Rotationsreibschweißen ist ein Festkörperschweißprozess, bei dem zwei ähnliche oder unterschiedliche Materialien aneinander gerieben werden, um an der Grenzfläche ausreichend Wärme zu erzeugen, und eine nachfolgende Stauchkraft die beiden Materialien miteinander verschmilzt. Die Verunreinigungen an der Grenzfläche werden als Flash entfernt und die gebildete Bindung ist stärker als bei beiden Materialien.

Die treibenden physikalischen Phänomene beim Reibschweißen sind Wärmeerzeugung, Wärmeleitung, plastische Verformung, Abrieb der Reibflächen und Materialdiffusion

Es kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Teilegeometrien wie zu verbinden

Rohr zu RohrTube to DiskU-Bahn bis Bar
Bar zu BarBar zu PlatteTube to Plate

So funktioniert's

Das Verbinden von Metallen kann als Erreichen einer metallischen Bindung über die Grenzfläche definiert werden. Bei einer idealen Metallbindung sind die Valenzelektronen nicht an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern bewegen sich frei im gesamten Metall. Der Grund für dieses Verhalten ist, dass die Valenzelektronen in einem Metall viel weiter vom Kern des Atoms entfernt sind als die in Nichtmetallen. Die Valenzelektronen wandern auf breiteren Bahnen in Regionen, die von ihren Elternatomen entfernt sind, und sind der Anziehungskraft benachbarter Kerne ausgesetzt. Folglich sind die Valenzelektronen in Metallen niemals dauerhaft mit einem bestimmten Atom verbunden, sondern fließen frei in zufälliger Anordnung als eine Art freies „Elektronengas“. Somit kann die Struktur eines Metalls als eine Ansammlung positiver Ionen angesehen werden, die jeweils aus dem Kern eines Atoms (Kern plus Nichtvalenzelektronen) bestehen, das in ein „Gas“ oder eine Wolke freier Elektronen getaucht ist. Die Anziehung zwischen den positiven Ionen und dem Elektronengas gibt dem Metall seine Struktur und Kohärenz. Diese Anziehungskraft bildet die metallische Bindung.

Wenn beim Schweißen von zwei Stücken desselben Materials die beiden zu verklebenden Oberflächen von Oxidschichten befreit werden und alle anderen Verunreinigungen dann in innigen Kontakt miteinander gebracht werden, so dass zwischen den Elektronen beider Oberflächen und den anziehenden und beweglichen besteht Wenn sich Abstoßungskräfte zwischen den Atomen einstellen, verschweißen die beiden Oberflächen und die Bindung zwischen ihnen ist ähnlich der zwischen zwei Körnern desselben Materials. Wenn die beiden Teile aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ist die Fähigkeit, eine metallische Bindung zwischen ihren nicht kontaminierten Oberflächen herzustellen, weiterhin möglich, die Stärke der Bindung hängt jedoch von den betreffenden Materialien ab.

Der Prozess

STAGE 1 - Vorbereitung

Es gibt zwei grundlegende Anforderungen, die erfüllt sein müssen, bevor Reibschweißen zwischen Metallen stattfinden kann. Sie sind:

i) zwei absolut saubere und nicht kontaminierte Oberflächen herstellen;
ii) Bringen Sie diese saubere und nicht kontaminierte Oberfläche in engen Kontakt miteinander, damit eine metallische Verbindung über die Grenzfläche hergestellt werden kann.

Die Oberfläche eines tatsächlichen Metallstücks ist weit von der idealen oder jungfräulichen Oberfläche entfernt.

Es zeigt sowohl Welligkeit als auch Rauheit. Welligkeit ist ein makroskopisches Merkmal einer tatsächlichen Metalloberfläche und Rauheit ist ihre mikroskopische Qualität.

Es gibt drei Arten von Oberflächenverunreinigungen. Sie sind:

a) Organische Filme
b) Aufgenommene Gase
c) Chemische Verbindungen des Grundmetalls, in der Regel Oxide.

Um den Prozess zu starten, wird eine Komponente in eine stationäre Klammer gelegt und die andere Komponente in eine rotierende Spindel geladen. Die rotierende Spindel bewegt sich dann vorwärts, so dass sich die beiden Komponenten berühren. Die Spindel wird dann auf eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit gebracht und anschließend eine vorgegebene Axialkraft aufgebracht.

vlcsnap hms

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STUFE 2 - Heizung

Die beim Reiben entstehende Wärme erhöht die Temperatur der Bauteile und senkt die Streckgrenze. Sobald die Kontaktflächen einen plastischen Zustand erreichen, gibt sie nach und fließt nach außen, um den Blitz zu bilden. Dieser Prozess entfernt die oxidierte Schicht auf beiden Materialien. Sie sind nicht mehr in Kontakt mit der Atmosphäre und können daher keine neue Oxidschicht bilden. Die entstehenden Oberflächen kommen miteinander in Kontakt. Die gegenüberliegenden Oberflächen weisen normalerweise winzige Spalten auf, und dieser Schritt hilft, die Oberflächen in eine perfekte ebene Fläche auszugleichen.

Sobald der gewünschte Abbrand erreicht ist, geht der Prozess zur nächsten Stufe über, der Schmiedestufe.

STAGE 3 - Schmieden

In diesem Schritt wird die Drehbewegung gestoppt und eine Schmiedekraft wird für eine vorbestimmte Zeit angelegt. Diese Kraft führt zur Verschmelzung der beiden Oberflächen zu einer dauerhaften Verbindung.

Die interatomaren Anziehungskräfte spielen mit den atomaren Bewegungen der Atome und Valenzen, die stattfinden, um die Schweißung zu vervollständigen.

vlcsnap hms

Prozessparameter und Grafik

Die Qualität der Schweißung als Ergebnis des Reibschweißens wird durch die folgenden Parameter bestimmt

  • Spulengeschwindigkeit
  • Axialkraft
  • Verschiebung
  • Drehmoment

Die folgende Grafik zeigt die Schweißparameter über die drei Phasen:

Mögliche schweißbare Kombinationen

Rotationsreibschweißen bietet eine einzigartige Möglichkeit, unterschiedliche Materialtypen zu verbinden, die sonst nur schwer miteinander verschweißt werden können. Die folgende Tabelle zeigt, was mit diesem Verfahren zusammen geschmiedet werden kann / nicht:

Vorteile:

Es gibt einige Vorteile von Rotationsreibschweißenim Vergleich zu anderen Prozessen. Bedeutsam unter ihnen sind

  • Sehr kurze Zykluszeit (wenige Sekunden)
  • Ideal für die Massenproduktion
  • Einsparung von teurem Material bei Verwendung von Bimetall-Bauteilen (z. B. Bohrer-HSS / MCS)
  • Zonen mit geringer Wärmeeinwirkung und damit Halbzeuge können geschweißt werden
  • Keine Kantenvorbereitung, Füllmaterial, Schutzgas, Spritzer, Dämpfe und Strahlung
  • Hervorragendes Schweißen: Die Verbindung ist so stark oder stärker als das Ausgangsmaterial
  • Es können unterschiedlichste Metalle wie Cu zu Al, Cu oder Al zu Stahl, Titan zu Edelstahl usw. geschweißt werden
  • Keine Einschlüsse wie Oxidschicht.
  • Vor- und Nachbehandlung sind nur für wenige bestimmte NE-Metalle und einige legierte Stähle erforderlich.
  • Hochproduktiv bei geringer Taktzeit.
  • Unähnliche Metalle können geschweißt werden.
  • Prozess ist ökologisch sauber.
  • Kein Rauch, keine Schlacke oder Verbrauchsmaterialien wie Gas, Flussmittel oder Füllstoffe.
  • Formteile wie Sechskant, Quadrat, Ellipse etc. können geschweißt werden.
  • Geringer Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Schweißverfahren.
  • Die Schweißnahtüberwachung bietet eine 100% -Prozessqualitätsprüfung.

Rotationsreibschweißen ist ein Festkörperschweißprozess, bei dem zwei ähnliche oder unterschiedliche Materialien aneinander gerieben werden, um an der Grenzfläche ausreichend Wärme zu erzeugen, und eine nachfolgende Stauchkraft die beiden Materialien miteinander verschmilzt. Die Verunreinigungen an der Grenzfläche werden als Flash entfernt und die gebildete Bindung ist stärker als bei beiden Materialien.

Die treibenden physikalischen Phänomene beim Reibschweißen sind Wärmeerzeugung, Wärmeleitung, plastische Verformung, Abrieb der Reibflächen und Materialdiffusion

Es kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Teilegeometrien wie zu verbinden

Rohr zu RohrTube to DiskU-Bahn bis Bar
Bar zu BarBar zu PlatteTube to Plate

So funktioniert's

Das Verbinden von Metallen kann als Erreichen einer metallischen Bindung über die Grenzfläche definiert werden. Bei einer idealen Metallbindung sind die Valenzelektronen nicht an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern bewegen sich frei im gesamten Metall. Der Grund für dieses Verhalten ist, dass die Valenzelektronen in einem Metall viel weiter vom Kern des Atoms entfernt sind als die in Nichtmetallen. Die Valenzelektronen wandern auf breiteren Bahnen in Regionen, die von ihren Elternatomen entfernt sind, und sind der Anziehungskraft benachbarter Kerne ausgesetzt. Folglich sind die Valenzelektronen in Metallen niemals dauerhaft mit einem bestimmten Atom verbunden, sondern fließen frei in zufälliger Anordnung als eine Art freies „Elektronengas“. Somit kann die Struktur eines Metalls als eine Ansammlung positiver Ionen angesehen werden, die jeweils aus dem Kern eines Atoms (Kern plus Nichtvalenzelektronen) bestehen, das in ein „Gas“ oder eine Wolke freier Elektronen getaucht ist. Die Anziehung zwischen den positiven Ionen und dem Elektronengas gibt dem Metall seine Struktur und Kohärenz. Diese Anziehungskraft bildet die metallische Bindung.

Wenn beim Schweißen von zwei Stücken desselben Materials die beiden zu verklebenden Oberflächen von Oxidschichten befreit werden und alle anderen Verunreinigungen dann in innigen Kontakt miteinander gebracht werden, so dass zwischen den Elektronen beider Oberflächen und den anziehenden und beweglichen besteht Wenn sich Abstoßungskräfte zwischen den Atomen einstellen, verschweißen die beiden Oberflächen und die Bindung zwischen ihnen ist ähnlich der zwischen zwei Körnern desselben Materials. Wenn die beiden Teile aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ist die Fähigkeit, eine metallische Bindung zwischen ihren nicht kontaminierten Oberflächen herzustellen, weiterhin möglich, die Stärke der Bindung hängt jedoch von den betreffenden Materialien ab.

Der Prozess


STAGE 1 - Vorbereitung
Es gibt zwei grundlegende Anforderungen, die erfüllt sein müssen, bevor Reibschweißen zwischen Metallen stattfinden kann. Sie sind:

i) zwei absolut saubere und nicht kontaminierte Oberflächen herstellen;
ii) Bringen Sie diese saubere und nicht kontaminierte Oberfläche in engen Kontakt miteinander, damit eine metallische Verbindung über die Grenzfläche hergestellt werden kann.

Die Oberfläche eines tatsächlichen Metallstücks ist weit von der idealen oder jungfräulichen Oberfläche entfernt.

Es zeigt sowohl Welligkeit als auch Rauheit. Welligkeit ist ein makroskopisches Merkmal einer tatsächlichen Metalloberfläche und Rauheit ist ihre mikroskopische Qualität. Es gibt drei Arten von Oberflächenverunreinigungen. Sie sind:
a) Organische Filme
b) Aufgenommene Gase
c) Chemische Verbindungen des Grundmetalls, in der Regel Oxide.

Um den Prozess zu starten, wird eine Komponente in eine stationäre Klammer gelegt und die andere Komponente in eine rotierende Spindel geladen. Die rotierende Spindel bewegt sich dann vorwärts, so dass sich die beiden Komponenten berühren. Die Spindel wird dann auf eine vorgegebene Winkelgeschwindigkeit gebracht und anschließend eine vorgegebene Axialkraft aufgebracht.

STUFE 2 - Heizung

Die beim Reiben entstehende Wärme erhöht die Temperatur der Bauteile und senkt die Streckgrenze. Sobald die Kontaktflächen einen plastischen Zustand erreichen, gibt sie nach und fließt nach außen, um den Blitz zu bilden. Dieser Prozess entfernt die oxidierte Schicht auf beiden Materialien. Sie sind nicht mehr in Kontakt mit der Atmosphäre und können daher keine neue Oxidschicht bilden. Die entstehenden Oberflächen kommen miteinander in Kontakt. Die gegenüberliegenden Oberflächen weisen normalerweise winzige Spalten auf, und dieser Schritt hilft, die Oberflächen in eine perfekte ebene Fläche auszugleichen.

Sobald der gewünschte Abbrand erreicht ist, geht der Prozess zur nächsten Stufe über, der Schmiedestufe.

STAGE 3 - Schmieden

In diesem Schritt wird die Drehbewegung gestoppt und eine Schmiedekraft wird für eine vorbestimmte Zeit angelegt. Diese Kraft führt zur Verschmelzung der beiden Oberflächen zu einer dauerhaften Verbindung.
Die interatomaren Anziehungskräfte spielen mit den atomaren Bewegungen der Atome und Valenzen, die stattfinden, um die Schweißung zu vervollständigen.

Prozessparameter und Grafik

Die Qualität der Schweißung als Ergebnis des Reibschweißens wird durch die folgenden Parameter bestimmt

  • Spulengeschwindigkeit
  • Axialkraft
  • Verschiebung
  • Drehmoment

Die folgende Grafik zeigt die Schweißparameter über die drei Phasen:

Mögliche schweißbare Kombinationen

Rotationsreibschweißen bietet eine einzigartige Möglichkeit, unterschiedliche Materialtypen zu verbinden, die sonst nur schwer miteinander verschweißt werden können. Die folgende Tabelle zeigt, was mit diesem Verfahren zusammen geschmiedet werden kann / nicht:

Mögliche schweißbare Kombinationen

Quelle: https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/805/267/RUG01-001805267_2012_0001_AC.pdf

Vorteile:

Es gibt einige Vorteile von Rotationsreibschweißenim Vergleich zu anderen Prozessen. Bedeutsam unter ihnen sind

  • Sehr kurze Zykluszeit (wenige Sekunden)
  • Ideal für die Massenproduktion
  • Einsparung von teurem Material bei Verwendung von Bimetall-Bauteilen (z. B. Bohrer-HSS / MCS)
  • Zonen mit geringer Wärmeeinwirkung und damit Halbzeuge können geschweißt werden
  • Keine Kantenvorbereitung, Füllmaterial, Schutzgas, Spritzer, Dämpfe und Strahlung
  • Hervorragendes Schweißen: Die Verbindung ist so stark oder stärker als das Ausgangsmaterial
  • Es können unterschiedlichste Metalle wie Cu zu Al, Cu oder Al zu Stahl, Titan zu Edelstahl usw. geschweißt werden
  • Keine Einschlüsse wie Oxidschicht.
  • Vor- und Nachbehandlung sind nur für wenige bestimmte NE-Metalle und einige legierte Stähle erforderlich.
  • Hochproduktiv bei geringer Taktzeit.
  • Unähnliche Metalle können geschweißt werden.
  • Prozess ist ökologisch sauber.
  • Kein Rauch, keine Schlacke oder Verbrauchsmaterialien wie Gas, Flussmittel oder Füllstoffe.
  • Formteile wie Sechskant, Quadrat, Ellipse etc. können geschweißt werden.
  • Geringer Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Schweißverfahren.
  • Die Schweißnahtüberwachung bietet eine 100% -Prozessqualitätsprüfung.

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