Rührreibschweißen

by test01 Juni 28, 2019

Das Rührreibschweißen (engl.: Friction Stir Welding) gehört zur Gruppe der Reibschweißverfahren und eignet sich insbesondere für das Fügen von Nichteisenmetallen mit niedriger Schmelztemperatur und Mischverbindungen.

Das Verfahren basiert auf dem Einsatz eines rotierenden Stiftes, der zwischen den Berührungsflächen zweier Werkstücke entlanggeführt wird. Die dabei entstehende Reibungswärme sorgt für eine Plastifizierung des Werkstoffs und ermöglicht das Verschweißen der Werkstücke. Das Rührreibschweißen erzeugt besonders hochwertige Schweißverbindungen mit hervorragenden Ermüdungseigenschaften und erfreut sich in der metallverarbeitenden Industrie daher großer Beliebtheit.

Rührreibschweißen - so funktionert es

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Technische Grundlagen zum Rührreibschweißen

Das Rührreibschweißen wird in der Norm EN ISO 4063 (Prozess 43) beschrieben und lässt sich vereinfacht in sechs aufeinanderfolgenden Schritten beschreiben:

  1. Die zu verschweißenden Bauteile werden in einer Vorrichtung eingespannt, mit Druck beaufschlagt und gegeneinandergedrückt. Das rotierende, stiftähnliche Werkzeug wird mit hoher Kraft in den Spalt zwischen den Bauteilen gedrückt, bis die Schulter des Werkzeugs auf der Oberfläche des Bauteils aufliegt.
  2. Durch die Rotationsbewegung des Werkzeugs entsteht Reibungsenergie, die den Werkstoff im Fügespalt an der Eintauchstelle erwärmt. Im Zuge dieser Erwärmung plastifiziert das Material, wodurch sich die beiden Werkstoffe im Fügespalt miteinander vermischen und verbinden.
  3. Das Werkzeug bewegt sich nun mit weiterhin rotierender Bewegung entlang des Fügespalts, wobei der hohe Anpressdruck aufrechterhalten wird. Durch diesen Prozess wird das bereits plastifizierte Material um das Werkzeug herum transportiert, vermischt sich dort und bildet eine Schweißnaht.
  4. Wenn der rotierende Stift das Ende der vorgesehenen Schweißnaht erreicht, wird die Vorschubbwegung gestoppt.
  5. Das Werkzeug wird nun – bei weiterhin rotierender Bewegung – aus der Fügezone der beiden Bauteile entfernt.
  6. Im Zuge der abschließenden Qualitätsprüfung wird die Schweißnaht durch eine visuelle Begutachtung oder durch zerstörungsfreie Prüfmethoden untersucht.

Welche Werkstoffe können verschweißt werden?

Das Rührreibschweißen eignet sich hervorragend zum Fügen von Blechen mit einer Tiefe von mehr als 30 mm. Eine der Herausforderungen des Verfahrens ist die hohe Prozesskraft, die durch den hohen Anpressdruck bei gleichzeitiger Rotationsbewegung entsteht. Da sich die erzielbaren Einschweißtiefen mit zunehmender Festigkeit verringern, ist das Rührreibschweißen vor allem zum Fügen von Aluminium-Bauteilen prädestiniert. Darüber hinaus werden aber auch Mischverbindungen aus Aluminium und Stahl sowie Metallschäume mit dem Verfahren verschweißt.

Auch schwer schweißbare oder artfremde Werkstoffe können verfügt werden. Dazu gehören unter anderem:

  • Magnesium
  • Kupfer
  • Titan

Rührreibgeschweißte Teile der Firma Rapid Technic AG:

Rührreibschweißen - Platte aus Aluminium und Kupfer
Rührreibschweißen - Platte aus Aluminium und Kupfer
Aluminiumplatte - Rührreibschweißen
Aluminiumplatte - Rührreibschweißen
Aluminium-Kupfer-Verbindung - Rührreibschweißen
Aluminium-Kupfer-Verbindung - Rührreibschweißen

Vorteile des Rührreibschweißens

Das Rührreibschweißen zeichnet sich im Vergleich zu anderen Schweißverfahren durch eine Reihe entscheidender Vorteile aus. Die wichtigsten Vorteile des Verfahrens im Überblick:

  • Qualität: Beim Rührreibschweißen entstehen dank des vergleichsweise geringen Wärmeeintrags keine Risse oder Poren im Material. Die resultierende Schweißnaht zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit bei minimalem Verzug aus.
  • Wirtschaftlichkeit: Das Rührreibschweißen erlaubt bei Verwendung hochmoderner Maschinen das wirtschaftliche Fügen von Bauteilen mit komplexen 3D-Geometrien. Da keine Verbrauchsmaterialien wie Schutzgas oder Fülldraht erforderlich sind, sind die Verbrauchskosten entsprechend gering.
  • Umwelt: Anders als bei klassischen Schweißverfahren treten beim Rührreibschweißen keine Rauchgase oder gesundheitlich gefährliche Lichtblitze auf. Darüber hinaus fällt die Umweltbilanz des Verfahrens dank des geringen Energieverbrauchs sehr freundlich aus.

In welchen Bereichen wir das Rührreibschweißen eingesetzt?

Das Rührreibschweißen wird in verschiedenen Branchen zum Fügen von Aluminium und anderen Werkstoffe verwendet. Die Kunden für rührreibgeschweißte Bauteile kommen überwiegend aus den folgenden Bereichen:

  • Automobilindustrie
  • Luft- und Raumfahrttechnik
  • Eisenbahntechnik
  • Transportwesen und Verkehrssektor
  • Marine Anwendungen (zum Beispiel Schiffbau)
  • Fertigung von Wärmetauschern
  • Nukleartechnik
  • Medizintechnik
  • Behälterbau
Rührreibschweißmaschine von MTI bei der Firma Rapid Technic AG
Rührreibschweißmaschine von MTI bei der Firma Rapid Technic AG

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