Aluminium lässt sich nicht direkt durch Schmelzschweißen mit Stahl verbinden: Die beiden Metalle bilden spröde intermetallische Eisen-Aluminium-Phasen, die reißen. Der zuverlässige Weg, Aluminium mit Stahl zu verschweißen, ist eine strukturelle Übergangsverbindung – ein sprenggeschweißter Streifen aus Stahl und Aluminium, der auf der einen Seite mit Stahl und auf der anderen mit Aluminium verschweißt wird. Dieser Leitfaden erklärt, warum direktes Schweißen scheitert, vergleicht die Alternativen und zeigt, wie Werften Aluminiumaufbauten mit Stahlrümpfen mithilfe von Triplate® verschweißen.
Warum sich Aluminium nicht einfach mit Stahl verschweißen lässt
Wenn Aluminium und Stahl zusammen aufgeschmolzen werden, bilden sich in der Naht intermetallische Eisen-Aluminium-Phasen (etwa FeAl3 und Fe2Al5). Diese Phasen sind hart und spröde, daher reißt die Schweißnaht unter Last oder beim Abkühlen. Drei physikalische Unterschiede verschärfen das Problem:
- Schmelzpunkt: etwa 660 °C bei Aluminium gegenüber rund 1.500 °C bei Stahl – Aluminium ist flüssig, lange bevor Stahl schmilzt.
- Wärmeausdehnung: Aluminium dehnt sich etwa doppelt so stark aus wie Stahl; beim Abkühlen der Schweißnaht entstehen dadurch Spannungen.
- Korrosion: überall dort, wo Aluminium und Stahl im Meerwasser in Kontakt kommen, greift galvanische Korrosion das Aluminium an.
Vergleich von Verfahren zum Verbinden von Aluminium mit Stahl
| Verfahren | Funktionsweise | Festigkeit und Dauerhaftigkeit | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Verschrauben oder Nieten | Mechanische Verbindungselemente mit isolierenden Dichtungen | Keine metallurgische Verbindung; Verbindungselemente können sich lösen, Spalte begünstigen galvanische Korrosion und Spaltkorrosion; wartungsintensiv | Ältere Schiffe, temporäre Konstruktionen |
| Kleben | Strukturklebstoff zwischen den Bauteilen | Begrenzt durch Temperatur, Alterung und Ermüdung | Leichte, nichttragende Bauteile |
| Reibschweißen oder Rührreibschweißen | Wärme und Druck ohne Aufschmelzen | Gut für kleine Teile; Größe und Geometrie sind begrenzt | Automobilindustrie und kleine Komponenten |
| Schweißlöten von beschichtetem Stahl | Aluminium-Zusatz wird auf beschichtetes Stahlblech gelötet | Nur für dünnes Blech; nicht für den strukturellen Schiffbau | Karosserieteile |
| Strukturelle Übergangsverbindung (sprenggeschweißt) | Stahl und Aluminium werden im festen Zustand verbunden; jede Seite wird konventionell geschweißt | Vollverschweißte Verbindung, kein galvanischer Spalt, von Klassifikationsgesellschaften zugelassen | Schiffbau, Offshore, LNG, Windenergie, Lkw und Anhänger |
So funktioniert eine strukturelle Übergangsverbindung
Eine Übergangsverbindung wird durch Sprengschweißen hergestellt: Eine kontrollierte Detonation treibt eine Aluminiumplatte mit sehr hoher Geschwindigkeit auf eine Stahlplatte. Der Aufprall verbindet die Metalle auf atomarer Ebene, ohne sie aufzuschmelzen – dadurch entsteht keine spröde intermetallische Schicht. Shockwave führt diesen Prozess in einer Vakuumkammer durch; so werden Luft und Oxide aus der Grenzfläche entfernt und eine 100 % dichte Verbindung erzielt.
Triplate® besteht aus drei Lagen: Schiffbaustahl (Güte A, D oder DH36), Reinaluminium 1050A und meerwasserbeständigem Aluminium 5083. Es wird in 19, 28 oder 34 mm Dicke geliefert, als Platten bis 3.800 × 1.350 mm, zugeschnitten zu Streifen oder wasserstrahlgeschnittenen Formen. Für Edelstahlkonstruktionen verwendet Inox-Triplate® eine Basis aus Edelstahl 316L mit einer Titan-Zwischenlage.
Schritt für Schritt: Aluminium und Stahl mit Triplate® verschweißen
- Schneiden Sie den Streifen auf Breite oder Form zu (Säge, Plasma auf der Stahlseite oder Wasserstrahl). Halten Sie die Grenzfläche sauber und unbeschädigt.
- Schweißen Sie die Stahlseite mit Ihrem üblichen Stahlschweißverfahren an die Stahlkonstruktion.
- Kontrollieren Sie die Temperatur. Die Bindezone muss unter 315 °C bleiben. Schweißen Sie mit Unterbrechungen (Stichnähte), lassen Sie die Verbindung zwischen den Lagen abkühlen und kontrollieren Sie die Temperatur mit Temperaturmessstiften.
- Schweißen Sie die Aluminiumseite im MIG-Verfahren (GMAW) mit einem Schweißzusatz der Reihe 5xxx an den Aluminiumaufbau – auch hier muss die Bindezone unter 315 °C bleiben.
- Biegen: Halten Sie einen Mindestbiegeradius vom 10-Fachen der Streifenbreite bzw. -dicke ein.
- Prüfen Sie gemäß den Anforderungen Ihrer Klassifikationsgesellschaft und Ihres Schweißverfahrens (Sichtprüfung, Farbeindringprüfung an den Schweißnähten).
Befolgen Sie stets ein qualifiziertes Schweißverfahren und die Regeln Ihrer Klassifikationsgesellschaft. Unser Triplate®-Datenblatt enthält die vollständigen Verarbeitungsrichtlinien.
Wo Aluminium-Stahl-Verbindungen eingesetzt werden
- Aluminiumaufbauten auf Stahlrümpfen – Kreuzfahrtschiffe, Fähren, Marine- und Patrouillenschiffe (die Queen Mary 2 enthält mehr als 3 km Triplate®)
- Aluminium-Wohnmodule und Hubschrauberdecks auf Offshore-Plattformen
- LNG-Tanker, Windenergieanlagen, Lkw und Anhänger
Lesen Sie mehr über Übergangsverbindungen, Fügen ungleichartiger Metalle und Sprengschweißen.
Häufig gestellte Fragen
Lässt sich Aluminium mit Stahl verschweißen?
Nicht direkt durch Schmelzschweißen – die Metalle bilden spröde intermetallische Phasen, die reißen. Verwenden Sie eine sprenggeschweißte Übergangsverbindung wie Triplate®: Die Stahlseite wird mit Stahl, die Aluminiumseite mit Aluminium verschweißt.
Lässt sich Aluminium im MIG-Verfahren mit Stahl verschweißen?
Nicht bei tragenden Verbindungen. Das MIG-Schweißen funktioniert auf beiden Seiten einer Übergangsverbindung (Stahl mit Stahl, Aluminium mit Aluminium). Spezielle Schweißlötverfahren gibt es nur für dünne, beschichtete Karosseriebleche.
Was ist eine strukturelle Übergangsverbindung?
Ein bimetallischer Streifen, der durch Sprengschweißen hergestellt wird und auf der einen Seite aus Stahl und auf der anderen aus Aluminium besteht, sodass Aluminiumkonstruktionen mit Stahlkonstruktionen verschweißt werden können.
Welche Temperaturgrenze gilt beim Schweißen von Triplate®?
Halten Sie die Bindezone beim Schweißen unter 315 °C – mit Stichnähten und Temperaturmessstiften.
Ist Triplate® von Klassifikationsgesellschaften zugelassen?
Ja. Triplate® ist von Lloyd’s Register, DNV und ABS zugelassen und entspricht MIL-J-24445A.
Verfasst von Joeri Hofstede, CEO von Shockwave Metalworking Technologies – Spezialisten für Vakuum-Sprengschweißen seit 1985.