Es gibt viele Arten von Reibschweißverfahren, die Ihren Fertigungsprozess optimieren können. In diesem Artikel werden wir verschiedene Arten vorstellen. Wenn Sie diese verschiedenen Arten verstehen, können Sie entscheiden, welche die Präzision erhöhen und die Gesamtkosten und die Zykluszeit für Ihre Anwendung senken kann.

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Was ist Reibschweißen?

Bevor wir die verschiedenen Arten aufschlüsseln, lassen Sie uns das Festkörperschweißverfahren definieren, das als Reibschweißen bekannt ist. Festkörperschweißen bezieht sich auf Schweißverfahren, bei denen keine äußere Hitze verwendet wird. Stattdessen wird von außen Druck auf einen Festkörper ausgeübt, um die Schweißnaht zu erzeugen. Beim Reibschweißen drehen sich die zu verbindenden Werkstücke relativ zueinander. Durch diese Bewegung entsteht Reibung, die die Werkstoffe an den Kontaktflächen erwärmt. Es wird eine hohe Druckkraft ausgeübt, bis der Schweißzyklus abgeschlossen ist. Mit dem Reibschweißen können Stangen und Rohre aus verschiedenen Metallen (z. B. Stahl und Aluminium) mit einem Durchmesser von mehr als 100 mm verbunden werden.

Wie das Reibschweißen funktioniert

Das Reibschweißen beruht auf den Grundlagen der Reibung. Das Verfahren nutzt die Reibung, um an der Nahtstelle eine plastische Wärme zu erzeugen. Bei Stahl beispielsweise beträgt die Reibungswärme in der Regel 900 bis 1300 Grad Celsius. Nachdem die entsprechende Temperatur erreicht ist, wird zunehmend eine äußere Druckkraft ausgeübt, bis die Werkstücke eine dauerhafte Schweißverbindung bilden.

Es gibt zwar mehrere verschiedene Arten des Reibschweißens, doch folgen sie alle einem gemeinsamen Arbeitsprinzip. Zunächst wird ein Werkstück in ein rotatorbetriebenes Spannfutter eingespannt, während das andere Werkstück still gehalten wird. Der Rotor lässt das montierte Werkstück mit hoher Geschwindigkeit rotieren. Auf das feststehende Werkstück wird eine Druckkraft ausgeübt, die es in Kontakt mit dem rotierenden Werkstück bringt. Wenn sich die Werkstücke berühren, entsteht eine hohe Reibungskraft, die an den Berührungsflächen erhebliche Wärme erzeugt, bis die beiden Materialien weich werden, was auch als Plastifizierung bezeichnet wird. Sobald die Werkstoffe einen plastischen Zustand erreicht haben, wird ein höherer Schmiededruck auf das statische Teil ausgeübt, wodurch die beiden Werkstoffe gezwungen werden, miteinander zu verschmelzen. Nachdem die Teile miteinander verschmolzen sind und die Schnittstelle abzukühlen beginnt, wird der Rotor angehalten, sobald die Temperatur sinkt und die Materialien wieder erstarren. Der Schmiededruck wird einige Sekunden lang aufrechterhalten und dann abgelassen, womit die Schweißung abgeschlossen ist.

5 Arten des Reibschweißens

Reibschweißen durch Trägheit

Was ist Reibschweißen durch Trägheit? Beim Trägheitsreibungsschweißen werden unterschiedlich große Schwungräder an der Spannzange und der Spindelwelle befestigt. An die Spindelwelle ist ein Motor angeschlossen, der das Teil in Drehung versetzt. Zu Beginn des Schweißzyklus ist der Motor mit der Spindelwelle verbunden und dreht das Werkstück auf die gewünschte Drehzahl. Sobald die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist, wird der Motor von der Spindelwelle abgekoppelt. Aufgrund des Gewichts des Werkstücks, der Spindelwelle, des Spannfutters und der Schwungräder wird durch die frei drehenden Komponenten eine Rotationsträgheit erzeugt. An diesem Punkt findet der oben beschriebene Reibschweißprozess statt, bei dem die Rotationsträgheit zur Erzeugung von Reibungswärme genutzt wird, wenn die Teile zusammengeführt werden. Erfahren Sie, warum Sie Trägheitsschweißen mit CNC-Bearbeitung kombinieren sollten.

Reibschweißen mit Direktantrieb

Bei diesem Verfahren ist der Spindelantriebsmotor fest mit der Spindelwelle verbunden. Der Motor treibt das rotierende Teil weiter an, während die beiden Teile zusammengeführt werden, wodurch die Reibungswärme entsteht. Auf der Grundlage eines definierten CNC-Programms wird die Spindel während des Schweißvorgangs kontinuierlich verlangsamt und an einem vorher festgelegten Punkt angehalten. Diese Art des Reibschweißens ist vorteilhaft, wenn eine bestimmte Ausrichtung zwischen den geschweißten Bauteilen erwünscht ist.

Lineares Reibschweißen

Dieses Verfahren ähnelt dem Trägheitsreibschweißen, allerdings dreht sich das bewegliche Spannfutter nicht. Stattdessen oszilliert es in einer seitlichen Bewegung. Die beiden Werkstücke werden während des gesamten Prozesses unter Druck gehalten. Dieses Verfahren erfordert eine hohe Scherfestigkeit der Werkstücke und erfordert einen komplizierteren Maschinenpark als das Trägheitsschweißen. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es die Möglichkeit bietet, Teile beliebiger Form zu verbinden (statt nur kreisförmige Schnittstellen).

Friction Stir Welding (FSW)

FSW ist ein Festkörper-Fügeverfahren, bei dem ein nicht verbrauchbares Werkzeug zum Verbinden zweier gegenüberliegender Werkstücke verwendet wird. Durch Reibung zwischen dem rotierenden Werkzeug und dem Werkstückmaterial wird Wärme erzeugt, die zu einem erweichten Bereich an der Grenzfläche führt. Während das Werkzeug entlang der Verbindungslinie bewegt wird, durchmischt es mechanisch das erweichte Material der beiden Metallteile und schmiedet die Schweißnaht durch den mechanischen Druck, den das Werkzeug ausübt. FSW wird im modernen Schiffbau, bei Zügen und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Orbitales Reibschweißen

Orbitales Reibschweißen ähnelt dem Rotationsreibschweißen, aber beide geschweißten Teile werden in die gleiche Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht, wobei ihre Achsen um bis zu 1/8″ versetzt sind. Nach Beendigung des Schweißzyklus und Verlangsamung der Rotation werden die Teile wieder in die gleiche Achse gebracht, und der Schmiededruck wird aufrechterhalten, während die Materialien wieder erstarren.

Anwendungen

Das Reibschweißen kann zur Herstellung besserer industrieller Rollen, Rohre und Wellen verwendet werden. Das Verfahren wird häufig zur Herstellung dieser Baugruppen für Industriedrucker, Materialtransportgeräte sowie für Anwendungen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und der Ölindustrie eingesetzt. Weitere Beispiele für Bauteile sind Zahnräder, Achsrohre, Antriebsstränge, Ventile, hydraulische Kolbenstangen, LKW-Rollenbuchsen, Pumpenwellen, Bohrer, Verbindungsstangen usw.

Vorteile

Reibschweißen ist ein umweltfreundliches Verfahren, bei dem kein Rauch entsteht und keine anderen schädlichen Giftstoffe in die Atmosphäre abgegeben werden. Außerdem lässt sich die Wärmeeinflusszone gut kontrollieren, was die Veränderung der Materialeigenschaften reduziert. Außerdem ist kein Schweißzusatz erforderlich (was Kosten für Rohmaterial spart). Und schließlich bietet das Reibschweißen eine einfache Automatisierung, hohe Geschwindigkeiten, effiziente Schweißnähte und die Möglichkeit, eine Vielzahl von Metallen zu kombinieren.

Sind Sie bereit für das Reibschweißen?

Wenn Sie glauben, dass das Reibschweißen für Ihre Anwendung von Nutzen sein könnte, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf. In unserem Gespräch können wir besprechen, welche Art des Reibschweißens für Sie in Frage kommt und ob wir der geeignete Anbieter für das Reibschweißen Ihrer Baugruppen sind.