Reibschweißen: Grundsätze, Klassifizierung, Verfahren, Einflussfaktoren

1. Prinzip des Reibschweißens I. Das Prinzip und die Klassifizierung des Reibschweißens (1) Das Prinzip des Reibschweißens Reibschweißen: Es handelt sich um ein Pressschweißverfahren, bei dem die Wärme, die durch die gegenseitige Reibung der Kontaktflächen der zu verschweißenden Teile entsteht, genutzt wird, um eine zuverlässige Materialverbindung zu erreichen. Der Schweißvorgang erfolgt [...]

Grundsätze des Reibschweißens, Klassifizierung, Verfahren, Einflussfaktoren

Inhaltsverzeichnis

1. Das Prinzip des Reibschweißens

I. Das Prinzip und die Klassifizierung des Reibschweißens

(1) Das Prinzip des Reibschweißens

Reibschweißen: Hierbei handelt es sich um ein Pressschweißverfahren, bei dem die durch die gegenseitige Reibung bei der Relativbewegung der Kontaktflächen der Schweißteile erzeugte Wärme genutzt wird, um eine zuverlässige Materialverbindung herzustellen.

Der Schweißvorgang findet unter Druck statt, wobei die zu verschweißenden Materialien durch die Relativbewegung Reibung erzeugen, wodurch die Grenzflächentemperaturen und die Temperaturen in der Nähe ansteigen und einen thermoplastischen Zustand erreichen.

Wenn die Stauchkraft einsetzt, wird die Oxidschicht an der Grenzfläche zerrissen, das Material verformt sich plastisch und fließt, und durch Diffusion der Grenzflächenelemente und metallurgische Rekristallisationsreaktionen entsteht eine Verbindung.

Die Schweißverfahren kommt ohne Zusatzwerkstoff aus, benötigt kein Flussmittel und kein Schutzgas. Der gesamte Schweißvorgang dauert nur wenige Sekunden.

Abbildung 7-16 Schematisches Diagramm des Reibschweißverfahrens

Die Hochgeschwindigkeits-Relativreibung unter Druck zwischen den Verbindungsflächen der beiden Schweißteile hat zwei Auswirkungen:

1) Es zerstört die Oxidschicht oder andere Verunreinigungen auf der Verbindungsoberfläche und legt sauberes Metall frei;

2) Sie erzeugt Wärme und bildet schnell eine thermoplastische Schicht auf der Verbindungsfläche. Unter dem anschließenden Reibungsmoment und dem axialen Druck werden diese zersplitterten Oxide und ein Teil der Kunststoffschicht aus der Fugenoberfläche herausgedrückt und bilden einen Abbrand, und das verbleibende plastisch verformte Metall bildet das Schweißgut. Durch das abschließende Stauchen wird das Schweißgut weiter umgeschmiedet und bildet ein qualitativ hochwertiges Schweißnaht.

Aus dem Schweißprozess ist ersichtlich, dass die Reibschweißverbindung unterhalb des Schmelzpunktes des Schweißgutes entsteht, so dass das Reibschweißen zu den Festkörperschweißverfahren gehört.

(2) Klassifizierung des Reibschweißens:

Das Reibschweißen kann in drei Arten unterteilt werden: Rotation des Werkstücks, stationäres Werkstück und andere Bewegungen. Diese drei Arten können wie folgt weiter unterteilt werden:

1. Drehung des Werkstücks:

  • Kontinuierliches Reibschweißen
  • Trägheitsreibschweißen

2. Stationäres Werkstück:

  • Radiales Reibschweißen
  • Rührreibschweißen

3. Andere Bewegungen:

  • Friktionsbeläge
  • Lineares Reibschweißen
  • Orbitale Reibschweißung

2. Klassifizierung des Reibschweißens

(1) Kontinuierliche Reibschweißung

Dies ist eine gängige Art des Reibschweißens. Während des Schweißvorgangs wird das Werkstück vom Spindelmotor kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, bis es die vorgegebene Reibzeit oder den vorgegebenen Reibverformungsbetrag erreicht. Danach wird die Drehung des Werkstücks sofort gestoppt und das Schmiedeschweißen beginnt.

  • 1. Drehung
  • 2. Bremsen
  • 3a. Drehbare Halterung
  • 3b. Nicht-drehende Halterung
  • 4a. Rotierendes Werkstück
  • 4b. Nicht-rotierendes Werkstück
  • 5. Werkstück-Zylinder

(2) Trägheits-Reibschweißen

Das rotierende Ende des Werkstücks wird in das Schwungrad geklemmt. Zu Beginn des Schweißvorgangs werden das Schwungrad und das rotierende Ende des Werkstücks auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt, dann wird das Schwungrad vom Hauptmotor abgekoppelt.

Gleichzeitig bewegt sich das bewegliche Ende des Werkstücks nach vorne. Nach dem Kontakt mit dem Werkstück beginnt es, sich durch Reibung zu erhitzen. Während der Reibungserwärmung wird das Schwungrad durch das Reibungsmoment gebremst, und die Geschwindigkeit nimmt allmählich ab. Wenn die Geschwindigkeit Null erreicht, ist der Schweißvorgang beendet.

  • 1- Drehung
  • 2- Einstellbarer Trägheitskörper
  • 3a- Drehbare Klammer
  • 3b- Nicht drehbare Klemme
  • 4a- Rotierendes Werkstück
  • 4b- Nicht rotierendes Werkstück
  • 5- Werkstückzylinder

(3) Radiale Reibschweißung

Ein ringförmiger Ring mit abgeschrägter Oberfläche wird auf die Endfläche eines Rohrs mit einer geteilten Öffnung montiert. Beim Reibschweißen wird der Ring gedreht und radiale Reibungskräfte werden auf die beiden Rohrenden ausgeübt. Wenn die Reibung beendet ist, wird die Drehung des Rings gestoppt und der Stauchdruck wird aufgebracht.

Abbildung 6: Schematische Darstellung des radialen Reibschweißens
  • 1 - Drehring
  • 2 - Zu schweißendes Rohr
  • n - Ringgeschwindigkeit
  • Po - Axialer Schmiededruck
  • P - Radialer Druck

(4) Reibrührschweißen

Das Funktionsprinzip des Rührreibschweißens ist wie folgt: Eine Rührnadel mit einer bestimmten Form aus hochtemperaturbeständigem, hartem Material wird gedreht und tief in die Kante der beiden zu verschweißenden Materialien eingeführt.

Der Rührkopf stellt die Rotation ein und erzeugt eine große Menge an Reibungswärme an den Rändern der beiden Schweißteile, so dass sich an der Verbindung eine metallisch-plastische Erweichungszone bildet.

Diese plastische Erweichungszone wird unter der Einwirkung des Rührkopfs gerührt und gequetscht und fließt entlang der Schweißnaht mit der Rotation des Rührkopfes, wodurch ein plastischer Metallfluss entsteht. Bei der Abkühlung nach dem Verlassen des Rührkopfs wird das Metall gepresst, um eine Festphasenschweißverbindung zu bilden.

Abbildung 9: Schematische Darstellung von Friction Stir Prinzip der Verschweißung

(5) Reibungsbeläge

Der Panzerungsmetallstab rotiert mit hoher Geschwindigkeit und übt Reibungsdruck auf das Grundmaterial aus. Aufgrund des großen Volumens des Grundwerkstoffs, der guten Wärmeleitung und der schnellen Abkühlungsgeschwindigkeit bewegt sich die Reibungsfläche von der Grenzfläche zwischen dem Panzerungsmetall und dem Grundwerkstoff zur Seite des Panzerungsmetalls.

Gleichzeitig erstarrt das Auftragmetall und geht auf das Grundmaterial über, um eine Auftragschweißung zu bilden. Wenn sich der Grundwerkstoff relativ zum Auftragschweißstab dreht oder bewegt, bildet sich eine Auftragschweißnaht auf dem Grundwerkstoff.

Abbildung 7: Schematische Darstellung des Reibungsbelags
  • 1- Oberflächenbehandlung Metallstab
  • 2- Aufgetragener Teil
  • 3- Oberflächenbeschichtung Schweißnaht

(6) Lineares Reibschweißen

Eines der beiden zu schweißenden Werkstücke ist fixiert, das andere bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit hin und her, oder die beiden Werkstücke bewegen sich relativ zueinander. Unter Druckeinwirkung entsteht an der Schnittstelle der beiden Werkstücke durch Reibung Wärme, so dass eine Schweißung entsteht.

Abbildung 8: Schematisches Diagramm des linearen Reibschweißens

(7) Orbitales Reibschweißen

Das Orbital-Reibschweißen ist ein neu entwickeltes Schweißverfahren, das hauptsächlich zum Schweißen von Werkstücken mit unrundem Querschnitt eingesetzt wird.

Beim geradlinigen orbitalen Reibschweißen bewegt sich das Werkstück entlang einer geradlinigen Bahn, wobei eine bestimmte Amplitude und Frequenz dafür sorgen, dass die Schwingungsgeschwindigkeit den erforderlichen Wert erreicht, so dass die Schweißfläche die relative, sich wiederholende Schwingungsreibung.

Beim kreisförmigen Orbital-Reibschweißen bewegt sich jeder Massepunkt des Werkstücks mit gleichem Radius und gleicher Geschwindigkeit entlang der Kreisbahn, so dass die Schweißfläche eine relative Bewegungsreibung erfährt. Nachdem die Verbindung auf den Schweißtemperaturwird die Reibbewegung des Werkstücks gestoppt, und das Stauchen wird durchgeführt.

b) Reibrührschweißen
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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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