Das Reibschweißen ist ein thermisches Fügeverfahren, das auf der Reibung zwischen zwei Metallteilen beruht. Durch die Wärme, die durch diese Bewegung entsteht, erreichen die Materialien einen plastischen Zustand, in dem sie ohne Zugabe von Zusatzwerkstoff miteinander verschmelzen können.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Schweißverfahren benötigt dieses weder einen Lichtbogen noch ein Schutzgas. Dadurch werden Fehler durch Verunreinigungen vermieden und die thermische Belastung der Materialien verringert. Dies macht es zu einer beliebten Technik für Anwendungen, die eine hohe Festigkeit erfordern.
Dieses Verfahren wird in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder im Energiesektor eingesetzt und ermöglicht das Verbinden ähnlicher oder ungleicher Metalle. Das Reibschweißen garantiert außerdem widerstandsfähige Verbindungen mit minimalem Verzug, die den Anforderungen der Hightech-Branchen entsprechen.
Aber wie funktioniert dieses Verfahren in der Praxis? Welche verschiedenen Arten des Reibschweißens gibt es? Wie unterscheidet es sich von herkömmlichen Verfahren? Prinzip, Interessen, Anwendungen… In diesem Artikel verrät Ihnen TRA-C industrie mehr über dieses innovative Verfahren!
Worin besteht dieser Prozess konkret?
Wenn zwei Materialien aneinander reiben, setzen sie aufgrund der Reibung Wärmeenergie frei. Je höher die Geschwindigkeit und der Druck dieser Reibung sind, desto mehr Energie wird erzeugt, was die Erwärmung der Teile begünstigt.
Das Reibschweißen nutzt dieses Prinzip, wo es die zu verbindenden Bauteile einer intensiven Reibung aussetzt. Durch extrem hohe Geschwindigkeiten und Drücke erzeugt es eine mechanische Reibung zwischen den Teilen und erzeugt so die Hitze, die zum Verschmelzen der Teile notwendig ist.
Die freigesetzte Wärmeenergie führt zu einer lokalen Erweichung der Materialien an der Kontaktstelle. Durch diesen Temperaturanstieg werden die Oberflächen zähflüssig, so dass sich die Metalle ohne Zusatzwerkstoff ineinander fügen können!
Nachdem die Reibung gestoppt wurde, wird ein Druck aufrechterhalten, um die Verbindung zu verfestigen. Durch kontrolliertes Abkühlen entsteht dann eine homogene, feste Verbindung, die eine optimale mechanische Widerstandsfähigkeit gegen äußere Belastungen gewährleistet.
Die verschiedenen Techniken des Reibschweißens
Beim Reibschweißen werden mehrere Techniken zusammengefasst, die sich die Reibung zunutze machen, um Materialien ohne äußere Einflüsse miteinander zu verbinden. Der Zweck dieser Methoden ist derselbe, aber die Ansätze zur Herstellung von Schweißnähten zwischen Metallen sind etwas unterschiedlich…
Das Rotationsreibschweißen
Beim Rotationsreibschweißen wird eines der beiden Materialien gegen das andere gedreht, und zwar genau an der Verbindungsstelle. Durch die hohe Geschwindigkeit und den starken axialen Druck erweicht die erzeugte Wärme die sich berührenden Oberflächen.
Unter diesem thermischen Effekt werden die Metalle plastisch und durchdringen sich an der Kontaktstelle. Sobald die Rotation gestoppt wird, sorgt die Aufrechterhaltung des Drucks dafür, dass die Komponenten gleichmäßig und fest miteinander verbunden werden.
Lineares Reibschweißen
Beim linearen Reibschweißen wird eine schnelle Hin- und Herbewegung einer Komponente gegen die andere verwendet. Diese intensive Reibung erzeugt in Verbindung mit großen Druckkräften ausreichend Wärme, um die Kontaktflächen zu erweichen.
Unter dieser thermischen Wirkung verformen sich die Materialien plastisch und vermischen sich an der Kontaktstelle. Dieser Prozess schafft dann eine homogene und feste Verbindung zwischen den Teilen und garantiert eine widerstandsfähige und dauerhafte Schweißnaht.
Rührreibschweißen
Das Reibrührschweißen beruht auf der Verwendung eines zylindrischen Stifts zur Erzeugung von Reibungswärme zwischen den zu verbindenden Materialien. Dieser Prozess erhitzt die Teile an ihren Berührungspunkten, macht sie plastisch und erleichtert das Verschmelzen.
Dieses rotierende Werkzeug bewegt sich entlang der Schweißlinie und knetet die plastifizierten Materialien, um sie gleichmäßig zu vermischen. Dieses Rühren schafft somit eine feste Verbindung zwischen den Komponenten ohne die Verwendung von Schweißzusatzstoffen…
Punktschweißen durch Reibrührschweißen
Das Rührreibpunktschweißen ist eine Variante des Rührreibschweißens, die in verschiedenen Branchen eingesetzt wird. Im Gegensatz zum linearen Schweißen, bei dem sich das Werkzeug entlang der Verbindungsstelle bewegt, bleibt das Werkzeug an Ort und Stelle und dreht sich über einen einzelnen Kontaktpunkt.
Diese kreisförmige Bewegung erzeugt an der genauen Stelle des Kontakts starke Hitze und führt so zu einer lokalen Verschmelzung der Materialien. Nach einer gewissen Zeit wird das Werkzeug angehoben und hinterlässt ein überschüssiges Loch.
Die Vorteile des Reibschweißens
Nicht alle Schweißtechniken sind gleich und die Wahl des Verfahrens hängt von den zu verbindenden Materialien ab. Das Reibschweißen bietet jedoch mehrere Vorteile, die es von anderen herkömmlichen Verfahren unterscheiden:
- Heterogene Schweißnähte: Es können komplexere Konfigurationen geschweißt werden als beim herkömmlichen Schweißen (Aluminium-Kupfer, Aluminium-Titan …), wodurch sich die Möglichkeiten der Montage erweitern;
- Kompatibilität mit vielen Metallen: Alle schmiedbaren Metalle können reibgeschweißt werden. Dieses Verfahren bietet den Herstellern somit eine große Flexibilität bei der Gestaltung von festen Verbindungen;
- Energiesparenderer Prozess: Außerdem wird keine Wärme oder ein externer Fluss benötigt. Diese Methode ist daher kostengünstiger und weniger belastend als herkömmliche Techniken;
- Höhere Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit: Mit einer geringeren Fehlerquote und mechanisch robusten Schweißnähten ist diese Technik im Vergleich zum Schmelzschweißen eine der schnellsten und leistungsfähigsten;
- Umweltfreundlicheres Verfahren: Durch die Verringerung des Energieverbrauchs und der Emission von Rauch oder giftigen Gasen schränkt das Reibschweißen auch die Umweltbelastung ein und ist Teil eines nachhaltigeren Ansatzes;
- Weniger Materialverformung: Da die Hitze lokal begrenzt und kontrolliert ist, behalten die Teile ihre mechanischen Eigenschaften besser bei. Sie werden auch weniger verformt als beim Schmelzschweißen;
- Ausgezeichnete Wiederholbarkeit: Mit diesem automatisierbaren Verfahren sich lassenschließlich einheitliche Schweißnähte von gleichbleibender Qualität herstellen. Damit ist es ideal für die industrielle Großproduktion.
Die Nachteile dieses Schweißverfahrens
Obwohl das Reibschweißen viele Vorteile bietet, hat es auch einige Einschränkungen. Das Verfahren erfordert eine spezielle Ausrüstung, die oft teuer und groß ist. Die verwendeten Maschinen müssen hohe Kräfte und Geschwindigkeiten aufbringen, was für die Industrie, die diese Technologie einführen möchte, eine hohe Anfangsinvestition bedeutet.
Ein weiterer Nachteil ist die Komplexität der Umsetzung. Durch die perfekte Beherrschung von Parametern wie Druck, Geschwindigkeit und Dauer der Reibung kann eine qualitativ hochwertige Schweißnaht gewährleistet werden. Eine falsche Konfiguration kann nämlich zu Defekten oder einer nicht ausreichend festen Verbindung führen.
Das Reibschweißen schließlich eignet sich hauptsächlich für kreisförmige oder lineare Verbindungen. Es ist weniger flexibel als andere Verfahren, um komplexe Formen oder Strukturen mit unregelmäßigen Geometrien zu schweißen, wodurch sein Anwendungsbereich eingeschränkt wird.
Welche verschiedenen Anwendungen gibt es für dieses Verfahren?
Das Reibschweißen wird aufgrund seiner Zuverlässigkeit und seiner Fähigkeit, verschiedene Metalle miteinander zu verbinden, in vielen Bereichen eingesetzt. Hier sind einige Bereiche, in denen diese Technik eine Schlüsselrolle spielt:
- Luftfahrt: Es ermöglicht das Zusammenfügen von leichten und widerstandsfähigen Legierungen, z. B. für Turbinenschaufeln und Treibstofftanks aus Aluminium;
- Automobilindustrie: Mithilfe dieser Technik machen Hersteller Fahrzeuge leichter und verbessern die Leistung von Motor- und Fahrwerksteilen;
- Energie: Dieses Verfahren wird auch zur Herstellung von Hochdruckturbinen und -geräten verwendet, bei denen fehlerfreie Schweißnähte erforderlich sind;
- Eisenbahn: Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Radsätzen und Schienen und sorgt für präzise Verbindungen und mehr Sicherheit;
- Medizin: Es wird verwendet, um Implantate und chirurgische Werkzeuge aus biokompatiblen Metallen mit makelloser Verarbeitung zu entwerfen;
- Raumfahrt: Schließlich ermöglicht diese Technologie den Zusammenbau von leichten und extrem widerstandsfähigen Strukturen, die für extreme Bedingungen geeignet sind.
TRA-C industrie, Spezialist für Rührreibschweißen
Als Pionier im Bereich des Rührreibschweißens (FSW) hat sich TRA-C industrie seit 2009 für diese innovative Technologie eingesetzt. Auf diese Weise trägt sie zu ihrer kontinuierlichen Verbesserung und ihrer Integration in die Fertigungsindustrie bei.
Dank unseres Engagements für Forschung und Entwicklung sind wir in Europa führend im FSW-Schweißen. Durch die Entwicklung neuer Techniken und die Konstruktion modernster Maschinen erweitern wir die Grenzen der industriellen Montage und verbessern die Leistung geschweißter Materialien.
Die zunehmende Beliebtheit des Reibschweißens für die Verbindung komplexer Legierungen hat die Fachkompetenz von TRA-C gestärkt. Wir haben Lösungen entwickelt, die den Anforderungen zahlreicher Branchen gerecht werden, von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Energie- und Eisenbahnindustrie!
TRA-C industrie arbeitet schließlich eng mit renommierten Partnern wie der UIMM zusammen, um die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich voranzutreiben. Auf diese Weise sind wir ständig innovativ und bieten unseren Kunden immer leistungsfähigere Technologien an.
