Anteilen an Al-Hydroxiden und Bayerit.

Die Dicke der Oxidschicht nimmt mit Zeit, Temperatur und Sauerstoffangebot zu. Obwohl die Oxidschicht sehr dicht ist, einen Schmelzpunkt von ca. 2.300° Celsius aufweist und die Aluminiumoberfläche vor weiterer Korrosion schützt, kann diese auch porös sein und Feuchtigkeit aufnehmen.

Der Oberflächenzustand von Aluminium beeinflusst beim MIG- und WIG-Schweißen

• die Lichtbogenstabilität (für einen stabilen Lichtbogen ist das Vorhandensein von Al-Oxid notwendig)
• die Geometrie des Lichtbogenbrennflecks
• den Spannungsabfall im Lichtbogen und damit die Lichtbogenlänge
• die Schweißnahtgeometrie
• die Schweißnahtgüte
• die Reproduzierbarkeit des Prozesses speziell beim mechanisierten Schweißen

Da die Ausbildung der Oxidschicht aufgrund der extrem geringen Dicken im Nanometerbereich in der Praxis derzeit kaum messbar ist bleibt oft nur die Möglichkeit durch chemische Methoden (Beizen) die Oxidschicht vollständig zu entfernen und durch Lagerung unter definierten Umgebungs- und Zeitbedingungen beim nachfolgenden Schweißen eine definierte Schichtdicke zu erzielen.

Bemerkenswert ist ferner, dass die Dichte des Aluminiumoxids im Vergleich zum Metall höher ist. Bei Eisen haben die Oxide ein geringeres Gewicht als das Metall und schwimmen deshalb beim Schmelzschweißen auf der Oberfläche. Bei Aluminium sinken die Oxide im Schmelzbad nach unten und können Oxideinschlüsse verursachen.

Von allen Gasen ist in Aluminium nur Wasserstoff löslich. Verglichen mit der Löslichkeit von Gasen in Eisenlegierungen ist das Lösungsvermögen gering.

Die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminium hängt von dessen Legierungsgehalt und von der Temperatur ab. Die gelöste Menge wird zusätzlich vom Wasserstoffangebot bestimmt, das in der Regel als Wasserstoffpartialdruck angegeben wird. Die gelöste Menge wird üblicherweise in ml des gelösten Gases pro 100 g Metall angegeben. (1013 mbar und 0° Celsius; 1 ppm = 1,1124 ml/100g)

Da die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminium während der Abkühlung bei einer Temperatur von ca. 600 °C sprungartig (1:20) abnimmt, kommt es während der Erstarrung des Schmelzgutes häufig zu Poren bedingt durch Wasserstoff. Bei Reinaluminium ist die Porenanfälligkeit am gravierendsten, während bei den Legierungen der Löslichkeitssprung geringer ist. Dies führt naturgemäß zu geringerer Porosität.

Diese Umstände führen dazu, dass das Vorhandensein von Wasserstoffporen beim MIG-Schweißen von Aluminium nahezu unvermeidbar ist. Poren haben negative Auswirkungen auf die statische und dynamische Festigkeit der Verbindung und können auch sonst störend sein. Beim mechanischen Abarbeiten der Nähte treten die Poren zutage und stören aus optischen Gründen oder Verringern die Lackhaftung.

Abnahmeorgane bei abnahmepflichtigen Bauwerken finden die Beurteilung schwierig, ob die Porigkeit noch akzeptabel ist oder nicht und sowohl Hersteller als auch Kunden finden es einfach handwerklich inakzeptabel.

Die grundsätzliche Lösung liegt darin, das Wasserstoffangebot so gering wie möglich zu halten. Allgemein wird ein Wasserstoffgehalt von ca. 0,2 bis 0,3 ml/100g als die Obergrenze dafür gehalten, das keine oder kaum Poren auftreten. Dieser Grenzwert wird in der Praxis häufig erheblich überschritten. Quellen des Wasserstoffs sind Grundwerkstoff, Zusatzwerkstoff, Schutzgas, Atmosphäre. Eine möglichst saubere Lagerung und Verarbeitung der Werkstoffe, Vorbehandlung der Oberflächen und Vermeidung aller sonstigen Wasserstoffquellen sind oberstes Gebot.

Aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften ist der Oberflächenbehandlung der Grund- und Zusatzwerkstoffe beim Schutzgasschweißen von Aluminium ein weitaus höherer Stellenwert zuzuschreiben als beispielsweise bei Stahl. Die Frage, ob eine Reinigung vor dem Schweißen erforderlich ist, kann nur so beantwortet werden: Wenn porenarme, hochfeste und konstante Schweißnähte erzielt werden sollen, ist eine gründliche Reinigung nach erprobten, festgelegten und reproduzierbaren Verfahrensabläufen unbedingt erforderlich.

Wir haben die folgenden grundlegenden Richtlinien für die Lagerung, Reinigung, Nahtvorbereitung und das Schweißen zusammengestellt.

Lagerung und Handling

Grundwerkstoffe

Bleche und Profile sollen vertikal und mit einem genügenden Abstand zueinander gelagert werden, um eine ausreichende Luftzirkulation zu ermöglichen und Kontaktpunkte zueinander zu vermeiden. Das Lager muss überdacht und vorzugsweise beheizt sein, wobei die Temperatur möglichst konstant zu halten ist. Eine kontrollierte Luftfeuchtigkeit ist wünschenswert.

Zusatzwerkstoff

Ein beheizter Lagerraum mit konstanter Temperatur und falls möglich kontrollierter Luftfeuchtigkeit ist von großer Bedeutung. Vor der Verarbeitung sind die Schweißzusätze für mindestens 24 Stunden in der gleichen Umgebung wie die Grundwerkstoffe in Originalverpackung aufzubewahren, um eine Anpassung der Temperatur mit der Umgebung zu ermöglichen. Ein Schutz vor Staub und anderer Verschmutzung muss jederzeit gewährleistet sein.

Kondensation

Die atmosphärischen Einflüsse von Luftfeuchtigkeit und Temperatur können zu verschiedenen Jahreszeiten die Fertigungsbedingungen entscheidend verändern. So wie Feuchtigkeit auf einem kühlen Bierglas kondensiert kann dies auch auf Aluminiumoberflächen auftreten. Dafür maßgebend ist der Temperaturunterschied zwischen Luft und Metall, sowie die relative Luftfeuchtigkeit. In der folgenden Tabelle wird der Taupunkt bei verschiedenen Temperaturunterschieden und Luftfeuchten beispielsweise angegeben.

Kondensation von Wasser in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz von Metall zu Luft

Beispiel: Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % kondensiert Feuchtigkeit auf der Metalloberfläche bei einem Temperaturunterschied von nur 5 °Celsius. Das Auftreten von Kondensation ist unbedingt zu vermeiden.

Nahtvorbereitung

Plasmaschneiden

Es ist auf einen möglichst konzentrierten Lichtbogen und auf eine geringe Wärmeeinbringung zu achten. Speziell bei Legierungen der Gruppen 2XXX, 6XXX, und 7XXX kann es in der Wärmeeinflusszone zur Rissbildung kommen und die anschließende mechanische Abarbeitung der Schnittkante bis zu 3 mm und mehr wird erforderlich. Legierungen der Gruppen 1XXX, 3XXX, und 5XXX können hingegen meist ohne weitere Bearbeitung verschweißt werden.

Mechanische Bearbeitung

Drehen, Fräsen und andere spanabhebende Verfahren sind grundsätzlich am besten geeignet. Schmier- oder Kühlmittel dürfen jedoch nicht verwendet werden und die Werkzeuge müssen scharfe Schneidkanten aufweisen, um das Schmieren des Metalls zu vermeiden.

Beim Sägen und Schleifen sollen ausschließlich Produkte verwendet werden, welche vom jeweiligen Hersteller für Aluminium empfohlen werden. Beim Bürsten ist darauf zu achten, dass Edelstahlbürsten verwendet werden, um Einschlüsse von Kohlenstoffstahl im Grundwerkstoff zu vermeiden. Der Drahtdurchmesser der Bürsten soll zwischen 0,1 und 0,25 mm bei den weicheren Aluminiumlegierungen und zwischen 0,25 und 0,4 mm bei den härteren Legierungen liegen. Zu dünne Drähte werden an deren Enden häufig verbogen und sind dann nicht mehr in der Lage, die Verunreinigungen tatsächlich zu entfernen, sondern „verschmieren“ diese dann nur mehr. Zu dicke Drähte erzeugen zu tiefe Riefen im Werkstoff. Ähnliche Gesichtspunkte sind beim Reinigen durch Sandstrahlen zu berücksichtigen. Die Auswahl des Strahlguts soll mit dem Hersteller abgestimmt werden. Luftdruckwerkzeuge sollen ihre Abluft nach hinten auslassen, um eine Kontamination der Oberfläche mit Öl zu vermeiden.

Chemische Reinigung

Die Reinigung der zu fügenden Bauteile soll möglichst kurz vor dem Schweißvorgang  durchgeführt werden. Mögliche Reinigungsmethoden sind das Beizen in alkalischen Lösungen und der Einsatz von Lösungsmitteln auf Kohlenwasserstoffbasis (Alkohol, Aceton etc.). Trotz des hohen Aufwandes ist dem Beizen der Vorzug zu geben. Der Einsatz von Lösungsmitteln ist in vielen Fällen aufgrund des Arbeitsschutzes bedenklich, da Rückstände von Lösungsmitteln durch den Lichtbogen in gesundheitsschädliche Gase und Dämpfe umgewandelt werden.

Allgemeines

Das Schmelzschweißen von Aluminium bezogen auf die Menge des abgesetzten Zusatzes wird hauptsächlich mit dem MIG (Metall Inert Gas)-Prozess durchgeführt. Neben dem MIG-Schweißen hat das WIG (Wolfram Inert Gas)-Schweißen eine größere Bedeutung im Behälter- und Apparatebau und bei der Verarbeitung von Blechdicken unterhalb von 2 mm. Gegenwärtig erfolgt jedoch speziell im Blechdickenbereich unterhalb von 2 mm eine Substitution des WIG–Schweißens durch das MIG–Schweißen. Der Grund dafür liegt in den Fortschritten der MIG-Impulsschweißtechnik, welche es ermöglicht dünnere Bleche prozesssicher zu verarbeiten.

Die Gemeinsamkeit des MIG- mit dem WIG-Prozess liegt im inerten Schutzgas (Argon, Helium oder Gemische aus Argon und Helium) und dem Schmelzbad. Die hauptsächlichen Unterschiede liegen in der Elektrode und der verwendeten Stromquelle. Während beim MIG-Schweißen als Elektrode der Zusatzwerkstoff selbst verwendet wird und die Stromquelle eine Konstantspannungscharakteristik aufweist, wird beim WIG-Schweißen eine nicht abschmelzende Wolframelektrode verwendet und die Stromquelle weist eine Konstantstromcharakteristik auf.

Während das MIG-Schweißen sehr gut mechanisierbar (Roboter) ist, ist dies beim WIG-Schweißen nur bedingt möglich. Deshalb und wegen der grundsätzlich höheren Abschmelzleistung des MIG-Prozesses erfährt das MIG-Schweißen zukünftig eine weiterhin zunehmende Bedeutung.

Zusatzwerkstoffe

Die Auswahl des richtigen Schweißzusatzes kann aufgrund der Tabellen in diesem Katalog oder mit dem Werkstoffrechner vorgenommen werden. Diese Hilfsmittel können jedoch nicht alle konstruktiven und metallurgischen Besonderheiten und den Festigkeitszustand des Grundwerkstoffes berücksichtigen. Aus diesem Grund kann auf eigene Untersuchungen und Versuche vor einer Produktionsfreigabe in vielen Fällen nicht verzichtet werden. Die Qualität und die Prozeßsicherheit des Fügevorganges kann mit der Qualität des Zusatzwerkstoffes in unmittelbaren Zusammenhang gebracht werden.

MIG-Schweißen

Zusatzwerkstoffe von MIGAL.CO sind hochrein und weisen eine spezielle Oberflächenbehandlung auf. Beim MIG-Schweißen ist der Zusatzwerkstoff auch gleichzeitig die Elektrode und wird in einem automatischen Prozess von der Drahtspule über ein Drahtvorschubsystem durch ein Brennerschlauchpaket und ein Kontaktrohr dem Lichtbogen zugeführt. Der Schweißstrom wird der Drahtelektrode erst kurz vor dem Lichtbogen übergeben. Die Gleiteigenschaft und die Reinheit der Oberfl äche sind für einen störungsfreien Ablauf der Drahtförderung ausschlaggebend und MIGAL.CO- Drahtelektroden sind dafür optimiert. Sie zeichnen sich durch einen stabilen und reproduzierbaren Zündvorgang und durch einen geringen Gleitwiderstand im Schlauchpaket aus. Ein sehr angenehmer Nebeneffekt der Oberflächenreinheit ist die deutlich geringere Bildung von Schweißrauch, welcher in nicht unbeträchtlichem Maße durch die Verdampfung von Unreinheiten der Drahtoberfläche entstehen kann. Schweißnähte mit MIGAL.CO-Drahtelektroden zeichnen sich durch geringste Porosität und höchstmögliche Festigkeit aus.

Die Drahtfördereinrichtung ist gemäß den Vorschriften des Geräteherstellers für die Verarbeitung von Aluminium auszustatten. Das betrifft die Formgebung der Drahtvorschubrollen, die Verwendung von Kunststoffseelen und die Auswahl der Kontaktrohre.

Gegenüber der Verarbeitung von Stahldrähten ist der Innendurchmesser des Kontaktrohres größer zu wählen. Beispielsweise hat sich ein Bohrungsdurchmesser von 1,6 mm des Kontaktrohres für 1,2 mm Drahtdurchmesser bewährt. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Drahtelektrode auf ihrem Weg von der Spule bis zum Lichtbogen an keiner Stelle scheuert und deren Oberfläche nicht beschädigt wird. Weiters ist zu beachten, dass Reinaluminium und Aluminium- Silizium-Legierungen weicher als Aluminium-Magnesium-Legierungen sind und deshalb bei ausschließlich geschobenen Drahtvorschubsystemen mit kürzeren Brennerschlauchpaketen verarbeitet werden sollen. Eine Länge von 3 m des Brennerschlauchpaketes soll in diesem Fall nicht überschritten werden, wogegen dieses bei AlMg-Legierungen eine Länge von 4 m erreichen darf. Bei mechanischen und automatischen Schweißprozessen (Roboter und Automaten) sollen Brennerschlauchpaketlängen von 1,5 bis 2 m nicht überschritten werden und im Interesse eines störungsfreien Ablaufes ist der Einsatz von gezogenen Drahtvorschubsystemen (Drahtantrieb im Schweißbrenner) oder kombinierten Systemen (Push-Pull) zu empfehlen.

Drahtvorschubsysteme für MSG-Schweißanlagen wurden zunächst für die Förderung von Stahldrähten entwickelt, ebenso wie meistens alle anderen Schweißbedingungen aus der Stahlschweißung abgeleitet wurden. Stahldrähte haben generell eine gute Gleitfähigkeit und eine hohe Knicksteifigkeit. Beides gilt für Aluminium nicht. Dies macht speziell die Förderung der weichen AlSi und der Reinaluminiumlegierungen sehr schwierig. Keinesfalls dürfen Aluminiumdrähte durch eine Drahtführungsseele gezogen werden, da es dadurch zu einer selbstverstärkenden Bremswirkung kommt.

Während es bei Drahtvorschubsystemen mit 7 kg (B300 oder S300) Spulen kaum notwendig ist, den Draht durch eine Drahtführungsseele zu ziehen, ist dies bei Großspulensystemen sehr oft der Fall. Um dieser Problematik zu begegnen, wurden in den vergangenen 5 Jahren Abspulsysteme mit Push-Push Antrieb entwickelt. Bei derartigen Systemen wird entweder die Drahtspule angetrieben und direkt von einer Drahtfördereinheit übernommen oder der Draht aus unmittelbarer Nähe aus einer Fassspule gezogen. Die dem Drahtgebinde direkt zugeordnete Drahtfördereinheit schiebt die Drahtelektrode in die Drahtführungsseele mit Überschuss (Push). Eine zweite Drahtfördereinheit befindet sich direkt am Schweißbrenner und gibt die Prozessdrahtgeschwindigkeit vor. Diese schiebt den Draht das letzte kurze Stück bis zur Stromkontaktdüse (Push).

Zum Abspulen von B-400 40 kg Spulen sind spezielle Abspulvorrichtungen notwendig, während dies bei unseren ÖKO- und Jumbo-Fässern nicht notwendig ist. Es ist jedoch auf eine möglichst kurze Verbindung des Fasses mit dem Drahtvorschubgerät (siehe Abbildung) zu achten. Falls längere Verbindungen zwischen Fass und Drahtvorschubgerät notwendig sind empfehlen wir unseren Rolliner. Wir beraten Sie gerne.

Aluminium hat eine wesentlich bessere elektrische Leitfähigkeit als Stahl. Dadurch ist es schwierig im Kurzschluss eine ausreichende ohmsche Erwärmung (I2*R) des Drahtendes zu erhalten, um das Schutzgas zu ionisieren und den Lichtbogen zu zünden. Zusätzlich sind die Oberflächen mit einer harten und isolierenden Aluminiumoxidschicht versehen welche vor dem Kurzschluss erst durchbrochen werden muss. Bei konventionellen MIG-Stromquellen konnte dieses Zündproblem oft nur durch speziell optimierte Drosseln teilweise gelöst werden. Durch die Fortschritte der elektronischen Stromquellen ist es möglich geworden den Zündstrom ausreichend schnell ansteigen zu lassen und anschließend rasch zu den Prozessparametern zurückzukommen.

Seit einigen Jahren ist auch eine Lichtbogenzündung mit Drahtrückzug verfügbar. Dabei wird die Drahtelektrode langsam zum Werkstück gefördert bis der Kurzschluss entsteht. Anschließend wird die Elektrode einige Millimeter zurückgezogen und ein zunächst leistungsarmer Lichtbogen gezündet. In weiterer Folge wird der Lichtbogen rasch auf die gewünschten Prozessparameter gebracht. Dadurch bietet sich die Möglichkeit den MIG-Lichtbogen typischerweise spritzerfrei und innerhalb eines engen Zeitfensters zu zünden. Diese Art der Lichtbogenzündung ist jedoch auf einen Drahtantrieb in unmittelbarer Nähe des Schweißbrenners angewiesen um den Draht exakt bewegen zu können. Dies führt zu einem größeren und schwereren Brenner mit Nachteilen sowohl in teilmechanisierten als auch mechanisierten Anwendungen.

Bedingt durch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist es nach dem Zünden des Lichtbogens sehr schwierig ausreichend Wärme zuzuführen um den Grundwerkstoff aufzuschmelzen. In weiterer Folge des Schweißprozesses läuft die Wärme im Werkstück derart rasch vor, dass am Nahtende ungünstige Bedingungen für eine saubere Endkraterfüllung entstehen. Zu diesem Zweck wurden von den Stromquellenherstellern Stromprogramme in die Ablaufsteuerung integriert, wodurch am Nahtanfang erhöhte und am Nahtende reduzierte Lichtbogenleistungen eingestellt werden können.

Dies führt tatsächlich zu einer Verbesserung, wenngleich dennoch nicht mit Sicherheit Anfangsbindefehler, Poren und Endkraterrisse vermieden werden können. Erhöhte Lichtbogenleistung geht beim MSG-Schweißen immer auch mit einem höheren Drahtangebot (Drahtvorschubgeschwindigkeit) bzw. am Nahtende mit geringerer Drahtzufuhr einher. Genau das umgekehrte Verhältnis wäre erforderlich.

Falls möglich sollten deshalb folgende zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden:

• Verwendung von Anlauf- und Auslaufblechen
• Zünden bzw. Beenden der Schweißnaht im Grundwerkstoff
• Vorwärmen
• Gekühlte Schweißvorrichtungen

Bei vielen Anwendungen (Paletten für die chemische und Nahrungsmittelindustrie, Leitern, Gerüste) stört der schwarze Niederschlag. Dieser ist zwar relativ einfach durch Bürsten zu entfernen, erfolgt jedoch zusätzliche Arbeitsgänge die an schlecht zugänglichen Stellen oft nur manuell durchzuführen sind.

Der Niederschlag erfolgt aufgrund der Verdampfung und anschließenden Absetzung von Magnesiumoxid. Magnesium ist ein Legierungselement von Aluminium welches die Festigkeit des Werkstoffes beträchtlich erhöht und in der Regel unverzichtbar ist.

Magnesiumoxid ist meist in weißer Form bekannt. Eine EDS-Analyse beseitigt jedoch jeden Zweifel, dass es sich dabei um MgO handelt, welches neben seiner weißen Erscheinungsform auch Farben über grau, gelb, braun bis hin zu schwarz annehmen kann.

Folgende Möglichkeiten bestehen um die MgO-Bildung zu reduzieren:

• Einsatz von Drahtelektroden mit geringem oder ohne Mg-Gehalt (AlMg3, AlSi5)
• Optimierte Impulsparameter für möglichst geringe Metalldampfbildung
• Vermeidung schlechter Nahtzugänglichkeit und daraus folgender ungünstiger Brenneranstellung
• Sichere Schutzgasabdeckung um die Zufuhr von Sauerstoff gering zu halten

MIG Schweißen

Drahtabrieb an metallischen Kanten

Es muss sichergestellt sein, dass die Drahtelektrode während der Förderung von der Spule bis zum Kontaktrohr nicht über harte bzw. metallische Kanten gleitet und dadurch beschädigt wird. Neuralgische Punkte sind beispielsweise in den nebenstehenden schematischen Abbildungen dargestellt. Führungsrohre und Einlaufdüsen nahe den Vorschubrollen sind oft nicht präzise genug eingestellt, haben einen zu kleinen Durchmesser, oder weisen einen Grat auf.

Ähnliches gilt für die Kontaktrohre, die in häufigen Fällen nicht für weiche Drähte geeignet sind. Der Bohrungsdurchmesser von Kontaktrohren muss für Aluminium um ca. 0,2 mm größer sein als bei Stahl. Kontaktrohre für Stahl sind meist um ca. 0,15-0,2 mm größer gebohrt als der Drahtdurchmesser, was somit bedeutet, dass Kontaktrohre für Aluminium um ca. 0,35-0,4 mm größer als der Durchmesser des Drahtes gebohrt sein müssen.

Falsch ausgeführte Drahtvorschubrollen

Drahtvorschubrollen für Aluminium und Kupferdrähte müssen vom Hersteller speziell für Aluminium hergestellt sein. Häufig wird eine sogenannte Halbrundnut oder ähnliche Nutform angeboten.

Die Abbildung zeigt häufige Fehler in Verbindung mit Drahtvorschubrollen. Der Anpressdruck der Drahtvorschubrollen muss so gering wie möglich eingestellt werden. Keinesfalls darf dieser bei auftretenden Vorschubstörungen erhöht werden, sondern es muss nach den Gründen für diese Störungen gesucht und diese behoben werden.

Feuchtigkeit und Undichtheit in den Gasschläuchen

Häufig ist festzustellen, dass die Ursache für Wasserstoffporosität im Zustand der Gasschläuche begründet ist. So kommt es vor, dass Gas- und Wasserschläuche vertauscht wurden und so Wasser in die Gasschläuche gelangt ist. Grundsätzlich sollen Gasschläuche nach einem derartigen Vorkommnis ausgetauscht werden, da ein vollständiges Trocknen nicht mehr möglich ist. Ein weiterer Grund für Feuchtigkeitsaufnahme liegt in porösem oder ungeeignetem Schlauchmaterial.

Gemäß dem Fick`schen Gesetz diffundieren Massen (Gase) auch durch sonst scheinbar dichte Materialen hindurch, falls innen ein geringerer Partialdruck der jeweiligen Komponente herrscht als außen. Feuchtigkeit in der Außenluft diffundiert somit durch eine Schlauchwand, wenn sich innen trockenes Schutzgas befindet. Abhilfe kann lediglich durch eine möglichst geringe Permeabilität des Schlauchmaterials, durch kurze Schläuche und durch eine größere Wanddicke geschaffen werden.

Verschmutzung

Die Drahtvorschubsysteme und speziell alle Teile, die mit der Drahtelektrode in Kontakt kommen, müssen sehr sauber gehalten werden. Die Verwendung von Schmiermitteln und von Schweißspray sind unbedingt zu vermeiden. Die Drahtspulen müssen immer abgedeckt werden und vor Staub und Feuchtigkeit geschützt sein.

Reibung im Drahtfördersystem

Aluminium hat grundsätzlich sehr schlechte Gleiteigenschaften. Dennoch ist es beim MIG-Schweißen notwendig den Draht durch mehrere Meter lange Drahtführungsseelen zu fördern. Dem Werkstoff der Drahtführungsseelen kommt daher große Bedeutung zu. Bei geöffneten Spannhebeln der Drahtvorschubrollen muss es möglich sein den Draht durch Festhalten mit 2 Fingern und mäßigem Kraftaufwand durch das gesamte Vorschubsystem hindurch zuschieben. Einen guten Anhaltspunkt für die Reibung im Drahtfördersystem findet sich bei modernen Schweißstromquellen durch die Messung des Motorstroms des Vorschubmotors. Dieser soll kaum über dem Leerlaufwert liegen und soll regelmäßig überwacht werden.

Zu langer Lichtbogen

Die Einstellung eines zu langen Lichtbogens führt häufig zur Aufnahme von großen Mengen an Atmosphäre in die Lichtbogensäule. Daraus resultiert Porosität und Oxideinschlüsse. Somit müssen die Schweißparameter stets so optimiert werden, dass ein möglichst kurzer Lichtbogen eingestellt ist. Dazu ist häufig viel Erfahrung und die Einflussnahme des Schweißanlagenherstellers nötig.

WIG-Schweißen

Beim WIG-Schweißen ist zusätzlich darauf zu achten, dass auch angebrochene Packungen von Schweißstäben immer verschlossen bleiben und vor Feuchtigkeit und Staub geschützt sind. Beispielsweise ist es günstig nur so viele Schweißstäbe zu entnehmen, wie man für die nächsten Stunden der Schweißtätigkeit benötigt. Unmittelbar vor der Verarbeitung kann der Schweißstab mit feiner Stahlwolle gereinigt werden. Der Schweißstab soll nicht mit bloßer Hand geführt werden und die verwendeten Handschuhe müssen trocken und fettfrei sein. Es ist darauf zu achten, dass das Ende des Schweißstabes so lange im Schutzgasstrom des Schweißbrenners verbleibt, bis es ausreichend abgekühlt ist, um eine übermäßige Oxidation zu vermeiden. Die oben stehenden Richtlinien bezüglich Feuchtigkeit und Undichtheit in den Gasschläuchen gelten sinngemäß ebenso für das WIG-Schweißen.

Vorwärmen kann aus folgenden Gründen angewendet werden:

• um die Feuchtigkeit vor dem Schweißen zu entfernen, z. B. beim Schweißen auf Baustellen;
• um Unregelmäßigkeiten beim Kaltstart zu vermeiden;
• um einen Wärmeausgleich beim Schweißen sehr großer Dickenunterschiede zu erzielen;
• um die Auswirkungen der Abkühlungen beim Schweißen dicker Teile zu vermindern.

Die Zeitdauer der Temperaturbeaufschlagung muss so kurz wie möglich sein, um nachteilige Auswirkungen zu vermeiden. Eine zu hohe Vorwärmtemperatur kann die Festigkeit der Verbindung negativ beeinflussen. Durch die Verwendung von Argon-Helium-Gemischen oder Helium anstelle von Argon kann die Vorwärmtemperatur möglicherweise reduziert werden, oder es kann fallweise auf das Vorwärmen vollständig verzichtet werden.

Die Zwischenlagentemperatur sollte aus folgenden Gründen überwacht werden:

• um einer Verminderung der mechanischen Eigenschaften durch Überhitzung vorzubeugen;
• um die Größe der Erweichungszone in der WEZ zu vermindern;
• um das Ausmaß der Ausscheidungen in der WEZ, z. B. durch Überaltern, zu vermindern.

Es wird empfohlen, dass die Temperatur der Verbindung bei Beginn jeder der aufeinander folgenden Schweißraupen die entsprechenden Werte, die in der Tabelle aufgeführt sind, nicht überschreitet.

Beim Anodisieren kann es zu einer Verfärbung der Schweißnaht im Vergleich zum Grundwerkstoff kommen. Silizium führt zu grauen bis schwarzen Schweißnähten und Mangan zu einer leicht gelblichen Verfärbung. Somit sind nur die Schweißzusätze AlMg3, AlMg5, sowie die Reinaluminiumlegierungen Al99,7 und Al99,5Ti für das Eloxieren einzusetzen. Es soll auf eine möglichst gleiche Legierung des Schweißzusatzes im Vergleich zum Grundwerkstoff geachtet werden. Eine Erprobung der jeweils verwendeten Charge vor der Fertigung ist bei farbkritischen Anwendungen sehr zu empfehlen.