Reibschweißen: Prinzip, Methoden, Typen, Anwendungen, Vor- & Nachteile

Reibschweißen (Friction Welding)

In diesem Artikel lernen Sie Prinzip, Funktionsweise, Typen, Anwendungen, Vor- und Nachteile des Reibschweißens kennen – mit Diagramm. Reibschweißen ist ein Festkörperschweißverfahren: keine externe Wärme, keine flüssige/plastische Phase. Die Verbindung entsteht durch externen Druck im festen Zustand. Beide Werkstücke bewegen sich relativ zueinander (Rotation oder Linearbewegung), erzeugen Reibung, die Material an der Kontaktfläche plastisch verformt. Hoher Druck wird bis zum Abschluss der Verbindung aufrechterhalten. Einsatz: Stahlstangen, Rohre bis 100 mm Durchmesser.

Prinzip

Reibschweißen nutzt Reibung zur Wärmeerzeugung an der Grenzfläche. Diese Wärme dient zum Verbinden durch externen Druck an der Werkstückoberfläche. Reibung wird so lange angewendet, bis die plastische Formtemperatur erreicht ist (ca. 900–1300 °C für Stahl). Nach der Aufheizphase wird ein gleichmäßig steigender Druck aufgebracht, bis beide Metallwerkstücke eine dauerhafte Verbindung bilden. Die Verbindung entsteht durch thermomechanische Behandlung der Kontaktfläche.

Funktionsweise

Es gibt verschiedene Reibschweißverfahren mit unterschiedlicher Arbeitsweise, aber alle basieren auf einem gemeinsamen Prinzip:

• Beide Werkstücke werden auf glatte, rechtwinklige Flächen vorbereitet. Eines wird in einen rotorbetriebenen Spannfutter eingespannt, das andere bleibt stationär.
• Der Rotor dreht das eingespannte Werkstück mit hoher Geschwindigkeit. Ein geringer Druck auf das stationäre Stück reinigt die Oberfläche durch Burnishing.
• Hoher Druck presst das stationäre Stück gegen das rotierende – hohe Reibkraft erzeugt Wärme an der Kontaktfläche. Fortsetzung bis Erreichen der plastischen Formtemperatur.
• Bei Erreichen der Zieltemperatur wird der Rotor gestoppt und der Druck kontinuierlich erhöht, bis die komplette Verbindung hergestellt ist.
• Verbindet Metalle und Legierungen, die mit anderen Verfahren nicht schweißbar sind.

Typen

Kontinuierliches Reibschweißen (Continuous Drive Friction Welding)

Wie oben beschrieben. Der Rotor ist mit einem Bandbremse verbunden. Wenn die Reibung die plastische Temperaturgrenze überschreitet, betätigt die Bandbremse den Rotorstopp, während der Druck auf das Werkstück weiter steigt, bis die Verbindung steht.

Trägheitsreibschweißen (Inertia Friction Welding)

Die Bandbremse wird durch ein Schwungrad (Engine Flywheel) und ein Wellen-Schwungrad ersetzt. Diese verbinden das Spannfutter mit dem Motor. Zu Beginn sind beide Schwungräder gekoppelt. Wenn Drehzahl/Reibung das Limit erreicht, wird das Motor-Schwungrad vom Wellen-Schwungrad getrennt. Das Wellen-Schwungrad (geringes Trägheitsmoment) stoppt ohne Bremse. Der Druck wird kontinuierlich aufrechterhalten, bis die Verbindung fertig ist.

Anwendungen

• Schweißen von Rohren und Wellen.
• Luftfahrt, Automobil, Schiffsbau, Ölindustrie.
• Zahnräder, Achswellen, Ventile, Antriebsstränge etc.
• Ersatz von Schmiede- oder Gussbaugruppen.
• Hydraulikkolbenstangen, LKW-Rollenbuchsen.
• Elektroindustrie: Kupfer- und Aluminiumbauteile.
• Pumpen: Pumpenwellen (Edelstahl auf Kohlenstoffstahl).
• Schalthebel, Bohrmeißel, Pleuelstangen.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Umweltfreundlich – keine Rauchentwicklung.
• Schmale Wärmeeinflusszone – keine Eigenschaftsänderung wärmeempfindlicher Werkstoffe.
• Kein Füllmaterial nötig.
• Hohe Verbindungsfestigkeit.
• Leicht automatisierbar.
• Hohe Schweißgeschwindigkeit.
• Hohe Schweißeffizienz.
• Breite Palette schweißbarer Metalle.

Nachteile

• Meist nur für Rundstäbe gleichen Querschnitts.
• Nicht umformbare Werkstoffe nicht schweißbar.
• Kritische Werkstückvorbereitung.
• Hohe Einrichtungskosten.
• Begrenzte Nahtgeometrien.

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