Reibrührschweißen
Sauberes Schweißen
Reibrührschweißen (FSW) ist ein rein mechanischer Prozess. Es ist sauber, umweltfreundlich und erzeugt gute Schweißnähte. Darüber hinaus ist FSW auch für verschiedenartige Metalle und andere geeignet, die mit herkömmlichen Techniken nur schwer zu verschweißen sind.
0 min. 39 sec.  | Windows Media
Real Stream
Quicktime
|
Das 1991 am britischen The Welding Institute (TWI) erfundene Reibrührschweißen (Friction Stir Welding - FSW) ist die vielleicht bemerkenswerteste und sinnvollste neue Schweißtechnik, die in jüngster Zeit entwickelt wurde. In der zweiten Hälfte der Neunzigerjahre begannen die EADS-Forschungslabors in Suresnes und Ottobrunn (inzwischen zu EADS Innovation Works umbenannt) mit der Erprobung dieses neuen Verfahrens und erwarben TWI-Lizenzen, um den Prozess zu optimieren.
 |
| ||||
Reibrührschweißen ist ein rein mechanischer Prozess. Es ist sauber, umweltfreundlich und erzeugt gute Schweißnähte. Darüber hinaus ist FSW auch für verschiedenartige Metalle und andere geeignet, die mit herkömmlichen Techniken nur schwer zu verschweißen sind. Mit FSW können nicht nur Bleche und Platten, sondern auch Rohre, Tanks, T-Stücke und Eckverbindungen geschweißt werden. Das FSW-Verfahren ist mit leicht verfügbaren Standard-Werkzeugmaschinen möglich, lässt sich automatisieren und kann seit neuestem auch von Robotern durchgeführt werden.
Der zu Grunde liegende Prozess ist bemerkenswert einfach: Ein schnell rotierender zylindrischer Schweißkopf mit Werkzeugschulter und Schweiß-Pin mit Spezialprofil erzeugt Reibwärme. Durch diese Wärme wird der Werkstoff der Fügepartner unterhalb des Schmelzpunktes plastifiziert. DasWerkzeug wird zwischen die beiden Fügepartner eingebracht, so dass die Werkstoffe durch den engen Kontakt zwischen Schweiß-Pin und Werkzeugschulter gerührt beziehungsweise geschmiedet werden. Die dadurch entstehende Schweißnaht weist eine feinere Mikrostruktur als das ursprüngliche Material auf. Die relativ geringe Restbelastung und die feinkörnige Struktur der Reibschweißnaht ermöglichen eine ausgezeichnete Festigkeit und Formbarkeit, was gerade in der Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist.
Generell eignen sich alle extrudierbaren Aluminiumwerkstoffe für das Schweißen, einschließlich Schmiede- und Gusslegierungen sowie Legierungen mit metallischer Matrix. Das Verfahren ist auch für Magnesium-, Kupfer- und Zinklegierungen sehr geeignet. Auch das Schweißen von Stahl und Titan wurde bereits im Labor untersucht.
Die FSW-Anwendungsbereiche der Zukunft umfassen die Verbindung anderer "nicht schweißbarer“ Aluminiumlegierungen, zukunftsweisender Aluminium-/Lithium-Verbindungen sowie bewehrter Aluminiumwerkstoffe. Das Verfahren toleriert innerhalb gewisser Grenzen selbst Spalten und Versatz, und die Oberfläche der Fügepartner muss lediglich leicht vorbehandelt werden - ein entscheidender Vorteil gegenüber dem Schmelzschweißen, das eine spezielle Oberflächenbehandlung voraussetzt. Metallische Zusatzwerkstoffe oder Schutzgase sind ebenso wenig erforderlich.
FSW ist sehr geräuscharm und setzt weder Rauch oder Staub noch gefährliches Plasma oder Röntgenstrahlung frei. Die Schweißgeschwindigkeiten von 100 bis 2.000 mm/min sind mit vielen Schmelzschweißverfahren vergleichbar. Die Werkstücke müssen auf einer robusten Schweißunterlage fest verspannt sein. Am Ende jeder Schweißstrecke verbleibt ein Schlüsselloch (Keyhole).
Die Nachteile des Verfahrens werden derzeit durch intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit beseitigt. Bei EADS Innovation Works wurde mit dem Einsatz weitergehender Verfahrensoptionen wie dem Spulen- und Einziehpinwerkzeug ein Umfangs- und Kurvenschweißverfahren mit verschiedenen Radien entwickelt. Bei beiden sind einige der Nachteile des Originalverfahrens behoben: Aufgrund der Spulenform ist keine Schweißunterlage mehr notwendig, da die gesamte vertikale Kraft direkt im Schweißkopf anliegt; zum anderen können mit dem einziehbaren Werkzeug Werkstoffe unterschiedlicher Dicke verarbeitet werden. Außerdem bleibt am Ende der Schweißnaht kein Schlüsselloch. Beide Methoden ermöglichen darüber hinaus mit dem auf einem Gelenkroboter montierten Schweißwerkzeug die Erstellung dreidimensionaler Schweißnähte.
Im Reibrührschweißen und damit verbundenen Technologien werden nach wie vor rasante Fortschritte erzielt. Die Anzahl der Anwendungsbereiche und der schweißbaren Werkstoffe wächst ständig, ebenso das Know-how in verfahrensrelevanten Aspekten der Metallurgie und des Engineering. Zurzeit laufen mit mehreren Business Units Gemeinschaftsprogramme, die dazu führen sollen, dass des Reibrührschweißens in der Serienfertigung angewendet wird.
