Überlapp-FSW

Rührreibschweißen im Überlapp-Stoß


Das Überlapp-Rührreib­schweißen (englisch: Friction Stir Welding, FSW) bietet durch den Toleranzausgleich und die Reparaturmöglichkeit durch Nieten oder Schrauben wesentliche Verfahrensvorteile gegenüber dem Stumpfnahtschweißen, aber es erfordert besondere FSW-Werkzeuge und spezielles Know-How um die durch innere Verformung entstehenden Unregelmäßigkeiten zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, (siehe Tabelle A.1 des An­hangs A der ISO 25239-5).

Überlapp-Rührreibschweißung zwischen AA2099-T83 Stringer und placed AA2060-T8E30 Skin

Überlapp-Rührreibschweißung zwischen AA2099-T83 Stringer und AA2060-T8E30 Skin

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

    


Gefüge von FSW-Schweißungen mit konventionellem FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)

Gefüge von FSW-Schweißungen mit konventionellem FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

   

Gefüge von FSW-Schweißungen mit ver­bessertem FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)

Gefüge von FSW-Schweißungen mit ver­bessertem FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

    


LORTEK und die Mondragon-Universiät im spanischen Baskenland haben im Juli 2020 sehr vielversprechende Ergebnisse einer Studie zum Überlapp-Rührreibschweißen von  AA2099-T83 Stringer auf AA2060-T8E30 Skins publiziert. Sie zeigten dass es, wie jeweils in der linken Spalte gezeigt, bei der Verwendung eines konventionellen FSW-Werkzeugs durch den durch die Profilierung des Stifts verursachten Materialfluss zu einer ungewünschten inneren Verformung mit unzureichender Vermischung der Originalstoßlinie kommt ("hooking and thinning" auch bekannt als "hook and cold lap defects" ).[1]

   

Spezialstift mit 3 Abflachungen und gegenläufigen Gewinden zum Überlapp-Rührreibschweißen

Konventionelles FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde

Konventionelles FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

    

Verbessertes FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden

Verbessertes FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

    


Konventionelles FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde

Konventionelles FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde

Nach Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

   

Verbessertes Werkzeug mit 3 Abflachun­gen und gegenläufigen Gewinden

Verbessertes FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

   


Egoitz Aldanondo et al entwickelten einen Stift zwischen drei Abflachungen mit gegenläufigen Gewinden profiliert ist: einem rechtsgängigen Gewinde, einem linksgängigen Gewinde und einem neutralen Gewinde. Dadurch wird das plastifizierte Material im Laufe einer Umdrehung erst kurz nach unten bewegt, dann kurz nach oben bewegt und schließlich zur Ruhe gebracht.[1]

    

Gefüge von FSW-Schweißungen mit konventionellem Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)

Gefüge von FSW-Schweißungen mit konventionellem FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

   

Gefüge von FSW-Schweißungen mit verbessertem Werkzeug mit 3 Abflachun­gen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)

Gefüge von FSW-Schweißungen mit ver­bessertem FSW-Werkzeug mit 3 Abfla­chun­gen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)

© Egoitz Aldanondo et alCC-BY 4.0

    


Die Versuche wurden bei 800-1200 U/min und 150-250 mm/min durchgeführt. Da sich die hochfesten Aluminium-Lithium-Legierungen der 2000er-Serie sehr viel schlechter plastifizieren und extrudieren lassen als die üblichen Strangpressprofile der 6000er-Serie ist die Wahl der vergleichsweisen Schweißgeschwindigkeit durchaus üblich und sinnvoll.  

 

Durch die Verwendung des Werkzeugs mit drei Abflachungen und gegenläufigen Gewinden ("3 flats + mixed thread tool") konnte die Höhe des Hakens ("Hook") auf der Gleichlaufseite ("Advancing Side") von 1,5 mm auf 0,35 mm reduziert werden.

 

Die effektive Überlappbreite ("Effective Lap Width, ELW") konnte von 3,0 mm auf 3,5 mm vergrößert werden. Das innovative FSW-Spezialwerkzeug mit drei Abflachungen und gegenläufigen Gewinden zeigte in den Mikroschliffen klare Vorteile gegenüber dem konventionellen FSW-Werkzeug, die eine deutlich höhere Festigkeit der damit erstellten Überlappschweißnähte erwarten lassen.[1]

    

Quellennachweise

  1. Egoitz Aldanondo, Javier Vivas und Pedro Álvarez (LORTEK Technological Centre, Basque Research and Technology Alliance (BRTA), Arranomendia kalea 4A, 20240 Ordizia, Spanien) und Iñaki Hurtado (Mondragon Unibertsitatea, Faculty of Engineering (MU-ENG), Loramendi Kalea 4, 20500 Arrasate-Mondragon, Spanien): Effect of Tool Geometry and Welding Parameters on Friction Stir Welded Lap Joint Formation with AA2099-T83 and AA2060-T8E30 Aluminium Alloys. Metals 2020, 10(7), 872;  https://doi.org/10.3390/met10070872. Erhalten: 27. Mai 2020, überarbeitet: 18. Juni 2020, akzeptiert: 23. June 2020, publiziert: 1. Juli 2020, auf Deutsch excerpiert: 9. Januar 2021. © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license.

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