Leitfaden für Aluminiumfügeverfahren: Schweißen, Kleben, Befestigen

Haben Sie sich jemals gefragt, wie leichte und dennoch stabile Aluminiumstrukturen – von Flugzeugrümpfen bis hin zu Automobilrahmen – sicher miteinander verbunden werden? Die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, das hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und die relativ geringen Kosten von Aluminium machen es in allen Branchen unentbehrlich. Die wachsende Nachfrage nach Leichtbauweisen hat insbesondere den Bedarf an der Verbindung von Aluminium mit anderen Materialien wie Verbundwerkstoffen erhöht. Dieser Artikel untersucht verschiedene Aluminiumfügeverfahren und vergleicht ihre Vor- und Nachteile für Ingenieure und Konstrukteure.

Aktuelle Aluminiumfügetechniken umfassen:

• Klebverbindungen: Verwendung spezieller Klebstoffe
• Hartlöten und Weichlöten: Einsatz von Füllmetallen mit niedrigeren Schmelzpunkten
• Mechanische Befestigung: Verwendung von Bolzen, Schrauben oder Nieten
• Schweißen: Einschließlich fortschrittlicher Verfahren wie Reibrührschweißen

Die Auswahl hängt von der erforderlichen Festigkeit der Verbindung, der Wirtschaftlichkeit und den Anwendungsanforderungen ab. Komplexe Strukturen kombinieren oft mehrere Techniken, um individuelle Einschränkungen zu überwinden.

Klebverbindungen sind besonders effektiv für hochfeste, dauerhafte Aluminiumverbindungen. Wesentliche Aspekte sind die Auswahl des Klebstoffs basierend auf Kosten, Festigkeit und Flexibilität sowie die richtige Oberflächenvorbereitung:

• Reinigung/Entfettung: Entfernung von Verunreinigungen für optimalen Klebstoffkontakt
• Ätzen/Aufrauen: Verbesserung der Oberflächenstruktur durch Sandstrahlen oder chemische Behandlung
• Anodisieren (für Legierungen): Erzeugung poröser Oxidschichten für mechanische Verzahnung

Fortschrittliche Techniken wie Surfi Sculpt™ erzeugen Mikro-Vorsprünge zur Verbesserung der Haftung. Die richtige Ausrichtung während des Aushärtens erfordert oft Wärme-/Druckanwendung.

Diese weit verbreitete Methode umfasst:

• Benötigen gebohrte Löcher und richtiges Anziehen
• Stahlbefestigungselemente werden oft für Hochbeanspruchungsanwendungen verwendet
• Mögliche Probleme sind galvanische Korrosion und thermische Ermüdung

• Automatisierungsfreundliche Verfahren, die von Automobilherstellern bevorzugt werden
• Erzeugen ineinandergreifende Verbindungen ohne vollständiges Eindringen des Materials
• Effektiv für Aluminium-zu-anderen-Materialien-Verbindungen

Hybride Ansätze gehen auf individuelle Technikbeschränkungen ein, verbessern die Ausrichtung während des Aushärtens und sorgen für die Abdichtung der Verbindung – heute üblich in der Aluminiumfahrzeugfertigung.

Diese Verfahren ermöglichen das Verbinden von Aluminium mit verschiedenen Materialien (einschließlich Keramik), obwohl Herausforderungen bestehen:

• Schwierigkeit, den Schmelzpunkt von Aluminium visuell zu erkennen
• Oxidschichtinterferenz, die Flussmittel-/Vakuumprozesse erfordert
• Die Auswahl des Füllmetalls ist entscheidend (muss unter 660 °C schmelzen)
• Magnesium in Legierungen kann bestimmte Flussmittel beeinträchtigen

Während einige Luft- und Raumfahrtlegierungen dem herkömmlichen Schweißen widerstehen, umfassen gängige Aluminiumschweißverfahren:

MIG/GMAW- und TIG/GTAW-Verfahren erfordern die richtige Polarität (AC empfohlen), um Oxidschichten aufzubrechen.

Hochleistungs-Nd:YAG- und Faserlaser überwinden jetzt die Reflexions-/Wärmeleitfähigkeitsprobleme von Aluminium, insbesondere in Kombination mit Lichtbogenprozessen zur Zugabe von Füllmetall.

Effektiv für dünne Bleche, erfordert aber häufigen Elektrodenwechsel aufgrund von Verschleiß.

Dieses 1991 erfundene Festkörperverfahren erzeugt außergewöhnlich starke Verbindungen ohne Schmelzen und erhält die Materialeigenschaften. Varianten wie FSSW arbeiten mit dünneren Materialien.

Die einzigartigen Eigenschaften von Aluminium machen es in allen Branchen unschätzbar, aber die effektive Nutzung hängt von den richtigen Fügetechniken ab. Jede Methode – von Klebverbindungen bis hin zu fortschrittlichem Schweißen – bietet deutliche Vorteile und Einschränkungen. Die Auswahl hängt von der erforderlichen Festigkeit, der Dauerhaftigkeit der Verbindung und den Kosten ab, wobei hybride Ansätze oft optimale Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen bieten.