SCHWEISSEN DER ALUMINIUMLEGIERUNG 5086 NACH FSW-VERFAHREN
Darko Bajić, Sanja Miljani
Schlüsselwörter: Schweißen, FSW, Reibung, Werkzeugfläche, Werkzeugdorn, mechanische Eigenschaften
Zusammenfassung:
Beim konventionellen Lichtbogenschweißen von Aluminium und seinen Legierungen sind neben der großen Geschicklichkeit des Schweißers eine hochwertige Vorbereitung der Verbindungsseiten, zusätzliches Elektrodenmaterial, Gasschutz der Schweißzone und ausreichende Schweißparameter erforderlich. Dank der Entwicklung der Prinzipien des FSW-Verfahrens hängt die Qualität des Schweißens von Aluminium und seinen Legierungen in erster Linie von der Geometrie des Schweißwerkzeugs und den Schweißparametern ab: Rotationsgeschwindigkeit, Axialkraft und Geschwindigkeit der Translationsbewegung des Werkzeug.
1. EINLEITUNG
Beim Reibschweißen wird eine Kombination aus thermischer und mechanischer Energie durch Reibung zwischen zwei Elementen genutzt, um an den Kontaktflächen Wärme zu erzeugen. Mindestens eines dieser beiden Elemente muss eine Drehbewegung ausführen. Durch die freigesetzte Wärme an der Kontaktfläche der beiden Elemente wird das Material in einen teigigen Zustand versetzt und durch die Einwirkung der Axialkraft entsteht eine Schweißverbindung. Durch die Extrusion eines Teils des Materials werden Oxide und Verunreinigungen in diesen Ring ausgeschleudert , so dass die Mikrostruktur der Verbindung günstig ist. Oder beide Elemente führen zu Ergebnissen und es ist möglich, die Materialien zu verbinden, sofern ihre Längsachsen übereinstimmen. Abhängig von der verfügbaren Ausrüstung, zElemente mit rechteckigem Querschnitt können auch reibgeschweißt werden. Die erforderliche Wärme wird meist durch die Bewegung eines Elements oder die gleichzeitige Bewegung beider Arbeitselemente in die entgegengesetzte Richtung erzeugt. Das Reibrührschweißen oder FSW-Schweißen (Friction Stir Welding) wurde 1991 vom TheWeldingInstituteofCambridgeU.K. (TWI) patentiert. Es war in erster Linie zum Schweißen von Aluminium gedacht und wurde als solches patentiert. Aufgrund des Verschleißes von Schweißwerkzeugen wird das Verfahren kommerziell meist zum Schweißen weicher Werkstoffe eingesetzt: Aluminium, Kupfer, Zink, Magnesium und neuerdings auch einer Reihe von Stahlwerkstoffen. Durch die Entwicklung vor allem neuer Werkstoffe und Werkzeugmaschinen wird die Das FSW-Verfahren wird praktisch in allen Industriezweigen eingesetzt, insbesondere in der Luftfahrt-, Eisenbahn-, Automobil- und Prozessindustrie. Eine schematische Darstellung des FSW-Schweißprozesses ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1. Schematische Darstellung des Reibrührschweißens/em>
2. EINFLUSSREICHES PARAMETRIFSW-VERFAHREN
Die Qualität von Schweißverbindungen, die im Reibrührschweißverfahren hergestellt werden, wird von mehreren Parametern sowie den Eigenschaften der am Schweißprozess beteiligten Materialien bestimmt. Bestimmende Parameter und Eigenschaften von Materialien beeinflussen die Geschwindigkeit und Menge der Wärmeerzeugung, TemperaturTemperaturfeld, Kühltemperatur, Drehmoment und Leistung. Den größten Einfluss auf die Qualität des Rührreibschweißens haben folgende Parameter [3-8]:
- Werkzeugrotationsgeschwindigkeit,
- Schweißgeschwindigkeit – translatorische Geschwindigkeit,
- Kraft in Gegenrichtung – Axialkraft,
- Neigungswinkel des Werkzeugs,
- Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit und Schweißgeschwindigkeit,
- Werkzeuggeometrie
Die drei Grundparameter sind: Werkzeugrotationsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit-ω): Während des FSW-Schweißprozesses ist sie konstant (1001600o/min), da jede Änderung ein Risiko darstellt, das zu Werkzeugschäden führt. Übersetzergeschwindigkeit: ist auch die Schweißgeschwindigkeit. Seine Wahl hängt in erster Linie von den mechanischen Eigenschaften des geschweißten Materials und seiner Dicke sowie von der gewählten Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeugs ab. Axialkraft (Fa): ermöglicht das Eindringen des Werkzeugs in das Grundmaterial (Bild 2). Der Maximalwert wird im Moment des Eindringens des Dorns in das zu schweißende Material erreicht, der Minimalwert am Ende der Eindringphase, wenn das erste Loch (engl. Keyhole) entsteht. In der Literatur wird die Axialkraft oft als Schweißkraft bezeichnet.
Abbildung 2. Kräfte, die während des Schweißvorgangs auf das Werkzeug einwirken
Um mit dem FSW-Verfahren eine hochwertige Schweißverbindung zu erhalten, ist eine optimale Wertekombination erforderlichsti der genannten Parameter, die derzeit nur durch experimentelle Methoden bestimmt werden können. Die thermophysikalischen Eigenschaften der zu schweißenden Materialien und ihre Dicke sind zwei grundlegende Faktoren, die den Wert der Parameter beeinflussen. Der Prozess des FSW-Schweißens zweier Arbeitselemente erfolgt in zwei Phasen[1]:
- Wärmeentwicklung im Grundmaterial i
- Schweißen
Weitere Informationen können über den untenstehenden Link heruntergeladen werden.
