Reibrührschweißen oder FSW ist ein Kontaktschweißprozess, bei dem die durch Reibung erzeugte Wärme zum Verschmelzen von zwei verschiedenen Materialien verwendet wird. Bei dieser Verbindungstechnik werden keine Verbrauchsmaterialien verwendet.
Einer der Hauptvorteile der Verwendung Reibrührschweißen ist die verbesserte Ästhetik der fertigen Teile im Vergleich zu anderen Schweißmethoden.
Reibrührschweißen wurde entwickelt und patentiert von TWI The Welding Institute 1991. Seitdem verwenden unzählige Industrien diese Schweißtechnik aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften.
Dies ist darauf zurückzuführen, wie das Reibrührschweißen auf zwei Werkstücke angewendet wird.
Der Prozess des Reibrührschweißens
Reibrührschweißen verwendet a speziell entwickeltes Werkzeug das sich mit hoher Geschwindigkeit über die Nähte dreht, die zusammengeschweißt werden müssen. Wenn sich das Werkzeug über das Metall dreht, entsteht zwischen ihnen Wärme.
Diese Hitze bewirkt, dass die Metalle plastisch werden und miteinander verschmelzen. Durch Reibrührschweißen können zwei Arten von Verbindungen geschweißt werden :
- Überlappungsfugen
- Stoßverbindungen
Das zum Reibrührschweißen verwendete Werkzeug besteht aus zwei Teilen. Ein zylindrischer Teil namens Schulter, der sich an der Naht dreht, und ein profilierter Stift, der sich von der Schulter aus erstreckt.
Der Stift wird zuerst in die Naht gebohrt. Anschließend dreht sich die Schulter eine bestimmte Zeit lang über dem Werkstück, bis eine optimale Temperatur erreicht ist und von den Materialien absorbiert wird.
Dann bewegt sich das Werkzeug über die Naht, wodurch eine kontinuierliche Schweißnaht entsteht. Dies ist aufgrund der vom Werkzeug erzeugten volumetrischen Erwärmung und des Vermischens der Metallpartikel durch den Profilstift möglich.
Es ist von dem profilierten Stift, der in den Arbeitsbereich gelangt, wo er den Namen „Rühren“ erhält, da der Stift die erweichten Partikel buchstäblich umrührt, um sie zu verschmelzen.
TWI hat detailliert wie der Schweißprozess abläuft, wenn sich das Werkzeug über zwei Materialien bewegt.
Wenn sich die Kontaktflächen erwärmen, bilden sich drei Arten von Rückgewinnungen innerhalb der Materialien: Ein Schweißnugget, TMAZ oder thermomechanisch betroffene Zone und HAZ oder Wärmeeinflusszone.
Beim Reibrührschweißen wird das Schweißgut dynamisch umkristallisiert. In einfachen Worten, die mikrostrukturellen Körner des Metalls wachsen gleichzeitig, wenn sich das Metall verformt.
Dies führt zu einer viel besseren Verbindung, noch mehr als beim Lichtbogenschweißen.
Reibrührschweißen vs. Reibschweißen - der Unterschied
Mehrere Schweißtechniken verwenden Reibung, um Wärme zu erzeugen. Unter diesen ist das Reibschweißen am häufigsten. Bei einem typischen Reibschweißverfahren wird die Wärme zwischen den beiden Werkstücken erzeugt, indem ein Werkstück an den Nähten relativ zu einem anderen bewegt wird.
Durch die Reibung zwischen den beiden Oberflächen schmelzen und verschmelzen sie.
Dies schränkt jedoch das Reibschweißen beim Werkstückaufbau ein, da es in der Lage sein muss, ein Werkstück mit hoher Geschwindigkeit durch lineare Hin- und Herbewegung zu bewegen.
Das Reibrührschweißen überwindet diese Einschränkung, indem die Werkstücke fixiert und das Werkzeug dann entlang der Naht bewegt werden, wodurch die Schweißnaht entsteht.
Vorteile des Reibrührschweißens
Die Vorteile des Reibrührschweißens ergeben sich aus seiner einzigartigen Schweißnaht, bei der keine Verbrauchsmaterialien oder Abschirmelementtechniken verwendet werden. Dies verleiht der Schweißnaht die folgenden Eigenschaften :
- Die fertige Schweißnaht ist nahtlos und ästhetisch
- Es können ansonsten nicht schweißbare Legierungen wie Aluminium 2xxx und 7xxx geschweißt werden.
- Vollautomatischer Prozess
- Keine Form von Flussmittel oder Abschirmmittel erforderlich
- Niedrige Spitzentemperaturen verhindern das Schrumpfen und die Porosität der Risse
- Einschränkungen beim Reibrührschweißen
Im Gegensatz zu anderen Schweißwerkzeugen muss das beim Reibschweißen verwendete Werkzeug die Werkstücke nicht nur erwärmen, sondern auch schmieden. Daher muss das Werkzeug erheblichen Belastungen standhalten und darf keinen übermäßigen Verschleiß verursachen.
Dies ist einer der Gründe, warum das Reibrührschweißen bei Hartstahl oder Metallen nicht häufig angewendet wird. Außerdem hinterlässt der profilierte Stift beim Verlassen des Werkstücks ein Loch.
Das Rührschweißen wird hauptsächlich zum Schweißen von Aluminium verwendet und kann nahezu alle Arten von Aluminium schweißen, auch die modernen Al-Li-Legierungen. Der Grund, warum es auf Aluminium beschränkt ist, liegt darin, dass Aluminiumschweißungen bei relativ niedrigen Spitzentemperaturen auftreten können.
Anwendungen des Reibrührschweißens
Reibrührschweißen findet Anwendung in a vielfältige Branchen die Aluminium verwenden.
Schiffbau : FSW war zuerst verwendet zum Schweißen von hohlen Aluminiumplatten für Fischerboote. Heutzutage ist diese Schweißtechnik beim Schweißen von Aluminium-Gefrierplatten üblich, die in der Karosserie und im Rumpf von Schiffen verwendet werden.
Da FSW nur minimale Verzerrungen verursacht, behalten Aluminiumplatten auch bei langen Schweißnähten ihre Form.
Luft- und Raumfahrt : Aluminium-Kraftstofftanks, die in Raumfahrzeugen zur Speicherung von kryogenem Sauerstoff verwendet werden, verwenden FSW. Die Verbindungstechnik schweißt die Kuppeln an die zylindrische Struktur, aus der diese Kraftstofftanks bestehen.
Boeing verwendete FSW in Interstage-Modul einer Delta II-Rakete, die im August 1999 erfolgreich gestartet wurde.
FSW wird auch zum Verbinden von leichten Aluminiumrahmen im Flugzeugrumpf verwendet. Dies liegt daran, dass die Technik eine viel leichtere Alternative zum Verschrauben oder Nieten bietet.
Eisenbahn : Reibrührschweißen findet seine Verwendung bei Hohlprofilen und T-Versteifungsprofilen zur Herstellung von Hochgeschwindigkeitszügen.
Automobilindustrie : Die Automobilindustrie hat sich für Aluminium als optimales Material für die Vorbereitung von Fahrgestellen entschieden. Daher ist es einer der Hauptanwender in der FSW-Technologie.
Herkömmliche Schweißmethoden können keine Teile mit hoher Toleranz wie die von FSW reproduzieren. Die schnellen Schweißzeiten von FSW machen es auch attraktiver als andere Schweißformen für Aluminium.
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FSW- oder Reibrührschweißen ist eine der einzigartigsten Arten von Schweißmethoden, die derzeit erhältlich sind. Es erzeugt sehr starke Schweißnähte, ohne das Gewicht oder die Ästhetik zu beeinträchtigen.
Innerhalb des Schweißökosystems ist das Reibrührschweißen ein einzigartiger Kandidat.