Aluminium schweißen: Anleitung & Verfahren

Aluminium schweißen
Aluminium schweißen Fotolia.de #108861111 | Urheber: ded

Das Aluminium Schweißen ist zwar nicht ganz so einfach, wie das Stahlschweißen. Trotzdem kann man diese Arbeit mit der richtigen Ausrüstung durchaus selber ausführen. Aluminium besitze einige Eigenschaften, welche man bei der Schweißarbeit unbedingt berücksichtigen sollte, um ein gutes Schweißergebnis zu erhalten. Nachfolgend werden Methoden und Verfahren beschrieben mit denen man relativ einfach Alu schweißen kann.

Verfahren und Methoden zum Alu Schweißen

Die weit verbreitete Meinung, dass Aluminium nicht schweißbar ist, ist definitiv falsch. Aluminium lässt sich prinzipiell mit den gleichen Schweißverfahren schweißen, die auch für das Stahlschweißen eingesetzt werden. Wichtig bei der Schweißarbeit ist, dass der richtige Schweißdraht eingesetzt wird und das auf die Besonderheiten des Halbmetalls Aluminium eingegangen wird.

  • Elektrodenschweißen (Lichtbogenhandschweißen) mit speziellen Aluschweißelektroden
  • Autogenschweißen (Gasschmelzschweißen) mit Gas
  • CMT-Schweißverfahren (Lichtbogenschweißverfahren / Impulsschweißen)
  • MIG-Schweißenverfahren  (Metallschweißen mit inerten Gasen)
  • WIG-Schweißmethode (Schutzgasschweißen / Wolfram-Inertgas-Schweißen)

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Warum lässt sich Alu nicht so einfach schweißen wie Stahl?

1. Die Oxidschicht

Aluminium bildet sehr schnell eine Oxidschicht aus amorphem Al2O3. Diese Oxidschicht besteht aus zwei übereinander liegenden Schichten, welche aus der porenfreien Sperrschicht (amorphem Aluminiumoxid) und aus der porösen wasserhaltigen Deckschicht (Al-Hydroxiden und Bayerit). Diese Oxidschicht hat einen Schmelzpunkt von ca. 2300°° Celsius. Die Oxidschicht beeinflusst das Schweißverhalten von Aluminium, da der Schmelzpunkt von Aluminium bei ca. 660° Celsius liegt.

Die recht dünne Oxidschicht verringert den Korrosionswiderstand des Aluminiums, allerdings vermindert diese nicht leitende Oxidschicht die Schweißung des Alu-Werkstoffes und sollte deshalb vor dem Schweißen entfernt werden. Die Oxidschicht kann zwar durch Schleifen kurzzeitig entfernt werden. Die Schicht bildet sich aber schon nach wenigen Minuten wieder, so dass diese Methode beim Aluminiumschweißen nicht brauchbar ist. Die Oxidschicht lässt sich am besten mit einer speziellen Elektrolytlösung zum Signieren entfernen.

2. Die höhere Wärmeleitfähigkeit von Aluminium

Des weiteren Besitzt Aluminium eine viermal höhere Wärmeleitfähigkeit wie Stahl. Dadurch muss bei der Schweißarbeit eine höhere Wärmeeinbringung gewährleistet werden. Auf Grund der erhöhten Wärmeausdehnung entsteht die Gefahr von großen Spannungen. Daher kann es zum Verzug der gesamten Schweißkonstruktion kommen. Daher ist beim Aluminium Schweißen die Schweißreihenfolge sehr wichtig.

3. Aluminium bildet beim Erhitzen keine Anlassfarbe

Im Gegensatz zu Stahl bildet Alu beim erhitzen keine Anlassfarbe aus. Stahl verfärbt sich beim Erhitzen, so dass man die optimale Schweißtemperatur richtig einschätzen kann. Die Aluminiumoberfläche bildet hingegen keine Anlassfarbe aus, was das Schweißen dementsprechend schwieriger gestaltet. Daher benötigt man zum Autogenschweißen von Alulegierungen sehr viel Erfahrung.

 

Elektrodenschweißen (Lichtbogenhandschweißen) von Aluminium

Aluminium mit einer Elektrode schweißen
Aluminium Elektrodenschweißen Fotolia.de #225838655 | Urheber: Виталий Сова

Beim  Elektrodenschweißen bzw. Lichtbogenhandscheißen handelt es sich um ein sehr einfaches manuelles Schweißverfahren, welches zur Gruppe der Metall-Lichtbogenschweißverfahren zählt. Beim Elektrodenschweißen unterscheidet man zwischen dem Gleichstromschweißen und dem Inverterschweißen. Beim Lichtbogenschweißen brennet der Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Beim Schweißen schmilzt die Elektrode ab.


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Die Elektrode besitze dabei eine Umhüllung, welche mehrere Aufgaben erfüllt. So bildet die Umhüllung der Elektrode Schlacke und Schutzgase, welche beim Schweißen vor chemischen Reaktionen mit der Umgebungsluft schützen. Beim Elektrodenschweißen benötigt man deshalb keine Gasflasche mit Schutzgas.

Die richtige Elektrode zum Alu Schweißen auswählen

Je nachdem welche Aluminiumlegierung geschweißt werden soll, muss dazu eine geeignete Schweißelektrode ausgewählt werden. Dabei bestimmt die Zusammensetzung der Ummantelung die Eignung für die entsprechende Legierung. Häufig besteht die Ummantelung aus Kupfer, Magnesium und Silikaten.

Darauf sollte man beim Elektrodenschweißen von Aluminium achten:

  1. Der Lichtbogen muss konstant aufrechterhalten werden, was sehr viel Erfahrung voraussetzt.
  2. Die Umhüllung der Elektrode muss absolut sauber und trocken sein, da diese ansonsten in der Schmelze versinkt.

 

Autogenschweißen von Aluminiumlegierungen

Alulegierungen autogen schweißen
Alulegierungen autogenschweißen Fotolia.de #213530194 | Urheber: Georgiy
  • Das Autogenschweißen von Aluminium setzt sehr viel Erfahrung voraus, da die Alulegierungen wie schon oben erwähnt keine Anlassfarbe ausbilden. Somit ist es sehr schwierig, die optimale Schweißtemperatur einzuschätzen. Bei reinem Aluminium liegt die Schmelztemperatur bei 660° Celsius. Allerdings ist Alu meistens legiert. D.h. der Schmelzpunkt der Alulegierungen kann zwischen 570°-690° Celsius liegen.
  • Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums ist es auch schwierig zwei unterschiedlich starke Werkstücke zusammenzufügen, das sich die Werkstücke unterschiedlich ausdehnen. Beim Schweißen müssen die Werkstücke ihrer Stärke entsprechend unterschiedlich erwärmt werden.
  • Beim Aluminium Schweißen ist es empfehlenswert, die Werkstücke vorzuwärmen. Dabei kommt einem der relativ niedrige Schmelzpunkt des Leichtmetalls zu gute.
  • Beim Autogenschweißen kann die durch die Flamme eingebrachte Wärme auf unterschiedliche Weise reguliert werden. Durch die Wahl des Schweißeinsatzes, welcher in verschiedenen Größen erhältlich ist, kann die Schweißtemperatur geregelt werden. Beim Aluschweißen müssen die Schweißeinsätze auf Grund der größeren Wärmeleitfähigkeit grundsätzlich 2 Größen höher gewählt werden, wie beim Stahlschweißen.
  • Des weiteren lässt sich die Schweißtemperatur durch die Ausströmgeschwindigkeit der Gase regulieren. Diese liegt in der Regel zwischen 80 m/s bis zu 160 m/s.
  • Die Arbeitstechnik ermöglicht es ebenfalls, die Schweißtemperatur zu beeinflussen. Je nach dem wie weit die Flamme von dem Werkstück gehalten wird, entsteht ein unterschiedlicher Wärmeeintrag.

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CMT-Schweißen von Alu – Legierungen

Schweißroboter zum Alu CMT-Schweißen
Schweißroboter für das Alu CMT-Schweißverfahren Fotolia.de #246075282 | Urheber: teptong

Das CMT-Schweißen (Cold Metal Transfer) ist ein relativ neues Schweißverfahren, welches hauptsächlich bei der industriellen Fertigung zum Einsatz kommt. Mit diesem Schweißverfahren lassen sich z.B. unterschiedliche Metalle wie Aluminium und Stahl zusammenfügen. Die Wärmeeintrag bei der CMT-Schweißmethode ist wesentlich geringer als beim MIG/MAG-Schweißen.

Das Prinzip beim CMT-Schweißverfahren

Der Schweißdraht bewegt sich bei dem Schweißvorgang vor. Sobald der Kurzschluss erfolgt ist, wird dieser wieder zurückgezogen. Daher bringt der Lichtbogen während der Brennphase nur sehr kurz Wärme ein. Der Schweißstrom wird durch Kontrolle des Kurzschlusses gering gehalten. Somit erhüält man einen Spritzer freien Werkstoffübergang.

MIG-Schweißen von Aluminium

Schutzgasschweißgerät zum Schweißen von Alulegierungen
Schutzgasschweißgerät zum Schweißen von Alulegierungen Fotolia.de #83987798 | Urheber: topshots

MIG-Schweißen, auch unter dem Begriff MIG/MAG Schweißverfahren bekannt, ist wohl das häufigste Schweißverfahren um Alulegierungen zusammen zu fügen. Beim MIG-Schweißverfahren wird der stromführende Schweißdraht beim Schweißprozess von einem inertem Schutzgas umhüllt. Somit wird die Oxidation der Schlacke verhindert. Als Schutzgas dient in der Regel Argon. Daher ist dieses Schweißverfahren auch unter dem Begriff Schutzgasschweißen bekannt.

Beim herkömmlichen Lichtbogenschweißen ohne Schutzgas wird die Schlacke direkt der Umgebungsluft ausgesetzt. Beim Werkstoff Aluminium kommt es dann unweigerlich zur Oxidation und die Werkstücke lassen sich nicht fachgerecht verbinden.

Die MIG-Schweißmethode eignet sich vor allem, wenn dickere Aluminium-Werkstücke geschweißt werden sollen. Mit diesem Schweißverfahren können auch nicht so versierte Heimwerker Alu schweißen.

WIG-Schweißen von Alulegierungen

Das WIG-Schweißen von Alu ist besonders zum Fügen von dünnen Blechen geeignet. Da der Strombedarf beim WIG-Schweißen geringer ist, als beim MIG-Schweißverfahren, kommt es nicht zum Durchbrennen der dünnen Werkstücke. Beim WIG-Schweißverfahren entsteht ein Lichtbogen zwischen einer nicht Abbrennenden Wolframelektrode und dem Werkstück. Deshalb bezeichnet man dieses Schweißverfahren auch als Wolfram-Inertgas-Schweißen. Der Schweißzusatz wird entweder manuell oder Automatisch zugeführt. Zum Aluminium Schweißen wird dabei Wechselstrom verwendet, da Gleichstrom nicht in der Lage ist, die Oxidschicht aufzubrechen. Ein besonders gutes Schweißergebnis erzielt man, wenn der Schweißstrom gepulst wird.

Gefahren beim Aluminium Schweißen

  • Im Schweißrauch kommen Aluminiumoxidverbindungen vor. Bei der Aufnahme dieser Aluminiumoxidverbindungen kann es zu schweren Atemwegserkrankungen kommen. Ist man dem Schweißrauch häufig ausgesetzt so können die Staubablagerungen zur Aluminose (Aluminiumstaublunge) führen.
  • Des weiteren entsteht bei der MIG und bei der WIG-Schweißmethode Ozon. Werden Aluminium-Silicium-Legierungen mit dem MIG-Schweißverfahren geschweißt, so ist die Ozonkonzentration besonders hoch. Ozon gilt als stark Krebserregendes Gas und ist deshalb extrem gesundheitsgefährdend. Deshalb ist die Luftreinhaltung beim Aluminiumschweißen sehr wichtig.
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