Was ist Rührreibschweißen?
Rührreibschweißen oder Friction Stir Welding (FSW) ist ein Pressschweißverfahren, bei dem ein rotierendes Werkzeug zwischen den Berührungsflächen der Bauteile entlanggeführt wird. Durch Reibwärme und Druck werden die beiden Bauteile miteinander verbunden. Das Rührreibschweißen ist nach DIN EN ISO 4063 normiert.
Besonders gut eignet sich das Rührreibschweißen für Aluminium, Nichteisenmetalle mit niedriger Schmelztemperatur oder für Mischverbindungen. Sogar artfremde Werkstoffe, die in der Regel schwer zu schweißen sind, können mit diesem Verfahren verbunden werden, wie Magnesium, Titan, Stahl, Kupfer oder Aluminium.
Welches sind die Vorteile des Rührreibschweißens?
Das Rührreibschweißen ist ein einfacher Prozess, der undurchlässige Verbindungen mit einer hohen Festigkeit ermöglicht. Die Verbindung zwischen den Bauteilen ist poren- und leckfrei. Beim Rührreibschweißen Prozess wird das Material lediglich einer geringen Hitzeeinwirkung ausgesetzt. So muss das Material nur eine kleine thermische Belastung aushalten, weshalb sich das Verfahren auch gut für Nichteisenmetalle mit niedriger Schmelztemperatur eignet.
Das Rührreibschweißen überzeugt durch gute mechanische Eigenschaften. Für das Verfahren braucht es nur wenige Variablen, die einfach zu steuern sind und enge Toleranzen zulassen. Das Verfahren eignet sich hervorragend für die Automatisierung, weil es eine extrem gute Wiederholgenauigkeit aufweist.
Aluminiumlegierungen sind bekanntlich schwer zu schweißen. Mit Rührreibschweißen kann Aluminium nun auch hervorragend verbunden werden. Auch Teile die eine große Dicke aufweisen können per Rührreibschweißen bewältigt werden. Das Verfahren ermöglicht das Schweißen von Bauteilen, die große Anforderungen an Druckfestigkeit und Dichtheit besitzen.
Die Geschichte des Rührreibschweißens
Die Technik des Rührreibschweißens gibt es seit 1991. Damals wurde das Verfahren von Wayne Thomas erfunden, der es in Europa, in den USA, Australien und Japan sein Patent anmeldete. Sein Ziel war es, eine Technik zum Schweißen von Aluminium zu entwickeln, was ihm mit dem Rührreibschweißen erfolgreich gelang. Nur wenige Jahre später fand das Verfahren bereits breite Anwendung in der Industrie, die Nachfrage auf dem Markt war sehr groß.
Wie funktioniert Rührreibschweißen?
Die Werkstücke werden in festem Zustand miteinander verbunden. Ein rotierendes Werkzeug erzeugt Reibungswärme und Druck auf die Verbindungsflächen. Dadurch mischt sich das Metall und es entsteht eine Verbindung von höchster Qualität. An der Stelle, an der das Material der Fuge am nächsten liegt, steigt die Temperatur kurzzeitig auf 500 °C, kühlt im Anschluss jedoch schnell wieder ab. Die niedrige Temperatur lässt erkennen, dass der Schmelzpunkt beim Rührreibschweißen zu keiner Zeit überschritten wird.
Auch für die Arbeitsumgebung bietet das FSW-Verfahren einige Vorteile. Ozonbildung, Schweißblendung oder Rauch werden hier vollständig beseitigt. Zwischenreinigungen, Stahlbürsten oder Schleifen sind nicht erforderlich.
Wodurch unterscheidet sich Rührreibschweißen von herkömmlichen Schweißverfahren?
Beim Rührreibschweißen wird kein Füllmaterial verwendet. Durch die Kombination eines Füllers mit dem Grundwerkstoff entsteht eine Schweißnaht mit einem vom Grundwerkstoff abweichenden Erstarrungsgefüge. Man benötigt beim Rührreibschweißen kein spezielle Schutzmaßnahme. Zur Qualitätskontrolle herkömmlicher Schmelzverfahren muss vermieden werden, dass die Pfütze aus geschmolzenem Metall der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt wird. Folglich verwenden WIG- und MIG-Prozesse Schutzgas. Im Gegensatz zum Schmelzschweißen besteht beim Rührreibschweißen kein Risiko für Erstarrungsrisse, Porosität oder Schwindung.
Die Zugfestigkeitsleistung von reibrührgeschweißten Aluminium ist dem Schmelzschweißen überlegen, wobei die Verbindungseffizienz 83 Prozent oder mehr beträgt. Die Daten zeigen auch, dass die Leistung von Rührreibschweißungen in Aluminiumlegierungen besser ist als die der klassischenSchmelzprozessen. Darüber hinaus weisen FSW-Ergebnisse einen hohen Grad an Wiederholbarkeit bei geringer Streuung in den Daten auf, wodurch sich individuelle Schweißprozesse hervorragend automatisieren lassen.
Neben den Leistungsunterschieden gibt es auch optische Unterschiede zwischen FSW- und Schmelzschweißnähten. In der Mikrostruktur weisen die Nähte beim FSW-Schweißen, also des Rührreibschweißen Prozesses eine deutlich glattere Struktur auf. Da kein Füllmaterial verwendet wird, gibt es auch keine optischen Auffälligkeiten durch ein Füllmaterial, das sich in seinem Aussehen deutlich von den verschweißten Teilen unterscheidet. Durch das fehlende Füllmaterial kann es beim Rührreibschweißen zu einem Endloch kommen, das nach dem Schweißen sichtbar bleibt. Dieses Problem kann aber leicht behoben werden, indem man An- oder Ablauflaschen verwendet. Dadurch wird das Endloch einfach verdeckt.
Die Korrosionsbeständigkeit von FSW-Schweißnähten in gängigen 5xxx- und 6xxx-Aluminiumlegierungen ist vergleichbar mit dem Ausgangsmaterial und übertrifft häufig die von Schmelzschweißnähten. Dies hängt mit einer feineren Mikrostruktur, der Abwesenheit von Porosität und dem Verzicht auf Zusatz anderer Materialien (Füllstoffe) zusammen. Tests von FSW-geschweißtem 6082 ergaben, dass nach 1.000 Stunden SWAAT-Test weder die Streckgrenze noch die Endfestigkeit beeinträchtigt sind. Durch die richtige Steuerung der FSW-Parameter kann diese Leistung sogar noch verbessert werden. Eine Variation der Schweißgeschwindigkeit und der Werkzeugdrehung kann sich positiv auf die Korrosionsbeständigkeit in der Schweißnaht auswirken.
Wozu Rührreibschweißen von Aluminium?
Aluminium ist ein leichtes Material, das aufgrund seines hohen Festigkeit/GewichtVerhältnisses normalerweise eine Gewichtsreduzierung von 30 bis 50 % im Vergleich zu herkömmlichem Kohlenstoffstahl bietet. Aluminium bietet aufgrund seiner Formbarkeit Design Flexibilität und die Möglichkeit, verschiedene Arten von Funktionalitäten in extrudierte Lösungen zu integrieren. Aluminium ist praktisch wartungsfrei,korrosionsbeständig und kann ohne Qualitätsverlust immer wieder recycelt werden.Während des Rührreibschweißen Prozesses werden weder zusätzliche Wärme noch Zusatzmaterial hinzugefügt, was zu relativ niedrigen Temperaturen, geringem Verzug mit engen Toleranzen und einer feinkörnigen Struktur in der Schweißzone mit verbesserter Schweißnahtfestigkeit führt. Aufgrund der Prozessstabilität sind die Schweißnähte lunkerfrei und dicht und nahezu bündig mit dem Grundwerkstoff.
Wo kommt Rührreibschweißen zum Einsatz?
Rührreibschweißen wird häufig in der Serienproduktion in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Eisenbahnen: Fertigung von Böden, Karosserieseiten, Dächern (lange, flache, gerade Paneele)
- Schiffbau: Fertigung von Decks, Fußböden, Schotten, Schanzkleider, Längswänden, Seitenwänden, Außenhaut, Fischkühlplatten (lange, flache, gerade Platten)
- Automotive: Produktion von Karosseriekomponenten, Rücksitzrahmen, Aufhängungsteilen, Verkleidungsteilen (Massenproduktion, hohe Schweißfestigkeit, FS-Punktschweißungen)
- Luft- und Raumfahrt: Produktion von Raketentreibstofftanks, Trägern, Fußböden, kompletten Rümpfen und Flügeln (lange, flache, gerade Komponenten mit hoher Schweißnahtfestigkeit)
- Leistungselektronik: Herstellung von Flüssigkeitskühlern, großen Luftkühlern (hohe Schweißnahtfestigkeit, automatisierte Fertigung)
- Offshore: Produktion von Wohnquartieren, Treppentürmen, Fluggastbrücken (lange, flache, gerade Bauteile mit hoher Schweißnahtfestigkeit).
Rührreibschweißen bei TRA-C Industrie
Unser Forschungs- und Entwicklungsteam untersucht und analysiert jede Kundenanfrage individuell, um eine maßgeschneiderte Lösung für die besonderen Anforderungen jedes Kunden zu finden. Unser Ziel ist es, für alle unsere Kunden die Lösung im Bereich FSW zu entwickeln, die am besten zu ihrem Produkt und zu ihren Bedürfnissen passt. Dafür führt unser Expertenteam Berechnungen durch, entwickelt Prototypen für die Automatisierung und führt sämtliche Tests durch, damit am Ende des Projekts ein solides Konzept herauskommt.Mit einer Lösung von TRA-C industrie im Bereich Rührreibschweißen können unsere Kunden ihre Kosten senken und gleichzeitig höchste Qualität bei der Herstellung ihrer Bauteile sicherstellen. Die Maschine, von unserem TRA-C Expertenteam entwickelt,, wird von unseren Spezialisten vor Ort installiert und den Kunden schlüsselfertig übergeben. Diese erhalten auch eine umfassende Schulung, um die Maschine fachgerecht bedienen zu können. Um die regelmäßige Wartung und Instandhaltung kümmert sich selbstverständlich unser Team. Dieses ist auch bei Fragen oder Problemen für unsere Kunden jederzeit zur Stelle. Unsere mobilen Techniker reisen dann zu Ihnen, um Probleme und Störungen schnell und unkompliziert zu beheben.
