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22.11.2017 : 21:07 : +0100

Anwendungstechnische Hinweise zum Schutzgasschweißen von Aluminium

Der Einsatz von Aluminium und seinen Legierungen nimmt ständig zu. Auch in der Zukunft ist mit einem überproportionalen Zuwachs und der Substitution von Stahl speziell, aber nicht nur, im Mobilitätsbereich zu rechnen. Die steigenden Energiekosten machen den Leichtbau zunehmend wirtschaftlich. Dies führt dazu, dass Fertigungsbetriebe von der Verarbeitung von Stahl auf Aluminium umsteigen oder direkt Aluminiumverarbeiter neu entstehen.

Da die Fertigungsprozesse und die verwendeten Begriffe von Stahl oft nur wenig abweichen, werden allzu oft grundlegende Fehler in der Verarbeitung gemacht, welche zu teurer Nacharbeit, Ausschuss und Terminverzug führen. Tatsächlich sind viele Eigenschaften von Aluminium geradezu entgegengesetzt zu Stahl und deren Kenntnis ist für eine sichere Verarbeitung unbedingt nötig.

Eigenschaften Einheit Al Fe Verhältnis
Atomgewicht [g/Mol] 26,98 55,84 ~ 1 zu 2
Kristallgitter kubisch flächenzentriert kubisch raumzentriert
Dichte [g/cm³] 2,70 7,87 ~ 1 zu 3
Elastizitätsmodul [Gpa] 67 210 ~ 1 zu 3
Ausdehnungskoeffizient [1/K] 24 * 10-6 12 * 10-6 ~ 2 zu 1
Streckgrenze Rp0,2 [MPa] ~ 10 ~ 100 ~ 1 zu 10
Zugfestigkeit Rm [MPa/] ~ 50 ~ 200 ~ 1 zu 4
Spezifische Wärme [J/kg*K] ~ 890 ~ 460 ~ 2 zu 1
Schmelzwärme [J/g] ~ 390 ~ 272 ~ 1,5 zu 1
Schmelztemperatur [K] 933 1811 ~ 1 zu 2
Wärmeleitfähigkeit [W/m*K] 235 75 ~ 3 zu 1
Elektrische Leitfähigkeit [m/Ω*mm²] 38 ~ 10 ~ 4 zu 1
Oxide Al2O3 FeO / Fe2O3/ Fe3O4
Schmelztemperatur der Oxide [°C] 2050 1400 / 1455 / 1600 bei Fe ähnlich dem Metall; bei Al ca. 3 x so hoch
Dichte der Oxide [g/cm³] 3,89 5,7 / 2,4 / ~ 5,0 Fe-Oxide sind leichter als Metall; Al-Oxid schwerer

Auswirkungen der Unterschiede in den physikalischen Größen von Stahl zu Aluminium auf das Schmelzschweißen

Die Unterschiede in Dichte, Elastizitätsmodul und der Festigkeit sind für das praktische Schweißen kaum von Relevanz, natürlich jedoch für die Konstruktion der Bauteile.

Die gute elektrische Leitfähigkeit von Aluminium kann zu Schwierigkeiten beim Zünden des Lichtbogens führen und die ebenso hohe Wärmeleitfähigkeit zu Bindefehlern am Nahtanfang und zu vorlaufender Schweißwärme. Auf diese Aspekte wird in weiterer Folge detailliert eingegangen. Die gute Wärmeleitfähigkeit kann ebenso zu einer starken Erwärmung von Schweißvorrichtungen und damit zu Dimensionsabweichungen führen, denen mit einer entsprechend stabilen Ausführung und eventuell einer zusätzlichen Kühlung begegnet werden muss. Grundsätzlich führen hohe Wärmeleitfähigkeit und Ausdehnungskoeffizient zu einem stärkeren Verzug beim Schweißen von Aluminium. Dies ist in Konstruktion und im Vorrichtungsbau zu berücksichtigen.

Ein ganz besonderes Augenmerk ist auf die Oxidschicht und die Löslichkeit von Wasserstoff zu richten.