Aus welchen Komponenten besteht ein Werkzeug für das Rührreibschweißen?

Das Rührreibschweißwerkzeug ist eines der Schlüsselelemente für erfolgreiche FSW-Anwendungen. Die zahlreichen Tests und das Feedback der Benutzer haben dazu beigetragen, die bestmögliche geometrische Konfiguration zu ermitteln.

In jedem Fall bestehen FSW-Tools immer aus 2 Hauptkomponenten:

• Die Schulter: Sie steht in ständigem Kontakt mit der Oberfläche der zu schweißenden Teile und erzeugt einen Großteil der Wärme durch Reibung. Zylindrisch oder konisch geformt, geht dieser Teil des Werkzeugs dem Stift voraus und übt einen konstanten Druck aus, nämlich die Schmiedekraft, um die Materialien zu erwärmen und zu erweichen. Außerdem ziehen seine Spiralen das Material zur Mitte hin, so dass es nicht aus dem Schweißbereich austreten kann. Dies führt zu einer Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit und der Qualität der Schweißnaht, zu einer größeren Toleranz gegenüber einem Versatz der Schweißnaht und zu einer geringeren Gratbildung.

• Der Stift: Am Ende des Werkzeugs angebracht, dringt diese Gewindespitze in das erweichte Material ein und dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, um es durch die Scherwirkung zu vermischen. Diesen Vorgang nennt man Kneten. Mit seinen Rillen und seiner konischen Form ergänzt er außerdem die Erwärmung durch die erzeugten plastischen Verformungen. So erleichtert er das Mischen von Materialien, wodurch Teile miteinander verschweißt werden können.

Wie funktioniert ein FSW-Tool in der Praxis?

Als zentraler Bestandteil einer FSW-Maschine arbeitet das Rührreibschweißwerkzeug während der Montage in vier Schlüsselschritten:

1. Eindringen: Nach dem Einspannen der Teile – ein wichtiger Schritt, um die zu lötenden Komponenten zu halten – wird das FSW-Werkzeug zunächst in Rotation versetzt und an der Schnittstelle der zu lötenden Komponenten eingeführt;
2. Vorwärmen: Diese Wartephase erwärmt dann das Material lokal, das in einen teigigen Zustand übergeht, und ermöglicht einen Temperaturanstieg des Werkzeugs;
3. Schweißen: Das Werkzeug bewegt sich dann entlang der Schweißnaht, um das Rühren der Teile zu bewirken und eine mechanische Verbindung zu bilden;
4. Zurückziehen des Werkzeugs: Am Ende des Werkstücks schließlich fährt das Werkzeug nach oben und hinterlässt ein Austrittsloch. Beim Abkühlen kristallisiert das Material wieder aus, wodurch die Schweißnaht entsteht.

Warum sollte man ein hochwertiges Rührreibschweißwerkzeug wählen?

Die Auswahl eines qualitativ hochwertigen Rührreibschweißwerkzeugs ist von entscheidender Bedeutung, da sich seine Leistung direkt auf die Oberflächenbeschaffenheit, Festigkeit und Integrität der Schweißnaht auswirkt. Natürlich auch auf die Haltbarkeit des Werkzeugs:

• Verschleißfestigkeit: FSW-Werkzeuge sind extremen Bedingungen ausgesetzt, mit hohen Drehzahlen und großen Druckkräften. Ein Qualitätswerkzeug ist so konstruiert, dass es diesen Belastungen standhält, was seine Lebensdauer verlängert;
• Werkzeuggeometrie: Die Form des Stifts und der Schulter trägt zur mechanischen Festigkeit der Schweißnaht bei. Eine präzise Geometrie reduziert daher Schweißfehler und den Nachbearbeitungsbedarf;
• Geeignete Materialien: Das Rührreibschweißwerkzeug wird aus Spezialstählen, Karbiden oder Verbundwerkstoffen hergestellt. So sollten die Legierungen je nach gewünschter Leistung ausgewählt werden;
• Zuverlässigkeit und Sicherheit: Ein Qualitätswerkzeug wird auch getestet und zertifiziert, um seine Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Verwendung zu gewährleisten. Es muss dauerhaft funktionieren, so dass es während des Schweißprozesses zu keinen Ausfällen kommen kann;
• Schweißnahtqualität: Ein gutes Werkzeug ermöglicht schließlich gleichmäßige Schweißnähte ohne größere Fehler und bietet hervorragende mechanische Eigenschaften. Es verringert somit das Risiko, dass Teile aussortiert werden müssen, was sich als zeit- und ressourcenaufwändig erweisen könnte.

Welche Lebensdauer hat ein Rührreibschweißwerkzeug?

Die Lebensdauer eines Rührreibschweißwerkzeugs hängt von drei Hauptfaktoren ab. Diese müssen berücksichtigt werden, um den Austausch des Stifts und der Schulter zu antizipieren, noch bevor dies die Qualität der Verbindungen beeinträchtigt:

• Abrasiver Verschleiß: Die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem geschweißten Material führt zu Ermüdungserscheinungen an der Spirale der Schulter, die sich langfristig abnutzt;
• Zyklische Ermüdung: Die Schleppkraft, wenn sich das Werkzeug entlang der Schweißnaht bewegt, führt zu einer Ermüdung an der Basis des Stifts und zu seinem vorzeitigen Bruch;
• Die zu schweißenden Materialien: Je dichter die Legierung schließlich ist, desto größer ist die Reibung, was das Kneten erschwert und das FSW-Werkzeug verschleißt.

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