Warum sollte man in eine Rührreibschweißmaschine investieren?
Aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten bietet die Rührreibschweißmaschine viele Vorteile für die Industrie. Da die FSW-Maschine so konzipiert wurde, dass sie sich an die spezifischsten Anforderungen anpassen lässt, wird sie heute in allen Hightech-Branchen einbezogen…
Das Rührreibschweißen, auch bekannt als Friction stir welding (FSW), ist ein Festkörperschweißverfahren, bei dem durch Reibung erzeugte Wärme mit mechanischem Druck kombiniert wird, um Metalle miteinander zu verbinden.
Diese Hitze erweicht die Materialien, die dann miteinander vermischt werden und beim Abkühlen eine feste, homogene Verbindung bilden. Es handelt sich also um eine innovative Schweißmethode, die im Vergleich zu anderen Verfahren durchaus ihre Vorteile hat.
Aber was ist eine FSW-Maschine konkret? Wie funktioniert sie? Welche Arten von Maschinen gibt es? Und welche Vorteile bietet sie in der Schweißbranche? TRA-C industrie gibt in diesem Artikel einen Überblick über dieses revolutionäre Werkzeug…
Aus welchen Teilen besteht eine Rührreibschweißmaschine?
Eine Reibrührschweißmaschine ist so konstruiert, dass sie einen mechanischen Schweißprozess mit Hilfe einer Kombination aus Reibung, Druck und kontrollierter Bewegung durchführt. Hier sind die Hauptbestandteile einer herkömmlichen FSW-Maschine:
- Der Stift: Er ist das zentrale Element des Geräts. Es handelt sich um eine Spitze mit Gewinde, die in die zu schweißenden Teile eindringt. Er dreht sich während des Schweißvorgangs mit hohen Geschwindigkeiten;
- Die Schulter: Zylindrisch oder konisch geformt, ist sie der Teil des Werkzeugs, der dem Stift vorausgeht. Sie übt einen konstanten Druck auf das Material aus, um Reibungswärme zu erzeugen;
- Der Amboss: Er dient während des Schweißvorgangs als Stütze für die zu schweißenden Teile. Er ist verstellbar, um sich an verschiedene Größen und Formen der Werkstücke anzupassen;
- Das Spannsystem: Es hält die zu schweißenden Teile während des Schweißens gegen die Spannplatte fest, um einen engen Kontakt zwischen den zu schweißenden Flächen zu gewährleisten;
- Das Bewegungssystem: Mit diesem System können die Spindel und/oder die zu schweißenden Teile nach bestimmten Parametern wie Geschwindigkeit und Richtung bewegt werden, um das Schweißen entlang der Nahtlinie durchzuführen;
- Das vor Ort Steuerungssystem: Es ist das „Gehirn“ der Maschine. Es steuert alle Aspekte des Schweißprozesses, z. B. die Drehgeschwindigkeit und die Kraft, die der Stift aufbringt, oder die Bewegung der Werkstücke. So kann eine kontinuierliche Qualität gewährleistet werden.
Wie funktioniert eine Rührreibschweißmaschine?
Eine Rührreibschweißmaschine funktioniert in fünf wesentlichen Schritten:
- Die Positionierung der Werkstücke. Die zu schweißenden Teile werden zunächst auf dem Werkzeug platziert und dann mit dem Spannsystem fest in Position gehalten;
- Das Eindringen. Das Werkzeug wird dann über die Maschinenspindel in Rotation versetzt und in die zu lötenden Bauteile eingeführt;
- Das Vorwärmen. Eine Wartephase wird eingelegt, um das Material lokal zu erwärmen und das Werkzeug auf Temperatur zu bringen;
- Das Schweißen wird durchgeführt. Der Schweißkopf wird dann an der zu schweißenden Schnittstelle entlang bewegt, um eine mechanische Verbindung zu bilden. Die kombinierte Wirkung von Kraft, Rotation und Vorschub erzeugt Reibung, die wiederum Wärme erzeugt. Die zu verschweißenden Materialien gehen dann in einen teigartigen Zustand über, der das Kneten ermöglicht;
- Das Entfernen des Werkzeugs. Am Ende des Schweißvorgangs wird das Werkzeug schließlich entfernt, wobei ein für das Verfahren charakteristisches Austrittsloch zurückbleibt.
Die üblichen FSW-Parameter, die beim Schweißen berücksichtigt werden müssen, sind folgende:
- Die Drehzahl ausgedrückt in Umdrehungen pro Minute
- Die Vorschubgeschwindigkeit ausgedrückt in Millimetern pro Minute
- Die Normalkraft ausgedrückt in kN
- Der Tiltwinkel wird in Grad angegeben. Er ermöglicht ein besseres Schmieden des Materials und verbessert gleichzeitig die Oberflächenbeschaffenheit der Schweißnaht.
Welche Rührreibschweißmaschinen gibt es?
Heutzutage gibt es verschiedene Arten von Rührreibschweißmaschinen, die jeweils für bestimmte Anwendungen, den industriellen Anforderungen entsprechend, geeignet sind. Zu den am häufigsten verwendeten Maschinen gehören:
- Die Tischmaschine: Mit ihr können kleine Teile in der X- und Y-Achse zusammengebaut werden. Sie eignet sich für den Einsatz in Forschungslabors sowie in Ausbildungszentren;
- Die Portalmaschine: Sie besteht aus einem Tisch, der entlang der X-Achse bewegt werden kann, und einem Schweißkopf, der entlang der Y- und Z-Achse bewegt werden kann. Aufgrund der höheren Rotationsgeschwindigkeit eignet sich diese Maschine besonders für die Serienproduktion;
- Die Schienenmaschine: Diese Maschine ist auf Schienen montiert, sodass sie auch lange Teile schweißen kann. Sie eignet sich daher perfekt für die Montage von Strukturplatten in der Eisenbahn- und Luftfahrtindustrie;
- Die FSW-Robotermaschine: Der FSW-Kopf wird auf einem Industrieroboter installiert, um verschiedene Formen mit dünneren Dicken zu schweißen. Der FSW-Kopf kann außerdem für automatisierte Arbeitsgänge an Produktionslinien programmiert werden;
- Die FSW-Maschine mit Doppelspindel: Diese Maschine ist mit rotierenden Spindeln ausgestattet, die im Tandem arbeiten. Sie eignet sich gut für Schweißanwendungen, die einen bidirektionalen Zugang erfordern, oder zum Schweißen komplexer Teile.
Was sind die Vorteile der Investition in eine FSW-Maschine?
Wirtschaftliche Vorteile
Die Investition in eine Rührreibschweißmaschine spart im Vergleich zu herkömmlichen Schweißmaschinen zunächst einmal Materialkosten. Da der Prozess im festen Zustand stattfindet, muss kein Material zugeführt werden. Da keine Elektroden oder Schutzgase benötigt werden, ist die Verarbeitung ebenfalls einfacher!
Die FSW-Maschine schweißt auch schneller als andere Methoden, was die Zykluszeiten der Produktion senkt. Dadurch können Unternehmen ihre Produktivität steigern und schneller auf die Marktnachfrage reagieren.
FSW-Maschinen sind schließlich auf Langlebigkeit ausgelegt. Sie sind weniger wartungsintensiv als Schweißmaschinen. Die Wartungskosten sind daher geringer…
Qualität der Schweißnaht
Schweißnähte, die mit einer Rührreibschweißmaschine hergestellt werden, sind homogen und besitzen eine hohe strukturelle Integrität. Das Kneten der Materialien sorgt nämlich für eine gleichmäßige Verteilung der Metallkomponenten entlang der Schweißzone.
Das Schweißen im festen Zustand begrenzt die mit Schmelzschweißverfahren verbundenen Probleme des schnellen Erstarrens oder Abkühlens. Einmal qualifiziert, produziert das FSW-Verfahren daher Schweißnähte ohne größere Defekte wie Porosität, Risse oder Einschlüsse. Die mit jeder Anwendung verbundenen Parameter können wiederholt verwendet werden.
Bei FSW werden die Teile auch bei niedrigeren Temperaturen geschweißt, wodurch die thermische Belastung minimiert wird. Es kommt in der Regel zu weniger Verzug als bei anderen Schweißverfahren, insbesondere solchen, die mit großer Hitze verbunden sind.
Vielfalt der Anwendungen
Die FSW-Maschine ist in der Lage, eine Vielzahl von Materialien zu verbinden, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu schweißen sind. Dazu gehören Aluminium, Magnesium, Titan sowie deren Legierungen…
Diese Vielseitigkeit ermöglicht es, qualitativ hochwertige Schweißnähte bei einer Vielzahl von industriellen Anwendungen zu erzeugen. Das Rührreibschweißen erfüllt somit besonders gut die Anforderungen der Luft-, der Raumfahrt-, der Militär- und auch der Schifffahrtsindustrie.
Das FSW-Verfahren bietet außerdem eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung von Bauteilen. Die Baugruppen sind leichter, fester und leistungsfähiger, was ideal für die Automobil- oder E-Mobilitätsbranche ist.
Umweltinteressen
Die Rührreibschweißmaschine ist umweltfreundlich. Sie verbraucht während des Schweißvorgangs weniger Energie als einige herkömmliche Techniken. Sie benötigt nämlich keine intensive externe Wärmequelle…
Bei einigen Lichtbogenschweißverfahren wird ein Schutzgas verwendet, um die Oxidation des geschmolzenen Metalls zu verhindern. Bei FSW ist dies nicht der Fall. Dies trägt also dazu bei, die mit ihrer Herstellung und Verwendung verbundenen Treibhausgasemissionen zu reduzieren.
Die FSW-Maschine produziert schließlich weniger Abfall als herkömmliche Schweißverfahren, da sie keine Verbrauchsmaterialien wie Elektroden oder Zusatzwerkstoffe verwendet. Es sei daran erinnert, dass die Herstellung des Schweißzusatzes 50% des ausgestoßenen CO2 ausmacht. Dies begrenzt die Prozesse, die mit ihrer Entsorgung oder ihrem Recycling verbunden sind!
Wie wählt man die richtige Rührreibschweißmaschine?
Die meisten Rührreibschweißmaschinen sind maßgeschneidert, um sich an die spezifischen Bedürfnisse ihres Benutzers anzupassen. So müssen mehrere Aspekte berücksichtigt werden, um qualitativ hochwertige Verbindungen zu gewährleisten:
- Geometrische Proportionen: Sie ermöglichen die Erfüllung der Zugänglichkeit, der Qualitätskriterien und der zu schweißenden Konfigurationen je nach Anwendung;
- Spezielle Anwendungen: Geben Sie dem Hersteller Ihre Anforderungen in Bezug auf die zu schweißenden Materialien, die Dicke der Teile, die Geometrie der Verbindungsstellen und die Qualitätsspezifikationen an, damit die FSW-Maschine diese Kriterien erfüllen kann;
- Kapazität der Maschine: Geben Sie auch die Abmessungen und das Gewicht der Teile an, die Sie schweißen möchten. Die FSW-Maschine muss in der Lage sein, Platten mit großen Längen oder Serienteile zu montieren, ohne die Qualität der Schweißnaht zu beeinträchtigen;
- Flexibilität und Vielseitigkeit: Je nach Konfiguration der Teile sollten Sie sich für eine Maschine entscheiden, die sich in verschiedenen Achsen bewegen, hauptzeitparallel be- und entladen, oder sogar in drei Dimensionen schweißen kann. So können Sie ein breites Spektrum an Anwendungen und Projekten abdecken;
- Zuverlässigkeit und Haltbarkeit: Wenden Sie sich bei der Gestaltung Ihrer Maschine an einen Hersteller, der für die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit seiner Werkzeuge bekannt ist. Eine zuverlässige Maschine benötigt weniger Wartung und hat eine längere Lebensdauer;
- Automatisierung und Steuerung: Funktionen wie digitale Steuerung, Echtzeitüberwachung und automatische Programmierung erleichtern den Schweißvorgang. Bitten Sie den Konstrukteur, diese Funktionen hinzuzufügen, wenn Sie in Serie produzieren möchten;
- Technischer Support und Schulungen: Stellen Sie außerdem sicher, dass der Hersteller Wartungs- und Reparaturdienste sowie Schulungen für Ihre Techniker anbietet. Ein reaktionsschneller Kundendienst ist wichtig, um Ihnen im Bedarfsfall zu helfen;
- Selbstkosten: Bewerten Sie schließlich die Kosten für Kauf, Wartung, Betrieb und Ausbildung für Ihre FSW-Maschine. Lassen Sie eine Maschine bauen, die Ihnen die höchste Rentabilität bietet.
TRA-C industrie, Experte für Design, Entwicklung und Installation von FSW-Maschinen
Mit seinen 9 Produktionsstätten in Frankreich, seinem technischen Entwicklungsbüro sowie einer Werkstatt in Kanada ist TRA-C industrie heute europäischer Marktführer im Bereich des Rührreibschweißens. Wir begleiten Industrieunternehmen in jeder Phase ihres Schweißprojekts.
Wir sind Experten für die Entwicklung, das Design, die Herstellung von Prototypen und die Installation Ihrer Rührreibschweißmaschine vor Ort. Wir schulen auch Ihre Teams in der Bedienung und können Ihnen einen Wartungsvertrag anbieten!
TRA-C industrie ist auch Integrator: So sind wir in der Lage, das Be- und Entladen Ihrer Lötroboter, Entgratstationen, die Integration von Zellen in Ihr Manufacturing Execution System (MES) usw.
Schließlich können Sie sich auf unsere solide Erfahrung mit FSW verlassen, wenn Sie Ihre Industrieprojekte auslagern möchten. Mit unseren FSW-Maschinen können wir alle Ihre Anforderungen erfüllen: Prototypenbau, Tests, Herstellung von Baugruppen in großen Serien, Schweißen von dünnen (0,8 mm) oder dicken (40 mm) Teilen…
