Vermeiden von Porosität und Rissbildung in Aluminiumschweißnähten

Einleitung

Beim Aluminiumschweißen sind Porosität (Gaseinschlüsse im Schweißgut) und Rissbildung (Erstarrungs-, Wiederaufschmelz- oder Endkraterrisse) die Fehler, welche am häufigsten Produktivität und Vertrauen beeinträchtigen. Sie führen zu kostspieligen Nacharbeiten, Ausschuss, Leckagen und einer reduzierten Lebensdauer – und sind häufig Symptome tieferliegender Probleme mit der Sauberkeit, den Verfahren oder der Systemgestaltung.

Dieser Artikel bietet einen praktischen Rahmen zur Fehlerbehebung: Was Porosität und Rissbildung in Aluminium eigentlich sind, die wichtigsten Ursachen, die zuerst überprüft werden sollten, und konkrete Präventionsstrategien, die Sie in die Vorbereitung, die Parameter und die Ausrüstungsauswahl einbeziehen können – alles im Kontext eines gut abgestimmten Aluminium-Schweißsystems.

Porosität in Aluminiumschweißnähten

Porosität entsteht durch Gaseinschlüsse im Schweißgut während der Erstarrung. Bei Aluminium entsteht dies häufig durch Wasserstoff (Feuchtigkeit, Öle, Verunreinigungen), Luft und andere Gase, die aufgrund mangelhafter Schutzgasabdeckung in den Lichtbogen gelangen, sowie durch Oxide oder Verunreinigungen, die im Schmelzbad reagieren oder sich zersetzen.

Es kann sich um winzige Löcher an der Oberfläche, wurmfrassartige Gänge oder unter der Oberfläche liegende Poren handeln, die mittels Radiographie oder Ultraschalluntersuchung nachgewiesen werden können. Porosität verringert Festigkeit, Duktilität und Dichtheit und kann bei einigen Aluminiumlegierungen auch zu Ansatzpunkten für Korrosion führen.

Häufige Ursachen für Porosität

Porosität verhindern: Bewährte Verfahren

Man kann die Vermeidung von Porosität in drei Schichten betrachten: Sauberkeit, Abschirmung und Kontrolle von Wasserstoffquellen.

Reinigung und Oberflächenvorbereitung

• Zuerst mit einem geeigneten Lösungsmittel oder alkalischen Reiniger entfetten, um Öl, Kühlmittel und Beschriftungen zu entfernen.
• Oxide müssen unmittelbar vor dem Schweißen mechanisch mit einer speziellen Edelstahlbürste oder einem nicht kontaminierenden Schleifmittel entfernt werden.
• Bürsten und Schleifmittel ausschließlich für Aluminium verwenden – nicht für Stahl einsetzen.
• Einhalten von geringen Toleranzen und Spaltmaßen hilft dabei Stellen zu minimieren, in denen sich Verunreinigungen ansammeln können.

Schutzgas & Zuleitung

• Für die meisten MIG/WIG-Schweißarbeiten sollte hochreines Argon verwendet werden; bei dickeren Bauteilen sind Ar/He-Gemische in Betracht zu ziehen.
• Stellen Sie den Gasdurchfluss so ein, dass sowohl unzureichende Abschirmung als auch Turbulenzen vermieden werden; bleiben Sie innerhalb der üblicherweise empfohlenen Bereiche für Ihre Düsengröße.
• Prüfen Sie Schläuche, Anschlüsse und O-Ringe auf Undichtigkeiten; reparieren Sie beschädigte oder zischende Verbindungen.
• Verwenden Sie in zugigen Umgebungen Schutzwände und halten Sie Düsen und Diffusoren sauber.

Erfahren Sie mehr über  Argon- vs. Helium-Schutzgase. 

Handhabung von Schweißzusätzen

• Aluminiumdraht und Schweißstäbe sollten trocken und sauber gelagert werden, um Kondensation und Verunreinigungen zu vermeiden.
• Vermeiden Sie es, den Draht mit öligen oder schmutzigen Schutzhandschuhen anzufassen.
• Halten Sie die Drahtführungen und Vorschubrollen sauber; übermäßige Späne sind ein Warnzeichen.

Erfahren Sie mehr über Die Auswahl des richtigen Schweißzusatzes für Aluminiumschweißungen. 

Technik & Parameter

• Verwenden Sie einen kurzen, stabilen Lichtbogen; lange Lichtbögen erhöhen das Risiko von Porositäten.
• Breit gependelte, langsame Schweißraupen vermeiden.
• Für eine bessere Reinigung und Gasabschirmung sollte der Brenner stechend geführt und in einem Winkel von etwa 10–15° eingehalten werden.
• Vermeiden Sie übermäßige Wärmeeinbringung; gepulste MIG-Prozesse können helfen, die Wärmeeinbringung zu kontrollieren und gleichzeitig guten einbrand zu erzielen.

Rissbildung in Aluminiumschweißnähten

Risse können gefährlicher werden als Poren, da sie sich unter Belastung ausbreiten können. Bei Aluminium sind folgende Formen üblich:

• Erstarrungsrisse (Heißrisse) – entstehen, wenn das Schweißgut erstarrt und schrumpft.
• Wiederaufschmelzsrisse – treten in der Wärmeeinflusszone auf, wo niedrigschmelzende Bestandteile während der Abkühlung reißen.
• Endkraterrisse entstehen an Schweißnahtenden, wo die Endkrater konkav belassen oder unvollständig gefüllt werden.

Das Rissrisiko hängt von der Legierungszusammensetzung und der Rissempfindlichkeit, der Aufmischung (Grundwerkstoff + Schweißzusatz), dem EIgenspannungszustand und der Nahtgestaltung sowie der Wärmeeinbringung / Erstarrungsverhalten ab.

Legierungen & Rissbildungsrisiko (Typischerweise)

Rissbildung verhindern: Bewährte Verfahren

Rissbildung ist in der Regel eine Folge von Zusammensetzung, Eigenspannung und Wärmeführung. Prävention bedeutet, alle drei Aspekte zu berücksichtigen.

Auswahl der Schweißzusätze

• Bei vielen 6xxx-Legierungen vermindert ein AlSi5-Schweißzsuatz (4043) die Rissanfälligkeit gegenüber 5xxx-Schweißzusätzen aufgrund des höheren Siliziumgehalts und des engeren Erstarrungsbereichs.
• 5xxx-Schweißzusätze (z. B. 5356, 5183) können eine höhere Schweißgutfestigkeit erzielen, jedoch kann sich bei unter hohen Eigenspannungen stehenden Verbindungen das Rissrisiko erhöhen.
• Bei Gussteilen minimieren passende AlSi-Schweißzusätze wie AlSi5 (4043) üblicherweise die Rissbildung.
• Bei hochfesten Legierungen der Typen 2xxx/7xxx sollten Sie stets individuell recherchieren, welche Schweißverfahren geeignet sind. Meist wird vom Schmelzschweißen abgeraten.

Nahtgestaltung und Eigenspannung

• Vermeiden Sie übermäßig starre Befestigungen und extreme Verspannungen; ermöglichen Sie nach Möglichkeit kontrollierte Entspannungsmöglichkeiten.
• Verwenden Sie Anlauf- und Auslaufbleche, um Start-/Stoppfehler vom Werkstück zu entfernen.
• Schweißnähte mit sinnvollen Wurzelstegen und Kehlnahtgröße entwerfen; extreme Geometrien vermeiden, die zu Spannungskonzentrationen führen.

Wärmeeinbringung und Vorwärmen

• Die Wärmeeinbringung sollte moderat sein; zu geringe Wärmeeinbringung führt zu Bindefehlern, zu hohe zu breiten, langsam abkühlenden Schmelzbädern.
• Sehr dicke oder kalte Bauteile vorzuwärmen kann die Abkühlrate signifikant reduzieren, sofern sie innerhalb der Legierungsgrenzen liegen.
• Beachten Sie die Zwischenlagentemperaturgrenzen und reinigen Sie zwischen den Durchgängen.

Kraterfüllen & Nahtabschlüsse

• Um konkave, nicht-gefüllte Nahtenden (Endkrater) zu vermeiden, sollten Sie die Funktionen zum Kraterfüllen oder manuelles Rückwärtsschweißen einsetzen.
• Wenn möglich, lassen Sie den Schweißvorgang auf Auslaufblechen auslaufen und entfernen Sie diese später.

Verfahrens- und Parameterbetrachtungen

Dieselbe Verbindung kann je nach Prozess und Verfahren einwandfrei oder fehleranfällig sein.

MIG vs. Impuls-MIG

Der konventionelle MIG-Sprühlichtbogen bietet zwar eine hohe Abschmelzleistung, führt aber zu einem höheren Wärmeeintrag und turbulenteren Schmelzbädern, was die Gefahr von Poren und Rissbildung verschlimmern kann, wenn andere Variablen nicht unter Kontrolle sind. Beim Puls-MIG (z. B. Pulsmodi an modernen Stromquellen) wird ein Tropfen pro Puls bei niedrigerem Durchschnittsstrom übertragen, was die Kontrolle der Wärmeeinbringung und der Schmelzbadgröße verbessert und typischerweise die Lichtbogenstabilität erhöht.

Schweißgeschwindigkeit und Schweißraupengröße

• Zu langsam → breite, heiße Schmelzbäder, die langsam abkühlen; mehr Zeit für Gasanreicherung im Schmelzbad und Rissbildung.
• Zu schnell → Bindefehler und unregelmäßige Schweißraupen, wodurch Spannungsspitzen entstehen.
• Streben Sie ein ausgewogenes Schweißraupenprofil an – nicht zu stark konvex und an den Nahtflanken nicht zu wenig ausgefüllt.

Lichtbogenlänge und Spannung

• Eine übermäßige Lichtbogenlänge erhöht die Turbulenzen und Verwirbelungen mit der Umgebungsluft, wodurch Porenbildung gefördert wird.
• Zu geringe Spannung kann einen instabilen Lichtbogen und Bindefehler verursachen.
• Bei synergischen und vordefinierten Programmen sollten die empfohlenen Parameterbereiche eingehalten werden, es sei denn, ein Verfahren wird erneut qualifiziert.

System- und Ausrüstungsfaktoren

Ein durchgängiges, auf Aluminium ausgerichtetes System erleichtert es erheblich, innerhalb des Bereichs „porositätsfrei, rissfrei“ zu bleiben.

Drahtförder- und Brennersystem

Eine gleichmäßige Drahtzufuhr – U-Nut-Rollen, PTFE- oder Nylon-Zuführungen, korrekte Spannung – vermeidet Drahtstottern und Schwankungen, die den Schweißprozess destabilisieren. Push-Pull-Brenner wie der ESAB PP 350w sind besonders hilfreich bei langen Förderstrecken, welche die Drahtzufuhr und Stabilität des Lichtbogens erschweren. Hochleistungsfähige Handschweißbrenner mit guter Kühlung und Ergonomie helfen dem Schweißersonal, bei langen Schweißungen die Brennerhaltung konstant beizubehalten. Für das manuelle Aluminium-MIG-Schweißen bietet die Warrior Edge DX in Kombination mit dem RobustFeed Edge DX und dem PP 350W Push-Pull-Brenner ein stabiles, aluminiumfertiges Zuführungssystem, das sofort einsatzbereit ist.

Erfahren Sie mehr über  Fehlerbehebung beim MIG-Schweißen von Aluminium am Lichtbogen.

Stromquelle & Prozesse

Moderne Stromquellen mit aluminiumoptimierten Programmen bieten stabile Prozessstarts, kontrolliertes Kraterfüllen und speziell auf Aluminium abgestimmte Pulsmodi. Diese Eigenschaften erweitern den sicheren Bereich, in dem Porenbildung und Rissbildung bei einer gegebenen Verbindung und Legierung unwahrscheinlich sind. Die ESAB's Warrior Edge DX und Aristo Edge sind mit diesen aluminiumspezifischen Schweißmodi ausgestattet, wodurch die Rüstzeiten verkürzt und den Operatoren konsistentere Ergebnisse bei unterschiedlichen Blechdicken und -positionen ermöglicht werden.

Schweißdrähte & Technische Leitfäden

Durch die Verwendung gut qualitativ hochwertiger Aluminiumdrähte mit klaren Anwendungshinweisen entfällt das Rätselraten bei der Auswahl des richtigen Schweißzusatzes. Das Drahtsortiment von ESAB deckt die gängigsten Aluminiumlegierungen ab – 4043, 5356, 5183 und darüber hinaus – mit Anwendungsdaten und Auswahlhilfen wie dem Schweißweiser, um sicherzustellen, dass jede*r Schweißer*in mit den optimalen Einstellungen beginnt.  

Optimierung Ihres Aluminiumsystems mit ESAB

Stabiles, fehlerfreies Aluminiumschweißen ist viel einfacher, wenn das gesamte System für Aluminium ausgelegt ist – und nicht nur Drahtzuführung und Schutzgas ausgetauscht werden.

Sie überprüfen Ihr Aluminium-Setup? ESAB kann Ihnen dabei helfen, Stromquelle, Drahtförderer, Brenner, Draht und Gas sowohl beim manuellen als auch beim robotergestützten Aluminium-MIG-Schweißen optimal aufeinander abzustimmen, um eine gleichmäßige Drahtzufuhr, kontrollierte Wärmeeinbringung und weniger Probleme mit Poren und Rissbildung zu gewährleisten.

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Inspektion, Nacharbeit und Grenzen

Selbst bei einem robusten System können Fehler auftreten. Der Schlüssel ist, sie frühzeitig zu erkennen und eine Verschlimmerung zu vermeiden.

• Führen Sie eine Sichtprüfung durch, um Oberflächenporen, Endkraterrisse und Nahtrückfall festzustellen.
• Wenden Sie für kritische Verbindungen geeignete zerstörungsfreie Prüfverfahren (Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung, Farbeindringprüfung) gemäß den geltenden Vorschriften an.
• Wenn Porosität oder Rissbildung festgestellt werden, schleifen oder ausfugen Sie bis zum gesunden Schweißgut, reinigen Sie gründlich und überprüfen Sie die wahrscheinlichen Ursachen, bevor Sie erneut schweißen.

Wenn nach sorgfältiger Nachbearbeitung und Überprüfung der Verfahren erneut Rissbildung auftritt, sollte man hinterfragen, ob die Legierung, die Verbindung, die Fixierung oder die Wahl des Verfahrens grundsätzlich ungeeignet ist; manchmal ist die richtige Antwort ein anderer Schweißzusatz, ein anderes Verbindungsdesign oder ein anderes Fügeverfahren.

Wichtigste Erkenntnisse

Bei Porenbildung geht es hauptsächlich um Sauberkeit und Abschirmung; bei Rissbildung um Zusammensetzung, Spannungen und Abkühlung. Beide Ergebnisse hängen stark von der Vorbereitung, dem Verfahren und der Stabilität Ihres Aluminiumsystems ab.

Aluminium vergrößert kleine Fehler: Drahthandhabung, Passgenauigkeit, Brennerwinkel, Gaslecks und Reinigung spielen eine größere Rolle als bei vielen Stählen. Puls-MIG und aluminiumspezifische Prozesse können die Lücke zwischen „perfekt fein“ und „fehleranfällig“ durch Stabilisierung des Lichtbogens und Kontrolle der Wärmeeinbringung deutlich verringern.

Ein Systemansatz – Stromquelle, Drahtförderer, Brenner, Schweißzusatz und Gas sind so aufeinander abgestimmt – sorgt dafür, dass Porosität und Rissbildung eher die Ausnahme als die Regel sind.

Häufig gestellte Fragen

Warum sehe ich Porenbildung nur an manchen Tagen bei gleichen Einstellungen?

Umweltfaktoren und Sauberkeitsfaktoren – Luftfeuchtigkeit, Zugluft, Gasveränderungen, nicht optimale Reinigung – erklären oft die „zufällige“ Porosität. Die Grundeinstellungen mögen in Ordnung sein, aber der Spielraum für Fehler ist gering.

Wird Porosität immer durch minderwertiges Gas verursacht?

Nein. Gasreinheit und Leckagen sind wichtig, aber auch Oberflächenverunreinigungen, verschmutzte Drähte, mangelhafte Drahtförderstrecken, lange Lichtbögen und turbulenter Schutzgasfluss. Schutzgas ist nur ein Glied in der Kette, nicht die ganze Geschichte.

Warum hat meine 6xxx-Schweißnaht bei Verwendung von 5356 einen Riss, aber nicht bei 4043?

Der höhere Siliziumgehalt von 4043 verringert den Erstarrungsbereich und verbessert im Allgemeinen die Rissbeständigkeit. 5356 bietet eine höhere Festigkeit, kann aber je nach Legierung, Dicke und Behinderung die Rissanfälligkeit erhöhen.

Kann ich die Porosität durch Erhöhen der Temperatur „ausbrennen“?

Normalerweise nicht. Höhere Temperaturen können die Porosität manchmal verschlechtern, da sie das Schutzgas verwirbeln und die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Konzentrieren Sie sich stattdessen auf Reinigung, Abschirmung und Lichtbogenstabilität.

Was sollte ich als Erstes überprüfen, wenn Risse auftreten?

Beginnen Sie mit der Auswahl Ihrer Schweißzusätze und Eigenspannungszuständen: Vergewissern Sie sich, dass Sie einen geeigneten Schweißzsuatz für die Legierung verwenden und dass die Vorrichtungen und die Verbindungskonstruktion das Teil nicht übermäßig verspannen. Dann sollten Sie die Wärmeeinbringung, Kraterfüllverhalten und die Frage, ob Anlauf-/Auslaufbleche hilfreich sein könnten, berücksichtigen.