DVS

Öffentliche Forschung  FuE-Projektbeispiele

Wirtschaftlicher Leichtbau durch Rührreibschweißen (FSW)

Verfahrensprinzip FSW: Ein rotierender Pin taucht in den Werkstoff ein, fährt entlang der Fugenkanten und „verrührt“ die Werkstoffe der beiden Fügeteile, so dass eine feste Verbindung entsteht.

Das Anfang der 90er Jahre entwickelte Rührreib­schweißen (friction stir welding – FSW) eignet sich im besonderen Maße für das Verschweißen auch dick­wandiger Querschnitte. Bei den hier überwiegend verarbeiteten Aluminiumwerkstoffen lassen sich – abhängig natürlich von der Leistungsfähigkeit der Anlage – Dicken von mehr als 30 mm in einer Lage verschweißen. Zusammen mit der geringen Fehleran­fälligkeit und dem Vorteil des äußerst geringen Verzugs lassen sich sehr wirtschaftlich vor allem lange und gerade Schweißnähte herstellen.

Ende 2005 wurde das durch die AiF geförderte Forschungsthema, welches zusammen mit der TU Clausthal bearbeitet worden ist, erfolgreich abgeschlossen. Zielstellung der Arbei­ten war die Ermittlung von Schwingfestigkeitskennwerten und die Darlegung von Rechen­ansätzen um insbesondere Klein und mittelständischen Unternehmen Anhalts­werte für die schwingfeste und wirtschaftliche Auslegung von rührreibgeschweißten Verbindungen zur Verfügung zu stellen. Die hierfür erforderlichen Schweißversuche wurden größtenteils an der SLV Berlin-Brandenburg durchgeführt. Die Untersuchungen erstreckten sich dabei auf gebräuchlichen Al-Legierungen der 6000er und 5000er Reihe (AW 6005A, AW 6082 und AW 5083) in den Probendicken von 3 bis 20 mm. Gerade für das Rührreibschweißen im dickwandigen Bereich liegen derzeitig noch verhältnismäßig wenige Forschungsergeb­nisse vor.

Im Rahmen der Arbeiten wurden ausschließlich Stumpfverbindungen hergestellt. Da die ideale Stoßform eines durchgeschweißten I-Stoßes in der Praxis häufig nicht realisierbar ist, sollten andere typische Verbindungsformen bzw. Kerbfälle untersucht werden. Wurzelspalte sind beispielsweise beim Verschweißen von Hohlkammerprofilen unvermeid­lich und stellen eine scharfe geometrische Kerbe dar. Dadurch wird die Tragfähigkeit insbesondere bei schwingender Beanspruchung erheblich vermindert.

Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten bestätigen, dass sich mit dem Rührreib­schweißen insbesondere auch für dickwandige Teile qualitativ hochwertige Schweißver­bindungen herstellen lassen. Durch das Forschungsvorhaben ist eine breite Basis an Festigkeitskennwerten für den Einsatz des Rührreib­schweißens bei dickwandigen Strukturen erarbeitet. Die statische Festigkeit war vergleichbar mit der von MIG geschweißten Nähten. Bei der Schwingfestigkeit ergaben sich jedoch Vorteile des FSW gegenüber dem MIG-Prozess.

Die Aktivitäten der SLV Berlin-Brandenburg werden in 2006 durch Investitionen in die Forschungsinfrastruktur unterstützt.