Rührreibschweißen (FSW): Funktionsweise, Anwendungen, Vor- & Nachteile

Rührreibschweißen (Friction Stir Welding - FSW)

Erfahren Sie hier Prinzip, Funktionsweise, Anwendungen, Vor- und Nachteile des Rührreibschweißens – mit Diagramm. FSW ist ein Festkörperschweißverfahren. Es ist im Grunde eine Art des Reibschweißens, wird aber aufgrund seiner vielseitigen Anwendungen als eigenständiges Verfahren betrachtet. Bei diesem Prozess wird keine externe Wärme zugeführt; die Verbindung entsteht durch Diffusion an den Grenzflächen unter hohem Druck und Reibkraft. Da keine flüssige oder plastische Phase auftritt, gehört es zu den Festkörperschweißverfahren.

Prinzip

FSW basiert auf demselben Prinzip wie Reibschweißen: Reibung erzeugt Wärme an der Grenzfläche, die den Diffusionsprozess an den Fügeflächen einleitet. Hoher Druck beschleunigt die Metall-Diffusion und formt die Metall-Metall-Verbindung. Beim FSW wird ein rotierendes Werkzeug eingesetzt, das Reibung und Druck an den Platten erzeugt. Das Werkzeug rotiert um die eigene Achse und bewegt sich längs der Fügeline, wodurch Reibungswärme zwischen Werkzeug und Werkstück entsteht. Diese Wärme verformt die Grenzfläche plastisch und diffundiert die beiden Werkstücke ineinander durch hohen Druck. Die Verbindung entsteht durch thermomechanische Behandlung der Grenzfläche. Ein großer Vorteil: Der Prozess lässt sich leicht automatisieren und erreicht hohe Verbindungsraten. Hauptsächlich für Aluminiumlegierungen eingesetzt.

Funktionsweise

Der Arbeitsprozess des Rührreibschweißens im Überblick:

• Beide Werkplatten werden wie bei einer Stumpfnaht gespannt – die schweißbaren Flächen liegen aneinander.
• Ein rotierender Werkzeugstift wird in die Werkstücke an der Grenzfläche eingedrückt, bis die Werkzeugschulter das Werkstück berührt. Das Material wird durch Reibungswärme plastisch verformt. Dies ist der Zustand des Fügeprozesses, in dem intermolekulare Diffusion durch Reibungserwärmung plastische Verformung bewirkt.
• Das rotierende Werkzeug wird entlang der Nahtlinie vorgefahren. Hinter dem Werkzeug entsteht die Verbindung.
• Das Werkzeug fährt fort, bis die gesamte Naht geschweißt ist. Nach dem Fügeprozess wird das Werkzeug abgezogen. Das vom Werkzeugstift erzeugte Loch bleibt in den Schweißplatten zurück.

Ein Video veranschaulicht die Funktionsweise zusätzlich.

Anwendungen

• Luftfahrtindustrie: Tragflächen, Tankbehälter, Flugzeugstrukturen.
• Schiffbau: Strukturbauteile.
• Automobilindustrie: Felgen, Fahrgestelle, Tanks, Strukturbauteile.
• Chemische Industrie: Rohrleitungen, Wärmetauscher, Klimaanlagen.
• Elektronikindustrie: Sammelschienen, Aluminium-Kupfer-Verbindungen, Steckverbinder, elektronische Geräte.
• Breite Anwendung in der Fertigungsindustrie.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Festkörperschweißen – kein Flussmittel, kein Füllmaterial nötig.
• Verbindung gleicher und ungleicher Metalle möglich.
• Feinkörnige, hochwertige Naht.
• Geringerer Energieverbrauch (keine externe Erwärmung).
• Hochgradig automatisierbar.
• Geringer Wartungsaufwand.
• Große Nahtdesigns möglich, Schweißen in alle Richtungen.
• Einfache Bedienung, keine Umweltbelastung.

Nachteile

• Komplizierte oder spezielle Vorrichtungen erforderlich.
• Sichtbares Loch in den Schweißplatten (durch Werkzeugstift).
• Hohe Investitions- bzw. Einrichtungskosten.
• Weniger flexibel als Lichtbogenschweißen.
• Keine Füllnähte möglich.
• Nicht umformbare Werkstoffe nicht schweißbar.

Das war der Überblick über Rührreibschweißen (FSW): Prinzip, Funktionsweise, Anwendungen, Vor- und Nachteile. Fragen? Kommentieren. Teilen erwünscht. Abonnieren für mehr Artikel. Vielen Dank!