MIG-Schweißen vs. WIG-Schweißen vs. Reibrührschweißen bei Aluminium

Da Aluminiumlegierungen so weit verbreitet sind, umfassen ihre Schweißverfahren mittlerweile unter anderem das gepulste Metall-Schutzgasschweißen, das Wechselstrom-Wolfram-Schutzgasschweißen (WIG) und das Reibrührschweißen.

Aluminiumlegierungen weisen im Allgemeinen eine gute Warm- und Kaltumformbarkeit sowie Schweißbarkeit auf und lassen sich mit herkömmlichen Schmelzverfahren verbinden. Zu den gängigen Verfahren zählen das Schutzgas-, Argon-Lichtbogen-, Plasma-Lichtbogen-, Widerstands- und Elektronenstrahlschweißen. Besonders geeignet sind Verfahren mit hoher thermischer Leistung, konzentrierter Energie und wirksamer Abschirmung.

Schienenfahrzeuge werden derzeit hauptsächlich mit automatisierten Schutzgasschweißverfahren geschweißt. Fortgeschrittene Verfahren wie das Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen befinden sich noch in der Prozessentwicklung und werden in begrenzten Anwendungsbereichen erprobt.

MIG-Schweißen

Ausstattung

Ein MIG-System besteht im Wesentlichen aus einer Stromquelle, einer Steuerung, einem Drahtvorschubgerät, einem Schweißbrenner, einer Kabelbaugruppe und einem Erdungskabel.

Merkmale

Das MIG-Verfahren bietet eine hohe Produktivität, und das Hochstrom-MIG-Verfahren eignet sich besonders für dicke Bleche. Die Verformung ist nach dem Schweißen etwas größer, und die Qualität hängt zum Teil von der Leistungsfähigkeit der Ausrüstung ab. Die Kontrolle der Porosität der Schweißnaht steht im Mittelpunkt. Wasserstoff kann aus verschiedenen Quellen eindringen.

Metalltransfer-Modus

Die drei Übertragungsarten sind Kurzschluss, Sprüh- und Sprühstrahlschweißen. Beim Kurzschlussschweißen kommt ein kurzer Lichtbogen mit einem knallenden Geräusch und geringer Eindringtiefe zum Einsatz. Es wird hauptsächlich für Kehl- oder Stumpfnähte bei Wandstärken von 1–2 mm mit niedriger Stromstärke und 0,8 oder 1,0 mm Draht verwendet. Beim Sprühübertragungsmodus entsteht ein längerer Lichtbogen mit einem pfeifenden Geräusch, der eine schmale, tiefe, fingerförmige Eindringtiefe erzeugt; dies kann zu unvollständiger Verschmelzung an den Seiten, Porosität und Rissen führen. Beim Spritzspritzmodus weist der Lichtbogen eine etwas längere Dauer und ein leises Knackgeräusch auf. Er erzeugt ein schalenförmiges Eintauchprofil und bessere mechanische Eigenschaften als sowohl das flache Eintauchen beim Kurzschlussmodus als auch das fingerförmige Eintauchen beim Spritzmodus.

Für das MIG-Schweißen von Aluminium wird im Allgemeinen der Projektionssprühtransfer empfohlen.

Faktoren, die die Qualität beeinflussen

Argon ist das üblicherweise verwendete Schutzgas; Ar-He-Gemische können den Wirkungsgrad erhöhen und die Porosität verringern. Die Drahtvorschubgeschwindigkeit, der Brennerwinkel, die Vorschubgeschwindigkeit und die Düsenhöhe müssen geregelt werden. Verwenden Sie eine PTFE- oder Nylon-Führungshülse anstelle einer Metallfederhülse und verwenden Sie keine gezahnte Antriebsrolle.

Hinweis: 1.L = erster Schweißgang; 2.L = zweiter Schweißgang; der Schweißdraht entspricht dem Grundwerkstoff; als Schutzgas wird Ar verwendet; G = Rückseitenschweißgang.

Groove-Design

Die Geometrie der Verbindungsnaht wird durch die Materialdicke und die Konstruktion bestimmt. Die Nutwinkel bei Aluminium sollten größer sein als bei Stahl, da sich an der Wurzel leicht Fehler bilden; die größere Öffnung verbessert die Bedingungen an der Wurzel.

In der waagerechten Position richten Sie die Pistole in Fahrtrichtung in einem Winkel von 5° bis 20° zur Vertikalen aus, wobei der Draht zu der Seite hin geneigt sein sollte, auf der die Wärme stärker abgeführt wird.

Bei Materialstärken von mehr als 8 mm sind mehrere Schweißgänge erforderlich. Der Wurzelschweißgang ist von entscheidender Bedeutung, da viele Schweißfehler bei Aluminium an der Wurzel auftreten. Führen Sie ihn zügig mit einer geringen Schweißnahtbreite aus, damit das aufgetragene Metall die Wurzel nicht bedeckt und keine Fehler einschließt.

WIG-Schweißen

Ausstattung

Ein WIG-System besteht im Wesentlichen aus einem Schweißstromgenerator, einer Steuerung und einem Schweißbrenner.

Merkmale

Das WIG-Schweißen eignet sich für dünnes Blech und zeichnet sich durch geringe Verformung, geringe Porosität und hohe Qualität bei anspruchsvollen Produkten aus. Verwenden Sie das Wechselstrom-WIG-Schweißen mit Gasabschirmung auf der Rückseite. Die negative Halbwelle entfernt den Oxidfilm, während die positive Halbwelle eine Überhitzung des Wolframelektrodenstabs verhindert. Typische Ursachen für Porosität sind Argon geringer Reinheit, verschmutzter Draht oder verschmutzte Nuten, unzureichende Schutzgasführung, ungeeignete Parameter, übermäßiger Elektrodenüberstand sowie ein zu langer oder instabiler Lichtbogen.

Operationstechnik

Die übliche Technik für einen rechtshändigen Schweißer ist das Vorhandschweißen: Man hält den Brenner in der rechten Hand, den Draht in der linken, neigt den Brenner um 20° nach rechts und führt den Draht in einem Winkel von 15° zum Werkstück in Richtung des Schweißbads.

Bilden Sie zunächst mit dem Lichtbogen ein Schweißbad. Führen Sie den Draht von unterhalb des Lichtbogens mit wiederholten Vor- und Rückwärtsbewegungen in das Schweißbad ein. Bewegen Sie den Draht nicht zu weit unter den Lichtbogen, da sonst die Temperatur im Schweißbad sinkt. Schmelzen Sie die Drahtspitze in die Vorderkante des Schweißbads ein und halten Sie den Draht innerhalb der Schutzgaswolke.

Reibrührschweißen

Ausstattung

Der Vorgang wird mit einem rotierenden Werkzeug durchgeführt, das aus einem profilierten Stift, einer Halterung und einer zylindrischen Schulter besteht.

Prinzip und Merkmale

Das rotierende Werkzeug überträgt Reibungswärme in die Fuge und versetzt das Material in einen plastifizierten, thermoplastischen Zustand, während sich das Werkzeug entlang der Naht bewegt. Zu Beginn dreht sich der profilierte Stift schnell und dringt in die Fuge ein. Durch die Reibung zwischen dem Stift und dem Metall bildet sich eine thermoplastische Schicht, während der Kontakt mit der Schulter zusätzliche Wärme liefert. Das plastifizierte Metall wandert kontinuierlich von der Vorderseite des Werkzeugs zur Rückseite und füllt den Hohlraum aus. Die Schweißzone durchläuft dabei Kompression, Reibungserwärmung, plastische Verformung, Wärmeübertragung, Diffusion und Rekristallisation.

Zu den Vorteilen gehören:

1. Festkörperverbindung.
2. Kaum oder gar keine Verzerrung.
3. Fähigkeit, schwierige Werkstoffe wie hochfestes Aluminium, Gussteile und Verbundwerkstoffe zu verbinden.
4. Kein Schutzgas.
5. Hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit.
6. Kein schädlicher Rauch, keine Infrarotstrahlung und keine UV-Strahlung.
7. Hohe Fahrgeschwindigkeit.
8. Keine Fehler beim Schmelzschweißen wie Poren und Risse.
9. In der Regel ist im Verbindungsbereich keine Vorbereitung vor dem Schweißen erforderlich.
10. Keine säulenförmigen Körner in der Kluft; durch plastische Verformung werden die Körner verfeinert.

Zu den Einschränkungen gehören:

1. Keine Schweißverstärkung; die Werkstückenden müssen eine Stumpfnaht bilden, und Kehlnähte sind nicht zulässig.
2. Dreidimensionale gekrümmte Oberflächen lassen sich derzeit nicht schweißen.
3. Das hervorstehende Werkzeug kann am Ende der Verbindung ein Austrittsloch hinterlassen.
4. Eine Stützvorrichtung muss der Reibungskraft standhalten.
5. Das Zusammenspiel der Gelenke und der Spaltabstand müssen genau kontrolliert werden.
6. Der Einsatz in der Produktion beschränkt sich derzeit auf Leichtmetalle.