Aluminium ist ein Werkstoff, der sich von bekannten – wie Stahl – gravierend unterscheidet. Diese speziellen Eigenschaften, wie z.B. niedrige Dichte, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, die die Anwendung von Al-Werkstoffen sehr beeinflussen, haben auch auf den Schweißprozess MIG-Schweißen gravierende Einflüsse. Das vollständige Inhaltsverzeichnis zum MIG-Schweißen von Aluminium / Lichtbogenparameter finden Sie in dem pdf-Dokument.

Werkstoff Aluminium beeinflusst Ausbildung

Sie haben die Entwicklung der Schweißgeräte und -ausrüstung geprägt und beeinflussen die Arbeitstechnik und die Strategien beim MIG-Schweißen. Dadurch wird die Ausbildung der Schweißer und Bediener durch die Eigenschaften des Werkstoffs Aluminium geprägt und ist konsequent darauf abzustimmen. Anderenfalls sind keine überzeugenden Schweißergebnisse zu erwarten.

Auch bei der Planung von Fertigungseinrichtungen zum MIG-Schweißen von komplexeren Aluminiumkomponenten sind die Einflüsse der Al-Werkstoffe zu berücksichtigen. Abläufe und Strategien aus dem MAG-Schweißen von Stahlwerkstoffen funktionieren meist nicht.

Ziele dieses Beitrags

Aluminium wird sehr häufig als Metall eingestuft und so in den Regelwerken für Ausbildung in einem Atemzug mit Stahl und anderen Werkstoffen genannt. Auch der unzureichend vorbereitete Einstieg von erfolgreichen Stahlverarbeitern in die Produktionstechnik von Al-Werkstoffen endet oft im qualitativen und wirtschaftlichen Fiasko.

Anregungen für Planung, Konzeption und Umsetzung

Um Auswirkungen dieser Art zu vermeiden, ist dieser Beitrag geschrieben. Er wendet sich an Schweißer und Prozessverantwortliche, die einen professionellen Stand bei der Verarbeitung von Al-Werkstoffen erreichen wollen. Besonders soll er aber dazu beitragen, Anregungen für die Planung, Konzeption und die Umsetzung von qualitativ anspruchsvollen Produktionsanlagen und -linien zu geben.

Sensibilisierung für die Besonderheiten von Aluminium

Der Beitrag kann sicher keine praktische Erfahrung ersetzen, kann aber die Sensibilität für die Verarbeitung und den Schweißprozess MIG-Schweißen von Al-Werkstoffen erwecken und dazu motivieren, sich bei geeigneten Spezialisten rechtzeitig Unterstützung zu holen.

Der Einfluss der Eigenschaften von Aluminium ist beim MIG-Schweißen unbedingt bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen.

Der Beitrag ist für den Praktiker kreiert, er soll das Grundverständnis zu MIG-Schweißen von Al-Werkstoffen erwecken bzw. vertiefen und Hilfe bei der Anwendung eines geeigneten Lichtbogens geben.

Themen des Beitrags

Der Beitrag beschäftigt sich:

  • mit den entscheidenden Einflussgrößen von Al-Werkstoffen auf den Schweißprozess,
  • mit den technischen Lösungen, die zurzeit auf dem Markt verfügbar sind – insbesondere mit der Anwendung der vielfältig verfügbaren Schweißprozesse ohne Anspruch auf Vollständigkeit,
  • mit den Anforderungen, die sich aus der Schweißqualität ergeben,
  • und abschließend mit der erforderlichen Planung, um Al-Werkstoffe erfolgreich und effektiv zu verarbeiten und zu verschweißen.

Aluminium lässt sich unter Beachtung der aluminiumspezifischen Eigenschaften durch den MIG-Prozess vergleichbar sicher verarbeiten, wie z.B. Stahlwerkstoffe durch MAG-Schweißen

Bedeutung von MIG-Schweißen in der Aluminiumverarbeitung

Hervorragend geeignet für manuelles und mechanisiertes Fügen

MIG-Schweißen ist ein thermischer Fügeprozess, der hervorragend für manuelles und mechanisiertes Fügen, z.B. mit Robotern, geeignet ist. Durch die zentrale Zuführung der Drahtelektrode lässt sich der Prozess in der Praxis gut handhaben.

Anwendungsbeispiele

MIG-Schweißen wird eingesetzt – um nur einige Beispiele zu nennen – für:

  • Metallbau und Bauwesen
  • Karosserie, Struktur und Komponenten im Automobilbau
  • tragende Komponenten im Aluminiumbau gemäß DIN EN 1090-2
  • Behälter und Rohrleitungsbau
  • Schiffbau und maritime Anwendung

Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten

Die Anwendungsmöglichkeiten des MIG-Schweißens wurden durch aktuelle Entwicklungen in der Prozesstechnik noch deutlich erweitert. Prozesse, wie Impuls-, CMT-, AC- oder Hochschweißungsprozesse erweitern den Anwendungsbereich hinsichtlich Wandstärken und Abschmelzleistung erheblich.

Wichtig ist dabei der Einsatz des jeweiligen Fügeprozesses innerhalb der geeigneten Prozessgrenzen, um qualitativ hochwertige Schweißergebnisse effektiv zu erzielen.

Das Kapitel umfasst diese Unterkapitel:

  • Welche Eigenschaften von Aluminium beeinflussen den MIG-Lichtbogen?
  • Anforderungen an die Lichtbogenschweißprozesse
  • Standard-MIG-Schweißprozesse
  • Impuls-MIG-Prozess
  • MIG-Lichtbögen mit reduzierter Wärmeeinbringung
  • Hochleistungsprozesse zum MIG-Schweißen
  • MIG-Dickdrahtschweißen
  • Mischlichtbogen, am Beispiel CMT Advanced und CMT-Puls Advanced
  • Planung von schweißtechnischen Fertigungseinrichtungen

Aus diesen Inhalte werden hier die Standard-MIG-Schweißprozesse näher betrachtet:

Standard-MIG-Schweißprozesse

 

Aufrüstung von MSG-Schweißgeräten für Aluminium

Standard-MIG-Prozesse sind Lichtbögen, die auf MSG-Schweißgeräten laufen, die für Aluminium aufgerüstet wurden: Antriebsrollen, Drahtführungsseele aus Teflon, Kontaktrohr, Al-Drahtelektrode und Argon als Schutzgas.

Standard-MIG-Prozesse

Als Standard-MIG-Prozesse stehen der Kurzlichtbogen KLB, der Sprühlichtbogen SLB und dazwischen der Übergangslichtbogen ÜLB zur Verfügung, die im Folgenden beschrieben werden.

Kurzlichtbogen KLB

Eigenschaften des Kurzlichtbogens:

  • Der Kurzlichtbogen stellt den unteren Leistungsbereich des MIG-Lichtbogens dar und wird im Stahlbereich für dünne Wandstärken und beim Schweißen unter Zwangslagen genutzt.
  • Beim Kurzlichtbogen kontaktiert das angeschmolzene Ende der Drahtelektrode das Schweißbad. Pinch-Kraft und Oberflächenspannung befördern den Tropfen ins Schweißbad und die dabei entstehende Stromspitze löst die Kurzschlussbrücke auf.
  • Aufgrund der hohen Stromspitzen in der Kurzschlussphase und bedingt durch die hohe elektrische Leitfähigkeit der Al-Werkstoffe ergibt sich ein hoher Spritzerauswurf.
  • Der Kurzlichtbogen eignet sich deshalb nur für dünne Wandstärken im 1-mm-Bereich.
Verlauf klassischer Lichtkurzbogen

Quelle: Redaktion Schweißaufsicht

Verlauf klassischer Lichtkurzbogen

 

Sprühlichtbogen SLB

Eigenschaften des Sprühlichtbogens:

  • Der Sprühlichtbogen stellt bei dem klassischen MIG-Lichtbogen den oberen Leistungsbereich dar. Der Sprühlichtbogen ist ein freibrennender, kurzschlussfreier Lichtbogen. Er stellt sich bei Schweißspannungen über 25 V unter Argon ein.
  • Wird beim MIG-Schweißen die kritische Stromstärke überschritten, so wechselt der Werkstofftransfer ins Schweißbad in den feinsttropfigen, kurzschlussfreien Sprühlichtbogen, s. Abb..
  • Der Sprühlichtbogen ist hinsichtlich Einbrandverhalten, Spritzerbildung und Handhabung sehr gut für Al-Werkstoffe geeignet.
  • Der SLB eignet sich für Wandstärken ab 5 mm.
Verlauf beim klassischen Sprühlichtbogen

Verlauf beim klassischen Sprühlichtbogen

 

Übergangslichtbogen ÜLB

 

Eigenschaften des Übergangslichtbogens:

  • Der Übergangslichtbogen – auch Mischlichtbogen genannt – befindet sich im Bereich zwischen KLB und SLB des MIG-Lichtbogens. Die Tropfen werden zum Teil im Kurzschluss abgelöst, der Rest geht kurzschlussfrei ins Schweißbad über.
  • Aufgrund der extremen Spritzerbildung ist der ÜLB für Aluminium ungeeignet.
  • Im Bereich des Übergangslichtbogens wird z.B. mit dem Impulslichtbogen erfolgreich geschweißt.

Lichtbogenparameter

Einflüsse auf den Arbeitspunkt des Lichtbogens

Der Arbeitspunkt des Lichtbogens wird bestimmt durch:

  • die Drahtgeschwindigkeit: Bestimmt die Schweißstromstärke und zusammen mit der Schweißgeschwindigkeit das Nahtvolumen bzw. die Nahtdicke.
  • die Schweißspannung: Über die Schweißspannung wird die Lichtbogenlänge bestimmt, die die Wärmeeinbringung maßgeblich beeinflusst.
  • die Wahl der Drossel (Induktivität): Sie spielt beim SLB als kurzschlussfreiem Lichtbogen eine untergeordnete Rolle.
  • die Schweißgeschwindigkeit: Sie bestimmt mit der Drahtgeschwindigkeit den Nahtquerschnitt. Sie hat aber auch einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Einbrandtiefe. Wird zu langsam geschweißt, kann ein vorlaufendes Schweißbad zu Bindefehlern führen.

Zusammenfassung der Standard-MIG-Lichtbögen

Eingeschränkte Anwendbarkeit

Die Anwendbarkeit der Standardlichtbögen zu MIG-Schweißen von Al-Werkstoffen ist sehr eingeschränkt. Aus dem gesamten Spektrum der Anforderungen lassen sich die extremen Bereiche, wie z.B. dünne und dünnste, aber auch dicke und extrem dicke Wandstärken, nur unzureichend oder nicht fügen.

Das vollständige Inhaltsverzeichnis zum MIG-Schweißen von Aluminium / Lichtbogenparameter finden Sie in dem pdf-Dokument.

 

Bildquellen

  • Verlauf klassischer Kurzlichtbogen KLB: Redaktion Schweißaufsicht

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