WIG-Schweißen von Aluminium: Ein umfassender technischer Leitfaden

Das WIG-Schweißen von Aluminium gilt weithin als eines der technisch anspruchsvollsten Verfahren im Bereich des Schweißens. Bei der Verarbeitung von Aluminium, dem Metall, das sich durch sein geringes Gewicht, seine Korrosionsbeständigkeit und seine hohe Leitfähigkeit auszeichnet, ergeben sich eine Reihe noch nie dagewesener Probleme, die es so sehr von Stahl oder Edelstahl unterscheiden. Eine schlechte Behandlung von Aluminium kann dazu führen, dass die natürliche Oxidschicht eine schwache, poröse oder anderweitig strukturell unerwünschte Schweißnaht ergibt, was auf den natürlichen Oxidgehalt, den niedrigen Schmelzpunkt und die Fähigkeit zur Aufnahme von Wasserstoffgas zurückzuführen ist. Daher ist das WIG (Wolfram-Inertgas)-Verfahren oder das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) das Verfahren der Wahl in der Industrie, wenn Präzision, Ästhetik und Integrität der Schweißnaht die wichtigsten Faktoren sind.

Dabei geht es um das Verhalten der Werkstoffe, die Auswahl der Ausrüstung, die Wahl des Schutzgases, die Vorbereitung der Schweißnähte und Methoden zur Fehlerbehebung, wobei der Schwerpunkt auf der Qualitätskontrolle und der Wiederholbarkeit liegt. Darüber hinaus wird der Artikel detailliert beschreiben, wie man ein Aluminium-WIG-Schweißgerät richtig auswählt und bedient, verschiedene Arten von Aluminiumschweißteileund die Herstellung gleichmäßiger, fehlerfreier Verbindungen beim WIG-Schweißen von Aluminium. Am Ende wird der Leser ein gründliches Wissen darüber haben, wie man eine gute, saubere, strukturell gut aussehende wig-geschweißte Aluminiumbaugruppe gemäß dem Industriestandard in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Schifffahrtsindustrie sowie der verarbeitenden Industrie herstellt. 

Dieser Artikel befasst sich mit der Wissenschaft, den Methoden sowie den praktischen Aspekten des WIG-Schweißens von Aluminium. Er richtet sich an Fachleute und technisch geschulte Personen, die ihr Wissen über das Schweißen von Aluminium in Hochleistungs- oder Industrieprozessen erweitern wollen.

Was ist WIG-Schweißen von Aluminium?

WIG-Schweißen von Aluminium bezieht sich auf das Verfahren zum Verbinden von Aluminiumbauteilen mit Hilfe des Wolfram-Inertgas-Schweißens (WIG), auch bekannt als Gas-Wolfram-Lichtbogen-Schweißen (GTAW). Dabei wird mit einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode ein elektrischer Lichtbogen erzeugt, und der Grundwerkstoff Aluminium und ein Schweißzusatzwerkstoff werden in einer Schutzhülle aus Inertgas, in der Regel Argon, geschmolzen. Da Aluminium eine hohe Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hochschmelzende Oxidschicht aufweist, hat das Schweißen von Aluminium eine einzigartige Färbung, und die Trocknung muss sorgfältig durchgeführt werden. Beim WIG-Schweißen lassen sich die Wärmezufuhr und das Schweißbad gut steuern, so dass es sich perfekt für dünne Materialien, hochentwickelte Baugruppen und andere Hochleistungsanwendungen eignet. Die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Schifffahrt nutzen das WIG-Schweißen unter anderem zur Herstellung widerstandsfähiger, korrosionsbeständiger und sauber aussehender Schweißvideos. Erfolgreiches "WIG-Schweißen von Aluminium" erfordert eine geschickte Technik, die richtige Ausrüstung und eine sorgfältige Oberflächenvorbereitung, um die Integrität und Festigkeit der Schweißnaht zu gewährleisten.

Warum WIG-Schweißen von Aluminium?

Das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), auch bekannt als Wolfram-Inertgasschweißen (WIG), ist die ideale Technik, wenn Präzision, Kontrolle und ein feines Aussehen gefragt sind. Es bietet eine unvergleichliche Kontrolle der zugeführten Wärmemenge, so dass der Schweißer die Möglichkeit hat, die Fließfähigkeit des Schweißbades des Aluminiums zu kontrollieren.

Das WIG-Schweißen, wenn mit Aluminium verwendet wird, ist sehr praktisch, vor allem weil:

• Nicht schmelzende Elektrode: Die Wolframelektrode schmilzt nicht, was eine stabile Lichtbogenkontrolle gewährleistet.
• Anstelle von Kontamination: Beim WIG-Verfahren ist eine ausreichende Schutzgasabdeckung gegeben, und die Schweißnähte weisen nur eine geringe Verunreinigung auf.
• AC-Polaritätsfähigkeiten: Der AC-Modus ermöglicht die Reinigung der Oxidschicht und gleichzeitig eine tiefe Verschmelzung, die beim WIG-Schweißen von Aluminium unerlässlich ist.
• Das Verhalten von Aluminium beim Schweißen: Das Verhalten von Aluminium beim Schweißen, insbesondere in den Wärmeeinflusszonen, erfordert besondere Aufmerksamkeit.

Das Schweißen von Aluminium erfordert ein besseres Verständnis seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften, die sich von denen anderer häufig verwendeter Metalle stark unterscheiden. Im Folgenden werden die wichtigsten Herausforderungen beim WIG-Schweißen von Aluminium beschrieben.

1. Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit

Aluminium leitet Wärme fünfmal schneller als Stahl. Dies bedeutet, dass die Wärme schnell aus der Schweißzone abgeleitet wird, so dass beim WIG-Schweißen von Aluminium, insbesondere bei dicken Materialien, eine höhere Stromstärke erforderlich ist. Wenn man es nicht richtig macht, kann es zu Lücken in der Schweißnaht oder unregelmäßigem Einbrand kommen.

2. Probleme mit der Oxidschicht

Wenn Aluminiumoberflächen der Luft ausgesetzt werden, bildet sich sofort eine (zuverlässig haftende) Oxidschicht, die sehr dünn ist. Diese Schicht schmilzt bei ca. 2050 °C, was weit über dem Schmelzpunkt des Grundmetalls von Aluminium liegt, der 660 °C beträgt. Das WIG-Schweißen im Wechselstromverfahren hilft beim Aufbrechen dieser Schicht, aber es ist auch wichtig, dass eine Vorreinigung durchgeführt wird, um qualitativ hochwertiges WIG-geschweißtes Aluminium herzustellen.

3. Anfälligkeit für Wasserstoffporosität

Wasserstoff lässt sich leicht in geschmolzenes Aluminium einlagern, was beim Abkühlen zu Porosität oder Rissen führen kann. Öl, Feuchtigkeit oder verschmutzte Schweißzusatzwerkstoffe fungierten als Quelle für Verunreinigungen, die dazu führten, dass der Wasserstoff in das Schweißbad gelangte. Eine ordnungsgemäße Reinigung und die Verwendung trockener Schweißzusatzwerkstoffe sind unerlässlich, um Defekte an Aluminiumschweißteilen zu vermeiden.

Technische Übersichtstabelle für das WIG-Schweißen von Aluminium

Hier ist eine umfassende technische Tabelle, die die wichtigsten Aspekte des WIG-Schweißens von Aluminium zusammenfasst, einschließlich Schweißparameter, Verbindungsarten, häufige Fehler und deren Behebung. In dieser Tabelle kombinieren Sie die Ideen Ihres Artikels, und sie ist originell und hochtechnisch.

Tipp:

Stellen Sie sicher, dass Ihr Aluminiumschweißgerät für die von Ihnen verwendete Legierungsserie richtig kalibriert ist, und überprüfen Sie immer die Unversehrtheit der Abschirmung, bevor Sie mit den Produktionsläufen beginnen. Bei Aluminium hängt die Qualität der Schweißnähte ebenso sehr von der Qualität der Oberflächenvorbereitung und der Einstellung der Parameter ab wie von der Qualität des Bedieners.

Die Wahl des richtigen WIG-Schweißgeräts für Aluminium

Die Auswahl des richtigen WIG-Schweißgeräts für Aluminium ist entscheidend für saubere, starke und fehlerfreie Schweißnähte bei der Arbeit mit Aluminium. Da die Eigenschaften von Aluminium eine sorgfältige Kontrolle von Hitze, Lichtbogenstabilität und Polarität erfordern, kann nicht jedes WIG-Gerät für dieses Material verwendet werden. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Spezifikationen und Merkmale, auf die Sie achten sollten.

1. AC Schweißen Fähigkeit Schweißen

Aluminium benötigt Wechselstrom (AC), um die Oxidschicht erfolgreich zu durchtrennen und gleichzeitig einen guten Einbrand zu erzielen. Eine AC-freie Maschine ist für das WIG-Schweißen von Aluminium nicht geeignet. High-Tech-Maschinen ermöglichen eine Feinabstimmung der AC-Balance, d. h. des Verhältnisses zwischen Reinigung und Einbrand.

2. HF-Lichtbogen Start

Ein Hochfrequenzstart ist zwingend erforderlich, um Verschmutzung und Festkleben der Elektrode zu verhindern. Die HF-Zündung ermöglicht einen sauberen, berührungslosen Lichtbogenstart, der dazu beiträgt, die Integrität des Wolframs und die Stabilität des Lichtbogens zu erhalten, insbesondere beim Schweißen empfindlicher oder dünner Aluminiumteile.

3. Frequenz/Wellenform steuerbar

Bei modernen Aluminium-WIG-Schweißgeräten kann der Benutzer die Wechselstromfrequenz (in der Regel 60-200 Hz) individuell einstellen, was den Lichtbogenkegel schärft und die Steuerung verbessert. Weitere Möglichkeiten zur Feinabstimmung der Leistung zwischen den verschiedenen Aluminiumlegierungen und Schweißnähten bietet die Steuerung der Wellenform (Rechteckwelle oder weiches Rechteck).

4. Funktion einer Impulsschweißung

Die Impulseinstellungen werden verwendet, um die angewandte Wärmemenge und den Verzug zu kontrollieren, insbesondere bei dünnem Material oder temperaturempfindlichen Bauteilen. Dies ist besonders wichtig beim WIG-Schweißen von Aluminium in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder in der Elektronikindustrie.

5. Fernsteuerung und Fußpedal zur Steuerung der Stromstärke

Stromschwankungen lassen sich leichter in Echtzeit mit einem Fußpedal oder einer Fernbedienung mit Fingerspitze steuern und verhindern die Gefahr der Überhitzung oder des zu geringen Durchdringens bei komplexen oder gekrümmten Verbindungen, wie sie bei WIG-geschweißtem Aluminium üblich sind.

Abschirmgase und Füllstoffe

Die Wahl des Schweißzusatzes und des Schutzgases beim WIG-Schweißen von Aluminium wirkt sich direkt auf die Schweißqualität, die mechanische Leistung und die Korrosionsbeständigkeit aus. Verschiedene Aluminiumlegierungen reagieren unterschiedlich auf verschiedene Schweißzusatzwerkstoffe und Schutzgasumgebungen, was eine sachkundige Auswahl unerlässlich macht, insbesondere bei der Herstellung kritischer Aluminiumschweißteile.

1. Auswahl des geeigneten Füllstabs

Die Kompatibilität von Schweißzusatzwerkstoffen hängt von der Basislegierung und den gewünschten Eigenschaften der fertigen Schweißnaht ab. Aluminium-Zusatzwerkstoff kann allgemein enthalten sein:

ER4043

Dieser Füllstoff auf Silikonbasis ist flüssig und daher schweißbar. Er ist gut rissbeständig und passt zu den unedlen Metallen der Serie 6xxx. Im Vergleich zu ER5356 ist er jedoch schwach.

ER5356

Ein verbesserter Magnesiumfüller, der stärker und dehnbarer ist. Er eignet sich für strukturelle Arbeiten und Bereiche, die nach dem Schweißen anodisiert werden müssen. Es kann üblicherweise auf 5xxx und 6xxx Aluminiumlegierungen verwendet werden.

ER4045

Wie ER4043, jedoch mit größerer Fließfähigkeit und geringerer Neigung zu Heißrissen. Da es schneller schweißt und eine bessere Benetzung der Schweißnaht ermöglicht, wird es häufig in der Automobilindustrie verwendet.

Die Wahl eines geeigneten Füllstoffs verhindert Rissbildung, Porosität und das Problem der Sprödigkeit nach dem Schweißen (bei Verwendung unterschiedlicher Aluminiumlegierungen).

2. Wahl des Abschirmgases

Die Abschirmung des Schweißbades gegen atmosphärische Verunreinigungen muss ordnungsgemäß erfolgen. Das Standardgas für das WIG-Schweißen von Aluminium ist:

100% Argon

Argon bietet einen guten Schweißlichtbogen, die Möglichkeit der Reinigung mit Wechselstrom und eine hervorragende Kontrolle des Schweißbades. Es eignet sich für fast jede Aluminiumstärke und jede Anwendung.

Argon/Helium-Gemische

Die Zugabe von Helium erhöht die Wärmeeinbringung und die Lichtbogenenergie, was die Durchdringung von dickem Aluminium verbessert. Ein 75% Helium / 25% Argon-Gemisch ist für industrielle Anwendungen mit schweren Aluminiumschweißteilen üblich.

3. Durchflussmenge des Gases und Reinheit

Durchflussmenge: Die gängigste Durchflussmenge liegt bei den meisten Arbeiten zwischen 15 und 20 CFH (Kubikfuß pro Stunde). Es wird festgestellt, dass es zu wenige Schutzkammern gibt, was zu Oxidation führt, und dass es zu viele gibt, was zu Turbulenzen und Verunreinigungen führt.

Reinheit: Zum Schweißen kann Argon mit einem Reinheitsgrad von mindestens 99,99 % verwendet werden. Lichtbogeninstabilität und poröses wig-geschweißtes Aluminium sind Produkte von verunreinigtem Gas.

Bei den Schutzgasen sollte man 100% Argon wählen. Helium oder Argon-Helium-Gemische können in besonderen Fällen verwendet werden, um die Eindringtiefe zu erhöhen, insbesondere bei dicken Aluminiumschweißteilen.

Vorbereitung der Oberfläche: Die Lösung für saubere Schweißnähte

Die Oberflächenvorbereitung ist einer der wichtigsten Schritte, um hochwertige Ergebnisse beim WIG-Schweißen von Aluminium zu erzielen. Im Gegensatz zu anderen Metallen bildet Aluminium an der Luft praktisch in kürzester Zeit eine starke Oxidschicht. Dieses Oxid schmilzt nicht nur bei einer wesentlich höheren Temperatur (2050 °C) als das Grundmetall (660 C), sondern hält auch Verunreinigungen wie Feuchtigkeit und Öl sowie Kohlenwasserstoffe fest. Wird es nicht entfernt, führt dies zu schlechter Lichtbogenstabilität, Porosität, unvollständigem Aufschmelzen und strukturellem Versagen, insbesondere bei tragenden oder druckbeanspruchten Schweißnähten.

1. Mechanische Reinigung

Wischen Sie zunächst Schmutz, Öl oder Farbe mit einem sauberen, fusselfreien Tuch und Aceton oder einem speziellen Aluminiumentfetter ab. Dann schrubben Sie die Oxidschicht mit einer Drahtbürste aus rostfreiem Stahl ab, die ausschließlich auf Aluminium verwendet werden sollte. Das Bürsten sollte kurz vor dem Schweißen erfolgen, um eine erneute Oxidation zu vermeiden.

2. Chemische Reinigung

Bei anspruchsvolleren Anwendungen kann nach einer chemischen Ätzung mit einer alkalischen Flüssigkeit (z. B. Natriumhydroxid) eine Salpetersäurespülung durchgeführt werden. Dadurch werden sowohl organische als auch anorganische Ablagerungen entfernt und die Oberfläche wird chemisch aktiv, um das Schweißen durchzuführen.

3. Gelenke fit machen und Konditionierung

Eine gute Anpassung und Vorbereitung der Kanten trägt dazu bei, den Lichtbogen unter Kontrolle zu halten und eine gute Gasabdeckung zu erreichen. Raue Kanten sind leicht abzuschrägen, und alle Oberflächen sollten keinen Grat oder Oxidschliff aufweisen, falls Verbindungen zwischen Aluminiumteilen durch WIG-Schweißen hergestellt werden, bei dem eine tiefe Verschmelzung erforderlich ist.

Eine konsequente, saubere Vorbereitung ist bei der Arbeit mit Präzisionsbaugruppen oder hochintegrierten Aluminiumschweißteilen unerlässlich. Selbst das beste Aluminiumschweißgerät kann eine verschmutzte Oberfläche nicht ausgleichen.

WIG-Schweißparameter und -methoden

Gleichmäßige, hochintegrierte Aluminiumschweißnähte sollten nur durch die Beherrschung der Schweißparameter und der entsprechenden Brennertechniken hergestellt werden. Die schnelle thermische Reaktion, die niedrige Schmelztemperatur und die Empfindlichkeit von Aluminium gegenüber Verunreinigungen erfordern eine nahezu exakte Kontrolle der elektrischen Konfiguration, des Lichtbogenabstands sowie der Verteilung des Schweißzusatzes. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten WIG-Parameter und die besten Verfahren für das WIG-Schweißen von Aluminium auf professionellem Niveau beschrieben.

1. Stromstärke-Einstellungen

Die Wärmezufuhr wird direkt über die Stromstärke gesteuert. Die typische Mindeststärke von Aluminium beträgt 1 Ampere pro 0,001 Zoll Grundmetalldicke, obwohl Aluminium aufgrund seiner hohen Wärmeaustauschrate häufig mehr benötigt. Zum Beispiel:

• Aluminium bei 1/8 ( 125-140 Ampere )
• Dünnes Blech (0,040"): 40-50 Ampere Impulssteuerung

Ein Fußpedal oder eine Fernsteuerung mit Stromstärke wird empfohlen, es sei denn, Sie schweißen sehr dickes Material und müssen ständig Material-/Dickenänderungen und/oder Änderungen der Fugenabschnitte vornehmen.

2. AC-Balance-Steuerung

Bei neueren WIG-Geräten kann das Wechselstromverhältnis zwischen negativer Elektrode (EN) und positiver Elektrode (EP) variiert werden:

• DE: Gibt einen Einblick in mehr Details
• EP: Es oxidiert die Oxidschicht

Der normale Ausgangswert ist 70 % EN, 30 % EP. Mit steigendem EN werden die Vorteile der Penetration auf Kosten der Reinigungswirkung erzielt, was für stark oxidiertes Aluminium möglicherweise nicht geeignet ist.

3. AC-Frequenz-Einstellungen

Eine Erhöhung der Wechselstromfrequenz (in der Regel 60 Hz bis 200 Hz) verengt und stabilisiert den Lichtbogen. Eine erhöhte Anzahl von Toilettenbenutzungen:

• Bessere Kontrolle der Richtung
• Verringert das Wandern von Bögen
• Verbessert das Aussehen der Schweißnaht

Dies ist besonders vorteilhaft bei der Bearbeitung von dünnen oder kosmetischen Aluminiumschweißteilen.

4. Auswahl und Vorbereitung der Wolframelektrode

• AC-Aluminiumschweißen: Verwenden Sie den richtigen Wolframtyp.
• Reines Wolfram: Es erzeugt eine kugelförmige Spitze mit AC, es ist stabil mit alten Maschinen
• 2 Prozent Lanthanat oder Ceriat: die Wahl bei modernen Wechselrichtern wegen des besseren Lichtbogenstarts und des geringeren Verbrauchs

Die Stromstärke muss auf die Wolframgröße (z. B. 3/32, 1/8″) abgestimmt sein, da der Betrieb mit einer zu großen Größe zu einer Instabilität des Lichtbogens oder zum Schmelzen der Elektrode führen kann.

5. Technik und Handhabung der Füllstäbe

Führen Sie den Stab in gleichmäßigem Tempo in das Schweißbad ein, und zwar an der Vorderseite des Schweißbads und niemals direkt in den Lichtbogen. Dadurch wird die Anzahl der Turbulenzen und der Oxidation begrenzt. Verwenden Sie für Ihren Grundwerkstoff geeignete Schweißdrahtlegierungen (ER4043 oder ER5356 sind die gebräuchlichsten) und vermeiden Sie, dass die Stäbe nass oder verschmutzt werden, damit die sehr gefährliche Wasserstoffaufnahme vermieden werden kann.

6. Höhenlage und Brennerwinkel

Halten Sie die Länge des Lichtbogens so gering wie möglich - idealerweise weniger als 1/8 Zoll, um Lichtbogenwanderung und Verschmutzung zu minimieren. Brenner: Der Brenner sollte in einem Winkel von etwa 10-15° zur Fahrtrichtung nach oben geneigt sein. Dies ermöglicht eine bessere Sicht und Schutzgasabdeckung.

Diese Parameter müssen erlernt und in der Praxis beherrscht werden, und ein gründliches Verständnis des Werkstoffverhaltens sollte die Grundlage für qualitativ hochwertige Verbindungen mit Aluminium durch WIG-Schweißen bilden, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und bei strukturellen Anwendungen.

Schweißtechnik für das Schweißen von Aluminium TIG

Beim WIG-Schweißen von Aluminium ist die Technik ebenso wichtig wie die Maschineneinstellungen. Profis nehmen das Folgende:

• Winkel des Brenners: Halten Sie ihn in einem Winkel von 15 Grad zur Senkrechten, die in Ihre Laufrichtung zeigt.
• Bogenlänge: Halten Sie die Bogenlänge klein (1/8″ oder weniger), um Porosität und Verschmutzung zu vermeiden.
• Reisegeschwindigkeit: Wenn es zu langsam ist, kommt es zu übermäßiger Erwärmung, und die Verzerrung ist mühsam. Gehen Sie schnell genug, damit Sie die Kontrolle behalten, aber nicht zu schnell, um sich zu erhitzen.
• Einfüllstutzen: Führen Sie wiederholte und regelmäßige Füllschritte durch und tauchen Sie den Füllstoff in die Vorderseite des Schweißbads und nicht in den Lichtbogen ein.

Dem Schmelzbad sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Aufgrund des schnellen Schmelzens von Aluminium kann das Schmelzbad schwer zu erkennen sein, da es reflektiert, während es sich schnell verflüssigt.

Verbindungsdesign - Aluminiumschweißen

Eine wirksame Verbindungsgestaltung ist beim WIG-Schweißen von Aluminium von entscheidender Bedeutung, um strukturell solide, ästhetisch saubere und fehlerfreie Schweißnähte zu erzielen. Aluminium ist sehr wärmeleitend, hat eine niedrige Schmelztemperatur und kann sich bei Überhitzung leicht verziehen; daher sollte die Verbindungsgestaltung der Schweißnaht gut durchdacht sein. In diesem Abschnitt wird erläutert, wie eine ordnungsgemäße Verbindungsgestaltung Spannungskonzentrationen reduzieren, Verzug verhindern und die Schweißnahtqualität optimieren kann, insbesondere bei Verwendung eines WIG-Schweißgeräts für Aluminium.

Wichtige Grundsätze der kollektiven Gestaltung

Die thermodynamische Beschaffenheit von Aluminium erfordert, dass bei der Konstruktion von Verbindungen berücksichtigt wird, dass es Wärme schnell ableitet und sich bei Wärmebelastung ausdehnt. Im Gegensatz zu Stahl dehnt sich Aluminium bei Erwärmung sehr viel stärker aus, bis zu doppelt so stark, so dass sich ein locker sitzendes Teil leicht verziehen oder heraussprengen kann. Es ist üblich, bei Stumpfnähten einen kleinen Wurzelspalt (normalerweise 1/16") zu lassen, um die Ausdehnung zu kompensieren und eine vollständige Durchdringung zu gewährleisten. Beim WIG-Schweißen, bei dem ein hohes Maß an Präzision erforderlich ist, muss die Verbindung auch ein stabiles Schweißbad aufweisen und die Möglichkeit einer vollständigen Abdeckung durch das Schutzgas bieten. Insbesondere bei engen Geometrien oder Mehrlagenschweißungen sind Brenner und Schweißzusatz so einfach wie möglich zu gestalten.

Die weit verbreiteten Verbindungsarten beim WIG-Schweißen von Aluminium

Stoßverbindungen, Überlappungsverbindungen, T-Verbindungen und Eckverbindungen sind die gängigsten Verbindungsarten bei Aluminium. Die beiden unterscheiden sich in ihren Vorteilen und technischen Überlegungen.

• Stumpfstöße eignen sich sehr gut für das Schweißen von Flachblechen. Eine kleine Wurzelöffnung sorgt für eine gute Durchdringung und ermöglicht die thermische Ausdehnung.
• Überlappungsverbindungen sind einfach auszurichten, haben eine gute mechanische Festigkeit und neigen dazu, Oxide zwischen den Oberflächen einzuschließen, wenn sie vor dem Schweißen nicht gut gereinigt werden.
• T-Verbindungen sind meist in Rahmen, Traversen und Stützen zu finden. Diese sollten gut befestigt sein, um Vibrationen zu vermeiden, da Aluminium ein weiches Metall ist, das bei Wärmeeinwirkung schmilzt.
• Eckverbindungen sind in Gehäusen und Kästen gut, aber sie brennen durch dünnes Material, wenn nicht sorgfältig auf die Menge der zugeführten Wärme geachtet wird.

In all diesen Fällen müssen die Schweißer sowohl die strukturelle Festigkeit als auch die Zugänglichkeit der Schweißnaht berücksichtigen, um den Erfolg zu gewährleisten, insbesondere bei der Herstellung kritischer Aluminiumschweißteile.

Kantenvorbereitung und -befestigung

Beim WIG-Schweißen ist die Vorbereitung der Kanten sehr wichtig, da Aluminium sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen und unvollständiger Verschmelzung ist. Bei dickerem Material (mehr als 3/16") sollten die Fugenkanten abgeschrägt werden (30-37,5 ), um eine Rille zu bilden, in die der Schweißzusatz korrekt eingebracht werden kann. Die Kanten sollten oxid- und gratfrei sein und müssen mit einer Edelstahlbürste oder einem chemischen Ätzmittel vorbehandelt werden.

Diese Befestigung ist auch deshalb von entscheidender Bedeutung, weil Aluminium sehr weich und anfällig für thermisch bedingte Bewegungen ist. Um Verformungen zu vermeiden, sollten Kupfer, Aluminium-Kühlstäbe, Steifigkeitsklemmen und Heftschweißungen verwendet werden. Bei dünnen Blechen können Stützplatten verwendet werden, um das Schweißbad zu stützen. Die geringe Verformungsfestigkeit von Aluminium bei Wärmeeinwirkung macht eine ordnungsgemäße Fixierung der Verbindungen zu einem vorrangigen Anliegen.

WIG-Schweißen von Aluminium Überlegungen zur Maschine

Die Leistung eines WIG-Schweißgeräts für Aluminium wirkt sich direkt darauf aus, wie gut eine Verbindung beim Schweißen funktioniert. Hochwertige WIG-Schweißmaschinen für Aluminium bieten Funktionen wie AC-Balance-Steuerung (für Reinigung und Einbrand), Frequenzeinstellung (für die Präzision des Lichtbogens) und Hochfrequenzstart (für die Trennung von kontaminationsfreiem Lichtbogenstart). Fehlen diese Funktionen, können selbst die sorgfältigsten Verbindungen aufgrund unzureichender Lichtbogenstabilität, schlechten Schmelzens oder des Einschlusses von Oxiden eine schlechte Leistung erbringen. Bei Präzisionsschweißarbeiten oder Arbeiten mit hoher Belastung müssen die Schweißer sicherstellen, dass die Art der Verbindung, die sie ausführen, der Art der Maschine entspricht, die sie bedienen.

Allgemeine Fehler bei wig-geschweißtem Aluminium und deren Vermeidung

Selbst mit der richtigen Ausrüstung und Fachkenntnis stellt das WIG-Schweißen von Aluminium einzigartige Herausforderungen dar, die bei unvorsichtiger Handhabung zu Schweißfehlern führen können. Verunreinigungen durch Oxide, falsche Wärmezufuhr oder schlechte Abschirmung können sowohl das kosmetische Aussehen als auch die Festigkeit der Schweißnaht beeinträchtigen. Neue potenzielle Probleme mit den häufigsten Ursachen und Möglichkeiten, sie systematisch durch Übung und Kontrolle zu vermeiden, werden im Folgenden unter den Problemen, die bei der Arbeit mit WIG-geschweißtem Aluminium am ehesten auftreten können, beschrieben.

1. Porosität (Gaseinschluss)

Porosität: Dies ist eine Folge des Einschlusses von Wasserstoffgas im flüssigen Träger während der Erstarrung des Schweißbads. Besonders anfällig dafür ist Aluminium, das sehr reaktiv mit Wasserstoff ist, der in der Luftfeuchtigkeit, in verdorbenen Schweißzusatzwerkstoffen und in unsauberen Grundmetallen enthalten sein kann.

Prävention:

• Es sollte ein Argon-Schutzgas mit einer Reinheit von 99,99% verwendet werden, und es sollte ein angemessener Durchfluss (15-20 CFH) gewährleistet sein.
• Bewahren Sie die Endfüllstäbe vorzugsweise in einem trockenen Zustand auf, der nicht durch Öle oder Oxidation verunreinigt ist.
• Reinigen Sie das untere Metall gut mit Aceton und bürsten Sie es anschließend mit einer speziellen Edelstahldrahtbürste.
• Zugluft oder Ventilatoren sollten vermieden werden, damit die Gasabdeckung beim Schweißen nicht gestört wird.

2. Unvollständige Fusion

Die Ursache: Wenn das Schweißgut nicht vollständig mit dem Grundwerkstoff oder den benachbarten Lagen verbunden ist, tritt dieser Fehler auf. Er ist in der Regel die Folge einer zu geringen Stromstärke, einer hohen Fahrgeschwindigkeit oder einer ungereinigten Oberfläche.

Prävention:

• Legen Sie eine der Materialstärke entsprechende Stromstärke an (in der Regel 1 Ampere pro 0,001" Aluminium).
• Verringern Sie die Bewegungsgeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit, die ein vollständiges Schmelzen des Grundmetalls ermöglicht.
• Waschen Sie die Zwischenräume sorgfältig und achten Sie darauf, dass die Fugen offen und vollständig freigelegt sind.
• Verwenden Sie eine kurze Bogenlänge und rollen Sie die Biegung in den richtigen Winkeln zu einem der Gelenke.

3. Knacken

Der Grund: Die Rissbildung kann während der Erstarrung (Heißbruch: Warmrissbildung) oder nach der Abkühlung (Kaltbruch: Kaltrissbildung) erfolgen, insbesondere bei hochfesten Aluminium- oder Mischnähten. Dies geschieht in der Regel aufgrund eines schlechten Schweißzusatzes oder einer schnellen Abkühlung.

Prävention:

• Es sollten Schweißzusatzwerkstoffe ausgewählt werden. In einem Fall ist ER5356 im Gegensatz zu ER4043 fest und rissbeständig.
• Aufgrund von Wärmeschockproblemen sollten dickere Bereiche auf bis zu 150 200 oF vorgeheizt werden.
• Schweißen Sie nicht auf verunreinigten Oberflächen und stellen Sie sicher, dass die Oxidschichten vor dem Schweißen entfernt werden.
• Nutzen Sie die Vorteile einer guten Verbindungsgeometrie, um die Spannungskonzentration zu verringern.

4. Zu viel Wärmezufuhr und Verzerrung

Der Grund dafür: Aluminium hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was zu einer unkontrollierbaren Ausbreitung der Hitze im Schweißbereich führen kann. Wenn sie dünn sind, werden die Abschnitte durchgebrannt oder die größeren Strukturen verziehen sich einfach.

Prävention:

• Das WIG-Impulsschweißen ermöglicht eine geringere mittlere Wärmeeinbringung und einen geringeren Einbrand.
• Verwenden Sie beim Einspannen von Bauteilen erforderlichenfalls Stützbalken oder Kühlblöcke.
• Erhitzen Sie dicke Abschnitte in mehreren Durchgängen, anstatt zu versuchen, die Schweißnaht in einem einzigen Durchgang herzustellen.
• Durch die Einstellung der AC-Balance-Regelung und des Frequenzeinstellmaterials kann die Lichtbogenenergie verfeinert und die seitliche Erwärmung minimiert werden.

5. Oxidierte Schweißnähte (Einschlüsse und Oxidation)

Erläuterung: Aluminium hat eine anhaftende Oxidschicht (Schmelztemperatur ~2050 °C), die vor dem Schweißen entfernt werden muss. Andernfalls kann sie Einschlüsse bilden und eine perfekte Verschmelzung verhindern, wodurch die Schweißnaht schwach wird.

Prävention:

• Erhöhen Sie die Reinigung der Schweißfläche durch die Verwendung der AC-Balance-Steuerung.
• Das Bürsten und Entfetten der Oberfläche muss immer vor dem Schweißen erfolgen.
• Vermeiden Sie es, die gereinigten Flächen mit bloßen Händen zu berühren, da dies zu Verunreinigungen führen kann, ebenso wie die Öle sie frei von Verunreinigungen machen.
• Wechseln Sie von Zeit zu Zeit die Gaslinsen und Becher aus, um eine angemessene Abschirmung zu gewährleisten.

Praktische Anwendungen des WIG-Schweißens von Aluminium

WIG-Schweißen Aluminium ist unverzichtbar in Branchen, in denen Ästhetik, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind:

• Luft- und Raumfahrt: Rumpfstrukturplatten, Stützen und Kraftstofftanks
• Automobil und Motorsport: Ladeluftkühler-Verrohrung, Fahrwerk, Räder
• Schiffstechnik: Aluminiumlegierungen, die korrosionsbeständig sind, als Schiffsrümpfe, Leitern und Schienen
• Medizinische Ausrüstung: Aluminiumrahmen, der in Bildgebungs- und Mobilitätsgeräten verwendet wird
• Leichte Gehäuse: Schutzgehäuse, die nicht nur die Technik abdecken, sondern auch ein Designelement für elektronische Verbraucher- oder Industriegeräte darstellen.

Bei all diesen Anwendungen ist die Auswahl des richtigen WIG-Schweißgeräts und die Beherrschung der Fähigkeit, Aluminium sicher und sauber zu schweißen, von größter Bedeutung.

Tipps und Tricks von Experten

Fachleute, die ihre Fähigkeiten beim WIG-Schweißen von Aluminium verbessern möchten, sollten die folgenden Tipps für Fortgeschrittene beachten:

• Back Purging: Beim Schweißen an geschlossenen Rohren oder Kästen ist es notwendig, das Rohr oder den Kasten mit Argon zu spülen, da sonst eine innere Oxidation auftritt.
• Vorheizen: Sie ist nützlich bei dicken Abschnitten. Um den thermischen Schock zu verringern und das Schmelzen zu verbessern, sollten Sie bei 65-93°C (150-200°F) vorheizen.
• Verwendung des Fußpedals: Die präzise Steuerung der Stromstärke in Echtzeit ermöglicht eine Anpassung an das Verhalten des Schweißbads - wichtig für empfindliche Aluminiumteile.
• Reinigung nach dem Schweißen: Entfernung von Ruß und Oxid nach dem Schweißen, normalerweise bei kosmetischen Schweißnähten, mit einer Edelstahlbürste.

Schlussfolgerung

Die Beherrschung des WIG-Schweißens von Aluminium ist ein wichtiger Meilenstein in der Karriere eines jeden Schweißers. Die handwerkliche Fertigkeit ist Perfektion - sie bietet den höchsten Grad an Kontrolle und ästhetischem Aussehen der Schweißnähte sowie die stärksten mechanischen Eigenschaften, aber sie erfordert intime Kenntnisse, Details und erstklassige Fähigkeiten der Handwerker.

Von der Vorbereitung des Grundwerkstoffs und der Auswahl des richtigen WIG-Schweißgeräts bis hin zur Perfektionierung der Lichtbogentechnik und der Beherrschung von Fehlern in WIG-geschweißten Aluminiumverbindungen stellt dieser Prozess selbst für die Besten eine Herausforderung dar. Wer jedoch durchgängig WIG-Aluminium auf professionellem Niveau schweißen kann, dem stehen die Türen zu gefragten Branchen und Präzisionsfertigungsbereichen offen.

Ganz gleich, ob Sie strukturelle Rahmen, Schiffskomponenten oder komplizierte Gehäuse herstellen, die Fähigkeit, zuverlässig mit Aluminium Das Schweißen von Teilen mit dem WIG-Verfahren ist nach wie vor der Goldstandard in der modernen Welt. 

Häufig gestellte Fragen

1. Welche Einrichtung ist am besten für das Schweißen von Aluminium tig?

Verwenden Sie eine AC-WIG-Maschine mit Hochfrequenzstart, 2 % lanthanisiertem Wolfram und reinem Argongas. Stellen Sie sicher, dass der Lichtbogen vor dem Schweißen dicht und glatt ist.

2. Warum gibt es Porosität in wig-geschweißtem Aluminium?

Feuchtigkeit oder Verunreinigungen sind in der Regel die Ursache für Porosität. Reinigen Sie niemals mit anderen Lösungsmitteln als Aceton und einer Edelstahlbürste und lagern Sie die Spachtelstäbe an einem trockenen Ort.

3. Welche Eigenschaften sollte ein Aluminiumschweißgerät haben?

Finden Sie AC-Balance, Pulsmodus und Hochfrequenzstart. Diese Merkmale ermöglichen die Kontrolle der Wärme, die Stabilität des Lichtbogens und die Verringerung von Defekten in Aluminium.

4. Wie kann ich starke Aluminiumschweißteile sicherstellen?

Wählen Sie den richtigen Schweißzusatzwerkstoff (z. B. ER5356), reinigen Sie ihn, wärmen Sie ihn gegebenenfalls vor und prüfen Sie die Schweißnaht nach der Fertigstellung, um die vollständige Festigkeit zu überprüfen.