Wie kann das Rührreibschweißen in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden?
Aluminium und Aluminiumlegierungen sind Materialien, die in der Luft- und Raumfahrttechnik weit verbreitet sind. Das Material ist leicht, aber im Verhältnis zu seiner Dichte sehr widerstandsfähig. Dieses Metall und seine Legierungen sind ideal für Anwendungen, bei denen leichte, aber robuste Strukturen benötigt werden. Es ist daher ein beliebtes Material für die Luft- und Raumfahrttechnik, da das Gewicht für die Herstellung effizienter Flugzeuge entscheidend ist.
Allerdings stellen die Eigenschaften von Aluminium, die es für die Produktion von Leichtfahrzeugen wertvoll machen, auch ein Hindernis für die Herstellung dar. Es hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und ist recht reaktionsträge. Das bedeutet, dass die traditionellen Mittel zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen untereinander und mit anderen Materialien nicht mehr verwendet werden können. Bei der Verwendung traditioneller Schmelzschweißverfahren ist das Schweißen von Aluminium schwierig, da es anfällig für Defekte, Eigenspannungen und Verformungen um die Verbindung herum ist.
Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding) ist ein innovativer Ansatz zum Verbinden struktureller Legierungen, die in Flugzeugen verwendet werden. Lesen Sie weiter, um mehr über seine Verwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik zu erfahren.
Was ist Rührreibschweißen?
Das Rührreibschweißen oder FSW ist eine Festkörperschweißmethode, die auf einem schnell rotierenden Werkzeug beruht. Dieses Werkzeug wird entlang der Linie erzwungen, an der eine Verbindung zwischen den Komponenten gewünscht wird. Dies erzeugt durch Reibung Wärme zwischen den aneinandergrenzenden Materialien, wodurch eine starke Schweißnaht entsteht, die durch das Vermischen der Bestandteile der beiden Teile gebildet wird.
Wenn das Werkzeug über die Verbindungslinie geführt wird, fließt das erhitzte Material um das Werkzeug herum. Dieses Material ist extremen Graden der plastischen Verformung ausgesetzt. Sobald der Durchgang beendet ist, rekristallisiert das Metall in der Mitte der Schweißnaht zu einer körnigen Struktur. Der Bereich der Schweißnaht selbst wird oft als „Kernzone“ bezeichnet. Diese ist von dem Material umgeben, das den Bereich einengt, und wird durch den Durchgang des Werkzeugs verformt. Die restlichen Bauteile sind daher keinen großen plastischen Verformungen ausgesetzt, was das Flugzeugbauteil strukturell viel robuster macht.
Die traditionelle Montage in der Luft- und Raumfahrt
Bis Mitte der 1950er Jahre war das Gasschweißen für die Hersteller die gängigste Methode, um die im Flugzeugbau verwendeten Materialien miteinander zu verbinden. Diese Methode wurde für Materialien mit einer Dicke von weniger als 3/16 Zoll verwendet. Dieses Verfahren wurde aufgrund der geringeren Kosten allmählich durch das Lichtbogenschweißen ersetzt.
Das Acetylen-Sauerstoff-Schweißen und das Lichtbogenschweißen wurden in der Luft- und Raumfahrtindustrie bei der Herstellung und Reparatur von Flugzeugen häufig eingesetzt.
Auch das WIG-Schweißen wurde in den späten 1930er Jahren entwickelt. Diese Form des Schweißens wird zum Verbinden von Magnesium verwendet und wird in der Industrie zu diesem Zweck noch häufig eingesetzt. Sie kann auch zum Zusammenbau von Komponenten aus rostfreiem Stahl und zum Schweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet werden. Diese Form der Montage wird häufig bei der Wartung und Reparatur von Flugzeugen verwendet.
Es gibt zwei Hauptarten des Lichtbogenschweißens. Das Lichtbogenschweißen mit umhüllter Elektrode (SMAW) und das Schutzgasschweißen mit abschmelzender Elektrode (MIG). Diese haben unterschiedliche Verwendungszwecke. Das SMAW-Schweißen wird manchmal verwendet, wenn Stahlkomponenten zusammengebaut werden müssen, und das MIG-Schweißen wird seit einiger Zeit für die Großfertigung eingesetzt.
Keine dieser Methoden eignet sich jedoch perfekt, um Aluminium mit anderen Komponenten zu verbinden. Da Aluminium ein Material ist, das sich nur schwer schmelzschweißen lässt, kann die Verwendung dieser Ansätze zu ungünstigen Ergebnissen führen.
Warum das Rührreibschweißen überlegen ist
FSW hat gegenüber dem herkömmlichen Schmelzschweißen mehrere deutliche Vorteile für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt. Diese beziehen sich hauptsächlich darauf, wie es Aluminium und Aluminiumlegierungen verklebt, aber das Verfahren kann auch deutlich wirtschaftlicher und umweltfreundlicher sein als das traditionelle Schweißen.
Wie bereits erwähnt, ist Aluminium kein ideales Material für das Lichtbogenschweißen. Dies gilt insbesondere, wenn bei einem Flugzeug Stahl- oder Kupferkomponenten mit Aluminium verbunden werden müssen.
Wenn Aluminium und Stahl mittels Schmelzschweißen verbunden werden, können die sehr unterschiedlichen strukturellen Eigenschaften der Materialien zu Problemen führen. Das häufigste Problem ist die Bildung von spröden intermetallischen Verbindungen zwischen den Komponenten. Diese untergraben die Stärke einer Verbindung. Da Flugzeuge regelmäßig großen Kräften ausgesetzt sind, müssen die Verbindungen zwischen den Komponenten so robust wie möglich sein. Das Lichtbogenschweißen ist daher für die Verwendung von Aluminium in der Luft- und Raumfahrt nicht ideal.
Bimetallische Einsätze können verwendet werden, um dieses Problem zu umgehen. Andernfalls können die Hersteller die Tauchbeschichtung von Stahl verwenden, um die Materialien erfolgreich zusammenzufügen. Dabei handelt es sich jedoch um unvollkommene Lösungen, die zusätzliche Materialien erfordern.
Beim FSW-Verfahren werden außer den Metallen, die miteinander verbunden werden müssen, keine weiteren Metalle verwendet. Dies kann den Prozess des Zusammenfügens von Materialien, die in Flugzeugen verwendet werden sollen, wesentlich kostengünstiger machen, da weniger Metall benötigt wird. Das Verfahren kann bei dicken Materialien angewendet werden, es ist vollautomatisch und schnell. Außerdem ist kein Schutzgas erforderlich, das die Kosten für das Schmelzschweißen erheblich erhöhen würde.
Das FSW-Verfahren eignet sich auch hervorragend für die Luft- und Raumfahrttechnik, da die Hersteller auf Befestigungen zwischen den Bauteilen verzichten können. Ohne dieses Verfahren müssten Luft- und Raumfahrtingenieure Millionen von Verbindungselementen verwenden, um die in Flugzeugen verwendeten Materialien zusammenzufügen. Diese sind überflüssig, wenn das FSW-Verfahren zur Herstellung der Dichtungen verwendet wird, was zu erheblichen Kosten- und Gewichtseinsparungen bei der Flugzeugherstellung führen würde.
Der Ansatz von TRA-C zum Schweißen in der Luft- und Raumfahrtindustrie
TRA-C Industrie ist ein führendes Unternehmen, das sich auf FSW spezialisiert hat. Wie bereits erwähnt, kann sich diese Methode im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik als wertvoll erweisen, und TRA-C ist eines der wenigen europäischen Unternehmen, das einen Ansatz anbietet, der vollständig auf die Herstellung von hochwertigen Geräten zugeschnitten ist.
TRA-C verwendet seit 2009 das FSW-Verfahren in seinen Herstellungsprozessen. In dieser Zeit wurden fast alle Aspekte dieser Zusammensetzungsmethode verbessert und verfeinert. Das von TRA-C vorgeschlagene FSW-Verfahren ist effizient, schnell und umweltfreundlich. Darüber hinaus kann die Technik auf einige der am häufigsten in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendeten Materialien angewendet werden, so dass es möglich ist, robuste Verbindungen zwischen Aluminium und anderen Metallen herzustellen. Daher ist der innovative Ansatz von TRA-C beim Schweißen perfekt für die Luft- und Raumfahrtindustrie geeignet.
Insgesamt sind der innovative Ansatz von TRA-C zur Verbesserung der Schweißmethoden für heterogene Metalle mithilfe des FSW-Verfahrens und der Schwerpunkt auf Robotik und automatisierten Prozessen perfekt für die Fertigung in der Luft- und Raumfahrt geeignet. Bei der Herstellung von Flugzeugen sind Schweißnähte mit einer hohen mechanischen Festigkeit von entscheidender Bedeutung. Dank der automatisierten Ansätze von TRA-C sind solche Schweißungen mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit und Effizienz möglich.
