Mon, 22 June, 2020
Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist ein Fügeverfahren, das 1991 vom TWI erfunden wurde. Die Vielfalt der industriell mit FSW gefügten Bauteile wird ständig größer, wobei es sich jedoch hauptsächlich um Produkte aus Aluminiumlegierungen handelt.
Das TWI arbeitet seit 1995 an der Entwicklung von FSW zum Fügen von Titanlegierungen, und ein bedeutender Durchbruch in diesem Bereich kam durch die Entwicklung des Rührreibschweißen mit stehender Schulter (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SS-FSW), einer neuen Variante des FSW-Verfahrens.
TWI stellte 2016 mit dem SS-FSW-Verfahren aus dünnen Titanbauteilen einen Ti-6Al-4V-Treibstofftank für eine Trägerrakete für die Europäische Weltraumorganisation ESA her. Das erfolgreich abgeschlossene Projekt zeigte eine erhebliche Reduzierung der Kosten und der Herstellungszykluszeit im Vergleich zum konventionellen Herstellungsverfahren. Die Details können über die Links gefunden werden:
Aufbauend auf dieser Arbeit hat das TWI vor kurzem einen weiteren wichtigen Entwicklungsschritt durchlaufen und das Schweißverfahren erfolgreich zum Verbinden von zwei dickwandigen (>10 mm) Ti-6Al-4V-Platten zur Herstellung eines endformnahen T-Trägers in der Near-Net-Shape-Technik entwickelt, der in Abbildung 1 dargestellt wird. Diese Technik spart Material und reduziert die Bearbeitungszeit. Es wird geschätzt, dass die Materialeinsparung mehr als 90% betragen könnte, während die Reduzierung der traditionellen Fräsbearbeitung bei einigen Komponenten mehr als zwei Drittel der Produktionskosten eliminiert.
Nachdem die Verbindung mit dem SS-FSW-Verfahren geschweißt wurde, wurden Zugproben entnommen und die Zugfestigkeit der Gurt- und Stegbleche untersucht. Beide Tests versagten wie gewünscht im Grundmaterial außerhalb der Schweißnaht mit einer Zugfestigkeit von über 960MPa. Die Zugproben sind in Abbildung 2 dargestellt.
Diese Entwicklung hat die Möglichkeiten von SS-FSW zur Herstellung tragender Bauteile aus Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt und andere verwandte Industriezweige erheblich erweitert.
Abbildung 1: Ein Titan-T-Träger kann aus einem massiven Block gefräst werden (links) oder aus einem endformnahen Bauteil, das aus mit dem SS-FSW-Verfahren verschweißten Gurt- und Stegblechen hergestellt wird (rechts)
Abbildung 2: Zugversuche eines mit dem SS-FSW hergestellten Titan-T-Trägers, von links nach rechts: 1) endformnah geschweißt, 2) nach dem Fräsen, 3) Zugversuch versagt im Gurtblech und 4) Zugversuch versagt im Stegblech, jeweils im Grundwerkstoff außerhalb der Schweißnaht und Wärmeeinflusszone