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 AA2060-T8E30 Skin
© Egoitz Aldanondo et al, CC-BY 4.0
Gefüge von FSW-Schweißungen mit konventionellem FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)
© Egoitz Aldanondo et al, CC-BY 4.0
Gefüge von FSW-Schweißungen mit verbessertem FSW-Werkzeug mit 3 Abflachungen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)
© Egoitz Aldanondo et al, CC-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]
Verbessertes FSW-Werkzeug mit 3 Abflachungen und gegenläufigen Gewinden
© Egoitz Aldanondo et al, CC-BY 4.0
Verbessertes FSW-Werkzeug mit 3 Abflachungen und gegenläufigen Gewinden
© Egoitz Aldanondo et al, CC-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 FSW-Werkzeug mit rechtshändigem Gewinde (zum Vergrößern bitte anklicken)
© Egoitz Aldanondo et al, CC-BY 4.0
Gefüge von FSW-Schweißungen mit verbessertem FSW-Werkzeug mit 3 Abflachungen und gegenläufigen Gewinden (zum Vergrößern bitte anklicken)
© Egoitz Aldanondo et al, CC-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]
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