Aluminium-Gasschweißen erklärt: Techniken, Tipps & Sicherheit

Oxyacetylen- und Oxywasserstoff-Schweißverfahren werden am häufigsten für das Gasschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Wasserstoff kann mit Sauerstoff unter Verwendung derselben Düsen wie Acetylen verbrannt werden. Die Temperatur ist jedoch niedriger und größere Düsentypen sind erforderlich.

Wenn Acetylen und Sauerstoff im richtigen Verhältnis gemischt und gezündet werden, erreicht die resultierende Flamme eine Temperatur von 3.482 °C (6.300 °F). Dies ist intensiv genug, um alle kommerziellen Metalle so vollständig zu schmelzen, dass die zu verbindenden Metalle tatsächlich ineinander fließen und eine vollständige Verbindung ohne mechanischen Druck oder Hämmern bilden.

Ausgenommen bei sehr dünnem Material wird meist Zusatzmetall in Form eines Drahtstabes zum geschmolzenen Metall hinzugefügt, um die Naht leicht zu verstärken. Wird das Schweißen korrekt ausgeführt, ist der Verbindungsabschnitt so fest wie das Grundmetall selbst.

Metalle, die mit Oxyacetylen-Flamme verschweißt werden können, umfassen Eisen, Stahl, Gusseisen, Kupfer, Messing, Aluminium, Bronze sowie viele Legierungen. Die Oxyacetylen-Flamme wird auch zum Schneiden von Metall, zur Randschichthärtung und zum Glühen verwendet.

Nahtvorbereitung & Behandlungen

Grundmetall vor dem Schweißen reinigen

Gute Reinigungspraktiken sind beim Aluminiumschweißen immer wichtig. Der erforderliche Sauberkeitsgrad und die Metallvorbereitung hängen vom gewünschten Qualitätsniveau der Nähte ab. Geeignete Vorbereitung vor dem Schweißen ist wichtig, wenn Fertigungen die Schweißqualitätsanforderungen von Fertigungscodes wie AWS D1.2 erfüllen müssen.

Hochwertige Nähte sind bei Aluminium weitaus schwieriger zu erreichen als bei Stahl. Aluminium hat ein viel größeres Potenzial, Qualitätsprobleme wie mangelnde Fusion, mangelnde Eindringung und Porosität zu entwickeln als Stahl.

Der harte Oxidfilm auf Aluminium kann Fusionierungsprobleme verursachen und muss kontrolliert werden. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium kann Eindringungsprobleme verursachen. Die hohe Löslichkeit von Wasserstoff in geschmolzenem Aluminium kann Porositätsprobleme verursachen und erfordert, dass alle Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffe vor dem Schweißen eliminiert werden.

Die Dicke des Oxidfilms auf Aluminium muss kontrolliert und eine Hydratisierung durch übermäßige Feuchtigkeit verhindert werden.

Metalllagerung und Nahtvorbereitung – Do's und Don'ts

Lagerung

• Lagern Sie alle Schweißdrähte und Grundmetalle an einem trockenen Ort mit minimaler Temperaturschwankung.
• Schweißdraht sollte vorzugsweise in einem trockenen, beheizten Raum oder Schrank gelagert werden.
• Lagern Sie Metall vertikal, um Feuchtigkeitskondensation und Wasseraufnahme zwischen den Lagen zu minimieren.
• Bringen Sie alle Zusatz- und Grundmetallmaterialien 24 Stunden vor dem Schweißen in den Schweißbereich, damit sie Raumtemperatur annehmen können.
• Halten Sie Schweißdraht jederzeit abgedeckt.

Nahtvorbereitung

• Verwenden Sie keine Methoden, die eine geschliffene oder verschmierte Oberfläche hinterlassen. Beispiel: Eine kreissägegeschnittene Oberfläche ist schweißgeeignet, während eine bandsägegeschnittene Oberfläche eine verschmierte Oberfläche hinterlässt, die zu mangelnder Fusion führen kann und vor dem Schweißen gefeilt werden sollte, um verschmiertes Metall zu entfernen. Eine grobe Trennscheibe ist einer Schleifscheibe vorzuziehen, jedoch sollte wenn möglich auf jegliche Art von Schleifer verzichtet werden.
• Verwenden Sie wenn möglich keine Schmiermittel im Nahtvorbereitungsprozess.
• Verwenden Sie keine chlorierten Lösungsmittel im Schweißbereich, da diese bei Lichtbögen giftige Gase bilden können.
• Verwenden Sie kein Oxyfuel-Schneiden, Kohlenstoffbogenschneiden oder -ausschmelzen oder Oxyfuel-Flammen zum Vorwärmen. Diese Prozesse beschädigen den Wärmeeinflussbereich und fördern das Wachstum und die Hydratisierung des auf der Oberfläche vorhandenen Oxidfilms.
• Verwenden Sie Plasmalichtbogenschneiden & -ausschmelzen und Laserschneiden.
• Entfernen Sie Plasmalichtbogen- und Laserschnittkanten bei 2xxx-, 6xxx- und 7xxx-Serienlegierungen mechanisch. Die geschmolzenen Kanten dieser Legierungen enthalten schädliche Erstarrißbildung und Wärmeeinflusszonenzustände. Entfernen Sie mindestens 3 mm Metall von der Schnittkante. Verwenden Sie mechanische Metallentfernungsmethoden, die Späne schneiden und entfernen.
• Bereiten Sie die Naht vor der Montage vor und reinigen Sie sie. Entfetten Sie die Oberflächen mit einem Lösungsmittel.
• Verwenden Sie saubere Tücher wie Käsetuch oder Papiertücher zum Lösungsmittelreinigen und Trocknen einer Schweißnaht.
• Verwenden Sie keine Werkstattlappen zum Reinigen von Schweißnähten und keine Druckluft zum Abblasen der Naht. Druckluft enthält Feuchtigkeit und Ölverunreinigungen.
• Bürsten Sie die Naht mit einer Edelstahldrahtbürste nur NACH der Lösungsmittelreinigung. Drahtbürsten VOR der Reinigung bettet Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen in die Metalloberfläche ein.
• Bürsten Sie alles Metall, das geätzt wurde, mit Edelstahldrahtbürste. Die Rückstände vom Ätzen müssen vor dem Schweißen entfernt werden.
• Reinigen Sie alle Drahtbürsten und Schneidwerkzeuge häufig.

Nahtunterlage (Weld Backing)

Temporäre Unterlagen bestehen meist aus Kupfer, eloxiertem Aluminium, Edelstahl oder verschiedenen Keramikmaterialien. Sie dienen zur Kontrolle der Eindringtiefe und werden nach dem Schweißen entfernt. Es muss darauf geachtet werden, dass das Unterlagenmaterial nicht in das Schweißbad einschmilzt.

Permanente Unterlagen bestehen immer aus der gleichen Legierung wie das zu verschweißende Grundmetall. Siehe AWS D1.2 für Anforderungen zur Entfernung von Unterlagen. Typischerweise wird keine Wurzelöffnung bei temporärem Unterlagenmaterial verwendet. Eine Wurzelöffnung wird typischerweise bei permanentem Unterlagenmaterial verwendet.

Vorwärmen und Zwischenlagentemperaturen

Vorwärmen kann verwendet werden, um die thermischen Auswirkungen der Querschnittsgröße beim Schweißen von Grundmetallen ungleicher Dicke zu reduzieren. Wärmebehandelbare Grundmetalle und 5xxx-Grundmetalle mit mehr als 3 % Mg sollten nicht Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen über 121 °C (250 °F) für mehr als 15 Minuten ausgesetzt werden. Siehe AWS D1.2.

Nachbehandlung und Alterung

Wenn wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen geschweißt werden, verlieren sie einen erheblichen Teil ihrer mechanischen Eigenschaften in der Wärmeeinflusszone. Wenn das zu verschweißende Grundmetall im -T4-Zustand ist, kann ein großer Teil der ursprünglichen Festigkeit nach dem Schweißen durch Nachbehandlungsaltern wiederhergestellt werden.

Wenn das Grundmetall im -T6-Zustand geschweißt wird, kann es nach dem Schweißen lösungsgeglüht und gealtert werden, was es in den -T6-Zustand zurückversetzt. Je nach verwendetem Zusatzwerkstoff können Nachbehandlung und Alterung Probleme verursachen.

Wenn der Zusatzwerkstoff nicht auf dieselbe Weise auf Wärmebehandlung und Alterung reagiert wie das Grundmetall, kann die Naht mechanische Eigenschaften unter denen des Grundmetalls aufweisen. Aufgrund von Spannungskonzentrationen in der Naht selbst ist dies kein wünschenswerter Zustand.

Daher ist die Wahl des Zusatzwerkstoffs kritisch, wenn Nachbehandlung und Alterung durchgeführt werden. Kontaktieren Sie Hobart und holen Sie metallurgischen Rat ein, welche Zusatzwerkstoffe für Ihre Anwendung am besten geeignet sind.

Aluminium-Gasschweißprozess

Nachdem das zu verschweißende Material ordnungsgemäß vorbereitet, gefluxt und vorgeheizt wurde, wird die Flamme in kleinen Kreisen über den Startpunkt geführt, bis der Fluss schmilzt. Der Zusatzstab sollte im Abstand von drei bis vier Sekunden über die Oberfläche der Zehe geschabt werden, sodass der Zusatzstab jedes Mal aus der Flamme herauskommt.

Die Schabewegung zeigt an, wann mit dem Schweißen begonnen werden soll, ohne das Aluminium zu überhitzen. Das Grundmetall muss geschmolzen sein, bevor der Zusatzstab aufgebracht wird. Vorlaufschweißen (Forehand) gilt allgemein als bestes Verfahren für Aluminium, da die Flamme den zu verschweißenden Bereich vorheizt. Beim Schweißen von dünnem Aluminium ist abgesehen vom Vorrücken kaum Brennerbewegung nötig.

Bei Material ab 4,8 mm (3/16 Zoll) Dicke sollte der Brenner eine sanfte seitliche Bewegung erhalten. Dies verteilt das Schweißgut über die gesamte Nahtbreite. Eine sanfte Vor- und Rückbewegung hilft dem Fluss, das Oxid zu entfernen.

Der Zusatzstab sollte periodisch in das Schweißbad getaucht und mit einer Vorwärtsbewegung herausgezogen werden. Dieser Abstreifprozess schließt das Bad, verhindert Porosität und unterstützt den Fluss bei der Oxidfilmentfernung.

SCHWEIßREGELN

Hinweis: Das folgende Verfahren gilt für Oxyacetylen, wegen der technischeren Natur und der variierenden Verfügbarkeit von Wasserstoff.

Die Regeln sind einfach. Befolgen Sie sie oder scheitern Sie!

• Öffnen Sie die Sauerstoffflasche vollständig, um die obere Dichtung zu setzen, dann nur den Acetylen leicht an. Stellen Sie die Regler auf gleiche Drücke ein, 0,14 bis 0,34 bar (2 bis 5 psi), wobei kleinere Düsen niedrigere Drücke benötigen.
• Wählen Sie eine Düse eine Nummer größer als für Stahl, z. B. wenn Sie für 1 mm Stahlblech eine 00-Düse wählen, dann für 1 mm Aluminiumblech eine 0-Düse.
• Bei öligem Material mit Lösungsmittel, Nitroverdünnung oder Alkohol reinigen. Kurz vor dem Schweißen beidseitig mit Edelstahlbürste schrubben.
• Flussmittel entweder den Stab (oder Draht) oder das Teil – oder in Extremfällen beides. Das Flussmittel ist ein weißes Pulver, das zu 1/3 mit 2/3 Wasser oder Alkohol gemischt wird.
• Sicherheitsvorkehrungen wie Augenschutz, ausreichende Belüftung und den Kopf aus den Dämpfen halten, werden empfohlen.
• Wählen Sie das richtige Zusatzmetall für die zu verschweißende Legierung. Gängige schweißbare Flugzeuglegierungsbleche.

Hohlstäbe mit Flussmittelfüllung waren vor Jahren erhältlich, aber abgesehen von der fragwürdigen Legierung hatten sie die hartnäckige schlechte Angewohnheit, sich sauber zu teilen, die Kanten der Fuge aufzubauen, ohne sie miteinander zu verbinden.