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Aluminium schweißen

Aluminium verhält sich in fast jedem Punkt anders als Stahl: die Oxidhaut, die Wärmeleitung, die fehlende Anlassfarbe und ein Draht, der sich nicht schieben lassen will.

Schnitt durch Aluminium: die Oxidhaut über bereits geschmolzenem Metall, daneben eine Periode des Wechselstroms mit ihrer reinigenden und ihrer einbrennenden Hälfte
Die Haut schmilzt bei dreimal der Temperatur des Metalls darunter. Daher der Wechselstrom: die eine Halbwelle bringt Wärme, die andere räumt die Haut fortlaufend ab.

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Die Oxidhaut

Sie bildet sich in Sekunden neu, sobald blankes Aluminium an der Luft liegt. Deshalb wird unmittelbar vor dem Schweißen gebürstet — mit einer Edelstahlbürste, die nur für Aluminium benutzt wird — und deshalb ist die Zeit zwischen Vorbereiten und Schweißen ein Qualitätsmerkmal.

WIG mit Wechselstrom

Die Halbwelle mit der Elektrode am Pluspol räumt die Haut ab, die negative bringt die Wärme ins Werkstück. Die Balance verteilt den Zyklus zwischen beidem: mehr negative Zeit heißt mehr Einbrand und weniger Reinigung. Die Frequenz schnürt den Lichtbogen ein — höhere Frequenz gibt einen schmaleren, besser kontrollierbaren Kegel.

MIG und Impuls

Für dickeres Material und für Leistung ist MIG die Wahl, mit reinem Argon und bei größerer Dicke Argon-Helium für mehr Wärme. Der Impulslichtbogen löst das Grundproblem des Aluminium-MIG: er setzt bei niedriger mittlerer Wärme kontrollierte Tropfen ab, statt zwischen Kurzschluss und Sprühlichtbogen zu schwanken.

KenngrößeWIGMIG
StromartAC, Reinigungsanteil rund 30 %DC, positive Polung
GasAr 100 %, bei dickem Werkstoff Ar + HeAr 100 %, ab 6 mm Ar + 30 % He
ElektrodeWZ-8 (weiß), Kugel an der Spitze—
ZuführungZusatzstab von HandPush-Pull-Vorschub

Wärme und Vorwärmen

Aluminium leitet die Wärme rund viermal besser als Stahl. An dickem Material zieht das Bauteil die Wärme so schnell weg, dass der Einbrand ausbleibt — daher maßvoll anwärmen, was auch Kondenswasser vertreibt. Bei 6xxx liegt die Obergrenze aber bei etwa 120 °C, für Vorwärm- wie Zwischenlagentemperatur, und das nicht länger als 15 Minuten (Grenze nach AWS D1.2 für aushärtbare Legierungen und 5xxx mit mehr als 3 % Mg, so zitiert in den Leitfäden von Hobart und ESAB). Darüber zerstört Wärme in der WEZ genau die Aushärtung, die den Werkstoff fest gemacht hat.

ER 4043 (Si)ER 5356 (Mg)
Fließverhaltenhöher, die Naht wird glattergeringer
Festigkeitgeringerhöher
Rissbeständigkeitbesserschlechter bei manchen Legierungen
Eloxierendunkelt nachdie Farbe bleibt
Vorschub beim MIGweich, neigt zum Vernestensteifer, läuft gleichmäßiger

Zusatzwerkstoff

5356 (AlMg5) für die meisten Konstruktionslegierungen der Reihen 5xxx und 6xxx, 4043 (AlSi5) für Guss und dort, wo weniger Rissneigung wichtiger ist als Festigkeit. Die beiden lassen sich nicht beliebig tauschen: 4043 auf Magnesium haltigen Legierungen bildet spröde Phasen.

EigenschaftER 4043ER 5356
LegierungsbasisRund 5 % SiliziumRund 5 % Magnesium
Festigkeit der NahtNiedrigerHöher
Verhalten des BadesDünnflüssiger, legt sich leichterZäher, verlangt eine ruhigere Hand
HeißrissneigungBesser auf 6xxx-LegierungenRiskant auf 6xxx, gut auf 5xxx
Nach dem EloxierenDunkelt nach, grauer TonBehält die Farbe des Grundwerkstoffs
Vorschub beim MIGWeicher Draht, neigt zum VogelnestSteifer, läuft gleichmäßiger
Einsatz bei erhöhter TemperaturOhne EinschränkungÜber 65 °C nicht empfohlen: Spannungsrisskorrosion

Welche Legierung, welcher Zusatzwerkstoff

Bevor man den Draht wählt, muss man wissen, was auf dem Tisch liegt. Die erste Ziffer der Legierungsbezeichnung nennt das Hauptlegierungselement, und das entscheidet über den Zusatz mehr als Dicke oder Verfahren.

ReiheBeispieleZusatzWorauf achten
1xxx (Rein-Al)1050, 12004043Weich, schnell durchgebrannt
5xxx (AlMg)5754, 508353564043 auf magnesiumreichen Legierungen ergibt eine spröde Naht
6xxx (AlMgSi)6060, 60824043 oder 5356Heißrisse beim Schweißen ohne Zusatz; Entfestigung der WEZ
Guss AlSiGehäuse, Ölwannen4043Poren aus ölgetränktem Guss
7xxx (AlZn)7020, 70757020 — 53567075 ist zum Lichtbogenschweißen ungeeignet

Wird das Teil eloxiert, bleibt nur 5356 — 4043 wird grau, wie die Vergleichstabelle oben zeigt. Arbeitet die Verbindung über 65 °C, scheidet 5356 wegen Spannungsrisskorrosion aus. Treffen beide Bedingungen zusammen, wird mit dem Hersteller des Zusatzwerkstoffs entschieden.

WIG mit Wechselstrom Schritt für Schritt

  1. Balance. Ausgangspunkt etwa 30 % Reinigungsanteil, wie in der Parametertabelle. Mehr Reinigung gibt einen breiteren matten Streifen neben der Naht und eine heißere Elektrode; weniger gibt tieferen Einbrand, aber die Oxidhaut bricht nicht mehr auf.
  2. Elektrode. WZ-8 mit Kalotte oder, bei neueren Invertern, nach Geräteanleitung. Den Durchmesser liefert der Wolfram-Rechner.
  3. Start. Höherer Strom am Anfang, weil Aluminium die Wärme ableitet; das Fußpedal nimmt Strom zurück, wenn das Teil warm ist.
  4. Zusatz. Den Stab an die Vorderkante des Bades führen und nicht aus dem Schutzgas nehmen — das heiße Stabende oxidiert in einer Sekunde.
  5. Naht lesen. Der helle, matte Streifen neben der Raupe ist die Reinigungszone und gehört dazu. Schwarzer Belag auf der Raupe heißt Schmutz, zu wenig Reinigung oder zu wenig Gas.

Allgemeine Verfahrensregeln stehen unter WIG-Schweißen.

MIG an Aluminium: warum Push-Pull

Aluminiumdraht ist weich. Durch mehrere Meter Schlauchpaket geschoben knickt er, bildet Drahtnester an den Rollen und fördert stoßweise. Darum nennt die Parametertabelle einen Push-Pull-Vorschub, und wo keiner da ist, hilft eine der Ersatzlösungen:

  • Push-Pull-Brenner — ein zweiter Motor im Griff zieht den Draht, die Rollen im Vorschub schieben. Die Werkstattlösung und bei langen Schlauchpaketen die einzig sichere.
  • Spool Gun — kleine Spule im Brenner selbst, der Draht läuft nur wenige Zentimeter. Praktisch für gelegentliche Arbeiten.
  • Kurzes Schlauchpaket mit PTFE-Seele, U-Rollen und wenig Anpressdruck — geht mit 5356, der steifer ist; mit 4043 gibt es mehr Ärger.

Die Stromdüse für Aluminium ist eine Nummer größer als der Draht, weil er sich warm ausdehnt. Der Brenner wird stechend geführt, nicht schleppend, damit das Gas dem Bad vorausläuft. Gas: Argon, ab 6 mm Argon mit 30 % Helium, wie in der Tabelle. Das Einstellen von Rollen und Seele steht unter Wartung des Schweißgeräts.

Beispiel: Rahmen aus 6082-Rohr, 40×40×3

  1. Legierung 6082 — Reihe 6xxx, also Zusatz 4043, bei späterem Eloxieren 5356.
  2. Verfahren. Für wenige Rahmen WIG mit Wechselstrom, für eine Serie MIG mit Push-Pull, am besten Impuls.
  3. Vorbereitung. Entfetten, Edelstahlbürste nur für Aluminium, innerhalb weniger Minuten nach dem Reinigen schweißen.
  4. Temperatur. Höchstens bis zu der oben im Abschnitt zur Wärme genannten Grenze vorwärmen — darüber verliert die Legierung ihre Festigkeit aus der Aushärtung. Zwischen den Lagen abkühlen lassen.
  5. Festigkeit. Die WEZ ist bei 6082 immer schwächer als der Grundwerkstoff — das muss der Konstrukteur des Rahmens berücksichtigen, nicht der Schweißer. Das Gewicht der Profile liefert der Aluminium-Gewichtsrechner.

Typische Fehler bei Aluminium

  • Eine Bürste, die Stahl berührt hat. Eisenpartikel in der Naht bedeuten Korrosion und Einschlüsse.
  • Schleifscheibe für die Nahtvorbereitung. Schleifkorn setzt sich im weichen Metall fest — besser Fräser oder Alu-Feile.
  • Draht von einer offen in der Halle gelagerten Spule. Hydratisiertes Oxid auf dem Draht heißt Wasserstoff in der Naht und Poren.
  • MIG-Brenner schleppend geführt. Das Bad verlässt den Gasschutz, die Naht wird schwarz.

Häufige Fragen

Warum muss die Oxidhaut weg?

Weil sie bei rund 2050 °C schmilzt und das Metall darunter bei 660. Die Haut bleibt also fest, während das Metall längst flüssig ist, und verhindert die Verbindung. Beim WIG entfernt sie die positive Halbwelle des Wechselstroms, beim MIG der Lichtbogen selbst — vorher wird mechanisch gebürstet.

Warum knickt der Draht im Vorschub?

Weil Aluminiumdraht weich ist. Er braucht U-Nut-Rollen statt V-Nut, eine PTFE- oder Graphit-Führung statt Stahlspirale, weniger Rollendruck und einen möglichst kurzen, gerade geführten Brenner. Für mehr als gelegentliche Arbeit ist ein Spoolgun oder Push-Pull die eigentliche Antwort.

Woran erkenne ich, dass das Bad kommt?

Aluminium wechselt die Farbe nicht — es sieht bis zum Schmelzen gleich aus und fällt dann plötzlich durch. Man lernt, auf den Glanz zu achten, der kurz vor dem Schmelzen entsteht. Für den Anfang hilft es, mit einer Kupferbadsicherung zu üben.

4043 oder 5356 für 6082?

Beide sind üblich. 4043 hat ein flüssigeres Bad und verträgt die Heißrissneigung der 6xxx-Reihe besser; 5356 ergibt eine festere Naht und behält nach dem Eloxieren die Farbe. Arbeitet die Verbindung über 65 °C, bleibt 4043.

Aluminium MIG schweißen ohne Push-Pull — geht das?

Mit kurzem Schlauchpaket, PTFE-Seele, U-Rollen, wenig Anpressdruck und einer Stromdüse eine Nummer größer als der Draht — am besten mit 5356, der steifer ist. Sonst eine Spool Gun mit der Spule im Brenner. Für lange Schlauchpakete und Serienarbeit ist Push-Pull die einzige sichere Lösung.

Kann man Aluminium mit Stabelektroden schweißen?

Ja, für Reparaturen: im Elektrodenkatalog stehen OZA-1, OZA-2 und ESAB OK 96.20 (E Al Si 12), alle an DC+. Die Schlacke ist korrosiv und muss vollständig entfernt werden, und die Nahtgüte bleibt hinter WIG und MIG zurück — für Tragwerke werden sie nicht verwendet.

Autor: , Schweißer und Metallbauer Aktualisiert: