Was ist Reibschweißen? - Funktion und Anwendung

Was ist Reibschweißen?

Reibschweißen ist eine Festkörperschweißtechnik, bei der Werkstücke geschweißt werden, indem Wärme durch mechanische Reibung zwischen Werkstücken in relativer Bewegung zueinander erzeugt wird, wobei eine seitliche Kraft, die als „Stauchung“ bezeichnet wird, hinzugefügt wird, um die Materialien plastisch zu verschieben und zu verschmelzen.

Da kein Schmelzen auftritt, ist das Reibschweißen kein Schmelzschweißverfahren, sondern ein Festkörperschweißverfahren, das eher dem Schmiedeschweißen ähnelt. Reibschweißen wird bei Metallen und Thermoplasten in einer Vielzahl von Luftfahrt- und Automobilanwendungen eingesetzt.

In Wirklichkeit besteht eine scheinbar glatte Oberfläche aus vielen mikroskopisch kleinen Vorsprüngen, die Unebenheiten genannt werden. Wenn sich eine Oberfläche relativ zu einer anderen bewegt, interagieren diese Unebenheiten und erzeugen Reibung durch die Kraft, die der Bewegung zwischen zwei oder mehr interagierenden Oberflächen widersteht.

Die Wechselwirkung dieser Unebenheiten durch elastisches und plastisches Nachgeben erzeugt Wärme. Das Reibschweißen nutzt dieses Phänomen für Fügeanwendungen. Die induzierte mechanische Bewegung beim Reibschweißen erzeugt Wärme, wodurch die zu verbindenden Materialien weich und zähflüssig werden. Im erweichten Zustand mischt die mechanische Bewegung des Prozesses die Materialien, um eine Verbindung herzustellen.

Die Art und Weise, wie die Reibungswärme und die Materialmischung auftreten, hängt stark vom verwendeten Reibschweißverfahren ab, von dem es vier Hauptverfahren gibt:Rührreibschweißen (FSW), Rührreibpunktschweißen (FSSW), lineares Reibschweißen (LFW). und Rotationsreibschweißen (RFW).

Wie funktioniert Reibschweißen?

FSW arbeitet mit einem nicht verbrauchbaren Werkzeug, das gedreht und in die Schnittstelle zweier Werkstücke eingetaucht wird. Das Werkzeug wird dann durch die Schnittstelle bewegt und die Reibungswärme bewirkt, dass sich das Material erwärmt und erweicht.

Das rotierende Werkzeug mischt dann das erweichte Material mechanisch, um eine Verbindung herzustellen. FSSW ist eine Variante von FSW und arbeitet durch Drehen, Eintauchen und Zurückziehen eines nicht verbrauchbaren Werkzeugs in zwei Werkstücke in einer Überlappungskonfiguration, um eine „Punkt“-Schweißnaht herzustellen. Beim FSSW erfolgt kein Verfahren des Werkzeugs durch die Werkstücke.

LFW und RFW benötigen kein nicht verbrauchbares Werkzeug, d. h. die einzelnen zu fügenden Werkstücke dienen der Erzeugung der Reibungswärme und der mechanischen Vermischung. LFW funktioniert durch lineares Oszillieren eines Werkstücks relativ zu einem anderen, während es unter einer Druckkraft steht.

Die Reibung zwischen den oszillierenden Oberflächen erzeugt Wärme, wodurch das Grenzflächenmaterial weich wird und sich mechanisch vermischt. RFW ist ähnlich wie LFW, außer dass die Werkstücke oft rund sind und relativ zueinander gedreht werden. Beim LFW und RFW verkürzen sich die Werkstücke typischerweise („Abbrand“) in Richtung der Druckkraft und bilden den Grat.

Während der Abbrenngrenzfläche werden Verunreinigungen, wie Oxide und Fremdpartikel, in den Grat ausgestoßen. Sobald es frei von Verunreinigungen ist, erfolgt eine Vermischung von reinem Metall zu Metall, was zu einer integralen Bindung führt. Obwohl die beim Reibschweißen entstehenden Temperaturen sehr hoch sind, bleibt das Material in einem festen Zustand (d. h. es findet kein Schmelzen statt).

Anwendungen

Reibschweißen kann verwendet werden, um bessere industrielle Walzen, Rohre und Wellen zu bauen. Das Verfahren wird häufig verwendet, um diese Unterbaugruppen für Industriedrucker, Materialhandhabungsgeräte sowie Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Schiffs- und Ölindustrie herzustellen.

Weitere Beispiele für Komponenten sind Zahnräder, Achsrohre, Antriebsstränge, Ventile, hydraulische Kolbenstangen, LKW-Rollenbuchsen, Pumpenwellen, Bohrer, Verbindungsstangen usw.

Vorteile des Reibschweißens

• Ermöglicht das Verbinden unterschiedlicher Materialien, die normalerweise nicht zum Schweißen mit anderen Verbindungsmethoden geeignet sind.
• Schafft schmale Hitzeeinflusszone
• Konsistenter und sich wiederholender Prozess der vollständigen Metallverschmelzung
• Die Fugenvorbereitung ist minimal – am häufigsten wird die Sägeschnittfläche verwendet
• Schnellere Durchlaufzeiten – im Vergleich zu den langen Vorlaufzeiten von Schmiedeteilen, die derzeit 6 Monate oder länger betragen.
• Erhöht die Designflexibilität erheblich – wählen Sie das geeignete Material für jeden Bereich eines Zuschnitts
• Geeignet für unterschiedliche Stückzahlen – vom einzelnen Prototypen bis zur Großserienfertigung
• Keine Flussmittel, Füllstoffe oder Gase erforderlich
• Umweltfreundlicher Prozess – keine Dämpfe, Gase oder Rauchentwicklung
• Festkörperprozess – keine Möglichkeit von Porosität oder Schlackeneinschlüssen
• Erzeugt guss- oder schmiedeähnliche Rohlinge – ohne teure Werkzeuge oder Mindestmengenanforderungen
• Reduziert die Bearbeitungsarbeit, wodurch die Kosten für verderbliche Werkzeuge gesenkt werden, während die Kapazität erhöht wird
• Vollflächige Schweißnähte sorgen für überragende Festigkeit in kritischen Bereichen
• Reduziert die Rohstoffkosten in Bimetallanwendungen. Teure Materialien werden im Rohling nur dort eingesetzt, wo es nötig ist.

Nachteile des Reibschweißens

• Dieses Verfahren wird nur für Rundstäbe mit gleichem Querschnitt verwendet.
• Beschränkt auf eckige und flache Stoßverbindungen.
• Die Einrichtungskosten sind sehr hoch.
• Vorbereitung des Werkstücks ist schwierig.
• Nicht schmiedebares Material kann nicht geschweißt werden.
• Es kann nur für kleinere Maschinenteile verwendet werden; große Teile sind damit nicht kompatibel.

Reibschweißvideo