Verbindungstechnik Hitzefrei

Redakteur: Güney Dr.S.

Mit dem Reibrührschweißen können Aluminiumlegierungen unterhalb des Schmelzpunktes sicher gefügt werden. Die Luftfahrt- und Automobilindustrie wird in Zukunft auf die Verwendung von Hitze verzichten...

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Die Luftfahrt- und Automobilindustrie wird in Zukunft auf die Verwendung von Hitze verzichten können – zumindest was die Verbindung von Aluminiumlegierungen angeht. Denn geringere Produktionskosten und verbesserte Qualitätsmerkmale sprechen für das neuartige Reibrührschweißen, auch Friction Stir Welding (FSW) genannt. Erster industrieller Anbieter des Verfahrens in Deutschland ist die Riftec GmbH in Geesthacht. Mit dem Reibschweißverfahren lassen sich unterschiedliche Leichtmetalle verbinden. Dabei wird vollständig auf Schweißzusatzwerkstoffe und Schutzgase verzichtet. Bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes werden hochfeste Verbindungen erzielt. Die sonst üblichen Nachteile des Schmelzschweißens wie Spritzer, Poren und Strahlung gibt es beim FSW nicht.Derzeit dominieren noch die etablierten Fügeverfahren wie Schmelzschweißen, Nieten und Kleben sowie die jüngeren Verfahren wie Laserschweißen den Markt. Doch so mancher Industriezweig hat die Vorteile des FSW erkannt: Airbus, Boeing, Mazda und Ford integrieren das Reibrührschweißen in ihre Produktionsprozesse. Sie nutzen bereits die Kostenersparnis durch hohe Energieeffizienz, weniger Schutzmaßnahmen (keine Strahlung, Lärm, Schutzgase) sowie geringe Vor- und Nachbearbeitung. Hinzu kommen eine hohe Reproduzierbarkeit, kaum Ausschuss, eine erhöhte Qualität der geschweißten Verbindungen, sehr gute mechanische und Korrosionseigenschaften, die Möglichkeit, unterschiedliche Werkstoffe zu verbinden (Mischverbindungen) und die Online-Prozessüberwachung. Riftec bietet seinen Kunden Dienstleistungen von der ersten Beratung über die Prozessanpassung bis hin zur Inbetriebnahme der eigenen Anlage. Dazu gehört auch die Anpassung von Bauteilen an das entsprechende Fügeverfahren oder eine Prozessoptimierung für spezielle Werkstoffe. Die daran anschließende Produktion von Bauteilen kann von Riftec auf eigenen Anlagen durchgeführt werden. Das Reibrührschweißen zeichnet sich durch ein hohes Automatisierungspotential sowie den Wegfall von Nieten und Überlappungen aus und ermöglicht gleichzeitig die Herstellungskosten und das Gewicht zu reduzieren. Das Prinzip von FSW beruht darauf, dass ein rotierendes Werkzeug zwischen den zu verbindenden Werkstücken entlanggeführt wird. Das Material erwärmt sich durch die auftretende Reibung und wird durch die Rotation verrührt. So verbinden sich auf der Rückseite des Werkzeugs die Bleche. Der FSW-Prozess erfolgt im Gegensatz zu konventionellen Schmelzschweißverfahren bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminiumlegierungen. Nachteilige Veränderungen beim Erstarren der Schmelze treten daher nicht auf. Die Siemens AG, Medical Solutions, erprobt das Reibschweißen bereits bei Mischverbindungen aus Aluminium und Edelstahl in der Hochvakuumtechnik. Erfunden wurde das Reibrührschweißen bereits 1991 von TWI in Cambridge. Nach umfangreichen Forschungen gibt es heute die ersten industriellen Anwendungen. Allerdings sind diese noch vorwiegend in der Produktion von ebenen und geraden Nähten oder in der Fertigung von kostenintensiven Bauteilen mit Sondermaschinen. Beispiele dafür finden sich im Schiffbau, im Schienenfahrzeugbau und in der Raumfahrtindustrie, wo Kosteneinsparungen bis 60% und Produktivitätssteigerungen bis 40% erzielt werden.Es hat sich gezeigt, dass sich das Reibrührschweißen zum Fügen aller Leichtbaulegierungen mit niedrigem Schmelzpunkt eignet. Sogar Mischverbindungen unterschiedlicher Legierungen und Werkstoffkombinationen lassen sich prozesssicher fügen. Darüber hinaus lässt sich das mechanische Verfahren zu 100% überwachen und dokumentieren, wodurch es sich für die automatisierte Fertigung anbietet. Heute können 10 mm dicke Bleche und Schweißnahtlängen bis zu 2 m prozesssicher geschweißt werden. Zudem ermöglicht der Einsatz eines Roboters das Schweißen von dreidimensionalen Nahtverläufen.

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