Aluminiumschweißen 

Aluminiumschweißen – WIG

Schmelzschweißen von Aluminium

Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, wie, jedoch, und andere Metalle - dies ist die Verbindung zweier metallischer Komponenten durch metallurgische Bindungen an der Kontaktfläche zwischen ihnen. Dieses physikalische Phänomen wird Koaleszenz genannt [1]. Diese metallurgischen Bindungen können durch Schmelzen beider Oberflächen erreicht werden, und dann heißt es Schmelzschweißen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwischen diesen beiden Teilen einen hohen Druck zu erzeugen., manchmal mit Hitze, metallische Bindungen entlang der Grenze zwischen ihnen zu bilden. Dies wird Festkörperschweißen genannt.. Ein Beispiel für ein solches Schweißen ist das Aluminium-Reibschweißen..

Die wichtigsten Arten des Schmelzschweißens, die zum Verbinden von Aluminiumbauteilen verwendet werden, sind die folgenden [1]:

  • nicht verbrauchbare Elektrode in einer Inertgasumgebung;
  • Verbrauchselektrode in einer Inertgasumgebung;
  • Sauerstoffgas;
  • Elektronenstrahl;
  • Laser;
  • Elektrogas;
  • Elektro-Schlacke;
  • untergetauchter Bogen.

Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in das Lichtbogenschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen mit einer nicht abschmelzenden Elektrode in einer Inertgasumgebung basierend auf den Materialien des bekannten Leitfadens [1], sowie die Europäische Norm für das Lichtbogenschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen [2]. Um die praktischen Details dieses Verfahrens zu klären, ist es notwendig, sich auf spezielle Handbücher für dieses Schweißverfahren zu beziehen..

WIG-Aluminium-Lichtbogenschweißen

Diese Art des Schweißens hat die folgende Definition: Lichtbogenschweißen, die nicht verbrauchbare Wolframelektrode und Edelgas annimmt, um die Elektrode zu schützen, Lichtbogen und Schmelzbad (Abb 1).

Bild 1 – Schema des Lichtbogenschweißprozesses in einer Inertgasumgebung
mit Wolframelektrode [1]

Im Ausland werden für dieses Schweißverfahren drei Bezeichnungen verwendet: WIG, TAGS und GTAW. Die ersten beiden werden hauptsächlich in Europa verwendet, der dritte ist in den USA. Diese Bezeichnungen sind Abkürzungen für verschiedene Prozessnamen., das sind verschiedene Kombinationen der Anfangsbuchstaben der folgenden Schlüsselwörter:

  • T: Wolfram - Wolfram
  • Ich: Träge
  • G: Gas – Gas
  • S: Abschirmung - schützend
  • W: Schweißen
  • A: Bogen ist ein Bogen.

Im Folgenden nennen wir diesen Prozess der Kürze und Bequemlichkeit halber: WIG-Verfahren oder WIG-Schweißen..

Merkmale des Aluminiumschweißens nach dem WIG-Verfahren

  • Der Schweißlichtbogen fungiert nur als Wärmequelle und es liegt im Ermessen des Schweißers, ob er einen Zusatzdraht verwendet oder nicht..
  • Das Schweißbad wird gut kontrolliert, Daher können Schweißnähte ohne die Verwendung von Stütztellern hergestellt werden.
  • Der Lichtbogen ist bei sehr niedrigen Schweißströmen stabil, wodurch es möglich ist, dünnwandige Bauteile zu schweißen.
  • Das Verfahren gewährleistet eine sehr gute Schweißnahtqualität., aber ein erfahrener Schweißer ist erforderlich, um maximale Qualität zu erreichen.
  • Das Verfahren hat eine niedrigere Schweißgeschwindigkeit und eine niedrigere Zufuhrgeschwindigkeit des Schweißdrahtes., als MIG-Schweißen, was es in manchen Situationen weniger produktiv macht.
  • Das WIG-Verfahren beschränkt sich eher auf das Schweißen von dünnem Aluminium, Wärmebehandlung zur Erzeugung einer festen Lösung (Erhitzen zum Härten); 6 mm.
  • Das WIG-Verfahren dringt weniger tief in das Grundmetall ein, als das MIG-Verfahren, d.h. das gleiche Schweißverfahren schmelzen Elektrode. Daher stoßen sie beim Schweißen mit der WIG-Methode manchmal auf Schwierigkeiten beim Herstellen einer Naht in Kehl- und T-Nähten.. Empfohlene Arten der Vorbereitung von Komponenten für das WIG-Schweißen sind in der Abbildung dargestellt 2.

WIG-Schweißgerät für Aluminium

Die Hauptausrüstung für das WIG-Schweißen umfasst:

  • elektrische Stromquelle;
  • Schweißbrenner;
  • Inertgasquelle;
  • Fülldrahtvorschub u
  • Wasserkühlung (falls erforderlich).

Ein typischer Arbeitsplatz für das WIG-Schweißen von Aluminium ist in der Abbildung dargestellt. 2.


Bild 2 – Reparatur von Aluminiumgussteilen mit manuellem WIG-Schweißen
bei Gleichstrom mit Helium als Schutzgas [1]

WIG-Methode: DC oder AC

Zum Schweißen der meisten Aluminiumlegierungen wird das klassische WIG-Schweißverfahren mit einer Gleichstromquelle verwendet.. Dabei wird die Elektrode mit ihrem Minuspol verbunden. Es ist bekannt, dass das Schweißen bei dieser Polarität keine effektive Entfernung des Oxidfilms von der Aluminiumoberfläche liefert. Außerdem, Bei dieser Methode des Lichtbogenschweißens in einer Schutzgasumgebung wird eine große Wärmemenge am Pluspol freigesetzt. WIG-Schweißen mit Elektrode, mit dem Pluspol verbunden, führt zu Überhitzung und Schmelzen der Elektrode.

Daher wird das manuelle WIG-Schweißen in der Regel mit Wechselstrom durchgeführt.. In diesem Fall erfolgt die Entfernung des Oxidfilms, wenn sich die Elektrode in einer positiven AC-Halbwelle befindet. In der negativen Halbwelle wird die Elektrode abgekühlt und die Schweißnaht durchdringt. Der Lichtbogen zerfällt und zündet bei jeder Halbwelle, wenn der Lichtbogenstrom durch Null geht. Bei der Frequenz der Stromquelle 50 Hz es passiert 100 einmal pro Sekunde, d.h. zweimal in jedem Zyklus.

Schutzgas

Argon

Das bevorzugte Schutzgas beim WIG-Schweißen mit Wechselstrom (AC-WIG) ist Argon. Helium, sowie Mischungen von Argon mit Helium können ebenfalls verwendet werden. Argon sorgt für ein breites und flaches Eindringen in die Schweißnaht und macht die Schweißnaht gleichzeitig glänzend und silbrig.. Auch die leichteste Lichtbogenzündung und der stabilste Lichtbogen werden mit Argon erreicht.

Helium

Helium erhöht die Lichtbogenspannung, erhöht die Einbrandtiefe der Schweißnaht, erschwert aber das Zünden des Lichtbogens, und wirkt sich auch negativ auf die Stabilität des Lichtbogens aus. Einige moderne Schweißgeräte haben die Möglichkeit, mit Argon zu schweißen und dann, wenn der Lichtbogen aufgebaut ist, schaltet automatisch auf Helium um.

Argon + Helium

Das Hinzufügen von Argon zu Helium verbessert die Lichtbogenzündung und die Lichtbogenstabilität. Schweißgeschwindigkeit und Schweißdurchdringung werden geringer sein, als beim Schweißen mit reinem Helium, aber besser, als beim Schweißen nur mit Argon. Daher ist es möglich, die Breite der Schweißnaht und die Einbrandtiefe durch Veränderung des Argonanteils im Schutzgas einzustellen. Wird oft in Kombination mit verwendet 25 % Helium in Argon [1].

Schweißbrenner und Schweißkabel

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Brennertypen für Schweißströme von mehreren zehn Ampere bis zu 450 Die Werkstatt muss mindestens über ein Schweißgerät verfügen. Die Wahl des Brenners hängt von der Dicke des zu schweißenden Materials ab.. Die meisten modernen Brenner (Abb 3) haben einen Stromregler, die in den Brennergriff eingebaut ist. Alle Brenner, außer denen, die bei Strömen unten arbeiten 200 Die Werkstatt muss mindestens über ein Schweißgerät verfügen, sind wassergekühlt. Dasselbe Wasser kann auch zum Kühlen von Stromkabeln verwendet werden., was sie leichter und flexibler macht.


Bild 3 – Moderner Brenner zum WIG-Schweißen

Durch Überhitzung des Brenners können die Lötstellen im Brenner oder im Kunststoffrohr schmelzen, die das Stromkabel isoliert. Daher ist es wichtig, den richtigen Brenner entsprechend der Stromstärke auszuwählen., die bei der Herstellung von Schweißen verwendet werden, inklusive Berücksichtigung, welcher Strom angelegt wird, konstant oder variabel.

Die meisten Brenner sind mit einer Metall- oder Keramikdüse ausgestattet, um einen Gasstrahl zu erzeugen. Keramikdüsen sind beliebter, aber sie werden leichter beschädigt, als Metall. Düsendurchmesser kann variieren 9,5 zu 25 mm abhängig von der zum Schweißen benötigten Schutzgasmenge, sowie die Art des Gases. Es wird empfohlen, in Brennern sogenannte Gaslinsen zu verwenden. Die Gaslinse ist eine Netzscheibe, die in den Brenner eingesetzt wird, um zu, um die Gasströmung laminarer zu machen (Abb 4). Dies trägt dazu bei, dass das Gas den Bereich der Schweißnaht effektiver schützt..

Wolfram-Elektroden

Für WIG-Schweißverfahren gibt es verschiedene Arten von Elektroden.. Diese beinhalten:

  • Reines Wolfram
  • Wolfram, Thorium-dotiert (ThO2)
  • Wolfram, dotiert mit Zirkonium (ZrO2)

Diese Verbindungen addieren, um die Starteigenschaften des Lichtbogens zu verbessern, stabilisieren den Lichtbogen und verlängern die Lebensdauer der Elektrode. Zirkoniumelektroden gelten als bevorzugt für das AC-WIG-Schweißen, da sie einen höheren Schmelzpunkt haben, als Elektroden aus reinem Wolfram und Wolfram mit Zusätzen von Thorium. Daher können sie höhere Schweißströme führen., sind widerstandsfähiger gegen Schmutz und Beschädigungen.

Das Ende der Elektrode muss beim Schweißen halbkugelförmig sein. Diese Form trägt zur Stabilität des Lichtbogens bei. Das Ende der Elektrode sollte leicht spitz sein, um sein abgerundetes Ende zu formen (Abb 4).


Bild 4 – Typische Elektrode für das WIG-Schweißen

Wenn der Elektrodendurchmesser zu klein ist, wird es überhitzen und, Vielleicht, schmelzen. Dies führt zu einer Verunreinigung des Schweißbades mit Wolfram.. Die Elektroden kommen in Durchmessern von 0,3 zu 6,4 mm. Die Elektrode darf maximal aus der Brennerdüse herausragen, als auf 6 mm. Dieser Wert kann erhöht werden 10 mm, wenn im Brenner Gaslinsen verwendet werden.

Manuelles WIG-Schweißen

Handhabung des Brenners

Halten Sie die Lichtbogenlänge so kurz wie möglich. In der Praxis entspricht die Länge des Bogens ungefähr seinem Durchmesser (Abb 5). Wenn der Lichtbogen zu lang ist, dies verringert die Durchdringung der Naht und erhöht das Risiko von Defekten aufgrund unzureichender Durchdringung, schlechte Qualität der Schweißnaht und ihre übermäßige Breite. Außerdem, Luft kann in die Schutzgaswolke des Schweißnahtbildungsbereichs gelangen. Dies führt zu Oxideinschlüssen, die in die Schweißnaht eindringen..


Bild 5 – Neigungswinkel von Brenner und Schweißstab beim Schweißen von Aluminium im WIG-Verfahren

Der Brenner muss aufbewahrt werden, wie auf dem bild gezeigt 5 – mit 80º Neigung zur gehärteten Schweißnaht. Beim Stumpfschweißen von Elementen unterschiedlicher Dicke wird der Lichtbogen mehr auf das dickere Element gerichtet. Bei Kehlnähten wird der Brenner in die Mitte des Winkels zwischen zwei Ebenen gerichtet..

Fülldraht

Wenn ein Fülldraht (Füllstab) verwendet wird, dann sollte es gleichmäßig und progressiv in einem Winkel zugeführt werden 10-20 Grad, wie auf dem bild gezeigt 5. Der Draht darf nicht direkt in den Lichtbogen geführt werden., da dies zu Spritzern und Verschmutzung der Elektrode führen kann. Balken schräg über 10-20 Grad beeinträchtigt die Sichtprüfung des Schweißbades. Die Spitze des Zusatzdrahtes muss sich bis zum Ende in der Schutzgaswolke befinden, solange es heiß bleibt, Oxidation zu vermeiden. Mit zunehmender Dicke des zu schweißenden Bauteils nimmt auch der Durchmesser des Zusatzdrahtes zu., was auch zu einer Verlängerung des Lichtbogens führt. Sie müssen immer daran denken, dass ein zu langer Lichtbogen Probleme mit dem Eindringen von Oxiden in die Schweißnaht verursachen kann. Ein Stab mit großem Durchmesser kann auch Material vor dem Schweißbad verdecken und die Reinigungswirkung des Lichtbogens beeinträchtigen., und dies kann zum Einfangen von Oxiden durch die Schweißnaht führen.

Abschluss des Schweißens

Ein kontrollierter Abschluss des Schweißens ist sehr wichtig.. Plötzliches Abschalten des Schweißstroms kann zu Kraterbildung führen, Einfallstellen (längliche Poren) und Risse im letzten Teil des Schmelzbades. Am Ende des Schweißens ist es notwendig, den Schweißstrom allmählich zu reduzieren und die Länge des Lichtbogens zu verringern, wenn er abklingt., Fügen Sie dann Fülldraht hinzu, bis der Lichtbogen verschwindet.

Mechanisierung und Automatisierung des WIG-Schweißens

Die Mechanisierung und Automatisierung des WIG-Schweißens kann mehrere Vorteile haben:

  • Möglichkeit, höhere Schweißgeschwindigkeiten zu verwenden, was zu reduziertem Verzug und schmaleren wärmebeeinflussten Zonen der Schweißnaht führt;
  • strengere Kontrolle der Schweißparameter, was das Schweißen dünnerer Materialien ermöglicht;
  • sorgfältigere Qualitätskontrolle beim Schweißen;
  • die Befähigung zum Schweißen durch Personal mit geringerer Qualifikation, als normalerweise für manuelles Schweißen erforderlich ist.

Gleichzeitig, Der Einsatz von Mechanisierung und Automatisierung hat einige Nachteile, einschließlich, deutlich zeitaufwändigere Vorbereitung geschweißter Bauteile zum Schweißen.

Quellen:

  1. Das Schweißen von Aluminium und seinen Legierungen / Gene Mathers – Woodhead Publishing, 2002
  2. Europäische Norm EN 1011-4:2000 Schweißen – Empfehlung zum Schweißen metallischer Werkstoffe – Teil 4: Lichtbogenschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen