11 Tipps zum Schweißen von Aluminium in der Schiffbauindustrie


11 Tipps zum Schweißen von Aluminium in der Schiffbauindustrie
Von Grank G. Armao, Direktor, Aluminium-Schweißtechnik
Lincoln Electric Company

 

Aluminium-Legierungen sind leicht und weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit in mariner Umgebung auf, so dass sie optimal für den Einsatz in der Schiffbauindustrie geeignet sind.

Zwei Aspekte unterscheiden das Aluminiumschweißen vom Stahlschweißen in der Schiffbauindustrie. Dabei ist ein wichtiger Punkt, dass ein Großteil der Schweißarbeiten im Freien durchgeführt werden:

  • Die Lagerung von Aluminiumplatten und -strangpressprofilen ist entscheidend, um Oxidation zu verhindern.
  • Es ist besonders darauf zu achten, dass im Schweißbereich kein Luftzug entsteht


Beide Aspekte werden auf den nächsten Seiten genauer erklärt.

11 Tipps zum Schweißen von Aluminium in der Schiffbauindustrie 

 

Finden Sie heraus, welche Aluminium-Legierung Sie schweißen
Es reicht nicht aus zu wissen, dass Sie Aluminium schweißen. Schweißfachleute müssen wissen, welche Legierung geschweißt wird und den richtigen Zusatzwerkstoff verwenden. Die häufigsten Legierungen im Schiffbau sind die Al-Mg 5XXX-Plattenlegierungen und die Al-Mg 6XXX-Strangpressprofillegierungen, vor allem wegen ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit.

Die meisten Aluminium-Legierungen können mittels Lichtbogenschweißverfahren geschweißt werden. Nahezu alle Legierungen der Reihen 1XXX, 3XXX,4XXX, 5XXX und 6XXX können mit WIG- oder MSG-Verfahren geschweißt werden. Die meisten Legierungen der 2XXX und 7XXX Reihe können jedoch nicht mit Lichtbogenschweißverfahren geschweißt werden. Die einzigen Legierungen der 2XXX Reihe, die mit Lichtbogenschweißverfahren geschweißt werden können, sind 2219 und 2519. Bei fast allen anderen 2XXX-Legierungen besteht ein unkalkulierbares Risiko, dass Risse beim Schweißen entstehen. Ebenso sind die einzigen Legierungen der 7XXX-Familie, die lichtbogengeschweißt werden können, 7003, 7004, 7005 und 7039.

Seien Sie besonders vorsichtig bei 2024 und 7075. Es ist verlockend eine dieser Legierungen für Reparaturschweißungen zu verwenden, da sie gute Festigkeiten aufweisen und allgemein verfügbar sind, aber sie sind sehr rissempfindlich beim Lichtbogenschweißen.

Das Schweißen einer “unschweißbaren" Legierung oder die Verwendung des falschen Zusatzwerkstoffes kann unmittelbar zu Rissen oder einem vorzeitigen Versagen zu einem späteren Zeitpunkt führen.


Wann sollten Sie vorwärmen?
Es ist eine weitverbreitete Meinung, dass alle Aluminium-Schweißnähte, sowohl WIG als auch MSG, vorgewärmt werden müssen. Das stimmt nicht. Wenn Sie die richtige Ausrüstung haben, ist ein Vorwärmen selten erforderlich.

Zusätzlich kann ein übermäßiges Vorwärmen die mechanischen Eigenschaften stark negativ beeinträchtigen. Wenn über 160°C vorgewärmt wird, werden die mechanischen Eigenschaften der Legierung zerstört.

Das soll nicht bedeuten, dass vorwärmen in allen Fällen schlecht ist. Wenn zum Beispiel die Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit sehr hoch ist, kann durch ein Vorwärmen bis 90°C die Feuchtigkeitsaufnahme verhindert werden. Weglassen


Lagerung von Aluminium-Platten, Blechen und Strangpressprofilen
Für die meisten Industrien ist die Standardempfehlung, dass Aluminium innerhalb einer Halle nahe der Fertigung zu lagern. Obwohl es eine gute Empfehlung ist, kann diese in der Schiffbauindustrie nur selten realisiert werden, da sehr viele Schweißarbeiten im Freien stattfinden. Es gibt aber leichter zu realisierende Empfehlungen für die Lagerung im Schiffsbau.

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Wann immer möglich, sollten die Aluminiumplatten niemals horizontal gestapelt in Bodennähe gelagert werden. Eine solche Lagerung führt dazu, dass Wasser zwischen den Platten eingeschlossen wird und dadurch die Korrosionsrate steigt. Stattdessen sollten die Platten senkrecht gelagert werden, damit das Wasser zwischen den Platten abfließen kann. Wenn die Bleche horizontal gelagert werden müssen, sollte jede Art von Papier oder Verpackungsmaterial zwischen den Platten entfernt werden. Wird dies nicht entfernt, wirkt das Papier wie ein Schwamm und saugt Wasser zwischen die Platten. Wenn die Bleche horizontal gelagert werden, sollten die Bleche nicht direkt aufeinander liegen. Stattdessen sollten kleine Stützen aus Holz oder Aluminium zwischen den Platten liegen, damit das Wasser abfließen kann.

All diese Maßnahmen dienen dem Zweck die Korrosion zu minimieren, z.B. dicke Oxidschichten, welche sich zwischen den gelagerten Platten ausbilden können, zu verhindern. Jede dicke Oxidschicht muss vor dem Schweißen mechanisch entfernt werden.

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Stellen Sie sicher, dass die Werkstücke vor dem Schweißen ausreichend gereinigt sind.
Das Reinigen von Aluminium besteht aus zwei unterschiedlichen Schritten. Als erstes sind alle Öle, Schmiermittel, Maschinenkühlmittel und andere Kohlenwasserstoffe, welche in der  Produktion verwendet werden, zu entfernen Sämtliche Kohlenwasserstoffe die auf dem Material verbleiben, werden im Lichtbogen zu Wasserstoff. Dieser führt zu Poren.

Kohlenwasserstoffe können auf zwei Arten entfernt werden. Die gebräuchlichste ist die Platte mit einem in Lösungsmittel, wie Aceton, Toluol, MEK oder einem Reinigungsgemisch getränktes Reinigungstuch abzuwischen. (Alkohole sind keine guten Entfettungsmittel und sollten nicht für die Reinigung von Aluminium verwendet werden.) Alternativ, aber weit weniger gebräuchlich, kann die Aluminiumplatte in einen Behälter mit einer milden alkalischen Lösung getaucht und anschließend abgespült und getrocknet werden.

Als nächstes müssen vor dem Schweißen alle schweren Oxide vom Aluminium entfernt werden.   Dies wird normalerweise per Hand oder mechanisiert mit einer hochlegierten Drahtbürste durchgeführt. In Fällen in denen das Material draußen gelagert wurde und eine schwere graue Oxidschicht anhaftet, kann es notwendig sein, die Oxidschicht durch Schleifen oder Sandstrahlen zu entfernen.


Verwenden Sie das richtige Equipment
Vor jeder Schicht sollten die Schweißer sicherstellen, dass das Equipment für das Aluminiumschweißen richtig eingestellt ist. Dies ist besonders wichtig, wenn das Equipment für das Schweißen von verschiedenen Materialien verwendet werden kann.

Speziell für MSG:

  • Stellen Sie sicher, dass die Spulenbremse nicht zu fest eingestellt ist. Eine überhöhte Spannung kann zu Drahtförderproblemen führen. Die Bremse sollte gerade so fest eingestellt sein, dass die Spule nicht nachläuft, wenn der Drahtvorschub stoppt.

  • Stellen Sie sicher, dass die Drahtvorschubrollen für Aluminium geeignet sind und den richtigen Durchmesser haben. Wenn Sie Drahtvorschubrollen für Stahl mit V-Nut für Aluminium verwenden, wird der Draht verformt, was zu Drahtvorschubproblemen führt.

  • Der Anpressdruck der Drahtvorschubrollen sollte gerade so stark sein, dass die Drahtvorschubrollen nicht über den Draht rutschen. Durch überhöhten Anpressdruck kann der Draht verformt werden.

  • Stellen Sie sicher, dass die richtigen Einlass und Auslass Führungsbuchsen vorhanden sind. Die Verwendung von Stahlteilen, welche für Stahldrähte verwendet werden, führt zu Drahtförderproblemen.

  • Stellen Sie sicher, dass für Aluminium die Drahtseele aus Kunststoff besteht. Bei der Verwendung von spiralförmigen Drahtseelen aus Stahl für Stahldrähte, werden kleine Späne von dem weichen Aluminiumdraht abgeschabt und führen zu einem Verstopfen der Drahtseele.

  • Stellen Sie sicher, dass das Stromkontaktrohr den richtigen Durchmesser für den verwendeten Aluminiumdraht hat. Manchmal werden Stromkontaktrohre mit größerem Durchmesser verwendet – z.B. ein 1,6mm Kontaktrohr für einen 1,2mm Draht. BITTE MACHEN SIE DAS NICHT! Der Durchmesser des Stromkontaktrohrs muss groß genug sein, damit der Draht frei durchlaufen kann, aber klein genug damit ein gleichmäßiger elektrischer Kontakt zwischen Stromkontaktrohr und Draht gewährleistet wird. Ein überdimensioniertes Stromkontaktrohr kann keinen gleichmäßigen Stromübergang gewährleisten und führt dazu, dass der Draht zurückbrennt.

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Stellen Sie die Durchflussrate des Schutzgases richtig ein.
Die minimale Durchflussrate für das Schutzgas Argon sollte für MSG 16 l/min und für WIG 12 l/min betragen. Wenn eine größere Gasdüse verwendet wird, sollte die Durchflussrate für beide Schweißprozesse erhöht werden. Wird im Freien geschweißt, sollte die Durchflussrate ebenfalls erhöht werden – minimal 21 l/min für MSG und 16 l/min für WIG – Argon ist leichter als Luft und deshalb sehr störanfällig gegenüber Wind und Zugluft. Wird das Schmelzbad nicht durch Schutzgas geschützt, führt dies zu Poren. Wird ein Argon/Helium Gasgemisch verwendet, sollte die Durchflussrate, aufgrund der geringeren Reinigungswirkung des Heliums, um 25% erhöht werden.


Wenn der Schweißnahtbereich sauber ist, halten Sie ihn sauber.
Sobald alles vorbereitet ist, beginnen Sie so schnell wie möglich zu schweißen. Die Hauptsorge ist dabei nicht, dass die Werkstücke oxidieren könnten – bei Raumtemperatur oxidiert Aluminium nur sehr langsam wenn es trocken gehalten wird. Das Problem ist, dass das gesäuberte Material durch in der Werkstatt vorhandenen Schmutz, Öl, Feuchtigkeit, Staub usw. verunreinigt wird. Einmal gereinigte und vorbereitete Teile sollten nicht über Nacht oder über das Wochenende ungeschützt gelagert werden. Wenn die Teile für einen längeren Zeitraum nicht geschweißt werden können, sollte die Schweißnaht mit braunem Packpapier abgedeckt und abgeklebt werden.

 
Lagern Sie den Schweißzusatz unter den richtigen Bedingungen.
Aluminium Schweißzusätze sollten unter sauberen und trockenen Bedingungen, am besten in der ungeöffneten Originalverpackung, gelagert werden. Unter diesen Bedingungen hat der Zusatz eine Haltbarkeit von mehreren Jahren.

Dabei muss der Draht nicht zwingend in einem klimatisierten Raum gelagert werden. Es ist ausreichend wenn die relative Luftfeuchtigkeit auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Der Draht darf aber unter keinen Umständen nass werden.

Der einfachste Weg dies zu erreichen ist, den Draht in der Originalverpackung in einem mit einer 60 Watt Glühbirne beleuchteten, geschlossenen Metallschrank zu lagern. Die Glühbirne heizt den Schrank um etwa 10°C gegenüber der Umgebungsluft auf und reduziert die Luftfeuchtigkeit.

Nicht vollständig verbrauchte Drahtspulen sollten nicht ungeschützt über Nacht im Drahtvorschubkoffer verbleiben. Die Spulen sollten wieder zurück in die Originalverpackung. Alternativ sind für die meisten Drahtvorschübe, Kunststoffabdeckungen verfügbar. Weglassen
Weglassen

Den Draht in einem klimatisierten Raum zu lagern kann zu Problemen führen. Wenn der Draht aus dem relativ kalten klimatisierten Raum an einem heißen Tag mit hoher Luftfeuchtigkeit in die Werkstatt gebracht und die Verpackung schnell geöffnet wird, kann es passieren, dass Feuchtigkeit auf dem Draht kondensiert. Wenn der Draht in einem klimatisierten Raum gelagert wurde und in die Werkstatt gebracht wird, sollten Sie sicherstellen, dass die Verpackung nicht geöffnet wird bis der Draht sich der Umgebungstemperatur angepasst hat. Die Lagerung in einem entfeuchteten Raum ist der Lagerungen in einem klimatisierten Raum vorzuziehen. Jedoch ist dies nicht von entscheidender Bedeutung, wenn die oben beschriebenen Lagerbedingungen eingehalten werden.


Pendeln

Während allgemein anerkannt wird, dass durch das Pendeln quer zur Schweißrichtung sehr viel Wärme in das Bauteil eingebracht wird und deshalb nicht verwendet werden sollte, ist es in manchen Industrien üblich, dass die Schweißer in einer oszillierenden Bewegung (Pendeln in Schweißrichtung „Pilgern“) schweißen. Weglassen Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass ein sehr gleichmäßiges und feinschuppiges Nahtaussehen erzeugt wird, sehr ähnlich dem Aussehen von WIG-Nähten. Jedoch erzeugt das „Pilgern“ keinen erhöhten Einbrand oder sauberere oder qualitativ bessere Schweißnähte. Es ist nur Kosmetik.

„Pilgern“ kann verwendet werden, wenn die Weite des Pendelns in Schweißrichtung kontrolliert wird. Diese sollte zwischen 3mm bis 5mm liegen. Wenn die Pendelweite größer ist, kann das Schweißgut zwischen den einzelnen Schweißschuppen leicht einfallen. Dies kann die Schweißnahthöhe ungünstig beeinflussen und ist nicht zulässig.

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Stellen Sie sicher, dass Sie den geeigneten Schweißzusatz verwenden.
Im Schiffsbau werden meistens Bleche/Platten aus 5XXX Al-Mg Legierungen, wie 5052, 5154, 5454 oder 5083 untereinander oder Strangpressprofile aus 6XXX Legierungen mit 5XXX Legierungen verbunden.

Um 5XXX Legierungen untereinander zu verbinden, sollten folgende Schweißzusätze verwendet werden: - 5554 zum Schweißen von 5154 und 5454 - 5356 zum Schweißen von 5052 - 5556 oder 5183 zum Schweißen von 5083. 5356 sollte nicht verwendet werden, da dieser Zusatz die Festigkeiten des 5083 nicht erreicht. - 4043 sollte nicht für 5XXX Legierungen verwendet werden, mit Ausnahme des niedrig Mg haltigen 5052

Zum Verbindungsschweißen von 5XXX Legierungen mit 6XXX Strangpressprofilen, wie z.B. 6061-T6, werden die Schweißzusätze 5356 oder 5554 empfohlen. 4043 als Schweißzusatz wird im Schiffsbau aufgrund seiner geringeren Korrosionsbeständigkeit nur selten verwendet. In diesem Bereich hat die Verwendung von den höherfesten 5183 oder 5556 keine Vorteile. Einige Zulieferer versuchen diese Legierungen dennoch aufgrund des höheren Preises zu verkaufen.

Wir haben versucht einige hilfreiche Leitlinien für Aluminiumschweißer in der Schiffsbauindustrie bereitzustellen, dies bedeutet aber nicht, dass diese allumfassend sind. Hoffentlich konnten wir Ihnen mit diesem Artikel einige weitere Anregungen und Ideen geben, um Ihr Wissen rund um das Schweißen von Aluminium in der Schiffsbauindustrie zu erweitern.

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