1. Oxidfilm:
Aluminium oxidiert an der Luft und beim Schweißen sehr leicht. Das entstehende Aluminiumoxid (Al2O3) hat einen hohen Schmelzpunkt, ist sehr stabil und lässt sich nur schwer entfernen. Es behindert das Schmelzen und Verschmelzen des Grundmaterials. Der Oxidfilm hat ein hohes spezifisches Gewicht und schwimmt nicht leicht an die Oberfläche. Es kommt leicht zu Fehlern wie Schlackeneinschlüssen, unvollständiger Verschmelzung und unvollständiger Durchdringung.
Der oberflächliche Oxidfilm von Aluminium und die Aufnahme großer Feuchtigkeitsmengen können leicht zu Poren in der Schweißnaht führen. Vor dem Schweißen sollten chemische oder mechanische Methoden angewendet werden, um die Oberfläche gründlich zu reinigen und den oberflächlichen Oxidfilm zu entfernen.
Verstärken Sie den Schutz während des Schweißvorgangs, um Oxidation zu verhindern. Beim Wolfram-Inertgasschweißen verwenden Sie Wechselstrom, um den Oxidfilm durch den „Kathodenreinigungseffekt“ zu entfernen.
Verwenden Sie beim Gasschweißen ein Flussmittel, das den Oxidfilm entfernt. Beim Schweißen dicker Bleche kann die Schweißwärme erhöht werden. Beispielsweise hat der Heliumlichtbogen eine große Hitze, und zum Schutz wird Helium oder Argon-Helium-Mischgas verwendet, oder es wird ein großflächiges Schutzgasschweißen mit Schmelzelektrode verwendet. Bei Gleichstrom-Plus-Anschluss ist eine „Kathodenreinigung“ nicht erforderlich.
2. Hohe Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind etwa doppelt so hoch wie die von Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl. Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist mehr als zehnmal so hoch wie die von austenitischem Edelstahl.
Beim Schweißvorgang kann schnell eine große Wärmemenge in den Grundwerkstoff geleitet werden. Daher wird beim Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen zusätzlich zur Energie, die im Schmelzbad verbraucht wird, auch unnötig mehr Wärme an anderen Stellen des Metalls verbraucht. Der Verbrauch dieser Art nutzloser Energie ist höher als beim Stahlschweißen. Um qualitativ hochwertige Schweißverbindungen zu erhalten, sollte möglichst viel Energie mit konzentrierter Energie und hoher Leistung eingesetzt werden, manchmal können auch Vorwärmungen und andere Prozessmaßnahmen eingesetzt werden.
3. Großer linearer Ausdehnungskoeffizient, leicht zu verformen und thermische Risse zu erzeugen
Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist etwa doppelt so hoch wie der von Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl. Die Volumenschrumpfung von Aluminium während der Erstarrung ist groß und die Verformung und Spannung der Schweißkonstruktion ist groß. Daher müssen Maßnahmen ergriffen werden, um Schweißverformungen zu verhindern.
Wenn das geschmolzene Aluminiumschweißbad erstarrt, können leicht Lunker, Schrumpfporosität, Heißrisse und hohe innere Spannungen entstehen.
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Durch die Anpassung der Zusammensetzung des Schweißdrahtes und des Schweißprozesses können Maßnahmen ergriffen werden, um die Entstehung von Heißrissen während der Produktion zu verhindern. Wenn die Korrosionsbeständigkeit dies zulässt, kann Schweißdraht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung zum Schweißen anderer Aluminiumlegierungen als Aluminium-Magnesium-Legierungen verwendet werden. Wenn die Aluminium-Silizium-Legierung 0,5 % Silizium enthält, ist die Neigung zur Heißrissbildung größer. Mit zunehmendem Siliziumgehalt wird der Kristallisationstemperaturbereich der Legierung kleiner, die Fließfähigkeit nimmt deutlich zu, die Schrumpfrate nimmt ab und auch die Neigung zur Heißrissbildung nimmt entsprechend ab.
Produktionserfahrungen zeigen, dass es bei einem Siliziumgehalt von 5 bis 6 % nicht zu Heißrissen kommt, so dass die Verwendung von SAlSi-Streifen (Siliziumgehalt 4,5 bis 6 %) Schweißdraht eine bessere Rissbeständigkeit aufweist.
4. Wasserstoff leicht auflösen
Aluminium und Aluminiumlegierungen können im flüssigen Zustand große Mengen Wasserstoff lösen, im festen Zustand jedoch kaum Wasserstoff. Während des Erstarrungs- und schnellen Abkühlprozesses des Schweißbades hat der Wasserstoff keine Zeit zum Entweichen und es bilden sich leicht Wasserstofflöcher. Die Feuchtigkeit in der Atmosphäre der Lichtbogensäule, die von der Oxidschicht auf der Oberfläche des Schweißmaterials und des Grundmetalls adsorbierte Feuchtigkeit sind wichtige Quellen für Wasserstoff in der Schweißnaht. Daher muss die Wasserstoffquelle streng kontrolliert werden, um die Bildung von Poren zu verhindern.
5. Gelenke und Wärmeeinflusszonen werden leicht aufgeweicht
Legierungselemente verdampfen und verbrennen leicht, was die Leistung der Schweißnaht verringert.
Wenn das Grundmetall durch Verformung oder durch Mischkristallalterung verfestigt ist, verringert die Schweißwärme die Festigkeit der Wärmeeinflusszone.
Aluminium hat ein kubisch flächenzentriertes Gitter und weist keine Allotrope auf. Beim Aufheizen und Abkühlen findet kein Phasenwechsel statt. Die Schweißkörner neigen dazu, grob zu werden und die Körner können durch Phasenänderungen nicht verfeinert werden.
Schweißmethode
Zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen können nahezu verschiedene Schweißmethoden verwendet werden, Aluminium und Aluminiumlegierungen sind jedoch unterschiedlich an verschiedene Schweißmethoden anpassbar, und verschiedene Schweißmethoden haben ihre eigenen Anwendungsfälle.
Die Verfahren Gasschweißen und Elektrodenlichtbogenschweißen sind einfach in der Ausrüstung und leicht zu bedienen. Das Gasschweißen kann zum Reparaturschweißen von Aluminiumblechen und -gussteilen verwendet werden, die keine hohe Schweißqualität erfordern. Das Elektrodenlichtbogenschweißen kann zum Reparaturschweißen von Gussteilen aus Aluminiumlegierungen eingesetzt werden.
Das Schutzgasschweißverfahren (WIG oder MIG) ist das am weitesten verbreitete Schweißverfahren für Aluminium und Aluminiumlegierungen.
Aluminium- und Aluminiumlegierungsbleche können durch Wolframelektroden-Wechselstrom-Argon-Lichtbogenschweißen oder Wolframelektroden-Impuls-Argon-Lichtbogenschweißen geschweißt werden.
Dicke Platten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen können durch Wolfram-Helium-Lichtbogenschweißen, Argon-Helium-Misch-Wolfram-Lichtbogenschweißen, Gas-Metall-Lichtbogenschweißen und Impuls-Metall-Lichtbogenschweißen bearbeitet werden. Zunehmend werden das Metallschutzgasschweißen und das Impuls-Metalllichtbogenschweißen eingesetzt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Juli 2024
