Warum entstehen Poren in Aluminiumschweißnähten?

Porosität ist einer der häufigsten Fehler in Schweißnähten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Wasserstoff ist dabei das hauptsächlich beteiligte Gas. Er kann aus der Luftfeuchtigkeit, dem Schutzgas, dem Oxidfilm, dem Schweißdraht oder der Werkstückoberfläche in den Lichtbogen gelangen und dort beim Erstarren des Schweißbads eingeschlossen werden.

Warum Wasserstoff eingeschlossen wird

Die Löslichkeit von Wasserstoff in Aluminium sinkt von etwa 0,69 ml/100 g in flüssigem Aluminium auf 0,036 ml/100 g in festem Aluminium, was einer Verringerung um etwa das Zwanzigfache entspricht.

Reines Aluminium ist anfälliger für Wasserstoffporosität als Al-Mg-Legierungen, da sein kritischer Wasserstoffpartialdruck p_H2, ist geringer. Ein Gasgehalt, der in reinem Aluminium Poren bildet, kann daher in einer Al-Mg-Schweißnaht unterhalb der Porenbildungsschwelle bleiben.

Woher der Wasserstoff stammt

• Atmosphäre und Schutzgas: Wasserdampf kann sich im Lichtbogen zersetzen und Wasserstoff freisetzen.
• Oxidschichten: Aluminiumoxid nimmt leicht Feuchtigkeit auf. Das lose Oxid auf Al-Mg-Legierungen kann sogar noch mehr Wasser binden.
• Verunreinigungen des Drahtes und des Werkstücks: Öl, Schmutz und Korrosionsprodukte erhöhen allesamt die verfügbare Wasserstoffmenge.

Beim MIG- und WIG-Schweißen wird Wasserstoff unterschiedlich aufgenommen, da sich die Bedingungen für den Lichtbogen und den Tropfenübergang unterscheiden. Beim WIG-Wurzelschweißen können Oxidrückstände an der Wurzel zu konzentrierten Poren führen. Die Verteilung der Poren und Veränderungen der Oxidfarbe können dabei helfen, diese Ursache zu identifizieren. Poren unmittelbar unter der Oberfläche können später als Blasen auftreten.

Warum Blasen nicht entweichen können

Aluminium-Schweißgut kühlt etwa vier- bis siebenmal schneller ab als Schweißgut aus Kohlenstoffstahl. Obwohl Aluminium eine geringere Dichte aufweist, was das Aufsteigen von Blasen begünstigt, verkürzt die schnelle Erstarrung die Zeit, die den Blasen zum Entweichen zur Verfügung steht. Wasserstoffblasen, die erst spät entstehen, werden daher im Schweißgut eingeschlossen.

So beugen Sie Porosität bei Aluminiumschweißnähten vor

1. Halten Sie das Werkstück, den Schweißdraht und das Schutzgassystem trocken. Der Hersteller empfiehlt Argon mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter 0,08%.
2. Entfernen Sie unmittelbar vor dem Schweißen Oxid, Öl und andere Verunreinigungen. Für das manuelle WIG-Schweißen von 1,8 mm dickem LF3-Blech empfiehlt die Quelle, einen 20 mm breiten Bereich abzuschaben und eine Wurzelaufbereitung in Form eines umgekehrten V vorzunehmen.
3. Wählen Sie Parameter, die ein Entweichen des Gases ermöglichen. Beim WIG-Schweißen sind in der Regel eine höhere Stromstärke, ein schnellerer Vorschub und eine geringere Gesamteinzufuhr von Wärme von Vorteil. Beim MIG-Schweißen sind unter Umständen ein langsamerer Vorschub und eine höhere Wärmezufuhr erforderlich, um die Lebensdauer des Schweißbads zu verlängern.
4. Führen Sie bei Bedarf eine angemessene Vorwärmung durch, insbesondere bei dicken oder stark wärmeleitenden Werkstücken.

Eine effektive Porositätskontrolle ist ein ganzheitlicher Prozess: trockene Verbrauchsmaterialien, saubere Oberflächen, eine stabile Abschirmung und ein Temperaturzyklus, der dem Wasserstoff Zeit gibt, den Pool zu verlassen.