So bereiten Sie Aluminiumlegierungen für das Schweißen vor

Die Reinigung vor dem Schweißen ist entscheidend für die Qualität von Schweißnähten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Aluminium oxidiert leicht und bildet einen dichten, harten Oxidfilm, der Feuchtigkeit aufnimmt. Dieser Film behindert das ordnungsgemäße Verschmelzen und ist eine Ursache für Porosität und Einschlüsse. Auch Öl, Rost, Zunder und andere Verunreinigungen können Poren verursachen. Der Draht und die Fuge müssen daher gründlich gereinigt werden, um Oxid und Öl zu entfernen. Die drei wichtigsten Methoden sind Entfetten, chemische Reinigung und mechanische Reinigung.

1. Entfetten

Entfernen Sie Öl vom Schweißdraht und aus dem Schweißbereich mit Benzin, Alkohol, Aceton, Ethylacetat, Tetrachlorkohlenstoff oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel. Reinigen Sie die Fuge und einen Streifen, der sich auf jeder Seite 30–50 mm erstreckt.

2. Chemische Reinigung

Säure- und Laugenlösungen reagieren mit Öl, Schmutz, Rost, Kalkablagerungen und Oxid und bilden dabei lösliche Produkte, wodurch die Metalloberfläche des Werkstücks und des Drahtes freigelegt wird.

Für eine vollständige chemische Reinigung:

1. Das Werkstück und den Draht 10–15 Minuten lang in einer NaOH-Lösung vom Typ 8%–10% bei 40–60 °C ätzen.
2. Etwa 2 Minuten lang unter kaltem Wasser abspülen.
3. In einer verdünnten Salpetersäurelösung im Verhältnis 301:33:33 (nach Volumen) neutralisieren. Es dürfen keine gelben oder schwarzen Flecken zurückbleiben.
4. 2–3 Minuten lang in 50–60 °C warmem Wasser abspülen und mit einer Bürste mit harten Borsten schrubben.
5. Im Backofen bei 100–150 °C etwa 30 Minuten trocknen lassen.

Falls das Werkstück zu groß ist, um vollständig eingetaucht zu werden, entfernen Sie die Folie an den entsprechenden Stellen:

1. Erhitzen Sie die Nut und einen 30–50 mm breiten Streifen auf jeder Seite mit einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme auf 80–100 °C.
2. Wischen Sie diese Bereiche mit einer NaOH-Lösung (10%–15%) ab. Sobald sie anfangen, weiß zu werden, neutralisieren Sie sie mit einer verdünnten Salpetersäurelösung (30%).
3. Gründlich unter kaltem Wasser abspülen.
4. Lassen Sie das Werkstück an der Luft trocknen.

Weder die Temperatur noch die Lösungskonzentration sollten zu hoch sein. Eine zu heftige Reaktion führt zur Bildung eines weißen Films, der das Schweißen beeinträchtigt. Lösungsrückstände müssen abgespült werden, um lokale Lochfraßbildung und eine verkürzte Lebensdauer zu vermeiden. Dank der Verbesserungen bei der Herstellung von Schweißdraht ist eine chemische Reinigung moderner Schweißdrähte in der Regel nicht mehr erforderlich.

3. Mechanische Reinigung

Mechanische Verfahren dienen zur Entfernung von Oxidschichten, Korrosionsprodukten und Walzzunder. Sie kommen üblicherweise bei großen Werkstücken, langen Produktionszyklen, mehrschichtigen Schweißnähten oder bei erneuter Verunreinigung nach einer chemischen Reinigung zum Einsatz.

Entfetten Sie die Fläche zunächst mit Benzin, Alkohol, Aceton oder einem anderen organischen Lösungsmittel. Entfernen Sie anschließend mit einer Edelstahl-Drahtbürste oder einem Schaber das Oxid im Umkreis von 50 mm auf beiden Seiten der Nut, bis der metallische Glanz zum Vorschein kommt. Verwenden Sie kein Schleifpapier und keine Schleifscheibe: Weiches Aluminium kann Schleifpartikel einfangen, die später zu Schweißfehlern führen können. Wischen Sie nach der mechanischen Reinigung die Stirnfläche und beide Seiten des Schweißbereichs mit Aceton oder Alkohol ab, um restliches Oxid, Öl und andere Verunreinigungen zu entfernen.

Die mechanische Reinigung ist einfach, jedoch im Allgemeinen weniger wirksam als die chemische Reinigung und hat Schwierigkeiten, Oxid vom Schweißdraht zu entfernen. Die Kombination beider Methoden führt zum besten Ergebnis, obwohl unkritische Werkstücke manchmal auch nach einer reinen Entfettung geschweißt werden können.

Mit dem Schweißen sollte unverzüglich begonnen werden, da sich während der Lagerung eine neue Oxidschicht bildet. Der Zeitraum nach der Reinigung darf 4 Stunden nicht überschreiten; andernfalls müssen die Teile erneut gereinigt werden. Diese Anforderung ist insbesondere bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit von Bedeutung. Elektrochemisch polierter Aluminiumdraht bleibt an der Luft relativ lange verwendbar und in Kunststoff verpackt fast sechs Monate lang.

4. Stützstangen

Aluminium weist nur eine geringe Hochtemperaturfestigkeit auf – lediglich 10 MPa bei 370 °C –, sodass eine Schweißnaht zusammenbrechen oder durchbrennen kann. Oft wird eine Unterlage aus Graphit, Edelstahl oder Kupfer verwendet, um die Schmelze abzustützen und gleichzeitig eine vollständige Durchschweißung zu ermöglichen. Eine Kupfer-Stützleiste darf die Schweißnaht nicht verunreinigen: Wenn der Lichtbogen sie erreicht, kann sich eine Aluminium-Kupfer-Legierung bilden, wodurch eine spröde, korrosionsanfällige Zone entsteht. Fräsen Sie direkt unterhalb der Naht eine bogenförmige Nut ein, um der Schweißnahtwurzel ein solides Profil zu verleihen.

Die Unterlage sollte zudem die Wurzel kühlen, wodurch die wärmebeeinflusste Zone verkleinert und die Verbindungseigenschaften verbessert werden. Ein wassergekühlter Kupferstab sorgt für eine hervorragende Kühlung, während Edelstahl die geringste Kühlwirkung aufweist.

5. Schweißvorrichtungen

Geeignete Spannvorrichtungen tragen dazu bei, schnell reproduzierbare, qualitativ hochwertige Schweißnähte herzustellen. Sie verringern den Bedarf an Heftschweißungen, verbessern die Passgenauigkeit und vereinfachen das Schweißen. Die Konstruktion sollte eine gleichmäßige Spannkraft ausüben, einen guten Zugang für den Schweißbrenner gewährleisten, ein einfaches Entfernen ermöglichen und so einfach und praktisch wie möglich sein.

6. Vorheizen

Nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen erfordern in der Regel kein Vorheizen, während wärmebehandelbare Legierungen davon profitieren können. Das Vorheizen entfernt Oberflächenfeuchtigkeit, verringert Temperaturgradienten durch langsames Aufheizen und Abkühlen, mindert die Neigung zu Verformungen, mangelnder Durchschweißung, Porosität und Rissbildung, erhöht die Vorschubgeschwindigkeit und verkürzt die Zeit, in der geschmolzenes Aluminium auf hoher Temperatur verbleibt, wodurch der Verlust an Legierungselementen begrenzt wird.

Teile mit einer Dicke von mehr als 8 mm müssen in der Regel vorgewärmt werden. Verwenden Sie Temperaturen von 100–300 °C, da zu hohe Temperaturen die Schweißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. Das Erwärmen kann mit einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme oder in einem Ofen erfolgen und sollte sich auf etwa 150 mm auf jeder Seite der Naht erstrecken. Bei Verbindungen zwischen ungleichmäßigen Dicken darf die dünnere Seite nicht erwärmt werden.

Umweltanforderungen

Das Schweißen von Aluminium ist empfindlich gegenüber Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit. Die empfohlenen Umgebungsbedingungen sind eine Temperatur von mindestens 8 °C und eine relative Luftfeuchtigkeit von höchstens 80%.