Reibschweißen

Allgemeines zum Reibschweißen

Das Reibschweißen ist ein hochproduktives Verfahren zum Fügen von Werkstücken gleicher und unterschiedlicher Materialien. Es unterteilt sich in mehrere Gruppen, die sich durch die Relativbewegung, mit der sich die Werkstücke zueinander bewegen, um Reibung zu erzeugen, unterscheiden. Ein Überblick ist in folgender Grafik dargestellt.

Die Verbindungsbildung beim Reibschweißen findet im Wesentlichen durch Diffusionsprozesse in den Grenzflächen zwischen den beiden Reibpartnern statt. Die Schweißwärme wird über Reibung an den Fügeflächen erzeugt. Durch den intensiven Kontakt der Fügeteile während des Schweißprozesses, ist das Verbinden von Werkstoffen mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten und Gitterstrukturen möglich. Die Temperaturen die dabei auftreten liegen unterhalb der Schmelztemperatur der Materialien. Durch diese Vorgänge wird eine sehr hohe Festigkeit bei geringerem Wärmeeintrag gegenüber konventionellen (Schmelz)Schweißverfahren erreicht.

Reibschweißen besitzt gegenüber den schmelzmetallurgischen Fügeverfahren eine Reihe von Vorteilen, die sich im Wesentlichen auf folgende Punkte beziehen:

• sehr kurze Fertigungszeiten,
• Verzugsarmut,
• hohe Festigkeit der Verbindung,
• hohe Reproduzierbarkeit,
• hohe Produktivität,
• geringer Energieeintrag,
• vielfältige Werkstoffkombinationsmöglichkeiten,
• hoher Automatisierungsgrad,
• keine Zusatz- oder Hilfsstoffe notwendig,
• kein Anfallen von Schlacke und Gasen

 

Der Prozess

Der Reibschweißprozess wird grundsätzlich in 4 Phasen unterteilt:

Anreibphase: In dieser Phase werden durch Aufbringen einer definierten Drehzahl und axial wirkenden Kraft, die Grenzflächen der Bauteile zueinander geglättet. Die Rauheitsspitzen werden abgetragen, die Berührungsflächen vergrößern sich bis ein vollflächiger Kontakt entsteht.

Reibphase: Die Kraft wird erhöht, dadurch steigt die Reibung, welche zur Erhöhung der Temperatur in der Fügezone führt. Es treten Mikroreibschweißungen auf, die bedingt durch die Rotationsbewegung wieder aufbrechen. Durch die zugeführte Energie wird das Material plastifiziert und beginnt zu fließen. Das Material verkürzt sich und der verfahrenstypische Reibschweißwulst beginnt sich zu bilden. Durch diese Vorgänge werden bestehende Oxid- und Absorptionsschichten, sowie Verunreinigungen beseitigt bzw. nach außen gefördert.

Stauchphase: Je nach Einstellung der Parameter und Verfahren wird die Rotationsbewegung zwischen dem Ende der Reibphase und zu Beginn der Stauchphase gestoppt. Die Kraft wird erhöht und das Material verkürzt sich weiter. Es kommt zu Diffusionsvorgängen wodurch sich eine stabile Verbindung  bildet.

Haltephase: Die Energieeinbringung ist vollständig abgeschlossen, die beiden Werkstoffe werden unter Kraft auf Position gehalten. Das Material kühlt sich weiter ab und in der Fügezone findet eine Beruhigung statt.

 

Den heutigen Anforderungen an das Produkt bzgl. der Beanspruchungen (Lebensdauer) bei geringerem Bauteilgewicht und niedrigen Herstellungskosten, kann nur durch den Einsatz angepasster Fertigungsverfahren entsprochen werden. Das Reibschweißen setzt dabei neue Maßstäbe und besitzt gegenüber konventionellen Schweißverfahren Vorteile insbesondere in Bezug auf Eigenspannungen, Verzug, Festigkeit und Schweißbarkeit.

Das Reibschweißen erschließt eine Vielzahl möglicher Werkstoffkombinationen. Ein Auszug  schweißbarer Verbindungen veranschaulicht folgende Übersicht:

Zu diesen Werkstoffen stoßen kontinuierlich neue dazu, denn moderne metallische Legierungen müssen den stetig wachsenden Anforderungen und Beanspruchungen gerecht werden. Dies geschieht aber nicht selten auf Kosten ihrer Schweißbarkeit. Das Reibschweißverfahren schließt jedoch die Lücke zwischen dem hoch beanspruchten Werkstoff und seiner Schweißeignung und lässt neue Lösungsansätze verwirklichen. Viele der Werkstoffkombinationen haben sich in der Praxis bewährt.

 

 

 

 

Das Reibschweißen wird häufig durch wirtschaftliche Vorteile oder durch die metallurgische Notwendigkeit eingesetzt. Etabliert hat sich diese Technologie bereits im Automobil- und Schiffbau, in der Luft- und Raumfahrtechnik, im Maschinenbau und in der Medizin- und Anlagentechnik.

 

Anwendungsfelder:

Kolbenstange	Turboladerwelle	Gewindebohrer

 

• An- und Abtriebswellen,
• Gelenkwellen,
• Ventile,
• Achsen,
• Flansche uvm.

 

Wir stehen als kompetenter Partner unseren Kunden bei der Lösungsfindung zur Seite. Das Spektrum reicht  von der Projektierung über die  Konstruktion bis zur Inbetriebnahme und  erfolgt nach den Wünschen unserer Kunden.

 

Unsere Dienstleistungen im Bereich des Reibschweißens umfassen eine breite Palette.

Dazu gehören:

• Beratung über Möglichkeiten und Grenzen der Reibschweißtechnik am konkreten Anwendungsfall (Reibschweißbarkeit)
• Machbarkeitsanalyse zur Ermittlung der Reibschweißeignung
• Optimierung der Arbeitsrandbedingungen und Schweißparameter
• Festigkeitsprüfungen und metallographische Untersuchungen
• Prototypen-, Klein- und Vorserienproduktion zur Kontrolle der Prozessstabilität und der Reproduzierbarkeit der Qualitätsanforderungen
• Auslegung einer Reibschweißmaschine für den jeweiligen Anwendungsfall
• Planung, Konstruktion und Inbetriebnahme am Einsatzort
• Beratung, Weiterbildung und Prüfung von Reibschweißpersonal