Es ist Reibrührschweißen!
Lernen wir uns heute kennen!
Die Reibrührschweißtechnik wurde 1991 vom British Welding Institute (TWI) erfunden. Im darauffolgenden Jahr meldete es in Großbritannien ein Erfindungspatent an und beantragte außerdem Patentschutz in verschiedenen Ländern auf der ganzen Welt. Seit dem Patentschutz und der Patentoffenbarung wird die Reibrührschweißtechnik immer häufiger eingesetzt, zunächst und hauptsächlich im Bereich von Leichtmetallstrukturen wie Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen. Auch auf dem Gebiet der Materialien mit hohem Schmelzpunkt wurden gewisse Fortschritte erzielt.
Zusätzlich zu den Vorteilen der gewöhnlichen Reibschweißtechnik kann das Reibrührschweißen auch in vielfältigen Verbindungsformen und unterschiedlichen Schweißpositionen verbunden werden. Norwegen hat die weltweit erste kommerzielle Reibrührschweißanlage entwickelt, die Schiffsbleche aus Aluminium mit einer Dicke von 3-15mm und einer Größe von 6×16 schweißen kann; 1998 führte das Raumfahrt- und Verteidigungslabor der Boeing Company in den Vereinigten Staaten die Reibrührschweißtechnologie ein, die zum Schweißen bestimmter Raketenkomponenten verwendet wird; McDonnell Douglas nutzt diese Technologie auch zur Herstellung von Treibstofftanks für seine Delta-Trägerrakete.
Das Reibrührschweißverfahren ist das gleiche wie das herkömmliche Reibschweißen. Beim Reibrührschweißen werden außerdem Reibungswärme und plastische Verformungswärme als Schweißwärmequellen genutzt. Der Unterschied besteht darin, dass beim Reibrührschweißverfahren ein Zylinder oder eine anders geformte Rührnadel (z. B. ein Gewindezylinder) in die Verbindungsstelle des Werkstücks eingeführt wird und die Hochgeschwindigkeitsrotation des Schweißkopfs dazu führt, dass dieser daran reibt Schweißen des Werkstückmaterials. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Materials an der Verbindungsstelle und es wird weicher. Gleichzeitig wird Reibrührreibung auf das Material ausgeübt, um die Schweißung abzuschließen. Der Schweißvorgang ist in der Abbildung „Diagramm Reibrührschweißen“ dargestellt. Während des Schweißvorgangs muss das Werkstück fest auf dem Stützteller fixiert sein, die Kante des Schweißkopfes rotiert mit hoher Geschwindigkeit und die Naht entlang der Werkstückkante muss sich relativ zum Werkstück bewegen. Der hervorstehende Abschnitt des Schweißkopfes ragt in das Material hinein und sorgt für Reibung und Rührung. Die Schulter des Schweißkopfes reibt an der Oberfläche des Werkstücks, erzeugt Wärme und dient dazu, ein Überlaufen des Kunststoffmaterials zu verhindern und gleichzeitig den Oberflächenoxidfilm zu entfernen.
Beim Schweißvorgang dringt die Rührnadel rotierend in die Fuge des Werkstücks ein. Die Reibungswärme zwischen dem rotierenden Rührkopf (hauptsächlich der Schaftschulter) und dem Werkstück führt dazu, dass das Material vor dem Schweißkopf eine starke plastische Verformung erfährt und sich dann mit der Bewegung des Schweißkopfes nach und nach stark plastisch verformtes Material hinter dem Rührkopf ablagert , wodurch eine Reibrührschweißnaht entsteht. Das Rührreibschweißen stellt keine hohen Anforderungen an die Ausrüstung. Die grundlegendsten Anforderungen sind die Rotationsbewegung des Schweißkopfes und die Relativbewegung des Werkstücks. Sogar eine Fräsmaschine kann die Anforderungen für das Stumpfschweißen kleiner flacher Bleche problemlos erfüllen. Allerdings ist die Steifigkeit der Schweißgeräte und -vorrichtungen äußerst wichtig. Der Mischkopf besteht im Allgemeinen aus Werkzeugstahl und die Länge des Schweißkopfes ist im Allgemeinen etwas kürzer als die erforderliche Schweißtiefe. Es ist zu beachten, dass die Reibrührschweißnaht mit einem Schlüsselloch am Anschlussende endet. Normalerweise kann das Schlüsselloch abgeschnitten oder mit anderen Schweißmethoden versiegelt werden. Als Reaktion auf das Schlüssellochproblem wurde erfolgreich ein Teleskopmischkopf entwickelt, der nach dem Schweißen kein Schweißschlüsselloch hinterlässt.
Anwendung
Während des Schweißprozesses sind keine weiteren Schweißzusatzstoffe wie Schweißstäbe, Schweißdrähte, Flussmittel und Schutzgase erforderlich. Es wird lediglich der Schweißrührer verbraucht.
Das Reibrührschweißen wird erfolgreich bei der Verbindung von Nichteisenmetallen eingesetzt. Aufgrund der eingeschränkten Eigenschaften des Schweißverfahrens ist es jedoch auf das Schweißen einfacher Strukturbauteile wie gerader Strukturen oder zylindrischer Strukturen beschränkt und das Werkstück muss über eine gute Unterstützung oder Polsterung verfügen. Prinzipiell kann das Reibrührschweißen zum Schweißen in verschiedenen Positionen eingesetzt werden, wie z. B. Flachschweißen, Vertikalschweißen, Überkopfschweißen und Abwärtsschweißen; Es kann verschiedene Formen von Schweißverbindungen herstellen, z. B. Stoßverbindungen, Eckverbindungen und Überlappungsverbindungen, und sogar Strukturen mit unterschiedlichen Dicken. Die Verbindung mit Mehrschichtwerkstoffen kann auch zum Schweißen unterschiedlicher Metallwerkstoffe durchgeführt werden.
Darüber hinaus verursacht das Rührreibschweißen als Festphasenschweißverfahren eine geringe Umweltbelastung vor und während des Schweißens. Das Werkstück erfordert vor dem Schweißen keine strengen Anforderungen an die Oberflächenreinigung und -vorbereitung. Durch die Reibung und das Rühren während des Schweißvorgangs kann der Oxidfilm auf der Oberfläche des Schweißstücks entfernt werden, und während des Schweißvorgangs entstehen weder Rauch noch Spritzer. Gleichzeitig ist die Geräuschentwicklung gering. Da das Reibrührschweißen nur auf der Drehung und Bewegung des Schweißkopfes beruht, um die gesamte Schweißnaht schrittweise zu verschweißen, ist es energiesparender als das Schmelzschweißen oder sogar das herkömmliche Reibschweißen.
Da der Wärmeeintrag beim Reibrührschweißen geringer ist als beim Schmelzschweißen, kommt es an der Verbindungsstelle nicht zum Aufschmelzen des Metalls. Es handelt sich um einen Festkörperschweißprozess, der die metallurgischen Eigenschaften des Grundmetalls in der Legierung beibehält und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe schweißen und schnell verfestigen kann. Materialien, die beim Schmelzschweißen unerwünschte Reaktionen hervorrufen können.
Zu den Hauptanwendungsbranchen gehören Luft- und Raumfahrt, Verteidigungsindustrie, Schiffbau, Eisenbahnen und Autobahnen, Automobilbau und Elektronikindustrie.
