11 tipps zum schweißen von aluminium in der schiffbauindustrie · aluminium-legierungen sind...
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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.
Von Frank G. Armao, Direktor, Aluminium-Schweißtechnik
11 Tipps zum Schweißen von Aluminium in der Schiffbauindustrie
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Lagerung von Aluminium-Platten, Blechen und Strangpressprofilen
Für die meisten Industrien ist die Standard-
empfehlung, dass Aluminium innerhalb ein-
er 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 statt-
finden. Es gibt aber leichter zu realisierende
Empfehlungen für die Lagerung im Schiffsbau.
Wann immer möglich, sollten die Aluminium-
platten niemals horizontal gestapelt in Boden-
nähe gelagert werden. Eine solche Lagerung führt
dazu, dass Wasser zwischen den Platten einge-
schlossen wird und dadurch die Korrosionsrate
steigt. Stattdessen sollten die Platten senkrecht
gelagert werden, damit das Wasser zwischen den
Platten abfließen kann. Wenn die Bleche horizon-
tal 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 Oxidschich-
ten, welche sich zwischen den gelagerten Platten
ausbilden können, zu verhindern. Jede dicke
Oxidschicht muss vor dem Schweißen
mechanisch entfernt werden.
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.
Finden Sie heraus, welche Aluminium-Legierung Sie schweißen
Es reicht nicht aus zu wissen, dass Sie Aluminium schweißen. Schweiß-
fachleute müssen wissen, welche Legierung geschweißt wird und den
richtigen Zusatzwerkstoff verwenden. Die häufigsten Legierungen im Schiff-
bau sind die Al-Mg 5XXX-Platten-legierungen und die Al-Mg 6XXX-Strang-
pressprofillegierungen, vor allem wegen ihrer hervorragenden
Korrosionsbeständigkeit.
Die meisten Aluminium-Legierungen können mittels Lichtbogen-
schweißverfahren 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 licht-
bogengeschweißt 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 Festig-
keiten aufweisen und allgemein verfügbar sind, aber sie sind sehr riss-
empfindlich beim Lichtbogenschweißen.
Das Schweißen einer “unschweißbaren” Legierung oder die Verwendung des
falschen Zusatzwerkstoffes kann unmittelbar zu Rissen oder einem vor-
zeitigen 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.
Kohlenwasserstoffe können auf zwei Arten entfernt werden. Die gebräuch-
lichste 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 Drahtvorschub-
rollen 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 Draht-
seelen aus Stahl für Stahldrähte, werden
kleine Späne von dem weichen Aluminium-
draht abgeschabt und führen zu einem
Verstopfen der Drahtseele.
• Stellen Sie sicher, dass das Stromkontaktrohr
den richtigen Durchmesser für den verwen-
deten 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 Stromkon-
taktrohr kann keinen gleichmäßigen
Stromübergang gewährleisten und führt
dazu, dass der Draht zurückbrennt.
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 Haupt-
sorge ist dabei nicht, dass die Werkstücke oxi-
dieren 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 brau-
nem 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 nie-
drigen Niveau gehalten wird. Der Draht darf aber unter keinen Umständen
nass werden.
Der einfachste Weg dies zu erreichen ist, den Draht in der Originalver-
packung 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.
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 sicher-
stellen, dass die Verpackung nicht geöffnet wird bis der Draht sich der Umge-
bungstemperatur 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 Lagerbe-
dingungen 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 erzeu-
gt 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.
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 verbin-
den, 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 Anre-
gungen und Ideen geben, um Ihr Wissen rund um
das Schweißen von Aluminium in der Schiffsbau-
industrie zu erweitern.