Das Schweißen von Aluminiumlegierungen stellt aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts und ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit eine besondere Herausforderung dar. Dieser Artikel befasst sich mit verschiedenen Schweißverfahren wie WIG-, MIG- und Plasmaschweißen und beleuchtet deren Anwendungen, Vorteile und Nachteile. Sie erfahren mehr über die kritischen Faktoren bei der Materialauswahl und die Techniken, mit denen sich starke, zuverlässige Schweißnähte erzielen lassen, die hochwertige Ergebnisse in verschiedenen industriellen Anwendungen gewährleisten. Sie erfahren, wie Sie das richtige Verfahren und die richtigen Werkstoffe für Ihre speziellen Anforderungen auswählen, um Ihre Schweißprojekte mit Aluminiumlegierungen zu verbessern.
Es gibt verschiedene Schweißtechniken für Aluminiumlegierungen, jede mit ihren eigenen spezifischen Anwendungen. Neben den herkömmlichen Schmelz-, Widerstands- und Gasschweißverfahren können auch andere fortschrittliche Techniken wie das Plasmaschweißen, das Elektronenstrahlschweißen und das Vakuumdiffusionsschweißen Aluminiumlegierungen effektiv schweißen.
Die gebräuchlichen Schweißverfahren für Aluminiumlegierungen und ihre jeweiligen Merkmale und Anwendungsbereiche sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Merkmale und Anwendungsbereich der gemeinsamen Schweißverfahren für Aluminiumlegierungen
| Verfahren zum Schweißen | Charakteristisch | Umfang der Anwendung |
|---|---|---|
| Gasschweißen | Geringe Wärmeleistung, starke Verformung der Schweißteile, geringe Produktivität, leichtes Entstehen von Schlacke, Rissen und anderen Mängeln | Es wird verwendet für Stumpfschweißen und Reparaturschweißen von dünnen Blechen in unwichtigen Fällen |
| Manuelles Lichtbogenschweißen | Schlechte Qualität der Fugen | Verwendet für Reparaturschweißen und allgemeine Reparatur von Aluminiumguss Teile |
| WIG-Schweißen | Das Schweißgut ist kompakt, die Verbindung hat eine hohe Festigkeit und gute Plastizität, und es kann eine qualitativ hochwertige Verbindung erzielt werden. | Es ist weit verbreitet und kann mit Blechdicken von 1 ~ 20mm geschweißt werden |
| Gepulst WIG-Schweißen | Die Schweißverfahren ist stabil, die Wärmezufuhr ist genau und einstellbar, die Verformung des Schweißteils ist gering und die Qualität der Verbindung ist hoch | Verwendet für das Schweißen von Blechen, das Schweißen in allen Positionen, das Schweißen von Baugruppen und das Schweißen von hochfesten Aluminiumlegierungen wie geschmiedetem Aluminium und Duralumin mit starker Wärmeempfindlichkeit |
| MIG-Schweißen | Hohe Lichtbogenleistung und schnelle Schweißgeschwindigkeit | Es kann zum Schweißen von dicken Teilen mit einer Dicke von weniger als 50 m verwendet werden. |
| MIG-Impuls-Argon-Lichtbogenschweißen | Die Schweißverformung ist gering, die Beständigkeit gegen Porosität und Rissbildung ist gut, die Prozessparameter können weitgehend angepasst werden. | Es wird für das Schweißen von Blechen oder für das Schweißen in allen Positionen verwendet und wird normalerweise für Werkstücke mit einer Dicke von 2 ~ 12 mm verwendet. |
| Plasmabogen Schweißen | Die Wärmekonzentration, Schweißgeschwindigkeit, Schweißverformung und -spannung ist gering, der Prozess ist komplexer | Es wird zum Stumpfschweißen verwendet, wenn die Anforderungen höher sind als beim Argon-Lichtbogenschweißen. |
| Vakuum-Elektronenstrahlschweißen | Die Ergebnisse zeigen, dass die Durchdringung groß ist, die Wärmeeinflusszone ist klein, die Schweißverformung ist gering, und die mechanischen Eigenschaften der Verbindung sind gut | Für das Schweißen kleiner Schweißteile |
| Laserschweißen | Geringe Schweißverformung und hohe Produktivität | Es wird für Präzisionsschweißteile verwendet |
Die Auswahl eines Schweißverfahrens für Aluminium und Aluminiumlegierungen sollte auf der Grundlage der Materialgüte, der Dicke des zu schweißenden Bauteils, der Produktstruktur und des gewünschten Grades der Schweißbarkeit.
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Die Wärmeleistung einer Sauerstoff-Acetylen-Schweißflamme ist gering, so dass die Wärme zerstreut wird, was zu erheblichen Schweißnahtverformungen und geringer Produktivität führt.
Beim Schweißen dicker Aluminiumschweißnähte ist ein Vorwärmen erforderlich.
Das mit diesem Verfahren hergestellte Schweißgut hat ein grobes Korn und ein lockeres Gefüge, was es anfällig für Fehler wie Tonerdeeinschlüsse, Porosität und Risse macht.
Dieses Schweißverfahren sollte nur für die Reparatur von unwichtigen Aluminiumbauteilen und Gussteilen mit einer Dicke von 0,5-10 mm verwendet werden.
Dieses als WIG-Schweißen bezeichnete Verfahren wird unter dem Schutz von Argon durchgeführt, was zu einer konzentrierteren Wärmequelle und einer stabilen Lichtbogenverbrennung führt. Das Ergebnis ist ein dichteres Schweißgut mit hoher Festigkeit und Plastizität, das in der Industrie weit verbreitet ist.
Das WIG-Schweißen ist zwar ein ideales Verfahren zum Schweißen von Aluminiumlegierungen, aber die Ausrüstung ist komplex, so dass es sich weniger für Arbeiten im Freien eignet.
Die automatischen und halbautomatischen Gas Metallbogen Schweißverfahren (GMAW) hat mehrere Vorteile, darunter eine hohe Lichtbogenleistung, konzentrierte Wärme und eine kleine Wärmeeinflusszone. Seine Produktionseffizienz ist 2-3 Mal höher als die des manuellen MAG-Verfahrens.
GMAW kann zum Schweißen von Reinaluminium und Aluminium verwendet werden Legierungsplatten mit einer Dicke von weniger als 50 mm. Bei Aluminiumplatten mit einer Dicke von 30 mm ist beispielsweise kein Vorwärmen erforderlich, und für eine glatte Oberfläche und eine hochwertige Schweißnaht müssen nur die vordere und die hintere Lage geschweißt werden.
Das halbautomatische Wolfram-Inertgas (WIG)-Schweißen ist ideal für präzises Schweißen, kurzes und intermittierendes Schweißen und Schweißen an unregelmäßigen Strukturen.
Die halbautomatische Argon-Lichtbogenschweißen Brenner ermöglicht bequemes und flexibles Schweißen, aber der Durchmesser des Schweißdrahtes ist kleiner und die Schweißnaht ist anfälliger für Porosität.
(1) Gepulstes Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG)
Diese Methode verbessert die Stabilität von Schwachstromschweißverfahren erheblich und ermöglicht eine einfache Steuerung der Lichtbogenleistung und der Schweißnahtbildung durch Anpassung verschiedener Parameter. Die Schweißnaht weist eine minimale Verformung und Wärmeeinflusszone auf und ist daher ideal für das Schweißen dünner Bleche, das Schweißen in allen Positionen und das Schweißen wärmeempfindlicher Materialien wie geschmiedetes Aluminium, hartes Aluminium und superhartes Aluminium.
(2) Metall-Inertgas (MIG)-Impuls-Argonbogenschweißen
Diese Methode ist für alle Positionen geeignet Schweißen von Aluminium Legierungsbleche mit einer Dicke von 2-10 mm.
Sie kann verwendet werden, um Aluminium schweißen legierte Bleche mit einer Dicke von weniger als 4 mm.
Für Produkte mit hohen Qualitätsanforderungen sind das DC-Stoßwellenpunktschweißen und Nahtschweißen genutzt werden können.
Das Schweißen erfordert hochentwickelte Geräte, hohe Schweißströme und eine hohe Produktivität, weshalb es sich besonders für die Massenproduktion von Teilen und Komponenten eignet.
Das Reibrührschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist eine Art der Festkörperverbindungstechnik, die zum Schweißen von Blechen aus verschiedenen Legierungen verwendet werden kann.
Im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzschweißverfahren bietet das FSW-Verfahren mehrere Vorteile, wie z. B. das Fehlen von Spritzern, weniger Staub, keine Notwendigkeit für Schweißdraht oder Schutzgassowie das Fehlen von Poren und Rissen in der Fuge.
Außerdem ist das FSW-Verfahren im Vergleich zum herkömmlichen Reibschweißen nicht durch Wellenteile begrenzt und kann gerade Schweißnähte erzeugen.
Dieses Schweißverfahren bietet noch weitere Vorteile, wie z. B. verbesserte mechanische Eigenschaften, Energieeffizienz, geringere Umweltverschmutzung und geringe Vorbereitungsanforderungen vor dem Schweißen.
Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts von Aluminium und Aluminiumlegierungen eignet sich das FSW-Verfahren besonders gut für diese Materialien.
Beim Schweißen von Aluminiumlegierungen mit Gasschweißen oder WIG-Schweißen wird die Verwendung von Zusatzdraht empfohlen.
Schweißdrähte aus Aluminium und Aluminiumlegierungen können in zwei Typen eingeteilt werden: homogen und heterogen.
Um eine starke und zuverlässige Schweißnahtist es wichtig, einen geeigneten Zusatzwerkstoff zu wählen, der für das verwendete Grundmetall geeignet ist.
Bei der Auswahl eines Schweißdrahtes für Aluminiumlegierungen sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Anforderungen an die Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit, die strukturelle Steifigkeit, die Farbe und die Rissbeständigkeit des Endprodukts.
Die Verwendung eines Schweißzusatzes mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als die des Grundmetalls kann das Risiko der interkristallinen Rissbildung in der Wärmeeinflusszone erheblich verringern.
Bei nicht wärmebehandelten Legierungen ist die Festigkeit der geschweißte Verbindung erhöht sich in der folgenden Reihenfolge: Serie 1000, Serie 4000 und Serie 5000.
Es ist zu beachten, dass Schweißdrähte der Serie 5000, die mehr als 3% Magnesium enthalten, nicht in Konstruktionen mit Betriebstemperaturen über 65°C verwendet werden sollten, da diese Legierungen unter diesen Bedingungen sehr anfällig für Spannungsrisskorrosion sind.
Um Rissbildung zu vermeiden, wird häufig empfohlen, einen Zusatzwerkstoff mit einem höheren Legierungsgehalt als das Grundmetall zu verwenden.
Bei den am häufigsten verwendeten Schweißdrähten für Aluminiumlegierungen handelt es sich um Standarddrähte mit einer dem Grundwerkstoff ähnlichen Zusammensetzung. Gibt es keinen Schweißdraht in Standardqualität, kann ein Band aus dem Grundwerkstoff geschnitten und als Schweißzusatz verwendet werden.
Ein beliebter Schweißdraht ist HS311, der für seine gute Fließfähigkeit, minimale Schrumpfung während der Erstarrung und hervorragende Rissbeständigkeit bekannt ist. Um die Korngröße, die Rissbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht weiter zu verbessern, werden kleine Mengen von Legierungselemente wie Ti, V, Zr und andere werden oft als Modifikatoren hinzugefügt.
Bei der Auswahl von Schweißdraht aus einer Aluminiumlegierung sollten folgende Punkte beachtet werden:
(1) Rissempfindlichkeit der Schweißnaht
Der wichtigste Faktor, der die Rissempfindlichkeit beeinflusst, ist die Kompatibilität von Grundwerkstoff und Schweißdraht.
Die Verwendung eines Schweißguts mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als das Grundmetall kann die Rissempfindlichkeit sowohl des Schweißguts als auch der Wärmeeinflusszone verringern.
Beim Schweißen der Legierung 6061 mit einem Siliziumgehalt von 0,6% beispielsweise führt die Verwendung der gleichen Legierung wie die Schweißnaht zu einer sehr hohen Rissempfindlichkeit.
Die Verwendung von ER4043-Schweißdraht mit einem Siliziumgehalt von 5% bietet jedoch eine gute Rissbeständigkeit, da seine Schmelztemperatur niedriger ist als die der Legierung 6061 und er beim Abkühlen eine höhere Plastizität aufweist.
Außerdem wird empfohlen, die Kombination von Mg und Cu im Schweißgut zu vermeiden, da Al-Mg-Cu eine hohe Rissempfindlichkeit aufweist.
(2) Mechanische Eigenschaften der Schweißverbindung
Reines Industriealuminium hat die geringste Festigkeit, während 4000 Serie Aluminium Legierungen liegen im Mittelfeld, während die 5000er Aluminiumlegierungen die höchste Festigkeit aufweisen.
Obwohl Al-Si-Schweißdraht eine hohe Rissbeständigkeit aufweist, ist er wenig plastisch.
Bei Verbindungen, die nach dem Schweißen eine plastische Verformung erfordern, ist es daher am besten, auf Silikonschweißdraht zu verzichten.
(3) Leistung der Schweißnaht
Die Wahl des Schweißzusatzes richtet sich nicht nur nach der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs, sondern auch nach der Verbindungsgeometrie, den betrieblichen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit und den Anforderungen an das Aussehen der Schweißverbindung.
Ein Behälter zur Aufbewahrung von Wasserstoffperoxid muss beispielsweise aus einer hochreinen Aluminiumlegierung bestehen, um eine gute Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten oder eine Kontamination der gelagerten Produkte zu verhindern.
In diesem Fall sollte der Reinheitsgrad des Zusatzwerkstoffs mindestens dem des Grundmetalls entsprechen.
Das Modell, die Spezifikationen und die Anwendungen des Schweißdrahtes aus Aluminiumlegierung sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 3 zeigt die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierungselektrode.
Tabelle 2 Typ (Marke), Spezifikation und Anwendung von Schweißdraht aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
| Typen | Klasse | Hauttypen | Kernmaterial | Spezifikation der Elektrode / mm | Zweck | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Basis-Typ | Reines Aluminium | 3.2,4.5 | 345〜355 | Schweißen von Blechen und Behältern aus reinem Aluminium |
| E4043 | L209 | Basis-Typ | Al-Si-Legierung | 3.2,4.5 | 345〜355 | Schweißen von Aluminiumplatten, Aluminium-Silizium-Guss, allgemeinen Aluminiumlegierungen, geschmiedetem Aluminium, Duraluminium (außer Aluminium) Magnesiumlegierung) |
| E3003 | L309 | Basis-Typ | Aluminium-Mangan-Legierung | 3.2,4.5 | 345〜355 | Schweißen von Aluminium-Mangan-Legierungen, reinem Aluminium und anderen Aluminiumlegierungen |
Tabelle 3 Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Elektroden aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
| Typen | Klasse | Arten von Häuten | Arten von Stromversorgungen | Chemische Zusammensetzung des Lötkerns /% | Zugfestigkeit des abgeschiedenen Metalls / MPa | Zugfestigkeit Festigkeit der Schweißnaht / MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Basis-Typ | DCEP (Gleichstromelektrode positiv) | Si+Fe≤0,95,Co0,05〜0,20 Mn≤0,05,Be≤0,0008 Zn≤0,10,andere≤0,15 AI≥99,0 | ≥64 | ≥80 |
| E4043 | L209 | Basis-Typ | DCEP | Si4.5〜6.0,Fe≤0.8 Cu≤0.30,Mn≤0.05 Zn≤0.10,Mg≤0.0008 andere≤0.15,Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
| E3003 | L309 | Basis-Typ | DCEP | Si≤0.6,Fe≤0.7 Cu0.05〜0.20,Mn1.0 〜1.5 Zn≤0.10,andere≤0.15 Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
Weiterführende Lektüre: Wie wählt man den richtigen Schweißdraht?
Die bevorzugten Schutzgase zum Schweißen von Aluminiumlegierungen sind Argon und Helium.
Die technischen Anforderungen für Argon sind ein Reinheitsgrad von 99,9% oder höher, ein Sauerstoffgehalt von weniger als 0,005%, ein Wasserstoffgehalt von weniger als 0,005%, ein Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 0,02 mg/L und ein Stickstoffgehalt von weniger als 0,015%.
Eine Erhöhung des Sauerstoff- und Stickstoffgehalts verschlechtert die kathodische Zerstäubung.
Ist der Sauerstoffgehalt höher als 0,3%, verstärkt sich der Abbrand der Wolframelektrode, und wenn der Sauerstoffgehalt 0,1% übersteigt, wird die Schweißfläche stumpf oder geschwärzt.
Beim WIG-Schweißen wird reines Argon für das AC-plus-HF-Schweißen gewählt, das für das Schweißen dicker Bleche geeignet ist. Für das Gleichstromschweißen mit positiver Elektrode wird ein Gemisch aus Ar + He oder reinem Ar verwendet.
Für Platten mit einer Dicke von weniger als 25 mm wird reines Argon verwendet.
Für Platten mit einer Dicke von 25-50 mm wird ein Gemisch aus Ar + He mit 10% bis 35% Ar verwendet.
Für Platten mit einer Dicke von 50-75 mm sollte eine Mischung aus Ar + He mit 10% bis 35% oder 50% He verwendet werden.
Für Platten mit einer Dicke von mehr als 75 mm wird eine Mischung aus Ar + He mit 50% bis 75% He empfohlen.
Der thermische Wirkungsgrad des Sauerstoff-Acetylen-Gasschweißens ist gering und die Wärmezufuhr ist nicht konzentriert, so dass die Qualität und Leistung der Verbindung nicht hoch ist. Außerdem ist beim Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen ein Flussmittel erforderlich, und die Rückstände müssen nach dem Schweißen entfernt werden.
Trotz dieser Nachteile werden Gasschweißgeräte häufig für das Schweißen von Aluminiumlegierungen mit geringen Qualitätsanforderungen, wie z. B. dünne Bleche und kleine Teile, sowie für die Reparatur von Aluminiumlegierungen und Gussteilen verwendet. Dies liegt an der Einfachheit des Verfahrens, der fehlenden Notwendigkeit einer Stromversorgung und der bequemen und flexiblen Arbeitsweise.
(1) Gemeinsame Form des Gasschweißens
Überlappende Verbindungen und T-Verbindungen sind für das Gasschweißen von Aluminiumlegierungen nicht ideal, da es schwierig ist, das Restflussmittel und die Schweißschlacke im Spalt zu entfernen. Daher wird empfohlen, wann immer möglich, Stumpfstöße zu verwenden.
Um eine vollständige Verschweißung ohne Einfallen oder Durchbrennen zu gewährleisten, wird die Verwendung einer Stützplatte mit einer Nut empfohlen. Die Unterlegplatte besteht in der Regel aus rostfreiem Stahl oder reinem Kupfer.
Durch das Schweißen mit einer Stützplatte kann eine gute Umformung erreicht und die Schweißproduktivität verbessert werden.
(2) Auswahl des Flussmittels für das Gasschweißen
Beim Gasschweißen von Aluminiumlegierungen ist die Verwendung eines Flussmittels notwendig, um eine gleichmäßige Schweißverfahren und gute Schweißqualität. Das Flussmittel, das auch als Gasflussmittel bezeichnet wird, entfernt beim Schweißen die Oxidschicht und andere Verunreinigungen auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung.
Die Hauptfunktion des Flussmittels besteht darin, die Oxidschicht, die sich beim Schweißen auf der Aluminiumoberfläche bildet, zu entfernen, die Benetzbarkeit des Grundmetalls zu verbessern und die Bildung eines dichten Schweißmikrogefüges zu fördern.
Das Flussmittel wird in der Regel vor dem Schweißen direkt auf die Rille des zu schweißenden Werkstücks gestreut oder in das Schmelzbad des Schweißdrahtes gegeben.
Flussmittel für Aluminiumlegierungen werden in der Regel aus Chloriden von Elementen wie Kalium, Natrium, Kalzium und Lithium hergestellt. Diese Verbindungen werden gemahlen, gesiebt und in bestimmten Anteilen gemischt, um das Flussmittel herzustellen.
So kann beispielsweise Aluminiumkryolith (Na3AlF6) Aluminiumoxid bei 1000°C schmelzen, und Kaliumchlorid kann feuerfestes Aluminiumoxid in schmelzbares Aluminiumchlorid umwandeln. Das Flussmittel hat einen niedrigen Schmelzpunkt und eine gute Fließfähigkeit, wodurch auch die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls verbessert und eine gute Schweißnahtbildung gewährleistet werden kann.
(3) Auswahl der Schweißdüse und der Flamme
Aluminiumlegierungen neigen stark dazu, zu oxidieren und Luft zu absorbieren. Beim Gasschweißen ist es wichtig, eine neutrale Flamme oder eine schwache kohlensäurebildende Flamme (mit einem Überschuss an Acetylen) zu verwenden, um die Oxidation von Aluminium zu verhindern. Dadurch wird das Aluminiumschmelzbad in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten und Oxidation vermieden.
Es ist strengstens verboten, eine Oxidationsflamme zu verwenden, da sie das Aluminium stark oxidiert und den Schweißprozess behindert.
Wenn jedoch zu viel Acetylen vorhanden ist, kann sich der freie Wasserstoff im Schmelzbad auflösen, was zu Porosität in der Schweißnaht führt und sie locker macht.
(4) Heftnaht
Um Größen- und Lageveränderungen während des Schweißens zu vermeiden, ist ein Vorpunktschweißen erforderlich.
Gasschweißen hat einen hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe Wärmeleitgeschwindigkeit und eine große Heizfläche, so dass die Positionierschweißnähte dichter sein sollten als die für Stahlteile.
Für das Positionierschweißen wird der gleiche Schweißdraht wie für das Produktschweißen verwendet. Vor dem Positionierschweißen sollte im Schweißspalt eine Schicht Gasflussmittel aufgetragen werden.
Die Flammenleistung beim Positionierschweißen sollte etwas höher sein als beim Gasschweißen.
(5) Gasschweißbetrieb
Beim Schweißen von Stahlwerkstoffen kann die Erwärmungstemperatur durch Beobachtung der Farbveränderung des Stahls bestimmt werden. Beim Schweißen von Aluminiumlegierungen ist dies jedoch nicht möglich, da es beim Erhitzen keine offensichtliche Farbveränderung gibt.
Zur Kontrolle der Schweißtemperaturkann die Schweißzeit anhand der folgenden Beobachtungen bestimmt werden:
Für Gas SchweißblecheWenn der Schweißdraht vor der Schweißflamme liegt, kann das linke Schweißverfahren angewendet werden. Dies hilft, eine Überhitzung des Schmelzbades und Kornwachstum oder Durchbrennen in der Wärmeeinflusszone zu vermeiden, indem der Wärmeverlust verringert wird.
Bei unedlen Metallen mit einer Dicke von mehr als 5 mm kann das richtige Schweißverfahren angewendet werden, bei dem der Schweißdraht hinter dem Schweißbrenner liegt. Dies minimiert den Wärmeverlust, erhöht die Schmelztiefe und verbessert die Heizeffizienz.
Beim Gasschweißen von Teilen mit einer Dicke von weniger als 3 mm sollte der Brennerneigungswinkel 20-40° betragen. Bei dicken Teilen sollte der Brennerneigungswinkel 40-80° betragen, mit einem Winkel zwischen Schweißdraht und Brenner von 80-100°.
Beim Gasschweißen von Aluminiumlegierungen ist es am besten, die Verbindung in einem Durchgang fertigzustellen, da das Auftragen einer zweiten Lage zu Schlackeneinschlüssen in der Schweißnaht führen kann.
(6) Schweißnahtnachbehandlung
Die Korrosion von Aluminium Verbindungen, die durch Restpulver und Schlacke auf der Schweißnahtoberfläche beim Gasschweißen verursacht werden, sind eine mögliche Ursache für zukünftige Schäden an der Verbindung.
Innerhalb von 1-6 Stunden nach dem Gasschweißen müssen Flussmittel- und Schlackereste entfernt werden, um eine Korrosion der Schweißnaht zu verhindern.
Der Reinigungsprozess nach dem Schweißen umfasst folgende Schritte:
Beim WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen) wird Wolfram als Elektrode verwendet, um einen Lichtbogen zwischen dem Wolfram und dem Werkstück zu erzeugen. Die vom Lichtbogen erzeugte Hitze schmilzt das zu schweißende Metall, das dann durch den Schweißdraht zu einer festen Schweißverbindung verbunden wird.
Beim Argon-Lichtbogenschweißen von Aluminium werden die "Kathodenzerstäubungs"-Eigenschaften von Argon genutzt, um die Oxidschicht von der Oberfläche zu entfernen.
Beim WIG-Schweißen werden die Wolframelektrode und der Schweißbereich durch ein aus der Düse austretendes Inertgas (z. B. Argon) abgeschirmt. Dadurch wird jede Reaktion zwischen dem Schweißbereich und der Umgebungsluft verhindert.
Das WIG-Schweißverfahren ist ideal für das Schweißen dünner Bleche mit einer Dicke von weniger als 3 mm. Es führt im Vergleich zum Gasschweißen und Lichtbogenhandschweißen zu einer geringeren Verformung des Werkstücks.
Das AC-WIG-Schweißverfahren eignet sich besonders gut zum Schweißen von Aluminiumlegierungen, da die Kathode die Oxidschicht entfernen und Korrosion verhindern kann. Das Ergebnis ist eine glänzende und glatte Oberfläche mit einer uneingeschränkten Fugenform. Der Argonstrom kühlt außerdem die Verbindung schnell ab, wodurch sich ihr Gefüge und ihre Eigenschaften verbessern, so dass sie für das Schweißen in allen Positionen geeignet ist.
Das WIG-Schweißverfahren erfordert jedoch eine strengere Reinigung vor dem Schweißen, da kein Flussmittel vorhanden ist. AC-WIG-Schweißen und AC-Impuls-WIG-Schweißen sind die bevorzugten Verfahren zum Schweißen von Aluminiumlegierungen, gefolgt von DC-WIG-Umkehrschweißen.
Im Allgemeinen wird das Wechselstromschweißen am häufigsten für Aluminiumlegierungen verwendet, da es die beste Kombination aus Strombelastbarkeit, Lichtbogensteuerung und Lichtbogenreinigung bietet. Beim Gleichstrom-Positivschweißen (Elektrode mit negativer Elektrode verbunden) führt die an der Oberfläche des Werkstücks erzeugte Wärme zu einem tiefen Einbrand, und es kann ein größerer Schweißstrom für eine bestimmte Elektrodengröße verwendet werden.
Dieses Verfahren erfordert selbst bei dicken Profilen kein Vorwärmen und verursacht nur minimale Verformungen des Grundwerkstoffs. Das WIG-Schweißverfahren mit Gleichstrom-Gegenstromanschluss (Elektrode an positive Elektrode) wird jedoch nur selten zum Schweißen von Aluminium verwendet. Trotzdem bietet es Vorteile wie eine geringe Schmelztiefe, eine einfache Steuerung des Lichtbogens und eine gute Reinigungswirkung für kontinuierliches Schweißen oder Reparaturschweißen von dünnwandigen Wärmetauschern und ähnlichen Bauteilen mit einer Rohrdicke von weniger als 2,4 mm.
(1) Wolfram-Elektrode
Der Schmelzpunkt von Wolfram liegt bei 3410°C.
Wolfram hat eine starke Elektronenemissionsfähigkeit bei hohen Temperaturen.
Durch die Zugabe von Spuren von Seltenen Erden wie Thorium, Cerium und Zirkonium wird die Effizienz der Elektronenemission deutlich verringert und die Strombelastbarkeit deutlich verbessert.
Beim WIG-Schweißen von Aluminiumlegierungen wird in erster Linie eine Wolframelektrode verwendet, um Strom zu leiten, einen Lichtbogen zu zünden und die normale Verbrennung des Lichtbogens aufrechtzuerhalten.
Zu den üblicherweise verwendeten Wolfram-Elektrodenmaterialien gehören reines Wolfram, Thorium-Wolfram und Cer-Wolfram.
(2) Parameter des Schweißprozesses
Um eine exzellente Schweißnahtbildung und -qualität zu erreichen, müssen die Schweißprozessparameter entsprechend den technischen Anforderungen des Schweißstücks ausgewählt werden.
Zu den wichtigsten Prozessparametern für das manuelle WIG-Schweißen von Aluminiumlegierungen gehören die Stromart, die Polarität, die Stromstärke, die Durchflussmenge des Schutzgases, die Auszugslänge der Wolframelektrode und der Abstand zwischen Düse und Werkstück.
Zu den Prozessparametern beim automatischen WIG-Schweißen gehören auch Lichtbogenspannung (Lichtbogenlänge), Schweißgeschwindigkeit und Drahtvorschubgeschwindigkeit.
Zu den Prozessparametern gehören je nach Werkstoff und Dicke des zu schweißenden Materials der Durchmesser und die Form der Wolframelektrode, der Durchmesser des Schweißdrahtes, die Art des Schutzgases, die Durchflussmenge des Gases, der Düsendurchmesser, der Schweißstrom, die Lichtbogenspannung, die Schweißgeschwindigkeit, und diese Parameter können anhand der tatsächlichen Schweißergebnisse angepasst werden, bis sie den gewünschten Anforderungen entsprechen.
Im Folgenden finden Sie die wichtigsten Überlegungen zur Auswahl der WIG-Schweißparameter für Aluminiumlegierungen:
Häufige Fehler und Ursachen beim Aluminiumschweißen
Ursachen für den Verschluss der Stomata
Vorbeugende Maßnahmen:
Ursachen für Risse in der Schweißnaht
Vorbeugende Maßnahmen:
Ursachen für unvollständige Schweißnahtpenetration
Vorbeugende Maßnahmen:
Ursachen für Wolframeinschlüsse in der Schweißnaht
Vorbeugende Maßnahmen:
Ursachen von Unterschreitungen
Vorbeugende Maßnahmen:
Die Mängel in Aluminium legierte Gussteile können im Allgemeinen durch Argon-Lichtbogenschweißen repariert werden, wobei die Ergebnisse beim WIG-Wechselstromschweißen besser sind.
Bei der Verwendung von Reparaturschweißen zur Befestigung von GussfehlerEs ist wichtig, den Schweißdraht und die Teile vor dem Schweißen zu reinigen, geeignete Schweißdrahtmaterialien auszuwählen und Kurzbogen- und Kleinwinkelschweißdraht zu verwenden. In der Praxis gibt es viele erfolgreiche Erfahrungen mit verschiedenen Arten von Mängelnwie die Verwendung eines niedrigen Schweißstroms, wann immer dies möglich ist.
Der Schweißdraht sollte eine höhere Legierungszusammensetzung als der Grundwerkstoff haben, um eine verbrannte Legierung während des Reparaturschweißens zu ergänzen und die Konsistenz der Schweißzusammensetzung zu erhalten.
Bei Gussteilen mit Rissfehlern sollten vor dem Reparaturschweißen an beiden Enden Rissstopplöcher angebracht werden. Das Teil sollte vorgewärmt und mit einem Linksschweißverfahren geschweißt werden, um das Aufschmelzen der Schweißnaht zu beobachten. Der Draht sollte so gefüllt werden, dass sich ein vollständig benetztes Schmelzbad bildet.
Wenn der Fehler groß ist, kann eine dünne Schicht eines Tensids (ATIG-Tensid) auf die Schweißstelle aufgetragen werden, um die Effizienz beim herkömmlichen WIG-Schweißen zu erhöhen. Das Tensid bewirkt, dass der Schweißbogen schrumpft oder sich der Metallfluss im Schweißbad verändert, was zu einer erhöhten Einbrandverhalten.
Beim AC-WIG-Schweißen von Aluminiumlegierungen wird eine Schicht aus SiO2 Wirkstoff kann auf die Schweißfläche aufgetragen werden, um das Einbrandverhalten zu verändern, die Vorwärmung zu verringern und den Schweißprozess zu erleichtern.
(1) Aluminium ist sehr anfällig für Oxidation an der Luft und beim Schweißen, wobei Aluminiumoxid (Al2O3) entsteht, das einen hohen Schmelzpunkt hat und sehr stabil ist, so dass es schwer zu entfernen ist. Dies behindert das Schmelzen und Schmelzen des Grundmaterials. Die schwere Oxidschicht lässt sich nicht leicht ablösen, was zu Schlackeneinschlüssen, unvollständigem Schmelzen und unzureichendem Eindringen führt.
Die Oxidschicht auf der Oberfläche von Aluminium und die große Menge an adsorbierter Feuchtigkeit können zu Porosität in der Schweißnaht führen. Vor dem Schweißen sollte eine strenge Oberflächenreinigung mit chemischen oder mechanischen Methoden durchgeführt werden, um diese Oxidschicht zu entfernen. Während des Schweißvorgangs sollte der Schutz erhöht werden, um Oxidation zu verhindern. Beim Wolfram-Inertgasschweißen sollte eine Wechselstromquelle gewählt werden, um die Oxidschicht durch "kathodische Reinigung" zu entfernen.
Beim Gasschweißen sollte ein Flussmittel verwendet werden, um die Oxidschicht zu entfernen. Beim Schweißen dicker Bleche ist die Schweißwärme kann erhöht werden. Beispielsweise ist die Hitze des Heliumlichtbogens hoch, so dass ein Helium- oder Argon-Helium-Mischgasschutz verwendet werden kann, oder es kann ein Schutzgasschweißen mit großen Spezifikationen eingesetzt werden. Bei einer positiven Gleichstromverbindung ist eine "kathodische Reinigung" nicht erforderlich.
(2) Die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind mehr als doppelt so hoch wie die von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl. Die thermische Leitfähigkeit von Aluminium ist dutzendfach höher als bei austenitischem Edelstahl.
Beim Schweißen kann schnell eine große Wärmemenge in den Grundwerkstoff geleitet werden, so dass beim Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen zusätzlich zu der Energie, die beim Schmelzen des Schmelzbades verbraucht wird, weitere Wärme in anderen Teilen des Metalls verloren geht. Diese Energieverschwendung ist größer als bei Stahlschweißen.
Um qualitativ hochwertige Schweißverbindungen zu erhalten, sollten möglichst Stromquellen mit konzentrierter Energie und hoher Leistung verwendet werden. In manchen Fällen können auch Vorwärm- und andere Verfahrensmaßnahmen ergriffen werden.
(3) Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Aluminium und seinen Legierungen ist etwa doppelt so groß wie der von Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl. Aluminium erfährt beim Erstarren eine erhebliche Volumenschrumpfung, was zu erheblichen Verformungen und Spannungen in der Schweißnaht führt und Maßnahmen zur Vermeidung von Schweißverformungen erforderlich macht. Aluminiumschweißbäder sind anfällig für Lunker, Porosität, Heißrissbildung und hohe Eigenspannung während der Erstarrung.
In der Produktion kann durch eine Anpassung der Schweißdrahtzusammensetzung und des Schweißverfahrens das Auftreten von heiße Risse. Aluminium-Silizium-Legierung Schweißdraht kann für das Schweißen von Aluminium-Legierungen, andere als Aluminium-Magnesium-Legierungen, wo Korrosionsbeständigkeit zulässig ist verwendet werden. Bei Aluminium-Silizium-Legierungen ist die Neigung zur Heißrissbildung höher, wenn der Siliziumgehalt 0,5% beträgt.
Mit steigendem Siliziumgehalt sinkt der Kristallisationstemperaturbereich der Legierung, die Fließfähigkeit verbessert sich erheblich, die Schrumpfungsrate nimmt ab und die Neigung zur Heißrissbildung verringert sich entsprechend. Die Produktionserfahrung zeigt, dass bei einem Siliziumgehalt von 5% bis 6% keine Heißrissbildung auftritt. Daher kann die Verwendung von SAlSi-Stäben (mit einem Siliziumgehalt zwischen 4,5% und 6%) beim Schweißen zu einer besseren Rissbeständigkeit führen.
(4) Aluminium hat ein starkes Reflexionsvermögen für Licht und Wärme. Beim Übergang vom festen zum flüssigen Zustand gibt es keine erkennbare Farbveränderung, was die Beurteilung beim Schweißen erschwert. Hochtemperatur-Aluminium hat eine geringe Festigkeit, wodurch es schwierig ist, das Schweißbad zu stützen und leicht durchzubrennen.
(5) Flüssiges Aluminium und seine Legierungen können eine große Menge an Wasserstoff lösen, während Aluminium im festen Zustand kaum Wasserstoff löst. Während der Erstarrung und der schnellen Abkühlung des Schweißbades hat der Wasserstoff nicht genug Zeit, um zu entweichen, was leicht zur Bildung von Wasserstoffporen führt. Die Feuchtigkeit in der Atmosphäre der Lichtbogensäule, die Schweißmaterialien und die von der Oxidschicht des Grundwerkstoffs adsorbierte Feuchtigkeit sind allesamt kritische Quellen für Wasserstoff in der Schweißnaht. Daher müssen die Wasserstoffquellen streng kontrolliert werden, um Porenbildung zu verhindern.
(6) Legierungselemente neigen dazu, zu verdampfen und zu verbrennen, was zu einer Verringerung der Schweißnahtleistung führt.
(7) Wenn das Grundmetall des Grundwerkstoffs verformt oder durch Lösungsglühen verfestigt wird, kann die beim Schweißen entstehende Wärme die Festigkeit der Wärmeeinflusszone verringern.
Das WIG- und MIG-Lichtbogenschweißen, das bequem und kostengünstig ist, kann zum Schweißen und Reparieren von Aluminiumlegierungen verwendet werden.
Wenn beim Schweißen von Aluminiumlegierungen Hochenergiestrahlschweißen und Rührreibschweißen eingesetzt werden, können die Probleme des Verbrennens von Legierungselementen, der Erweichung der Verbindung und der Schweißverformung wirksam angegangen werden. Insbesondere das Rührreibschweißen ist eine Festkörperverbindung, die zudem umweltfreundlich ist.
Wenn konventionelle Reparaturschweißverfahren zur Behebung von Defekten an Gussteilen aus Aluminiumlegierungen verwendet werden, ist es wichtig, auf die Reinigung vor dem Schweißen, die Auswahl eines geeigneten Schweißdrahtes und die Einhaltung der korrekten Schweißprozess-Spezifikationen zu achten. Das AC-WIG-Reparaturschweißen wird in der Regel bevorzugt, um Folgendes zu vermeiden Schweißfehler.
Zur Verbesserung der Reparatur Schweißqualität von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen können spezielle Reparaturschweißverfahren in Kombination mit der tatsächlichen Situation eingesetzt werden, wenn die Gussfehler einzigartig sind und die Bedingungen es zulassen.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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