Rührreibschweißen: Was sind die Unterschiede zu anderen Methoden?
Im Ingenieurwesen und in der Metallurgie spielt das Schweißverfahren eine wichtige Rolle. WIG-/MIG-Schweißen, Gasschweißen, Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen: So wurden zahlreiche Verfahren erfunden.
Unter ihnen hat das Rührreibschweißen oder Friction Stir Welding (FSW) den traditionellen Ansatz des Schweißens revolutioniert. Was unterscheidet es von anderen Methoden?
In diesem Artikel gibt TRA-C Industrie einen Überblick über diese Technologie sowie über konventionellere Techniken. Außerdem erfahren Sie, welche Vorteile das Rührreibschweißen im Vergleich zu anderen Verfahren bietet…
Was ist Rührreibschweißen?
Kurze Geschichte des Rührreibschweißens
Das Rührreibschweißen ist eine relativ neue Innovation im Bereich der Mechanik und des Schweißens. Es wurde von Wayne Thomas erfunden und vom The Welding Institute (TWI) in Großbritannien entwickelt. 1991 wurde das Verfahren eingeführt.
Diese Technik bietet eine Lösung für Probleme, die häufig bei traditionelleren Schweißmethoden auftreten, wie z. B.:
- Verzerrung
- Die Risse
- Die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften von Stahl
Viele Industriezweige wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie oder der Schiffbau haben das Rührreibschweißen seit seiner Erfindung eingesetzt. Seine Vorteile in Bezug auf die Qualität der Schweißnaht, die Kosten und die Haltbarkeit sind heute unbestritten.
Diese Technik war auch Gegenstand einer beträchtlichen Anzahl von Forschungen und Entwicklungen im Ingenieurwesen. Diese Fortschritte haben somit zu erheblichen Verbesserungen und zur Erweiterung ihres Anwendungsbereichs geführt…
FSW-Prinzip
Das Rührreibschweißen ist ein Festkörperschweißverfahren, das sich besonders gut zum Schweißen von Aluminiumlegierungen, Leichtmetalllegierungen oder Multi-Material-Legierungen (Aluminium-Kupfer, Aluminium-Stahl usw.) eignet.
Bei diesem Verfahren wird ein rotierendes Werkzeug verwendet, das gegen die zu schweißenden Teile gepresst wird. Die durch die Bewegung des Werkzeugs erzeugte Reibung erzeugt Wärme, wodurch die Materialien weich und formbar werden.
Das Werkzeug wird dann entlang der Nahtstelle bewegt und knetet die Materialien zusammen, um eine Schweißnaht zu bilden.
Innovationen beim FSW-Schweißen
Obwohl die FSW-Technologie noch relativ neu ist, wurde sie bereits vielfach erforscht und innoviert. So wurden beispielsweise stärkere und langlebigere Schweißwerkzeuge.
Wie bereits erwähnt, lassen sich mit dem Rührreibschweißen auch Aluminiumteile oder Teile mit großer Dicke zusammenfügen. Mit herkömmlichen Schweißmethoden ist dies hingegen viel schwieriger.
Ein weiterer Fortschritt in der Branche ist die genaue Überwachung der Prozesse. Dank der eingesetzten Maschinen wird alles wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit des Werkzeugs minutiös kontrolliert. Dadurch wird die Qualität der Schweißnaht verbessert und das Risiko von Fehlern verringert.
Mit FSW kann man auch sehr viel Gewicht bzw Masse einsparen, ohne die mechanischen Eigenschaften der Teile zu verändern. Die FSW wird z. B. für die Montage von Motorteilen, Wärmeaustauschern, Batteriebehältern oder Leichtmetallfelgen verwendet.
Schließlich stellt die Kraftkontrolle eine wichtige Neuerung dar. Bei FSW erfolgt das Schweißen durch die Anwendung eines konstanten Drucks auf die Werkstücke. Dabei wird die vertikale Position des Werkzeugs ständig angepasst, um eine gleichmäßige Schweißung zu gewährleisten.
Vergleich zwischen Rührreibschweißen und herkömmlichen Methoden
Einige traditionelle Schweißmethoden
Schmelzschweißen mit Lichtbogen
Beim Lichtbogenschmelzschweißen (WIG oder MIG) wird mit Hilfe von elektrischem Strom Wärme erzeugt, um die zu schweißenden Materialien zu schmelzen. Die erforderliche Energie wird durch einen Lichtbogen gewonnen, der zwischen einer Elektrode und dem zu schweißenden Werkstück erzeugt wird.
Diese Technik ist jedoch auf elektrisch leitfähige Materialien beschränkt und kann zu einer Verschlechterung der Qualität der Schweißnaht führen. Außerdem erfordert sie einen hohen Energieaufwand, was die Herstellungskosten in die Höhe treibt.
Gasschweißen
Beim Gasschweißverfahren werden Metalle durch Erhitzen mit oder ohne Metallzufuhr miteinander verbunden. Es verwendet ein Schutzgas, um die Oxidation während des Schweißens zu verhindern. Obwohl dieses Verfahren bei einigen Materialarten effektiv ist, erfordert es eine kontrollierte Umgebung und die Kosten für das Gas sind ebenfalls hoch.
Widerstandsschweißen
Auch beim Widerstandsschweißen werden leitfähige Materialien verwendet, da der Kontakt zwischen zwei Teilen durch Druck einen hohen elektrischen Strom erzeugt. Dieser Strom verschmilzt dann die beiden Teile dauerhaft miteinander. Die damit verbundenen Kosten sind ebenfalls hoch.
Elektronenstrahlschweißen
Das Elektronenstrahlschweißen, auch Electron Beam Welding (EBW) genannt, ist ein hochentwickeltes Schmelzschweißverfahren. Es verwendet einen hochenergetischen Elektronenstrahl, um Metallteile zu schmelzen und zu verbinden.
Ein gebündelter Elektronenstrahl wird auf die zu verbindenden Teile gerichtet, wo er seine Energie in Form von Wärme abgibt. Diese intensive Hitze lässt die Metalle lokal schmelzen, sodass sie zu einer Schweißnaht verschmelzen können.
Ultraschallschweißen
Beim Ultraschallschweißen hingegen werden hochfrequente Schwingungen eingesetzt, um Wärme zu erzeugen und das zu schweißende Material zu schmelzen. Es erfordert daher eine spezielle Ausrüstung und ist relativ komplex in der Durchführung.
Nachteile traditioneller Schweißmethoden
Um das Vorangegangene zusammenzufassen: Die herkömmlichen Schweißverfahren haben zwar alle ihren Platz in der Metallindustrie, weisen aber Nachteile auf, die beim Reibrührschweißen nicht auftreten, nämlich:
- Schwierigkeiten beim Schweißen bestimmter Legierungen: Dies gilt vor allem für Aluminium und Leichtmetalllegierungen;
- Eine Tendenz zum Biegen oder Verziehen: Die strukturelle Integrität der Teile kann dadurch beeinträchtigt werden;
- Mangelnde Genauigkeit: Aluminiumlegierungen, die häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobil- oder der Eisenbahnindustrie verwendet werden, erfordern eine hohe Genauigkeit, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreicht werden kann;
- Eine oft komplexe Arbeitsumgebung: insbesondere, weil Schweißzusätze benötigt werden;
- Gesundheitsrisiken für die Beschäftigten: Rauch, Strahlung und hohe Temperaturen. Dies sind zusätzliche Herausforderungen für die Sicherheitsmaßnahmen und die Einhaltung von Vorschriften;
- Offensichtliche Mängel: Dies führt zu zusätzlichen Kosten aufgrund möglicher Nachbesserungen und häufiger Qualitätskontrollen.
Vorteile des Rührreibschweißens gegenüber herkömmlichen Techniken
Das Rührreibschweißen hingegen hat im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mehrere bedeutende Vorteile. Zu nennen sind unter anderem:
- Kompatibilität mit allen Legierungen: Mit FSW können Teile aus Aluminium oder Leichtmetalllegierungen effizient zusammengefügt werden. Er bietet daher eine hohe Flexibilität;
- Schweißen von dicken Materialien: Es ist möglich, dicke Materialien bis zu 50 mm in einem Arbeitsgang zu schweißen;
- Präzision in der Führung: Das verwendete rotierende Werkzeug bewegt sich sehr präzise entlang der Kontaktflächen;
- Schweißgeschwindigkeit: Mit der FSW-Technik können Sie bis zu 3 Meter pro Minute schweißen und übertreffen damit alle anderen Methoden;
- Qualität der Oberflächen: Beim Reibrührschweißen wird kein zusätzliches Material für die Schweißnaht verwendet. Das Ergebnis ist daher sauberer. Außerdem werden die Verformungen, die durch das Schweißen entstehen, reduziert;
- Kostensenkung: Durch den schnellen Schweißprozess und den Verzicht auf zusätzliches Material lassen sich die Kosten erheblich senken;
- Schweißen in allen Konfigurationen: Stumpfschweißen, Überlappungsschweißen, T-Schweißen, Außenwinkelschweißen usw.;
- Weniger Emissionen: Der FSW ist ein sauberes Verfahren: kein Rauch, keine Gase und keine Strahlung und bietet somit eine sicherere Arbeitsumgebung für die Beschäftigten. Außerdem handelt es sich um eine umweltfreundlichere Lösung.
TRA-C industrie, Ihr fachkundiger Partner für FSW
Mit der Erfindung des Rührreibschweißens wurden die Grenzen der herkömmlichen Schweißverfahren überwunden. Das Verfahren ist sehr zuverlässig, bietet viele Vorteile und wird in der Transportindustrie (Auto, Flugzeug, Eisenbahn Raumfahrt) sowie in der Energie- oder auch Verteidigungsindustrie eingesetzt.
Mit seiner anerkannten Erfahrung und seinem Know-how ist TRA-C Industrie europäischer Marktführer im Bereich des Rührreibschweißens. Das Unternehmen verfügt heute über 9 Produktionsstätten in Frankreich, eine Werkstatt in Kanada und ein Entwicklungsbüro, das sich aus Doktoren, Ingenieuren und Designern zusammensetzt.
Haben Sie Fragen zur FSW-Technologie? Möchten Sie einen Spezialisten zu diesem Thema hinzuziehen? Unsere Experten begleiten und beraten Sie bei der globalen Umsetzung Ihrer Schweißprojekte:
