Novelty Steel bietet die Herstellung von Aluminium-Druckbehältern und Wärmetauschern aus seinen Produktionsstätten in der Türkei an.

 

1. Eigenschaften von Aluminium

Aluminiumlegierungen bieten eine Kombination von Eigenschaften, die sie für zahlreiche industrielle Anwendungen besonders attraktiv machen.

• Korrosionsbeständigkeit: Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Beständigkeit gegenüber Korrosion in unterschiedlichen Umgebungen auf, darunter Atmosphäre, Wasser und viele Chemikalien. Dies macht sie für ein breites Anwendungsspektrum geeignet.
• Ungiftigkeit: Aluminiumlegierungen sind ungiftig und somit sicher für Anwendungen mit Lebensmitteln, Getränken und Arzneimitteln.
• Farblosigkeit: Aluminiumlegierungen sind farblos und können daher mit Chemikalien und anderen Materialien verwendet werden, ohne Verfärbungen zu verursachen.
• Umweltfreundlich: Die Korrosionsprodukte von Aluminiumlegierungen sind nicht umweltschädlich, was sie zu einer umweltfreundlichen Wahl macht.
• Gute Verarbeitbarkeit und Verbindungsmöglichkeiten: Aluminiumlegierungen lassen sich leicht bearbeiten und mit den meisten metallverbindenden Verfahren fügen, was eine vielseitige Fertigung ermöglicht.
• Tieftemperatureigenschaften: Aluminiumlegierungen zeigen bei kryogenen Temperaturen (−212 °C bis −268 °C) höhere Zug- und Streckgrenzen als bei Raumtemperatur, wodurch sie für Tieftemperaturanwendungen geeignet sind.
• Weitere Eigenschaften: Aluminiumlegierungen besitzen zudem eine hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe Reflexionsfähigkeit und sind nicht magnetisch, was in bestimmten Anwendungen die Lichtbogenstabilität gewährleistet.

2. Aluminium für Druckbehälter- und Wärmetauscheranwendungen

Aluminium wird aufgrund der folgenden Vorteile häufig für die Herstellung von Druckbehältern und Wärmetauschern verwendet:

• Geringes Gewicht und hohe spezifische Festigkeit: Aluminiumlegierungen vereinen geringes Gewicht mit hoher spezifischer Festigkeit und eignen sich daher besser für kompakte und kostengünstige Wärmetauscher im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Kupfer und Messing.
• Hohe Wärmeleitfähigkeit: Obwohl sie nicht so hoch ist wie bei reinem Kupfer, besitzen Aluminiumlegierungen dennoch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was sie effizient für Anwendungen im Wärmetransfer macht.
• Hohe Korrosionsbeständigkeit: Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Beständigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosion sowie gegenüber Süßwasser, Salzwasser und vielen Chemikalien auf.
• Formbarkeit: Aluminiumlegierungen können sowohl warm- als auch kaltverformt werden, um unterschiedliche Formen, Rohre und Lamellenmuster zu erzeugen, was große Gestaltungsfreiheit bietet.
• Fügeeignung: Aluminiumlegierungen können durch Schweißen, Hartlöten und Weichlöten verbunden werden.
• Korrosionsschutz: Aluminium-beschichtete Produkte können gegen Lochfraßkorrosion der Kernlegierungen schützen.
• Tieftemperatureigenschaften: Aluminium behält seine Festigkeit, Duktilität und hohe Wärmeleitfähigkeit auch bei Minusgraden, was es für kryogene Anwendungen wie Wärmetauscher geeignet macht.
• Hygienisch und ungiftig: Aluminiumlegierungen sind hygienisch und ungiftig, wodurch sie für Anwendungen mit Lebensmitteln und Getränken geeignet sind.
• Nicht magnetisch und funkenfrei: Aluminiumlegierungen sind nicht magnetisch und erzeugen keine Funken, was in bestimmten Anwendungen sicherheitstechnische Vorteile bietet.
• Verfügbarkeit und moderater Preis: Aluminiumlegierungen sind in verschiedenen Produktformen erhältlich und bieten im Vergleich zu einigen anderen Materialien ein moderates Preisniveau.

Andererseits verlieren Aluminium und seine Legierungen bei Temperaturen über 100 °C schnell an Festigkeit. Zudem bietet Aluminium nicht denselben Feuerwiderstand wie einige andere Materialien. Daher wird es in der Regel für Prozesswärmetauscher-Anwendungen (PFHE) mit Betriebstemperaturen über 150 °C, insbesondere bei Hochdruckbetrieb, vermieden.

Daher wird es in der Regel für Prozesswärmetauscher-Anwendungen (PFHE) mit Betriebstemperaturen über 150 °C, insbesondere bei Hochdruckbetrieb, vermieden. Darüber hinaus ist Aluminium anfällig für Schäden durch grobe Handhabung, übermäßige Vibrationen und lokale, nicht abgebaute Spannungen.

3. Herstellung von Aluminium-Druckbehältern und Wärmetauschern

Aluminiumlegierungen können mit verschiedenen Schmelz- und Festkörper-Schweißverfahren sowie durch Hart- und Weichlöten verbunden werden. Schmelzschweißen wird typischerweise mit Verfahren wie Metall-Schutzgasschweißen (MSG/GMAW), Wolfram-Inertgasschweißen (WIG/GTAW), Fülldrahtschweißen (FCAW), Lichtbogenhandschweißen (E-Hand/SMAW), Widerstandspunktschweißen und Widerstandsnähteschweißen durchgeführt. Für spezielle Anwendungen können auch Plasmaschweißen und Elektronenstrahlschweißen eingesetzt werden.

Autogenschweißen ist eine Option für Anwendungen, bei denen hohe Festigkeit und hochwertige Nähte nicht entscheidend sind. Es ist jedoch zu beachten, dass Flussmittelabschirmung beim Aluminiumschweißen ungeeignet ist, da das Flussmittel das Metall korrodieren und Spritzer verursachen kann, was die Schweißnahtqualität beeinträchtigt.

3.1 Oberflächenvorbereitung

Die folgenden Methoden können zur effektiven Reinigung von Aluminiumoberflächen eingesetzt werden:

• Lösemittelentfettung: Dabei werden Aluminiumoberflächen mit Lösungsmitteln abgewischt, besprüht oder eingetaucht, um Öl, Fett, Schmutz und lose Partikel zu entfernen. Auch die Dampfentfettung ist eine wirksame Methode zur Entfernung von Verunreinigungen.
• Mechanische Reinigung: Oxide können mechanisch entfernt werden, z. B. durch das Bürsten mit Edelstahlbürsten, Feilen, Fräsen, Reiben mit Stahlwolle, Schleifen oder rotierendes Hobeln. Diese Verfahren helfen, Oberflächenoxide und andere Verunreinigungen zu beseitigen.
• Chemische Reinigung: Chemische Reinigungsverfahren können ebenfalls zur Entfernung von Verunreinigungen auf Aluminiumoberflächen eingesetzt werden. Dabei kommen spezielle chemische Lösungen oder Reiniger zum Einsatz, die gezielt die jeweiligen Verunreinigungen lösen und entfernen.

3.2 Schneiden und Biegen

Aluminium kann mit verschiedenen Werkzeugen und Verfahren der Metallbearbeitung auf Maß und in Form geschnitten und die Kanten vorbereitet werden. Das Brennschneiden mit Sauerstoffgas ist jedoch für Aluminium nicht geeignet. Beim Biegen von Aluminium und seinen Legierungen ist Vorsicht geboten, um Riefenbildung und mechanische Beschädigungen aufgrund der weichen Materialeigenschaften zu vermeiden.

Es ist wichtig, das Eindringen von Eisen und anderen metallischen Fremdstoffen in Aluminiumoberflächen zu vermeiden. Zu diesem Zweck können Bleche mit Kunststoff oder Papier abgedeckt werden; alternativ kann Papier über die Walzen geklebt oder eine Hartfaserplatte zwischen Blech und Walzen gelegt werden. Beim Hantieren mit großen Blechen oder Platten können Vakuumheber eingesetzt werden, um diese sicher und beschädigungsfrei anzuheben.

3.3 Schweißen

Vorwärmen: Vorwärmen wird in der Regel vermieden, da die Eigenschaften und die Metallurgie von Aluminium unter starker Hitzeeinwirkung leiden.

Schweißgeschwindigkeit: Im Gegensatz zu Stahl besitzt Aluminium eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was höhere Stromstärken und Spannungen sowie schnellere Schweißgeschwindigkeiten erforderlich macht. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu langsam, kann es insbesondere bei dünnem Aluminiumblech zu Durchbrand kommen. Das Schweißen von Aluminium erfordert einen „heiß und schnell“-Ansatz.

Schweißdraht: Wählen Sie einen Aluminium-Schweißdraht mit einer Schmelztemperatur, die der des Grundwerkstoffs ähnelt.

Schweißzusatzwerkstoffe: Aluminium-Schweißstäbe und -Elektroden werden häufig beim WIG-Schweißen, MIG-Schweißen und Autogenschweißen verwendet. Bei der Auswahl des Schweißzusatzwerkstoffs für Aluminium sollten Aspekte wie Schweißeignung, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Eloxierfähigkeit, verbesserte Festigkeit oder Duktilität sowie ein geringeres Risiko für Heißrisse berücksichtigt werden. Wählen Sie einen Zusatzwerkstoff mit höherem Legierungsgehalt als der Grundwerkstoff. Um die gewünschten Eigenschaften des Schweißguts zu erreichen, müssen die Zusatzwerkstoffe frei von Gasen, nichtmetallischen Einschlüssen und Oberflächenverunreinigungen sein. Lagern Sie den Schweißdraht trocken bei gleichbleibender Temperatur und halten Sie ihn abgedeckt, um die Qualität zu erhalten.

Schweißverfahren:

• WIG-Schweißen (GTAW): Das Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) löst zwei zentrale Herausforderungen beim Schweißen von Aluminium: die hohe Wärmeleitfähigkeit und die vorhandene Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche. Durch gezielte Wärmekonzentration entfernt das WIG-Schweißen die widerstandsfähige Oxidschicht effektiv und schmilzt das Grundmaterial schnell, was zu glatten, hochwertigen Schweißnähten ohne Spritzer führt. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium wird Wärme vom Lichtbogen abgeleitet. Daher sollte der Schweißer vor dem Zuführen des Zusatzmetalls kurz warten, damit der Lichtbogen das Grundmaterial reinigen und auf die erforderliche Temperatur bringen kann.
• MIG-Schweißen (GMAW): Das Metall-Inertgasschweißen (MIG) ist bei dickeren Aluminiumquerschnitten gegenüber dem WIG-Schweißen oft die bevorzugte Methode. Es bietet deutlich höhere Produktionsraten als das WIG-Schweißen. Die Kombination aus hoher Stromdichte und effizienter Wärmeübertragung im Lichtbogen ermöglicht eine tiefe Durchdringung, hohe Schweißgeschwindigkeit, minimale Verformung des Grundwerkstoffs und ausgezeichnete mechanische Festigkeit.

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