FSW im Schiffbau


Rührreibschweißen von Aluminiumpaneelen aus Strangpressprofilen

USA: FSF-1

Die Schiffbauindustrie nutzt das Rühr­reib­schweißen (FSW) zur Herstellung von Alumi­nium­paneelen aus Alu­mi­nium-Strangpress­profilen.

   

Die Strangpressprofile sind leicht und korro­sions­beständig. Sie haben integrierte Versteifungen, was zu einem sehr attraktiven Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit führt.  So können auf der Werft kom­plet­te Module per Kran in Schiffe gehoben werden.[1][2][3]

   

Reibrührgeschweißte Aluminiumpaneele im X-Craft bei Nicols Bros. Boat Builders in Freeland, Washington

Reibrührgeschweißte Aluminiumpaneele im X-Craft bei Nicols Bros. Boat Builders in Freeland, Washington

© U.S. Navy photo by Jesse Praino

    


Der Sea Fighter (FSF-1) wurde von Nichols Bros. Boat Builders, Freeland, Washington, als experimentelles Küstenkampfschiff im Dienst der United States Navy gebaut. Sein Rumpf ist eine Small-Waterplane-Area-Twin-Hull (SWATH)-Konstruktion, die eine außergewöhnliche Stabilität auch bei rauer See bietet. Das gesamte Flugdeck und die Unterbodenstruktur wurden aus vorgefertigten FSW-Paneelen hergestellt, während die Schweißnähte des Rumpfes alle in der Werft mit MIG-Schweißen (GMAW) geschweißt wurden.  Die rührreibgeschweißten Paneele waren bis zu 13,75 m lang und bestanden aus Aluminium der Serien 5000 und 6000 mit einer Dicke von bis zu 9 mm. Diese wurden in den Jahren 2003-2004 fertiggestellt.  

   

USA: LCS-1

Der Aluminium-Aufbau und das Aluminium-Deckshaus der 'USS Freedom (LCS-1)' sind rührreibgeschweißt. Sie ist aufgrund ihrer eckigen Form und des geringen Verzugs nur schwer von Radarsystemen zu erfassen.[9]

   

Das Schiff hat einen halbgleitenden Stahlrumpf und kann eine Höchst­geschwindigkeit von über 40 Knoten (74 km/h) erreichen. Es wurde vom LCS-Team von Lockheed Martin (Lockheed Martin, Gibbs & Cox, Marinette Marine, Bollinger Shipyards) in Marinette, Wisconsin, gebaut.[10]

 

Nach ihrer Indienststellung in Milwaukee, Wisconsin, am 8. November 2008 wurde die Freedom dem Littoral Combat Ship Squadron One mit Heimathafen in San Diego zugeteilt. Es ist geplant, das Schiff am 31. März 2021 außer Dienst zu stellen und einzumotten.[10]

   

Rührreibgeschweißtes Deckshaus der 'USS Freedom'

Rührreibgeschweißtes Deckshaus der 'USS Freedom'

 © MC3 Diana N. Quinlan, US Navy
 
  


Das Rührreibschweißen wurde bei Friction Stir Link nach dem "ANSI/AWS D1.2-XX Structural Welding Code - Aluminum" der American Welding Society durchgeführt. Das American Bureau of Shipping (ABS) war eine der zertifizierenden Stellen, die sowohl die WPS als auch den PQR für die Produktion abzeichnete. Zunächst wurde an jedem dritten und schließlich an jedem fünften geschweißten Paneel ein Probekörper vom Ende einer Schweißnaht entnommen. Der Probekörper sah einen Fugenzug- und einen Wurzelbiegetest vor, wobei der Probekörper, der das FSW-Werkzeugloch am Ende der Schweißnaht enthielt, verworfen wurde. In einigen Fällen war eine Farbeindringprüfung der Schweißnahtwurzel sowie eine Durchstrahlungsprüfung erforderlich.[11]

   

Norwegen

Marine Aluminium Aanensen, jetzt eine Tochtergesellschaft von Norsk Hydro ASA, war das erste Unternehmen, das große Schiffbaupaneele aus Aluminium-Strangpressprofilen vorfertigte. Aufgrund des geringen Verzugs sind diese Platten sehr flach und haben genaue Maßtoleranzen.  

   

Rührreibgeschweißte Aluminiumplatten von Norsk Hydro ASA in Norwegen

Rührreibgeschweißte Aluminiumplatten von Norsk Hydro ASA in Norwegen

© Norsk Hydro ASA, CC BY-NC-SA 2.0

    

Die FSW-Paneele von Hydro sind sehr flach, haben eine hohe Festigkeit und genaue Toleranzen

Die FSW-Paneele von Hydro sind sehr flach, haben eine hohe Festigkeit und genaue Toleranzen

© Norsk Hydro ASA, CC BY-NC-SA 2.0

   


Die Festigkeit von Friktionsrührschweißnähten in künstlich gealterten (T6) Strangpressprofilen ist höher als die von MIG-geschweißten Strangpressprofilen, aber Schiffsbaukonstruktionen müssen mit Blick auf die MIG-Schweißwerte ausgelegt werden, da dieses Verfahren üblicherweise zur Befestigung der Platten am Rest des Schiffes verwendet wird. Infolgedessen ist der Sicherheitsfaktor höher als der von MIG-geschweißten Platten.[4]

   

Trendsetter waren die skandinavischen Alu­mini­um-Strangpresser, die 1995 als erste das Verfahren kommerziell für die Herstellung von hohlen Aluminium-Tiefkühlplatten sowie für Schiffsdecks und

-schotten einsetzten. Reibrührgeschweißte Strukturen revolutionier­en heute die Art und Weise, wie Hoch­ge­schwin­digkeits­fähren, Luft­kissen­boote und Kreuz­fahrt­schiffe aus vorgefertigten Leicht­bau­modulen gebaut werden.[1]

Die skandinavischen Aluminium-Strangpresser setzten das Rührreibschweißen 1995 als erste für die Herstellung von hohlen Aluminium-Tiefkühlplatten sowie für Schiffsdecks und -schotten einsetzt. FSW revolutioniert bis heute Hochgeschwindigkeitsfähren etc

Das Modul mit den runden Bullaugen unterhalb des Schornsteins wurde mit FSW-Paneelen in Haugesund, Norwegen, hergestellt

© Wald1siedel, CC BY-SA 4.0

    


New Zealand

Vier Inshore-Patrouillenschiffe (IPVs) der Royal New Zealand Navy (RNZN) wurden in Whangarei von BAE Systems Australia (ehemals Tenix Shipbuilding) gebaut. Ihr Design basiert auf einem modifizierten Such- und Rettungsschiff für die philippinische Küstenwache, mit einem anderen Aufbau-Design aus rührreib­geschweißten Aluminiumpaneelen, die von der Donovan Group als erstem neuseeländischen Unternehmen hergestellt wurden, das diese Technik anwandte, was ihnen den Auftrag für diesen Teil der Schiffskonstruktion eingebracht haben soll.

   

Alle vier Schiffe wurden nach neuseeländischen Seen benannt, daher sind sie auch als Lake-Klasse, Rotoiti-Klasse oder Protector-Klasse bekannt. Aufgrund politischer Veränderungen und ihrer begrenzten Eignung für die Art der Meere rund um Neuseeland haben sie nur einen begrenzten Einsatz gesehen, und zwei von ihnen (Rotoiti und Pukaki) wurden am 17. Oktober 2019 außer Dienst gestellt.[5][6][7]

 

HMNZS Hawea (P 3571), HMNZS Pukaki (P 3568), HMNZS Rotoiti (P 3569) und HMNZS Taupo (P 3570) der Neuseeländischen Marine

HMNZS Hawea (P 3571), HMNZS Pukaki (P 3568), HMNZS Rotoiti (P 3569) und HMNZS Taupo (P 3570)

© New Zealand Defence Force, CC BY 2.0

   


China

Das China FSW Center hat 2006 die erste große FSW-Maschine für breite Schiffspaneele in China unter Berücksichtigung von Produktions-, Gewichts- und Transportaspekten entwickelt und produziert. Die CFSWT-Maschine kann für die Serienproduktion von breiten, versteiften Paneelen eingesetzt werden, die in Hochgeschwindigkeitsschiffen aus Aluminiumlegierungen verwendet werden. Mit der Einführung der FSW-Paneele begann eine neue Ära für die chinesische Aluminiumschiffbauindustrie. Zunächst einmal hilft die Serienfertigung von Paneelen durch FSW, die Schweißprobleme vor Ort erheblich zu lösen. Diese Technologie hat auch das Design von Schiffen vereinfacht. Und vor allem haben Schiffsarchitekten jetzt mehr Möglichkeiten, wenn sie neue Strukturen entwerfen, was die Materialauswahl betrifft.[1]

 

Die Typ 022 Houbei-Klasse ist das Tarnkappen-Raketen-Schnell­angriffs­boot (Fast Attac Craft, FAC) der chinesischen Volksbefreiungsarmee der neuen Generation. Das Boot verfügt über einen international bewährten Hoch­geschwin­digkeits-Katamaran-Rumpf mit Wellenbrechern und Kon­struktionsmerkmalen zur Reduzierung des Radar­querschnitts. Das futuris­tische Design dieses Schiffes wurde inter­national bewundert.[1]

    

Rührreibgeschweißtes Raketen-Schnell­boot der Houbei-Klasse (Fast Attack Craft, Type 022)

Raketen-Schnell­boot der Houbei-Klasse (Fast Attack Craft, Type 022)

© CSR Report RL33153 by Ronald O'Rourke 

    


Eine Reihe von chinesischen Werften im ganzen Land waren am Bau des Bootes beteiligt und es wurde berichtet, dass FSW-Aluminiumlegierungsplatten verwendet wurden, um dieses sehr fortschrittliche Marineschiff in China zu produzieren. Dieser militärische Tarnkappen-Katamaran soll mit 4 Anti-Schiffs-Raketen, 12 Boden-Luft-Raketen und einer 30-mm-Kanone ausgestattet sein. Er hat große Stealth-Fähigkeit, und kann sehr schnell in verschiedenen Seebedingungen bewegen.[1][8]

   

Quellennachweise

  1. Friction stir welding of aluminium ships 2007 International Forum on Welding Technologies in the Shipping Industry (IFWT) during the Beijing Essen Welding and Cutting Fair in Shanghai, 16.–19. Juni 2007.
       
  2. Application of innovative welding methods to prefabricate aluminium Panels. Speed at Sea, Oktober 2004, S. 23.
       
  3. Application of friction stir welding in the shipbuilding industry. Lightweight Construction – Latest Developments. The Royal Institution of Naval Architects, London, 24.–25. Februar 2000.
       
  4. Kevin J. Colligan: Friction Stir Welding for Ship Construction Enables Prefabricated, Stiffened Panels with Low Distortion
       
  5. Protector/Rotoiti class Inshore Patrol Vessel - IPV.
     
       
  6. Wikipedia-Artikel über die Lake-class inshore patrol vessels.
       
  7. Wikipedia-Artikel über Roy Geddes - Rührreibschweißen.
       
  8. Chinese Navy Type 22 Fast Attack Crafts Conducts Training in East China Sea.
      
  9. Sandra Knisely: Friction stir welding fuses engineering research and Wisconsin industry. 11. Mai 2010.
      
  10. Wikipedia article on USS Freedom (LCS-1).
  11. Bruce Halverson (Marinette Marine Corporation) und John F. Hinrichs (Friction Stir Link, Inc.): Friction Stir Welding (FSW) of Littoral Combat Ship Deckhouse Structure. Auch im Yumpu format abrufbar.