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.