FSW von Kupfer

Rührreibschweißen von Kupfer mit hochfesten, speziell profilierten FSW-Werkzeugen und temperaturabhängiger Parameterregelung


Beim Rührreibschweißen von Kupfer muss die Vorschubgeschwindigkeit sehr genau, am besten automatisch, in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt werden, da Kupfer aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit nur in einem kleinen Temperaturbereich plastifiziert wird. Unterhalb dieses Temperaturbereiches ist es zu fest und oberhalb zu flüssig. 

 

Daher, und wegen des aufgrund der höheren Temperaturen höheren Werkzeug­ver­schleißes ist das Rührreibschweißen von Kupfer schwieriger als das von Aluminium.

   

Muster eines rührreibgschweißten 50 mm dicken Kupferbehälters im Äspö Hard Rock Laboratory, Sweden

Muster eines rührreibgschweißten 50 mm dicken Kupferbehälters im Äspö Hard Rock Laboratory, Sweden

© Karrock, CC BY-SA 3.0

      


FSW-Kupferbehälter für nuklearen Abfall

In Schweden sollen nukleare Abfälle in unterirdischen Stollen aus Urgestein gelagert werden. Die Uran-Brennstäbe werden in einen etwa 5 m langen Stahlrahmen eingeschoben, der in einem etwas längeren Kupferzylinder mit einer Wandstärke von 50mm steht. Nachdem die verbrauchten Brennstäbe in die dafür vorgesehenen Hohlräume abgelassen wurden, soll mit dem Rührreibschweißverfahren ein Kupferdeckel mit dem Kupferzylinder verschweißt werden. Anschließend wird der Kupferzylinder in den unterirdischen Stolen gebracht, wo er in Betonit eingelagert wird.[1][2]

    

Schwedisches Lagerkonzept KBS-3 für abgebrannten Kernbrennstoff: Uranbrennstäbe im Stahlrahmen, innerhalb eines FSW-Kupferbehälters, Bentonit und 500 m tiefem Gestein

Schwedisches Lagerkonzept KBS-3 für abgebrannten Kernbrennstoff: Uranbrennstäbe im Stahlrahmen, innerhalb eines FSW-Kupferbehälters, Bentonit und 500 m tiefem Gestein

© Karrock, CC BY-SA 3.0

    


SKB, die schwedische Kern­brenn­stoff­management-Aktien­gesellschaft, die für die Bereitstellung und Langzeitlagerung der Brennstäbe für schwedische Atomkraftwerke verantwortlich ist, hat in enger Zusammenarbeit mit TWI in England und dem FSW-Maschinenhersteller ESAB in Schweden das Rührreibschweißen von 50 mm dicken Kupferbehältern entwickelt und erfolgreich demonstriert. 

 

Da der Rührreibschweißprozess in der festen Phase abläuft, kommt es anders als beim Elektronenstrahlschweißen nicht zu Porosität. Mit geeigneten kraftgeregelten FSW-Maschinen, die die Temperatur im rotierenden FSW-Werkzeug messen und diese als eine Eingangsgröße für die automatische Regelung der Schweißgeschwindigkeit verwenden kommt es zu einer qualitativ sehr hochwertigen und sehr wiederholgenauen Schweißnahtqualität. 

    

Aufgeschnittener rührreibgeschweißter Kupferbehäter für die Atommüllagerung

Aufgeschnittener rührreibgeschweißter Kupferbehäter für die Atommüllagerung

© Pieter Kuiper, CC BY-SA 3.0

    


Quellennachweise

  1. KBS-3 auf der schwedischen Wikipedia.

  2. Isak Nielsen: Modeling and Control of Friction Stir Welding in 5 cm thick Copper Canisters. Department of Electrical Engineering, Linköpings University, 2012.