Einfache Verbindung von dünnwandigem Material

Das Fließformen ist selbst bei Fachleuten relativ wenig bekannt. Eine Werkzeugmaschine dreht spanlos durch Reibungswärme ein Loch (Buchse) in das Werkstück, in dem das Metall plastifiziert. Anschließend kann auch ein Gewinde eingeformt werden. Man erreicht dabei die dreifache Gewindelänge der Wandstärke, da kein Material durch Späne verloren geht. Vor allem für dünnwandige Metalle ist das Fließformen geeignet.

Beim Reibschweißen werden zum Beispiel zwei Rohre drehend zusammengeführt und durch Reibungswärme mit Druck verschweißt. Die beiden Verfahren Fließformen und Reibschweißen wurden nun miteinander verbunden zur patentierten Technik des Fließreibschweißens.

Dieses Schweißverfahren ist zum Anbringen eines metallischen Anschlussteils an einem Metallwerkstück geeignet, insbesondere eines Abzweigers an einem Hohlkörper. Hauptsächlich für dünnwandige Behälter und Rohre – von circa 1 bis 15 mm Wandstärke – ist das Verfahren zum Aufschweißen eines dichten und druckfesten Anschlussteils vorgesehen, um Gase oder Flüssigkeiten sicher durchzuleiten. Der Werkzeugdurchmesser bestimmt dabei den Anschlussdurchgang. Es werden keine Dichtungsmittel benötigt. Mehrere Anschlussteile können je nach Bedarf beliebig am Basiswerkstück angefügt werden. Für den Schweißvorgang muss nur eine Werkstückseite zugänglich sein.

Beim Fließreibschweißen können verschiedene Metallarten miteinander verbunden werden, wenn sie einwandfrei plastifizieren und gegenseitig eine physikalische beziehungsweise chemische Verbindung eingehen. Dadurch sind Mischkonstruktionen leichter umsetzbar.

Das Schweißverfahren wird mit einer geeigneten Werkzeugmaschine durchgeführt. Die Maschine muss die geforderte Antriebskraft, die notwendigen Motordrehzahlen stufenlos, relativ hohe axiale Vorschubkräfte und variable Vorschubgeschwindigkeit je nach Einsatz leisten.

Voraussetzung ist auch ein präziser Werkzeugrundlauf. Sie kann manuell oder vollautomatisch sowie stationär als auch mobil ausgerichtet sein. Bei einem langen oder unbeweglichen Werkstück ist meist eine mobile Anwendung vorteilhaft.

Die Maschine ist mit einem rotierenden Spezialwerkzeug ausgestattet. Dadurch kommt die Verschweißung mit Reibungswärme sekundenschnell zustande. Damit werden Arbeitskosten reduziert. Die Werkzeugmaschine muss die axialen Vorschubkräfte und die aufsteigende Reibungswärme bewältigen.

Jeder Anwendungsfall bedarf einer gegenseitigen Abstimmung zwischen Werkstückform, Wandstärke und Metallart. Hinzu kommt, dass die Maschine, wie vorher beschrieben, passend eingestellt ist. Für den Arbeitsvorgang muss der geeignete Fließreibschweißer (Werkzeug) nach dem Durchmesser und der Länge ausgewählt werden. Das ergibt sich vor allem aus den Dimensionen der Werkstücke. Die Wiederholgenauigkeiten der Prozessabläufe sind vorprogrammiert.

Der Schweißvorgang verursacht wenig Lärm, Stäube und Dämpfe. Außerdem hinterlässt das Verfahren keine oder nur geringe unerwünschte Begleiterscheinungen wie Schweißnähte, Anlauffarben und Werkstückverformungen. Das Reinigen der Schweißnähte und Anlauffarben ist sehr zeit- und kostenaufwändig. Es geschieht mit toxischen Chemikalien (Abbeizmitteln) oder elektrochemisch. Eine weitere Möglichkeit besteht im Wegschleifen. Dabei entstehen jedoch immer Stäube, Dämpfe und Abwässer, die schädlich für Mensch und Umwelt sind. Außerdem hält sich die Verformung der Werkstücke in Grenzen, da relativ wenig Wärme eingebracht wird.

Die Einsatzmöglichkeiten des Fließreibschweißens sind groß: Wo bislang ein Edelstahlrohr mit 3 mm Wandstärke verwendet wurde, obwohl 2 mm für die Stabilität genügen würden, lässt sich nun ein Drittel an Rohstoffen einsparen. Dies ist im Fahrzeug-, Schiffs-, Flugzeug- und Anlagenbau ebenso erwünscht wie im Lebensmittel-, Medizin- und Sanitärbereich. Die Metalle werden zunehmend dünnwandiger, dadurch die Bearbeitung immer schwieriger. Das Fließreibschweißen ermöglicht somit leichtere Konstruktionen.

Peter Martin Dufter

Gschäftsführer Firma Dufter, Siegsdorf