Aluminium, einst das teuerste Metall der Welt, ist heute allgegenwärtig. Das Auffinden von Aluminium war einfach, doch das Raffinieren stellte einige der größten Köpfe des 19. Jahrhunderts vor Herausforderungen. Ebenso wie das Raffinieren ist auch das Schweißen von Aluminium anspruchsvoll – doch hat man es einmal erlernt, wird es zum festen Bestandteil des Schweißeralltags.
Aluminium besitzt zahlreiche Eigenschaften, die es für die Fertigungsindustrie attraktiv machen. Mit etwa einem Drittel des Gewichts von Stahl ist es sehr leicht, erreicht aber dennoch Zugfestigkeiten von bis zu 620 MPa (90.000 lb/in.²). Es ist korrosionsbeständig und leitet sowohl Wärme als auch Elektrizität äußerst effizient. Diese Eigenschaften machen Aluminium zur bevorzugten Wahl für zahlreiche Endprodukte in verschiedensten Branchen. Gleichzeitig erschweren sie jedoch das Schweißen.
Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit dauert es länger, bis sich ein Schweißbad in Aluminium bildet. Die Parameter müssen zudem zum Ende der Schweißnaht hin reduziert werden, um die steigende Temperatur auszugleichen. Häufiger Ratschlag: Aluminium sollte heiß und schnell geschweißt werden, da es die Wärme schnell ableitet. Beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG/GTAW) ermöglicht ein Fußpedal die schnelle Anpassung des Schweißstroms vom Start bis zum Ende. Allerdings erfordert das WIG-Schweißen viel Übung und handwerkliches Geschick. Das Metall-Schutzgasschweißen (MAG/GMAW) lässt sich meist schneller erlernen, und moderne Geräte bieten Funktionen wie Hot-Start und Kraterfüllung sowie Bedienelemente an der Brennerpistole, um die Drahtvorschubgeschwindigkeit während des Schweißens schnell anzupassen.
Das Verständnis des Grundwerkstoffs ist der erste Schlüssel zu hochwertigen Aluminiumschweißnähten. Aluminium wird je nach Legierung und Verwendungszweck in Serien eingeteilt. Jede der sieben Serien beziehungsweise Legierungsgruppen wird durch einen vierstelligen Zahlencode gekennzeichnet. Ein Beispiel ist die Legierungsgruppe 1xxx, reines Aluminium, das etwa für Folien und andere Anwendungen mit den spezifischen Eigenschaften des Reinaluminiums verwendet wird. Die übrigen sechs Gruppen sind mit Stoffen wie Magnesium, Silizium, Zink oder Kupfer legiert. Aufgrund hoher Korrosions- und Rissgefahr sollten bestimmte Legierungen wie 2024 oder 7075 überhaupt nicht geschweißt werden – daher ist die Kenntnis des Grundwerkstoffs besonders wichtig.
Nach Bestimmung der Grundlegierung ist die Wahl des Zusatzwerkstoffs meist einfach, indem man die vom Hersteller bereitgestellten Tabellen zu Rate zieht. Wird ein ungeeigneter Zusatzwerkstoff verwendet, kann dies zu gravierenden Schweißfehlern oder im Einsatz zu Bauteilversagen führen.
Beim Schweißen von Aluminium werden ausschließlich inerte Gase wie Argon und Helium eingesetzt. In den meisten Fällen kommt reines Argon zum Einsatz, da es günstiger als Helium ist, eine gute Reinigungswirkung hat und als schwereres Gas als Luft das Schweißbad wirksam abschirmt. Helium wiederum kann bei dicken Aluminiumplatten für tiefere und breitere Einbrandprofile sowie geringere Porenbildung sorgen.
Eine saubere Schweißfläche ist ein weiterer Schlüssel zum erfolgreichen Aluminiumschweißen. Die natürliche Oxidschicht auf Aluminium wirkt isolierend und erschwert das Zünden des Lichtbogens. Zudem speichert sie Wasserdampf, der beim Überschweißen der Oxidschicht freigesetzt wird und Poren verursacht. Wichtig ist daher, das Material vor dem Schweißen mit einem organischen Lösungsmittel wie Aceton zu reinigen und anschließend mit einer sauberen Edelstahlbürste die Oxidschicht zu entfernen. Die Bürste sollte dabei nicht zuvor für Stahl oder andere härtere Materialien verwendet worden sein, um keine zusätzliche Verunreinigung einzubringen.
Aluminium weist ein schnell erstarrendes Schweißbad auf, sodass Fehler sofort sichtbar werden. Der Einbrand beim Start des Lichtbogens kann durch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium schwierig sein. Diese beiden Faktoren führen zu dem verbreiteten Eindruck, dass Aluminium schwer zu schweißen ist. Viele moderne Schweißgeräte nutzen daher eine Hot-Start-Funktion, die zu Beginn des Lichtbogens mit höherer Spannung und Stromstärke arbeitet, um die Oberfläche schnell aufzuschmelzen. Für das Nahtende bieten die Geräte eine Kraterfüllfunktion, bei der Spannung und Strom reduziert werden. Dies erzeugt eine konvexe Kraterfüllung und verhindert Kraterrisse, wie sie bei konkaven Kratern entstehen können.
Es gibt Prozessvarianten, die die schnellen Erstarrungseigenschaften von Aluminium gezielt ausnutzen. Dabei kann die Lichtbogenleistung alternierend geschaltet werden, um eine ansprechende, „gerippte“ Schweißnaht zu erzielen. Der Wechsel der Lichtbogenleistung reduziert außerdem die Wärmeeinbringung, was Verzüge minimiert. Zudem dient das charakteristische Nahtbild als optische Orientierungshilfe für eine gleichmäßige Schweißgeschwindigkeit.
Beim WIG-Schweißen gilt als Faustregel: 1 Ampere pro 0,025 mm Materialdicke. Beim MAG-Schweißen trifft das jedoch – abhängig vom Prozess und der Schweißgeschwindigkeit – nicht immer zu. Moderne synergische Stromquellen bieten einen Materialdicken-Parameter, bei dem Drahtvorschub und Spannung einfach durch die Angabe der Materialdicke eingestellt werden. Zusätzlich gibt es heute Apps, die Schweißparameter je nach Materialdicke, Drahtdurchmesser und Nahtgröße empfehlen.
Da ständig neue Anwendungen für Aluminium entstehen und das Material gut verfügbar sowie recycelbar ist, bleibt das Aluminiumschweißen eine wichtige Kompetenz für jede Schweißerin und jeden Schweißer. Weniger erfahrene Schweißer profitieren von den automatischen Parametereinstellungen und intuitiven Touchscreen-Bedienungen moderner Geräte – dies trägt dazu bei, die in der Branche bestehende Qualifikationslücke zu schließen.
