Es gibt eine Vielzahl von Schweißverfahren. Darunter ist ein so exotisches Verfahren wie das Rührreibschweißen. Es zeichnet sich durch das Fehlen von Verbrauchsmaterialien wie Elektroden, Schweißdraht, Schutzgasen aus. Eine neu entwickelte Methode findet breite Akzeptanz.
Erscheinungsgeschichte
Die Geschichte des Rührreibschweißens (FSW) begann 1991. Es war eine innovative Entwicklung des British Welding Institute (TWI). Einige Jahre später wurde die Technologie im Flugzeug- und Schiffsbau eingesetzt.
Die ersten Unternehmen, die die neue Technologie in Produktion brachten, waren die norwegische Marine Aluminium und die amerikanische Boeing. Sie setzten in ihren Betrieben Schweißgeräte des ESAB-Konzerns ein, der auf Entwicklungen im Bereich des Rotationsreibschweißens (PCT) spezialisiert ist.
Seit 2003 erforscht das Unternehmen kontinuierlich die Möglichkeiten des Rührreibschweißens. Da waren zum BeispielEs wurden Verfahren zum Schweißen von Aluminiumlegierungen und deren Modifikationen entwickelt, die beim Bau von Flugzeugen, Schiffen und Eisenbahncontainern verwendet werden.
In der Flugzeugindustrie hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, Nietverbindungen durch Schweißverbindungen zu ersetzen. Darüber hinaus übersteigt die Schweißgeschwindigkeit nach dem FSW-Verfahren die Geschwindigkeit des Lichtbogens erheblich. Eine 6 m lange Schweißnaht kann in einer Minute hergestellt werden, während die herkömmliche Schweißgeschwindigkeit nur 0,8–2 m/min für eine Teiledicke von 0,5 cm beträgt.
Die Essenz des Prozesses
Die Metallverbindung erfolgt durch Erwärmung in der Schweißzone durch das Reibungsverfahren. Das Hauptschweißwerkzeug beim Rührreibschweißen ist ein Metallstab, der aus zwei Hälften besteht: einem Bund und einer Schulter.
Der rotierende Stab taucht mit seinem vorstehenden Teil in das Material ein und verursacht eine starke Erwärmung. Seine Versorgung wird durch die Schulter begrenzt, wodurch das zu schweißende Werkstück nicht passieren kann. In der Heizzone erhöht das Material seine Plastizität deutlich und bildet, von der Schulter heruntergedrückt, eine einzige Masse.
Der nächste Schritt ist die Bewegung der Stange entlang der Schweißzone. Bei der Vorwärtsbewegung vermischt die Schulter die erhitzte Metallmasse, die nach dem Abkühlen eine feste Verbindung eingeht.
Was beeinflusst die Qualität von STP
Reibrührschweißen ist ein sich ständig weiterentwickelnder Prozess. Aber schon jetzt gibt es mehrere Parameter, die die Verbindungsqualität beeinflussen:
- Vom Werkzeug erzeugte Kraft.
- VorschubSchweißkopf.
- Der Wert der Schulter.
- Umfangsgeschwindigkeit der Stange.
- Neigungswinkel.
- Vorschubkraft der Stange.
Manipulation der Eigenschaften des Schweißens ermöglicht es Ihnen, die Verbindung unterschiedlicher Metalle zu erreichen. Zum Beispiel Aluminium und Lithium. Lithium kann aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Festigkeit als Legierungsbestandteil von Aluminiumlegierungsteilen fungieren, wodurch diese Technologie in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden kann.
Reibrührschweißen kann Schmieden, Stanzen und Gießen leicht ersetzen, wenn es zur Herstellung von Teilen aus schwer zusammenpassbaren Metallen verwendet wird. Zum Beispiel Stähle mit Austenit- und Perlitgefüge, Stähle aus Aluminium oder Bronze.
In welchen Bereichen wird verwendet
Industrien wie die Automobilindustrie arbeiten ständig daran, die Festigkeitseigenschaften des Produkts zu erhöhen und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren. Diesbezüglich werden kontinuierlich neue Materialien eingeführt, die aufgrund der Komplexität der Verarbeitung bisher untypisch waren. Zunehmend werden Strukturelemente wie Hilfsrahmen und manchmal ganze Karosserien aus Aluminium oder einer Kombination aus Aluminium hergestellt.
So wandte Honda im Jahr 2012 die additive Fertigung und das Rührreibschweißen an, um Hilfsrahmen für seine Fahrzeuge herzustellen. Sie führten eine Kombination aus Stahl und Aluminium ein.
Bei der Herstellung von Karosserieschweißteilen aus Aluminium kann es zum Durchbrennen von Blechen kommen. Dieser Mangel wird von STP beraubt. AußerdemDer Stromverbrauch wird um das 1,5- bis 2-fache reduziert, die Kosten für Verbrauchsmaterialien wie Schweißdraht und Schutzgase werden reduziert.
Neben der Automobilproduktion wird STP in folgenden Bereichen eingesetzt:
- Baugewerbe: Aluminium-Stützbinder, Brückenfelder.
- Schienenverkehr: Rahmen, Drehgestelle, Waggons.
- Schiffbau: Schotte, Strukturelemente.
- Flugzeug: Treibstofftanks, Rumpfteile.
- Lebensmittelindustrie: verschiedene Behälter für flüssige Produkte (Milch, Bier).
- Elektroproduktion: Motorgehäuse, Parabolantennen.
Neben Aluminiumlegierungen werden durch Rührreibschweißen auch Kupferverbindungen erh alten, beispielsweise bei der Herstellung von Kupferbehältern für die Endlagerung abgebrannter Brennelemente.
STP-Vorteile
Das Studium des FSW ermöglichte die Auswahl von Schweißmodi beim Fügen verschiedener Legierungsgruppen. Trotz der Tatsache, dass FSW ursprünglich entwickelt wurde, um mit Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Aluminium (660 ° C) zu arbeiten, wurde es später zum Verbinden von Nickel (1455 ° C), Titan (1670 ° C) und Eisen verwendet (1538 °C).
Untersuchungen zeigen, dass die auf diese Weise erh altene Schweißnaht in ihrer Struktur vollständig dem Metall der zu schweißenden Teile entspricht und höhere Festigkeitsindikatoren, niedrigere Arbeitskosten und eine geringe Restverformung aufweist.
RichtigDer ausgewählte Schweißmodus garantiert die Konformität des Schweißmaterials und des zu schweißenden Metalls gemäß den folgenden Indikatoren:
- Ermüdungsfestigkeit:
- Biege- und Zugfestigkeit;
- Zähigkeit.
Vorteile gegenüber anderen Schweißarten
STP hat viele Vorteile. Darunter:
- Ungiftig. Im Gegensatz zu anderen Sorten brennt kein Lichtbogen, wodurch das geschmolzene Metall in der Schweißzone verdampft.
- Erhöhte Geschwindigkeit der Nahtbildung, dadurch schnellere Zykluszeiten.
- Energiekosten halbieren.
- Keine Nachbearbeitung der Schweißnaht notwendig. Das Friction Stir Tool bildet eine perfekte Schweißnaht, ohne dass ein Abisolieren erforderlich ist.
- Kein Bedarf an zusätzlichen Verbrauchsmaterialien (Schweißdraht, Industriegase, Flussmittel).
- Die Fähigkeit, Metallverbindungen zu erh alten, die für andere Schweißarten nicht verfügbar sind.
- Ausser Reinigen und Entfetten ist keine spezielle Vorbereitung der Schweisskanten notwendig.
- Erzielung einer homogenen Schweißstruktur ohne Poren, was zu einer einfacheren Qualitätskontrolle führt, die für das Rührreibschweißen GOST R ISO 857-1-2009 geregelt ist.
Wie die Qualität einer Schweißnaht geprüft wird
Die Schweißqualität wird durch zwei Arten von Kontrollen überprüft. Die erste beinh altet die Zerstörung des daraus resultierenden PrototypsVerbindung zweier Teile. Die zweite ermöglicht eine Verifizierung ohne Zerstörung. Methoden wie optische Kontrolle, audiometrische Untersuchung werden verwendet. Es hilft, das Vorhandensein von Poren und inhomogenen Einschlüssen zu bestimmen, die die Eigenschaften der Naht verschlechtern. Das Ergebnis der Schallkontrolle ist ein Diagramm, das deutlich zeigt, wo das akustische Echo von der Norm abweicht.
Nachteile der Methode
Das Reibschweißverfahren hat zahlreiche Vorteile, aber auch Nachteile:
- Mangel an Mobilität. STP beinh altet die Verbindung feststehender Teile, starr im Raum fixiert. Dadurch werden Rührreibschweißgeräten bestimmte Eigenschaften auferlegt, z. B. Unbeweglichkeit.
- Geringe Vielseitigkeit. Sperrige Ausrüstung ist so konfiguriert, dass sie die gleiche Art von Operationen durchführt. Geräte zum Schweißen sind dabei auf bestimmte Aufgaben ausgelegt. Zum Beispiel zum Schweißen von Autoseitenwänden auf einem Förderband und für nichts anderes.
- Die Schweißnaht hat eine radiale Struktur. In diesem Zusammenhang kann es bei bestimmten Arten von Verformungen oder beim Betrieb des Teils in einer aggressiven Umgebung zu einer Ermüdung der Schweißnaht kommen.
STP-Sorten nach dem Wirkprinzip
Schweißprozesse, die auf Reibung beruhen, können in mehrere Arten unterteilt werden:
- Lineare Reibung. Das Wesen des Verfahrens besteht darin, eine dauerhafte Verbindung nicht durch die Wirkung einer rotierenden Spitze, sondern durch die Bewegung der Teile relativ zueinander zu erzielen. Sie wirken auf die Oberfläche am Kontaktpunkt und erzeugenReibung und damit hohe Temperaturen. Unter Druck werden die angrenzenden Teile geschmolzen und es entsteht eine Schweißverbindung.
- Radialschweißen. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Behältern mit großem Durchmesser, Eisenbahntanks verwendet. Es läuft darauf hinaus, dass die Gelenke der Teile durch einen außen angezogenen rotierenden Ring erwärmt werden. Durch Reibung entsteht eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt. Ein Beispiel für ein Unternehmen, das diese Technologie einsetzt, ist Sespel, ein Kesselwagenhersteller aus Tscheboksary. Das Rührreibschweißen nimmt den Großteil der Schweißarbeiten ein.
- Bolzenschweißen. Diese Variante ersetzt die Nietverbindung. Dieser Typ wird für überlappende Verbindungen verwendet. Der rotierende Stift an der Kontaktstelle erwärmt die zu schweißenden Teile. Durch die hohe Temperatur kommt es zum Schmelzen und der Stift dringt ins Innere ein. Beim Abkühlen entsteht eine starke dauerhafte Verbindung.
STP-Sorten nach Schwierigkeitsgrad
Reibungsschweißvorgänge können in planare und volumetrische unterteilt werden. Der Hauptunterschied zwischen diesen Varianten besteht darin, dass im ersten Fall die Schweißnaht im zweidimensionalen Raum und im zweiten im dreidimensionalen Raum gebildet wird.
So hat der Schweißgerätehersteller ESAB für flächige Verbindungen die 2D LEGIO Maschine entwickelt. Es ist ein anpassbares Rührreibschweißsystem für verschiedene Nichteisenmetalle. Gruppen unterschiedlicher GrößeMit der Ausrüstung können Sie kleine und große Teile schweißen. Gemäß der Kennzeichnung verfügt die LEGIO-Ausrüstung über mehrere Layouts, die sich in der Anzahl der Schweißköpfe und der Fähigkeit zum Schweißen in mehreren axialen Richtungen unterscheiden.
Es gibt 3D-Roboter für Schweißarbeiten mit komplexen Positionen im Raum. Solche Vorrichtungen werden an Automobilförderbändern installiert, wo Schweißnähte mit komplexer Konfiguration erforderlich sind. Ein Beispiel für solche Roboter ist Rosio von ESAB.
Schlussfolgerung
STP schneidet im Vergleich zu herkömmlichen Schweißarten gut ab. Sein flächendeckender Einsatz verspricht nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern auch den Erh alt der Gesundheit der in der Produktion Beschäftigten.
