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Schweißen von Aluminium
und Aluminiumlegierungen
– Überblick und praktische
Hinweise
Welding of aluminium and
aluminium alloys Overview and practical
instructions
B. Hankel, Rheine
B. Hankel, Rheine
Es gibt eine Vielzahl von Literatur zum Thema „Schweißen
von Aluminium“. Jedoch fehlt es oft Hinweisen zur praktischen
Anwendung. Dieser Beitrag widmet sich vorrangig dem weit
verbreiteten Metall- (MIG) und Wolfram-Inertgasschweißen
(WIG), die in Handwerks-, mittelständischen und Großbetrieben angewendet werden. In der Umwelt befinden sich viele
Bauteile aus Aluminium, die ohne die moderne Fügetechnik –
dem Schweißen – nicht funktionsfähig wären. Am Himmel sieht
man Flugzeuge mit reflektierenden Aluminiumtragflächen, auf
dem Wasser schnelle Motorjachten und im Straßenverkehr
glänzende Automobilkarosserien. Auch in einem Konzertsaal
findet man geschweißte Aluminiumkonstruktionen.
There is a lot of literature on the subject of the „welding
of aluminium“. However, there are often no instructions about
practical application. This article is principally dedicated to
the widespread metal inert gas (MIG) and tungsten inert gas
(TIG) welding processes which are applied in skilled-trade,
medium-sized and large-scale businesses. Many components
which are made of aluminium and would not function properly without modern joining technology (welding) can be
found in the environment. Aeroplanes with reflecting aluminium aerofoils can be seen in the sky, quick motor yachts on the
water and shining automobile bodies in road traffic. Welded
aluminium structures can be found in a concert hall as well.
Geschichtliche Entwicklung
Historical development
In der nachstehenden Tabelle finden sich markante
Jahreszahlen zur Erzeugung von Aluminium.
Distinctive annual figures relating to the production of
aluminium can be found in the table below.
Jahr
1854
32
Welterzeugung von
Aluminium in Tonnen
Preis in Reichsmark
je kg Aluminium
0,02
2400
1896
1800
2,60
1913
65000
1,70
1918
181200
2,37
1938
580000
1,33
Year
1854
World production of
aluminium in tonnes
Price per kg of aluminium
in Reichsmarks
0,02
2400
1896
1800
2,60
1913
65000
1,70
1918
181200
2,37
1938
580000
1,33
Die Umrechnung von Reichsmark (RM) in Euro (€) beruht auf Umrechnungshinweisen (Kaufkraft) des Statistischen Bundesamtes aus dem Jahr 2000.
The conversion from Reichsmarks (RM) to Euros (€) is based on conversion
instructions (purchasing power) from the Federal Statistical Office from 2000.
Im Jahr 1854 erzeugten Deville und Bunsen unabhängig voneinander elektrolytisch abgeschiedenes Aluminium. Der Preis
betrug seinerzeit 2400 RM/kg (1 RM = 3,97).
In 1854, Deville and Bunsen produced electrolytically deposited aluminium independently from each other. In those days,
the price was RM 2,400 per kg (RM 1 = € 3.97).
Im Jahr 1885 Gründung der Aluminium Magnesium Fabrik
AG in Hemelingen bei Bremen.
In 1885, Aluminium Magnesium Fabrik AG was founded in
Hemelingen near Bremen.
Im Jahr 1896 wurde Aluminium erstmalig in Deutschland industriell hergestellt. Es kostete 2,60 RM/kg.
In 1896, aluminium was industrially produced in Germany for
the first time. It cost RM 2.60 per kg.
Im Jahr 1918 mit Ende des 1.Weltkrieges kostete Aluminium
2,37 RM/kg.
In 1918 at the end of the First World War, aluminium cost RM
2.37 per kg.
Im Jahr 1938 bei Mobilisierung/Vorbereitung des 2. Weltkrieges betrug der Preis 1,33 RM/kg.
In 1938 during the mobilisation/preparation for the Second
World War, the price was RM 1.33 per kg.
Anhand dieser Welterzeugungsdaten für Aluminium erkennt
man schnell einen raschen Zuwachs – besonders in den Jahren 1918 und 1938. Die Gründe hierfür sind die Weltkriege
und ihre rohstoff-aufzehrende Industrie. Denn Aluminium mit
seiner herausragenden Dichte von 2,7 kg/dm³ ist der ideale
Werkstoff für Ausrüstungsgegenstände und Konstruktionen
der Luftfahrzeugbranche.
A rapid increase (especially in 1918 and 1938) can be quickly
recognised on the basis of this world production data for
aluminium. The reasons for this are the world wars and their
industry which consumed raw materials. Because aluminium
with its outstanding density of 2.7 kg/dm³ is the ideal material
for equipment objects and structures in the aircraft sector.
Schon früh erkannten die Flugpioniere Gebrüder Wright,
dass die von ihnen verwendeten Konstruktionswerkstoffe
Holz und Stoff für leistungsfähige Flugapparate weniger geeignet waren. Die von Mannesmann entwickelten nahtlosen
Stahl-Präzisionsrohre mit hohen mechanischen Gütewerten
(eigentlich für Fahrradrahmen) waren für die damaligen
Flugmotoren zu schwer. Auch wenn die Gebrüder Wright bei
dem von ihnen entwickelten „Wright Flyer“ bereits Aluminium
eingesetzt hätten, wäre zur damaligen Zeit noch das Problem der Fügetechnik zu lösen gewesen. Damals hat man ausschließlich kraft- und formschlüssige Verbindungen mit Nieten und Schrauben hergestellt. Unter dynamischer Belastung
waren diese Verbindungen sehr anfällig.
Dies war die Stunde der beiden Franzosen E. Fouché und Ch.
Picard. Denn sie erkannten, dass stoffschlüssige Verbindungen den kraft- und formschlüssigen Verbindungen überlegen
waren, und brachten im Jahr 1901 einen Hochdruck-Acetylen-Sauerstoff-Brenner auf den Markt. Er war handlich, mobil und somit überall einsetzbar. Sie reisten durch Europa und
unterwiesen mit ihrer „rollenden Schweißkursstätte“ Techniker
im Schweißen.
Im Jahr 1909 erhielt A. Wilm das Patent für das Verfahren
zum Veredeln von magnesiumhaltigen Aluminiumwerkstoffen, besser bekannt als Duraluminium. Schnell erkannten die
Luftfahrtpioniere, u. a. Bleriot, Junkers und Fokker, die Vorteile dieses Werkstoffes und implementierten diesen in ihre
Fluggeräte.
Den damaligen Konstrukteuren wurden schon früh Grenzen in
der Verwendung von Aluminium aufgezeigt, hervorgerufen durch
• hohe Wärmeleitung
• Heißrissbildung
• Porenbildung
At an early stage, the aviation pioneers the Wright brothers
already recognised that the structural materials used by them
(wood and fabric) were not very suitable for efficient flying
machines. The seamless precision steel tubes which were
developed by Mannesmann and exhibited high mechanical
quality values (actually for bicycle frames) were too heavy for
the aviation engines then. Even if the Wright brothers had already utilised aluminium in the „Wright Flyer“ developed by
them, it would still have been necessary to solve the problem
of the joining technology at that time. In those days, exclusively joints with non-positive and positive locking were manufactured with rivets and bolts. These joints were very susceptible when subjected to dynamic loads.
This was the hour of the two Frenchmen E. Fouché and Ch. Picard. Because they recognised that material-locking joints were
superior to the joints with non-positive and positive locking and
launched a high-pressure oxyacetylene torch on to the market
in 1901. It was easy to handle and mobile and could thus be utilised everywhere. They travelled through Europe and instructed
technicians in welding with their „rolling welding course centre“.
In 1909, A. Wilm received the patent for the process for refining aluminium materials containing magnesium, better
known as Duralumin. The aviation pioneers (including Blériot, Junkers and Fokker) quickly recognised the advantages of
this material and implemented this in their flying machines.
At an early stage, limits on the use of aluminium were already
indicated to the designers at that time. These were caused by:
• high thermal conduction
• hot cracking
• formation of pores
and led to a deterioration in the technological values after
the welding process.
33
die zur Verschlechterung der technologischen Werte nach
dem Schweißprozess führten.
Anfangs wurden das Metalllichtbogenschweißen und das
Gasschmelzschweißen bis in die späten 30er Jahre des letzten Jahrhunderts zum Fügen von Aluminium eingesetzt.
Im Jahr 1926 entwickelte der Amerikaner I. Langmuir ein neues Schweißverfahren, das Arcatom-schweißen (ein zwischen
zwei Wolframelektroden brennender Lichtbogen wird mit
Wasserstoff gegen die Schweißstelle geblasen).
In den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts entstand in den
USA das Heliarc-Schweißverfahren (in Europa das ArgonarcSchweißverfahren). Zunächst wurden lediglich nur die Werkstoffe Magnesium, Kupfer und Stahl gefügt. Im Jahr 1944
wurde das Verfahren mit Hochfrequenz und Wechselstrom
zum Schweißen von Aluminium eingesetzt. Erwähnenswert ist,
dass zur Lichtbogenstabilisierung dem Helium bereits Argon
zugesetzt wurde, um den Prozess zu optimieren. Daraus entwickelte sich das TIG- (WIG-) Schweißen.
Nach Ende des 2. Weltkrieges entwickelte sich das S.I.G.M.A.Verfahren (Shielded Inert Gas Metal Arc), heute als MIGSchweißen bekannt.
Mit der heutigen Impuls- und auch Digitaltechnik sind vielseitig einsetzbare Fügewerkzeuge entstanden. Das Reibschweißen, Laserstrahlschweißen, Rührreibschweißen (Friction Stir
Welding), Elektronenstrahlschweißen und die Hybrid-Verfahren sind weitere wichtige Fügeverfahren.
At the beginning, metal arc welding and gas fusion welding
were utilised for the joining of aluminium right into the late
30s of the last century.
In 1926, the American I. Langmuir developed a new welding
process, atomic hydrogen arc welding (an arc burning between two tungsten electrodes is blown against the welding
point with hydrogen).
In the 40s of the last century, the heliarc welding process was
created in the USA (the argonarc welding process in Europe).
Merely the magnesium, copper and steel materials were joined at first. In 1944, the process was utilised for the welding
of aluminium with high frequency and alternating current. It
is worth mentioning that argon was already being added to
the helium in order to stabilise the arc and to optimise the
process. TIG welding developed from this.
The S.I.G.M.A. (shielded inert gas metal arc) process, known
as MIG welding today, developed after the end of the Second World War.
Joining tools which can be put to diverse uses have been
created with today‘s pulse and also digital technology. Friction welding, laser welding, friction stir welding, electron
beam welding and the hybrid processes are other important
joining processes.
Wichtige Merkmale von Aluminium sind:
• geringe Dichte: 2,7kg/dm³,
etwa 1/3 der mittleren Dichte von Stahl,
• gute Wärmeleitfähigkeit,
• gute Stromleitfähigkeit,
• Schmelzpunkte:
Reinaluminium etwa 660 °C,
Aluminiumoxid etwa 2050 °C,
• unmagnetisches Verhalten,
• hohes Reflexionsvermögen für Licht,
Wärme und elektromagnetische Wellen,
• gut kalt- bzw. warmumformbar,
• gut spanbar
• gut fügbar
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In der Technik umfasst der Begriff Aluminium sowohl Reinaluminium als auch Aluminiumlegierungen. Durch Legierungszusätze zum reinen Metall lassen sich dessen Eigenschaften
wie Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit in großen Bereichen variieren und den jeweiligen Ansprüchen anpassen. Die wichtigsten Legierungszusätze sind:
•
•
•
•
Magnesium (Mg)
Zirkon (Zr)
Kupfer (Cu)
Zink (Zn)
• Mangan (Mn)
• Titan (Ti)
• Silizium (Si)
• Blei (Pb)
Der prozentuale Anteil der Legierungszusätze ist meist gering, trotzdem können die Werkstoffeigenschaften dadurch
erheblich verändert werden. Daher ist beim Fügen unbedingt
auf die richtige Auswahl von Schweißzusätzen zu achten.
Die Aluminiumlegierungen gliedern sich in folgende Hauptgruppen:
• low density: 2.7 kg/dm³,
about 1/3 of the average density of steel
• good thermal conductivity
• good current conductivity
• melting points:
pure aluminium approx. 660°C and
aluminium oxide approx. 2,050°C
• non-magnetic behaviour
• high reflectivity for light,
heat and electromagnetic waves
• good cold and hot formability
• good free-machining properties
• good joinability
In aluminium oxide factories, the aluminium oxide is obtained
from bauxite according to the Bayer process. In aluminium
works, the aluminium oxide is disintegrated into its constituents with the aid of fusion electrolysis.
This results in commercially pure aluminium.
In technology, the „aluminium“ term encompasses not only
pure aluminium but also aluminium alloys. By adding alloys
to the pure metal, it is possible to vary its properties such as
strength, hardness, corrosion resistance and processability
within wide ranges and to adapt them to the respective demands. The most important alloying additions are:
• magnesium (Mg)
• zirconium (Zr)
• copper (Cu)
• zinc (Zn)
Weiterhin wird unterschieden in Knet- und Gusslegierungen,
bei denen die Aluminium-Druckguss-legierungen eine Sonderstellung einnehmen.
Die Schweißeignung von Aluminium-Knetlegierungen ist in
folgender Tabelle dargestellt.
Legierungsgruppe
Beispiele
Schweißeignung
Anwendungsbeispiele
AlCuSiMg
Serie 2xxx
EN AWAlCu4SiMg
nicht
schweißbar
Fahrzeug-, Flugzeug-,
Maschinenbau
AlMn
Serie 3xxx
EN AWAlMn0,2
sehr gut
Für Anwendungen, bei
denen die Festigkeit von
Reinaluminium nicht reicht
AlMg
Serie 5xxx
EN AWAlMg1,5
gut
Schiffbau, Fassaden, Instrumente, Metallwaren
AlMgSi
Serie 6xxx
EN AWAlMgSi
gut bis
sehr gut
Fenster/Türprofile, PKWFelgen, Baubeschläge
AlZnMg
Serie 7xxx
EN AWAlZn4,5Mg1
gut
Schweißkonstruktionen
im Berg-, Fahrzeug- und
Maschinenbau
• manganese (Mn)
• titanium (Ti)
• silicon (Si)
• lead (Pb)
In most cases, the percentages of the alloying additions are
low. Nevertheless, they may alter the material properties substantially. During the joining, it is therefore imperative to pay
attention to the right selection of welding fillers.
The aluminium alloys are divided into the following main
groups:
•
•
• nicht aushärtbare Legierungen:
AlMn (Mg), AlMg (Mn), AlSi(Cu),
• aushärtbare Legierungen:
AlCu (Mg, SiMn), AlMgSi,AlZnMg (Cu).
Materials science
Important characteristics of aluminium are:
Werkstoffkunde
In Aluminiumoxid-Fabriken wird nach dem Bayer-Verfahren
aus Bauxit das Aluminiumoxid gewonnen. In Aluminiumhütten
wird mit Hilfe der Schmelzflusselektrolyse das Aluminiumoxid
in seine Bestandteile zerlegt, es entsteht Hüttenaluminium.
non-hardenable alloys:
AlMn (Mg), AlMg (Mn) and AlSi (Cu)
hardenable alloys:
AlCu (Mg, SiMn), AlMgSi and AlZnMg (Cu)
Furthermore, a distinction is made between wrought and cast
alloys amongst which the die-cast aluminium alloys occupy a
special position.
The weldability of wrought aluminium alloys is portrayed in
the following table.
Alloy group
Examples
Weldability
Examples of applications
AlCuSiMg
Series 2xxx
EN AWAlCu4SiMg
Not
weldable
Vehicle and aircraft
construction and
mechanical engineering
AlMn
Series 3xxx
EN AWAlMn0,2
Very good
For applications in which
the strength of pure
aluminium is not sufficient
AlMg
Series 5xxx
EN AWAlMg1,5
good
Shipbuilding, facades, instruments and metalware
AlMgSi
Series 6xxx
EN AWAlMgSi
good to
very good
Windows / door sections,
car wheel rims and
building hardware
AlZnMg
Series 7xxx
EN AWAlZn4,5Mg1
good
Welded structures in
mining, vehicle construction and mechanical
engineering
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Im betrieblichen Einsatz hat man mit einer Vielzahl von Aluminiumlegierungen zu tun. Wie kann man einer Verwechslung vorbeugen? Zur ersten eindeutigen Identifikation dient
das Abnahmeprüfzeugnis 3.1. Darüber hinaus kann man eine
Spektralanalyse durchführen. Hierdurch lässt sich eine eindeutige Zusammensetzung ermitteln. Eine weitere Möglichkeit ist die Tüpfelanalyse (Beizen).
A large number of aluminium alloys can be encountered in
operational utilisation. How can any mixing-up be prevented? Acceptance Test Certificate 3.1 serves as the first clear
identification. Furthermore, a spectral analysis can be carried out. A clear composition can be established in this way.
Another possibility is the spot analysis (pickling).
WIG-Schweißen
TIG welding
Generell ist zum Schweißen eine große Handfertigkeit und
Fachwissen notwendig. Grundsätzlich sollte nur geschultes
Personal mit dem Schweißen betraut werden.
In general, great manual skills and expert knowledge are
necessary for welding. In principle, only trained personnel
should be entrusted with welding.
Schweißstäbe:
Welding rods:
• sind bei Raumtemperatur zu lagern
• sollten nicht älter als 1 Jahr sein (Überlagerung)
• sind nach Beendigung der Arbeit luftdicht zu verpacken
(Silikatgel oder Reis zum Feuchtigkeitsentzug beilegen)
• sind vor Verschmutzung am Arbeitsplatz zu schützen
• must be stored at room temperature
• should be no more than one year old (excess storage time)
• must be kept in airtight packaging after the end of the
work (insert silica gel or rice in order to extract any moisture)
• must be protected from soiling at the workplace
Alle diese Maßnahmen verringern die schädigende Wasserstoffaufnahme, die zu Poren und Rissen führt. Der Arbeitsplatz muss für das Fügen von Aluminium tauglich sein, das
heißt, Aluminium und Stahl müssen getrennt voneinander
sein.
Welding power source:
The welding power source must be chosen according to the
forthcoming welding task.
Tungsten electrode:
Before the welding, the tungsten electrodes must be ground
in a truncated cone shape. The diameter of the chosen electrode is dependent on the current-carrying capacity.
Shielding gas:
Inert shielding gas, primarily argon or argon-helium mixtures, is basically utilised since pure helium is very expensive.
Vorbereitungswerkzeuge für das Schweißen von Aluminium.
Preparation tools for the welding of aluminium.
Schweißstromquelle:
Die Schweißstromquelle muss entsprechend der anstehenden
Schweißaufgabe gewählt werden.
Wolframelektrode:
Die Wolframelektroden sind vor dem Schweißen mit einem
kegelstumpfförmigen Anschliff zu versehen. Der Durchmesser der gewählten Elektrode ist abhängig von der Strombelastbarkeit.
Aussehen der Wolframelektrodenspitzen.
Appearance of the tungsten electrode tips.
Arbeitsplatz eines WIG-Schweißers.
Workplace of a TIG welder.
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All these measures reduce the harmful hydrogen absorption which leads to pores and cracks. The workplace must be
appropriate for the joining of aluminium, i.e. aluminium and
steel must be separate from each other.
Preparation:
In principle, the aluminium oxide coat may cause lack of fusion, may lead to a notch effect due to washed-in oxide particles and may promote the formation of pores. Therefore,
the aluminium oxide (Al2O3) coat must be eliminated before
the welding, i.e. in the heat-affected zone to be expected.
Brushing, grinding, milling, planing and scraping are particularly suitable for the mechanical removal of the oxide coat.
Only bristles made of high-grade steel may be used for brushing. The bottom sides and inside edges of sheets and tubes
must be deburred and the sheets must be degreased (with
acetone or industrial alcohol).
Schutzgas:
Es kommt grundsätzlich inertes Schutzgas zum Einsatz, in
erster Linie Argon oder Argon-Helium-Gemische, da reines
Helium sehr teuer ist.
Gasdurchflussmengenmesser.
Gas flow meter.
Vorbereitung:
Grundsätzlich kann die Aluminiumoxidschicht Bindefehler
verursachen, zur Kerbwirkung durch eingeschwemmte Oxidteilchen führen und die Porenbildung fördern. Daher muss
vor dem Schweißen die Aluminiumoxidschicht (Al2O3) beseitigt werden und zwar in der zu erwartenden Wärmeeinflusszone. Zum mechanischen Entfernen der Oxidschicht eignen
sich besonders das Bürsten, Schleifen, Fräsen, Hobeln und
Schaben. Beim Bürsten sind nur Edelstahlborsten zu verwenden. Die Unterseiten und Innenkanten von Blechen und Rohren sind zu entgraten, die Bleche sind zu entfetten (mit Aceton
oder technischem Alkohol).
Entfernung der Aluminiumoxidschicht durch Bürsten.
Removal of the aluminium oxide coat by means of brushing.
Even „fresh“ welding rods which are taken directly out of the
packaging exhibit residues of drawing greases. Therefore,
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Auch „frische“ Schweißstäbe, die direkt aus der Verpackung
entnommen werden, weisen Reste von Ziehfetten auf. Daher
sind auch sie entsprechend zu reinigen.
they must also be cleaned correspondingly.
After this preparatory work has been completed, the welder
should wear his welder‘s gloves so that the welding torch
remains grease-free.
Nach Abschluss dieser vorbereitenden Arbeiten sollte
der Schweißer seine Schweißerhandschuhe tragen, damit
Schweißbrenner fettfrei bleibt.
Bürsten der Schweißnahtflanke.
Brushing of the weld sidewall.
Anarbeiten einer 45°-Fase.
Preparation of a 45° bevel.
Schweißvorgang:
Grundsätzlich empfiehlt sich für das Heften einen Schweißzusatz zu verwenden, um einem schädlichen Legierungsabbrand entgegen zu wirken.
Welding operation:
In principle, it is recommended to use a welding filler for tacking in order to counteract any harmful alloy burn-out.
As a rule, aluminium materials are welded with alternating
current. In this respect, the heat and cleaning effects of the
arc are actively used by changing both the positive and negative half-waves in relation to the tungsten electrode. In turn,
that influences the cleaning and the penetration at the weld.
In der Regel werden Aluminiumwerkstoffe mit Wechselstrom
geschweißt. Dabei wird aktiv die Wärme- und die Reinigungswirkung des Lichtbogens genutzt, indem die positive
sowie negative Halbwelle bezogen auf die Wolframelektrode verändert wird. Das wiederum beeinflusst die Reinigung
und den Einbrand an der Schweißnaht.
Bei präziser Führung des Brenners und Schweißzusatzes
unter stetiger Beobachtung der Schmelze kann ein gutes
Schweißergebnis erzielt werden.
A good welding result can be obtained with precise manipulation of the torch and the welding filler while observing the
molten metal continuously.
Alternating-current welding is applied not only in installation,
apparatus and mechanical engineering and shipbuilding but
also in the aviation industry.
Das Wechselstromschweißen wird im Anlagen-, Apparate-,
Maschinen- und Schiffsbau sowie in der Luftfahrtindustrie
angewendet.
Die Vorteile des Wechselstromschweißens sind:
•
•
•
•
38
alle Schweißpositionen sind möglich
sichere Durchschweißung
sehr gutes Nahtaussehen
keine Nacharbeit notwendig
The advantages of alternating-current welding are:
•
•
•
•
all welding positions are possible
reliable full weld penetration
very good weld appearance
no post-weld machining necessary
Die Nachteile des Wechselstromschweißens sind:
•
•
•
•
•
geringe Schweißgeschwindigkeit
Schwierige Wurzelerfassung bei Kehlnähten
Vorwärmung ab 8 mm Werkstückdicke
hoher Verzug
relativ großer Festigkeitsabfall
The disadvantages of alternating-current welding are:
•
•
•
•
•
low welding speed
difficult root fusion in the case of fillet welds
preheating with workpiece thicknesses as from 8 mm
high distortion
relatively large drop in strength
Es gibt verschiedene anwendungsbedingte WIG-Verfahrensvarianten (WIG-Mehrkatodenbrenner, WIG-Doppelgasbrenner, WIG-Punktschweißen), welche die Wirtschaftlichkeit verbessern und die Nachteile dieses Verfahrens verringern.
There are different application-induced TIG process variants
(multicathode TIG torch, dual-gas TIG torch and TIG spot
welding) which improve the economic viability and reduce
the disadvantages of this process.
MIG-Schweißen
MIG welding
Das MIG-Schweißen erfolgt ausschließlich mit Gleichstrom
und mit einer positiv gepolten, abschmelzenden Drahtelektrode unter inerten Schutzgasen. Zum Einsatz kommen heute
noch analoge, hauptsächlich aber digitale Schweißstromquellen. Analoge Schweißstromquellen sind allerdings beim
Schweißen von Aluminium nur mit dem Sprühlichtbogen einsetzbar, der immer wieder mit Kurzschlüssen behaftet ist und
somit Schweißnahtunregelmäßigkeiten hervorruft.
MIG welding is carried out exclusively with direct current and
with a positive-polarity, consumable wire electrode in inert
shielding gases. Not only analog but also mainly digital welding power sources are still utilised today. However, analog
welding power sources can be used for the welding of aluminium only with the spray arc which is repeatedly afflicted with
short circuits and thus gives rise to weld irregularities.
Hauptsächlich nutzt man die Impulslichtbogentechnik. Das
bedeutet, bei richtiger Parameterwahl wird genau ein Tropfen Zusatzwerkstoff je Impuls von der Drahtelektrode abgelöst. Das Ergebnis sind nahezu spritzerfreie Schweißnähte.
Das MIG-Schweißen von Aluminium mit der Impulstechnik ist
in langjähriger Entwicklungsarbeit entstanden. Zu Beginn der
Digitalisierung waren die Schweißstromquellen beim Schweißpersonal nicht beliebt, da die Schweißprogramme umständlich
erstellt werden mussten. Viele Steuerungsprogramme waren
in der Praxis nicht einsetzbar und darüber hinaus waren die
Mikroschalter der Maschinen äußerst bedienerunfreundlich.
Viele dieser damaligen „Schweißwundermaschinen“ wurden
lediglich nur zum Heften eingesetzt und verwaisten schließlich
so mancher Produktionshalle.
Heutzutage sind digitale Schweißstromquellen nach kurzer
Ansicht der Bedienungsanleitung sofort einsetzbar. Selbstverständlich ist schweißtechnisches Grundwissen immer noch
nötig, besonders beim Drahtvorschub, denn hier ist alles
beim Alten geblieben: 4-Rollen-Antrieb, Rollen mit Rundnute, Teflonseele und die „ehrwürdige“ Zwei-Finger-Probe. Die
Maschinen von heute sind einfacher zu bedienen. Wenige Parameter (wie Gasart, Werkstoff, Werkstückdicke oder Drahtelektrode) müssen ausgewählt werden und schon kann das
Schweißen in allen Positionen losgehen!
Pulsed arc technology is used in the main. This means that,
subject to the right parameter choice, exactly one droplet of
filler material is detached from the wire electrode per pulse.
This results in nearly spatter-free welds.
The MIG welding of aluminium with the pulse technique has
originated from many years of development work. At the beginning of digitalisation, the welding power sources were not
popular amongst the welding personnel since the welding
programs had to be created laboriously. A lot of controller
programs could not be utilised in practice and the microswitches of the machines were also extremely operator-unfriendly.
Many of these „miracle welding machines“ at that time were
merely used for tacking and were ultimately abandoned in
some production halls.
Nowadays, digital welding power sources can be utilised
straight away after a brief look at the operating instructions.
Of course, basic knowledge of welding technology is still
needed, particularly with regard to the wire feed, because
nothing has changed here: four-roll drive, rolls with a round
groove and a Teflon core and the „venerable“ two-finger test.
Today‘s machines are easier to operate. Just a few parameters (such as gas type, material, workpiece thickness or wire
electrode) must be selected and the welding can already start
in all positions!
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Die Schweißmaschine leistet wirkliche Unterstützung und
befähigt den Schweißer, sich auf seine eigentliche Arbeit zu
konzentrieren. Ähnlich wie beim WIG-Schweißen wird auch
das MIG-Schweißen von Aluminium im Anlagen-, Apparate-,
Maschinen- und Schiffsbau angewendet. Die digitale Impulsschweißstromtechnik eröffnete auch in der Luftfahrtindustrie
und im Rohrleitungsbau neue Anwendungsmöglichkeiten.
The welding machine provides real support and allows the
welder to concentrate on his actual work. Similar to the case
of TIG welding, the MIG welding of aluminium is also applied in installation, apparatus and mechanical engineering
and shipbuilding. The digital pulsed welding current technology opened up new application possibilities in the aviation
industry and in pipeline construction as well.
Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen)
Gas fusion welding (oxyacetylene welding)
Vor Aufnahme der Schweißarbeiten mit dem Autogenbrenner ist zunächst Folgendes zu berücksichtigen:
Before commencing the welding work with the oxyacetylene torch, the following must be taken into consideration
first of all:
• Auswahl des korrekten Schweißzusatzes für den zu
schweißenden Grundwerkstoff
• Schweißzusätze müssen trocken gelagert und vor Staub
geschützt aufbewahrt werden
• Auswahl des geeigneten Flussmittels
• Brenngas-Sauerstoff-Versorgung bereit stellen
• Bereitstellung von Wasser und Bürsten zur sofortigen
Beseitigung von Flussmittelrückständen
Beim Schweißen entsteht eine breite Wärmeeinflusszone,
welche die mechanischen Eigenschaften der kaltverfestigten
und ausgehärteten Werkstoffe deutlich vermindert.
The welding causes a wide heat-affected zone which substantially worsens the mechanical properties of the strainhardened and hardened materials.
Die Flussmittel lösen die Oxidschicht an und ermöglichen so
das Schweißen. Sie lösen nicht nur das Oxid, sondern wirken in Verbindung mit Feuchtigkeit stark korrodierend. Daher muss das Flussmittel nach dem Schweißen entfernt und
mit 10% Salpetersäure neutralisiert werden. Bei Kehl- und
Überlappnähten können Flussmittelrückstände nicht restlos
entfernt werden.
The fluxes partially dissolve the oxide coat and thus permit
the welding. They not only dissolve the oxide but also exert a
strong corroding effect in conjunction with moisture. Therefore, the flux must be removed after the welding and must be
neutralised with 10 % nitric acid. In the case of fillet and lap
welds, flux residues cannot be removed completely.
Die Nahtvorbereitung muss mit hoher Sorgfalt ausgeführt
werden. Die Schweißnahtkanten müssen beidseitig vom
Schneidgrat befreit werden, Die Bereiche der Wärmeeinflusszone werden mit der Chrom-Nickel-Drahtbürste oder
einem Schaber metallisch blank gemacht werden.
The weld preparation must be executed with great care. The
cutting burr must be removed from both sides of the weld
edges. The areas of the heat-affected zone are made metallically bright with the chromium-nickel wire brush or with
a scraper.
Früher wurden Öl- und Fettrückstände mit der Flamme überstrichen. Dies ist aus gesundheitlichen Gründen nicht empfehlenswert. Deshalb ist Aceton oder technischer Alkohol zu
verwenden.
Formerly, a flame was passed over oil and grease residues.
This is not recommendable for health reasons. Therefore,
acetone or industrial alcohol must be used.
Eine weiche acetylenüberschüssige Flamme ergibt die besten
Schweißergebnisse. Eine sauerstoffüberschüssige Flamme
würde wieder zur Oxidbildung führen.
Nachdem das Flussmittel sparsam auf den Schweißstoß auf40
• selection of the correct welding filler for the base material to be welded
• welding fillers must be stored in a dry place and must be
protected from dust
• selection of the suitable flux
• provision of the fuel gas and oxygen supply
• provision of water and brushes for the immediate elimination of flux residues
A soft excess-acetylene flame provides the best welding results. An excess-oxygen flame would lead to oxide formation
once again.
The preheating then begins after the flux has been applied
to the weld joint sparingly. Leftward welding (the welding
getragen wurde, beginnt nun das Vorwärmen. Sobald das
Flussmittel angetrocknet ist, wird mit dem Nachlinksschweißen (Schweiß-brenner folgt dem Schweißstab) begonnen.
Der Schweißzusatz wird erst zugegeben, wenn die Schweißnahtflanken einfallen.
Die Schweißnaht soll nach Fertigstellung langsam abkühlen. Dies ist besonders wichtig bei Legierungen mit hohem
Erstarrungsintervall. Ein Abschrecken führt zu Spannungen,
Verwerfungen und Rissen. Das Nachhämmern (bei 300 bis
350°C) wurde bei Reinaluminium nach dem Schweißen durchgeführt, um eine Kornfeinung des grobkörnigen Grundgefüges zu erzielen.
Das Gasschmelzschweißen hat durch den Einsatz des Schutzgasschweißens (WIG und MIG) an Bedeutung verloren. Die
Zulassungs- und Zertifizierungsgesellschaften erkennen dieses Verfahren nicht mehr an. Auch ist das Gasschmelzschweißen von abnahme- und überwachungspflichtigen Bauteilen
aus Aluminium im Apparatebau nicht zulässig.
Arbeits- und Gesundheitsschutz
Die Beachtung der geltenden Vorschriften der Berufsgenossenschaften ist für Unternehmer, Schweißaufsicht sowie
Schweißer unerlässlich. Nur so kann der Arbeits-, und Gesundheitsschutz gewinnbringend für alle umgesetzt werden.
Das Arbeiten mit dem Schweißlichtbogen birgt besondere Gefahren. Hierzu zählen elektrischer Strom, Strahlung,
Dämpfe, Rauche und Stäube.
Das Arbeiten an elektrischen Teilen darf nur durch eine Elektrofachkraft vorgenommen werden.
Die jahrelange Schädigung durch sichtbare als auch infrarote Strahlung kann zur Augenlinsentrübung (grauer Star) führen. Zum Schutz der Augen und des Gesichts vor schädlicher
Wirkung dienen Augen-schutzgeräte (Schutzbrillen, -schilde,
-schirme und -hauben).
Das durch die hohe UV-Strahlung entstehende Ozon (O3)
gefährdet die Schleimhäute und besonders die Atemwege.
Die Verwendung von Atemschutzgeräten ist erforderlich.
Das Verwenden von Entfettungsmitteln auf Basis Chlorkohlenwasserstoff (Tri, Per) ist zu vermeiden. Die UV-Strahlung zersetzt die vorgenannten Reiniger zu giftigen Phosgen (COCl2).
Sollte dennoch der Einsatz von Chlorkohlenwasserstoffen betriebsbedingt nötig sein (z. B. Chemische Industrie), so darf un-
torch follows the welding rod) is begun as soon as the flux
has dried on. The welding filler is only added when the weld
sidewalls collapse.
Upon completion, the weld should cool down slowly. This
is particularly important in the case of alloys with long solidification intervals. Quenching leads to stresses, warpage
and cracks. With pure aluminium, post-hammering (at 300
350°C) was carried out after the welding in order to refine
the grains of the coarse-grained basic structure.
Gas fusion welding has lost significance due to the utilisation
of gas-shielded arc welding (TIG and MIG). The authorisation and certification societies no longer recognise this process. The gas fusion welding of those aluminium components
in apparatus engineering for which acceptance and monitoring are obligatory is not permissible either.
Safety at work and health protection
It is indispensable for entrepreneurs, welding supervisors
and welders to comply with the applicable regulations of the
employers‘ liability insurance associations. Only in this way
can safety at work and health protection be implemented in
a profitable way for everybody.
The work with the welding arc entails particular dangers. These include electric current, radiation, fumes, smokes and dusts.
The work on electrical parts may only be performed by an
electrical specialist.
Years of damage caused by both visible and infrared radiation may lead to cataracts. Eye protection devices (protective
goggles, shields, screens and hoods) serve to protect the eyes
and the face from harmful effects.
The ozone (O3) caused by the high UV radiation is a danger
to the mucous membranes and, in particular, to the respiratory tracts. It is necessary to use breathing apparatus.
The utilisation of degreasing agents on the basis of chlorinated hydrocarbon (tri or per) must be avoided. The UV radiation disintegrates the above cleaners into toxic phosgene
(COCl2). Should the utilisation of chlorinated hydrocarbons
nevertheless be needed for operational reasons (e.g. chemical industry), then welding must not be carried out in these
rooms in any circumstances.
When welding in areas with increased fire and explosion ha41
ter keinen Umständen in diesen Räumen geschweißt werden.
Beim Schweißen in Bereichen mit erhöhter Brand- und Explosionsgefahr sind ergänzende Sicherheitsmaßnahmen in
Form einer Schweißerlaubnis schriftlich (Schweißerlaubnisschein) festzulegen.
Zukünftige Entwicklungen
Das konventionelle WIG- und MIG-Schweißen ist vom technischen Entwicklungsstand nahezu ausgereizt. In den nächsten
Jahren wird eine zunehmende Mechanisierung durch verstärkten Robotereinsatz zu erwarten sein. Jedoch ausbaufähig sind noch der Einsatz des Laserstrahlschweißens, des
Reibschweißens und die Klebetechnik.
Die Herstellerwerbung signalisiert „alles ist möglich“. Die
heutigen Produkte bestätigen dies zum Teil auch. Eine Maschine ist immer nur so gut wie sein Anwender. Deshalb ist
stets auch eine permanente Weiterentwicklung des Personals
durch Schulung und Qualifizierung notwendig.
zards, supplementary safety measures must be stipulated in
the form of a welding permit (welding permit card).
Future developments
As far as the technical development status is concerned, the
conventional TIG and MIG welding processes have nearly
been exploited to full. Increasing mechanisation due to the
greater use of robots is to be expected in the next few years.
However, the utilisation of laser welding, friction welding and
adhesive bonding technology can still be extended.
The manufacturers‘ advertising signals that „everything is
possible“. In part, this is also confirmed by today‘s products.
A machine is always only as good as its user. Therefore, the
permanent further development of the personnel by means
of training and qualification is always necessary as well.
Burkhard Hankel
Schweißlehrer / Schweißfachmann ( Welding Instructor / Welding Specialist )
Mittelstraße 77, 48431 Rheine
 05971 15664
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