Rührreibschweißen

Fester Zustand: Ein rotierendes Werkzeug rührt erweichte Kanten zusammen

Das Rührreibschweißen verbindet Metallplatten, indem ein rotierendes Werkzeug entlang der Fuge geschoben wird: Reibung erweicht das Metall, und das Werkzeug rührt beide Kanten zu einer zusammen, ohne sie je zu schmelzen. Es ist, als würde man zwei Klumpen Ton verkneten. 1991 bei TWI in Großbritannien erfunden, baut es heute Raketentreibstofftanks, Zugkarosserien und Batteriewannen für Elektroautos.

Foto: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

Rührreibschweißen · rotierendes Werkzeug, Rührzone und Naht, SeitenansichtDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten; das Werkzeug bewegt sich nach rechts und lässt die Naht hinter sich.

So funktioniert es

Fest einspannen. Die Platten werden stumpf auf einer Unterlegschiene zusammengestoßen und hart gespannt, weil das Werkzeug sie mit großen Kräften auseinanderdrückt.
Drehen und eintauchen. Ein hartes Werkzeug, das sich meist mit einigen hundert bis etwa 2.000 U/min dreht, drückt seinen Stift in die Fuge, bis die breitere Schulter die Oberfläche berührt.
Durch Reibung erhitzen. Die Schulter, die auf dem Metall reibt, erhitzt es auf etwa 70–90 % seiner Schmelztemperatur. Das Metall wird weich wie Knetmasse, bleibt aber fest.
Verfahren und rühren. Das Werkzeug bewegt sich entlang der Fuge. Der Gewindestift führt erweichtes Metall von vorn nach hinten herum und vermischt dabei die beiden Kanten.
Schmieden und fertigstellen. Die Schulter drückt das gerührte Metall nieder, während es zu einer festen Naht mit feinem Korn abkühlt. Am Ende hebt sich das Werkzeug heraus und hinterlässt ein kleines Austrittsloch, oft auf einer Ausschusslasche.

Warum fehlendes Schmelzen hilft. Schmelzen und Wiedererstarren verursachen die meisten Schweißfehler: Gasblasen, Risse und schwaches Gussgefüge. Rührreibschweißnähte vermeiden sie, sodass sich schwer schmelzschweißbare Aluminiumlegierungen gut verbinden lassen, mit wenig Verzug und ohne Dämpfe, Funken oder Zusatzwerkstoff.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Vor allem Aluminiumlegierungen; auch Magnesium, Kupfer und verschiedenartige Paarungen; Stahl und Titan mit teuren Spezialwerkzeugen
Typische Teile: Raketentreibstofftanks, Schienenfahrzeugkarosserien, Schiffsdeckplatten, Batteriewannen, Kühlkörper
Bauteilgröße: Bleche von etwa 1 mm bis zu Aluminiumplatten von einigen Zentimetern Dicke; Nähte von vielen Metern Länge
Präzision: Geringer Verzug; Nahtposition auf CNC-Maschinen auf einen Bruchteil eines Millimeters genau
Oberfläche: Glatte Naht mit feinen halbmondförmigen Riffeln, leicht unter der Oberfläche; kleiner Grat an den Kanten
Geeignete Losgröße: Mittlere bis große Serien langer, gerader oder sanft gekrümmter Nähte
Werkzeug- und Maschinenkosten: Zehntausende für eine CNC-Umrüstung bis weit über 1 Million Dollar für große Sondermaschinen
Geschwindigkeit: Meist 0,1–2 m Naht pro Minute, in einem einzigen Durchgang

Stärken und Grenzen

Stärken

Kein Schmelzen, daher keine Poren oder Heißrisse
Verbindet Aluminiumlegierungen, die sich schwer schmelzschweißen lassen
Geringer Verzug und feste, feinkörnige Nähte
Kein Zusatzwerkstoff, kein Gas, keine Dämpfe oder Funken

Grenzen

Braucht schwere, steife Maschinen und starkes Spannen
Hinterlässt am Ende jeder Naht ein Austrittsloch
Am besten bei einfachen geraden oder flachen Verbindungen
Stahl und Titan verschleißen Werkzeuge schnell

Wo es eingesetzt wird

RaumfahrtTreibstoff- und Oxidatortanks von Trägerraketen
SchieneAluminium-Wagenkästen von Hochgeschwindigkeits- und Nahverkehrszügen
SchiffbauGroße Deck- und Rumpfplatten aus Aluminium
AutomobilbauBatteriewannen für Elektroautos, Räder, Fahrwerksteile
Elektronik und HeizungKühlkörper, Kühlplatten, Heizkessel-Wärmetauscher

So erkennen Sie es

Eine glatte, flache Naht mit feinen, gleichmäßig verteilten halbmondförmigen Spuren, die alle in dieselbe Richtung zeigen.
Eine leichte Mulde, wo die Schulter gedrückt hat, mit dünnen gekräuselten Graten entlang der Kanten.
Ein rundes Austrittsloch am Ende der Naht, sofern es nicht abgeschnitten wurde.

Im Vergleich mit

Lichtbogenschweißen7.1schmilzt das Metall und fügt Zusatzwerkstoff hinzu; einfacher für komplexe Formen, verursacht aber bei Aluminium mehr Verzug und Fehler.Ultraschallschweißen7.7ebenfalls im festen Zustand, nutzt aber Vibration für dünne Folien und Drähte, nicht für dicke Platten.Explosionsschweißen7.8ein weiteres Festkörperverfahren, das ganze Platten auf einmal mit einer Explosion verbindet.

Ansehen

TheGrenzebachGroup · Das Prinzip, erklärt von einem Maschinenbauer

RIFTEC GmbH - Videos · Eintauchen, Verfahren und die Festkörperverbindung, Schritt für Schritt

Manufacturing Technology, Inc. (MTI) · Eine echte Naht vom Eintauchen bis zum Austrittsloch

ESAB · Eine Industriemaschine bei der Arbeit

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Rührreibschweißen — das Werkzeug, die Rührzone und Anwendungen in Bahn, Raumfahrt, Schiff und Auto
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Reibung, nicht eine Flamme oder ein Lichtbogen, erhitzt das Metall, und es schmilzt nie.
Der Stift rührt die beiden erweichten Kanten zu einer zusammen, und die Schulter schmiedet sie nieder.
Es glänzt bei langen Aluminiumnähten: fest, sauber und mit wenig Verzug.