Was ist Rührreibschweißen?
Rührreibschweißen ist eine Technik zum Verbinden zweier unterschiedlicher Materialien.
Das Werkzeug wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht und die Materialien werden durch Reibungswärme und plastisches Fließen verbunden. Es eignet sich nicht für Werkstoffe mit einem hohen Erweichungspunkt, aber es kommt nicht zu einem vollständigen Aufschmelzen, so dass die Wärmeentwicklung reduziert werden kann.
Das Rührreibschweißen zeichnet sich im Vergleich zum Schweißen durch eine geringere thermische Verformung aus. Es wird auch wegen seiner Fähigkeit, Materialien miteinander zu verbinden, geschätzt. Obwohl es sich um eine relativ neue Verbindungstechnik handelt, werden die Probleme durch die Optimierung der Form der Verbindungswerkzeuge gelöst.
In den letzten Jahren hat die Technologie des Rührreibschweißens eine weite Verbreitung gefunden und erregt aufgrund ihrer hervorragenden Leistungen Aufmerksamkeit. Für die Zukunft sind weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu erwarten und die Technologie wird in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt.
Anwendungen von Rührreibschweißen
Das Rührreibschweißen wird hauptsächlich zum Verbinden von Aluminiumlegierungen und anderen Metallen wie Titan-, Magnesiumlegierungen, Kupfer und Zink eingesetzt.
Zu den spezifischen Anwendungen gehören die Herstellung von Schienenfahrzeugen aus Aluminium, Fahrzeugrahmen, die Luft- und Raumfahrtindustrie, Leichtbaustrukturen für Schiffe, Flugzeuggase und Triebwerkskomponenten, Brücken und andere Bauwerke.
Beim Verbinden unterschiedlicher Metalle muss auf die Wasserdichtigkeit der Verbindungen und die Auswahl der zu verbindenden Metalle geachtet werden, da aufgrund des inhärenten Potenzialunterschieds die Gefahr der elektrischen Korrosion besteht. In den letzten Jahren wurden Fügetechniken für nichtrostende Stähle und Kohlenstoffstähle mit hohen Erweichungstemperaturen entwickelt, und auch Hybridverfahren wie die Kombination mit dem YAG-Laserschweißen sind in der Entwicklung begriffen.
Funktionsweise des Rührreibschweißens
Beim Rührreibschweißen hat das Werkzeug eine zylindrische Form und einen Vorsprung, der als Sonde bezeichnet wird. Die Außenseite der Sonde ist mit einem Gewinde versehen und verschiedene Materialien werden in Richtung der Blechdicke aneinander gestoßen und gegen das Werkzeug gepresst, das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Durch die Reibungswärme werden die beiden Materialien erweicht und die Sonde wird eingedrückt, wodurch sich die Materialien vermischen und verbinden.
Das Werkzeug wird aus Werkzeugstahl hergestellt, da eine hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit erforderlich sind. Es ist wichtig, die Vor- und Nachteile des Rührreibschweißens zu kennen und seinen Einsatz sorgfältig abzuwägen.
Die Vorteile des Rührreibschweißens sind der geringe Festigkeitsverlust der Verbindung, die geringe Verformung, die Möglichkeit, unterschiedliche Werkstoffe zu verbinden, die Tatsache, dass das Auftreten von Fehlern unwahrscheinlich ist, dass keine Vorbehandlung erforderlich ist und dass keine speziellen Techniken benötigt werden. Demgegenüber stehen die Nachteile, dass auf der Rückseite der Verbindung Fehler auftreten können, dass die zu verbindenden Werkstoffe steif sein müssen und dass das Verfahren nicht für komplexe Formen geeignet ist.
Weitere Informationen zum Rührreibschweißen
Verbinden unterschiedlicher Metalle mit Rührreibschweißmaschinen
Als Reaktion auf die jüngsten globalen Probleme des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung trägt die Automobilindustrie durch die Verringerung des Gewichts von Fahrzeugkarosserien zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz bei. In vielen Fällen kann die Gewichtsreduzierung von Karosserien einfach dadurch erreicht werden, dass herkömmliche metallische Konstruktionswerkstoffe durch Aluminiumlegierungen ersetzt werden, die ein geringeres spezifisches Gewicht haben, anstatt durch Stahl, der ein höheres spezifisches Gewicht hat, was jedoch aufgrund der mangelnden Festigkeit und der hohen Preise nicht realistisch ist.
Multimaterialien werden daher häufig als wirksames Mittel zur Herstellung von Bauteilen mit umfassend überlegenen Eigenschaften eingesetzt, indem verschiedene Materialien an den richtigen Stellen verwendet werden, z. B. Stahl für Teile, die nach wie vor Festigkeit erfordern und Aluminiumlegierungen für andere Teile. Multimaterialien zeichnen sich durch einen hohen Anteil an Stahl- und Aluminiumlegierungskombinationen aus. Rührreibschweißmaschinen werden eingesetzt, um diese beiden ungleichen Metalle zu verbinden.
Es gibt zwei Hauptverbindungsmethoden: das Schweißen, bei dem die Metalle durch Schmelzen unter Einwirkung hoher thermischer Energie verbunden werden und das Rührreibschweißen, bei dem die Metalle durch Plastizität ohne Schmelzen unter Einwirkung hoher mechanischer Energie verbunden werden. Beim Schweißen ist es schwierig, das Schmelzen und Verbinden von Stahl- und Aluminiumlegierungen zu kontrollieren, die sehr unterschiedliche Schmelzpunkte haben und die Bildung von harten, spröden intermetallischen Verbindungen aus Eisen und Aluminium ist eine weitere große Herausforderung.
Das Lichtbogenschweißen mit seiner relativ geringen Energiedichte ist aufgrund der sich bildenden dicken Schichten intermetallischer Phasen nur schwer anwendbar, während das Laser- und Elektronenstrahlschweißen mit seiner hohen Richtwirkung und Dichte zur Verdünnung der Schichten eingesetzt werden kann, was zwar möglich, aber schwierig zu kontrollieren ist. Andererseits besteht die Herausforderung darin, dass eine Verformung durch die Hitze unvermeidlich ist.