Wie schweißt man Aluminium?

Wenn Sie privat oder beruflich schon einmal ein Schweißgerät in der Hand hatten, können Sie es bestätigen: Wenn die Schweißnaht akkurat und die Verbindung langlebig sein soll, muss man beim Schweißen von Metallen schon ein gewisses Fingerspitzengefühl an den Tag legen. Geht es jedoch ums Aluminium-Schweißen, so darf's in puncto Fähigkeiten durchaus etwas mehr sein. Doch warum ist das Schweißen von Aluminium so anspruchsvoll? Liegt es an den Werkstoffeigenschaften? Sind die Aluminium-Schweißverfahren so kompliziert? Welche Verfahren gibt es überhaupt und worauf sollte man beim Alu-Schweißen für ein ordetliches Resultat achten? Diesen und weiteren Fragen widmen wir uns in diesem Ratgeber!

Aluminium: kein einfacher Werkstoff zum Schweißen

Ob wir aus einer Getränkedose trinken, mit dem Fahrrad unterwegs sind, in unser Auto steigen oder am ein Flugzeug am Himmel erblicken – Aluminium ist quasi überall im Einsatz, und das aus vielen guten Gründen. Es ist mit einer Dichte von nur 2,6989 g/cm³ ein echtes Leichtgewicht. Zum Vergleich ist Stahl mit ganzen 8 g/cm³ fast drei Mal so schwer. Trotz seines geringen Gewichts beeindruckt Aluminium mit seiner hohen Stabilität und Festigkeit.

So leicht das Metall auch ist, so schwer ist es allerdings auch zu schweißen. Dies liegt nicht direkt am Material an sich, sondern vielmehr an dem, was sich auf dessen Oberfläche befindet: Aluminiumoxid. Innerhalb kürzester Zeit bildet sich davon eine hauchdünne Schicht, sobald man das Aluminium der Umgebungsluft aussetzt. Das Aluminiumoxid verleiht dem Metall dieses typische silbergrau-matte Aussehen und schützt das Metall vor dem Einfluss von Wasser, Sauerstoff, Chemikalien und vielen anderen Stoffen.    

Gewissermaßen "schützt" es das Metall aber auch vom Schweißen. Die Schmelztemperatur von Aluminium beträgt lediglich etwa 660 °C. Aluminiumoxid hingegen schmilzt erst bei 2050° C. Würde man also ein Aluminium-Werkstück schweißend bearbeiten wollen, müsste dies unter sehr hohen Temperaturen geschehen. Dann wäre allerdings auch das Aluminium unter der Oxidschicht längst geschmolzen, bis auch die Oxidschicht ihren Schmelzpunkt erreicht hätte. Es ist also völlig klar: Bevor es mit dem Aluminium-Schweißen losgehen kann, muss die Schicht Aluminiumoxid gründlich entfernt werden.
 

Gut zu verarbeiten, ungefähr halb so schwer wie Stahl und zugleich sehr stabil: diese Kombination der Eigenschaften ist wohl einer der wesentlichen Gründe, weswegen Aluminium als Werkstoff so gefragt ist. Hinzu kommt allerdings auch ein sehr geringer Schmelzpunkt im Vergleich zu anderen Metallen: Aluminium schmilzt bereits bei 660,3 °C. Die Oxidschicht, die sich bei Luftkontakt über das Material legt, hat hingegen einen Schmelzpunkt von ca. 2050 °C.

Und hier beginnt bereits die Herausforderung beim Schweißen. Wenn man bedenkt, dass Aluminium außerdem eine vier- bis fünfmal so hohe Wärmeleitfähigkeit wie Stahl besitzt, wird klar, dass deshalb beim Schweißvorgang noch mehr Wärme eingebracht werden muss. Wie jedes Metall dehnt es sich außerdem bei Wärme aus – in diesem Fall allerdings doppelt so stark. 

Es können also große Spannungen und damit unkontrollierte Verzüge der Schweißkonstruktion entstehen – es sei denn, man wählt das optimale Schweißverfahren und die richtigen Schweißparameter, bereitet das Material sorgfältig vor und arbeitet in der richtigen Reihenfolge.

Eine gute Vorbereitung ist beim Aluminium schweißen alles, wenn Sie sicherstellen wollen, dass der Schweißvorgang problemlos vonstatten geht und das Schweißergebnis ordentlich ausfällt. Vor dem Schweßen müssen deshalb Öle, Fette, aber vor allem auch die Oxidschicht müssen entfernt werden, damit die zu schweißenden Stellen metallisch rein sind. Wichtig ist die Reihenfolge: Erst kommt die Reinigung, dann die Entfernung der Oxidschicht. 
 

Kümmern Sie sich zunächst um die Öle und Fette, die noch am Aluminium anhaften. Dies geht am besten mit organischen Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Aceton oder einem handelsüblichen Bremsenreiniger auf Acetonbasis, einer milden alkalischen Lösung beziehungsweise Seifenlauge oder Entfetter auf Zitrusbasis. Stellen Sie sicher, dass sie die gereinigten Stellen hinterher gründlich abspülen und trocknen. Anschließend können Sie sich dem nächsten wichtigen Schritt in der Vorbereitung widmen.

Als nächstes geht es an die Oxidschicht. Warum muss diese entfernt werden? Wir erinnern uns: Der Schmelzpunkt der Oxidschicht liegt bei etwa 2.050 °C, die des Aluminiums je nach Legierung schon bei gut 660 °C. Möchte man die Oxidhaut einfach aufschmelzen, dann würde das Aluminium darunter einfach verrinnen und ein Schweißen des Werkstoffs wäre unmöglich. Es ist allerdings auch möglich, die Oxidschicht während des Schweißvorgangs aufzubrechen, nämlich dann, wenn mit Wechselstrom geschweißt wird. Hierbei wird zwischen positiver und negativer Halbwelle gewechselt. Die positive Halbwelle bricht die Oxidschicht auf, während durch die negative Halbwelle der Einbrand bzw. die Einschweißtiefe erzielt wird.

Sorgen Sie dafür, dass Sie sie sowohl vor dem Schweißen als auch nach längeren Unterbrechungen des Schweißvorgangs entfernen. Dies kann zum Beispiel auf mechanische Art und Weise geschehen, zum Beispiel mithilfe einer Edelstahlbürste. Sie sollte deswegen aus Edelstahl bestehen, da mit anderen Bürsten Einschlüsse von Kohlenstoffstahl im Aluminium auftreten können. Stark saure oder alkalische Lösungen eignen sich ebenfalls dazu. Es existieren auch spezielle Lösungen zur Oxid-Entfernung, die lokal aufgesprüht werden. Neben den allgemeinen Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit solchen Mitteln, ist es ratsam, diese Stellen nach der Anwendung gut abzuspülen und zu trocknen. 

Vergessen Sie auch nicht, den Schweißstab zu reinigen, damit die Naht sicher hält. Hierfür können Sie beispielsweise Schleifpapier verwenden. Nachdem Sie die Oxidschicht vom Aluminium entfernt haben, sollten Sie die Naht innerhalb weniger Tage schweißen. Idealerweise decken Sie das Material in der Zwischenzeit ab, um es vor Staub und Schmutz zu schützen. Hierzu eignet sich gewöhnliches braunes Packpapier sehr gut.