Reibruehrschweissen: Erfindung, Innovationen und Industrialisierung

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Paper presented at Seminar 'Rührreibschweißen (FSW) - ein modernes Fügeverfahren', Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt (SLV) Berlin-Brandenburg, 20. März 2002

English version

Zusammenfassung

Reibrührschweißen ist, seit es am TWI im Jahr 1991 erfunden worden ist, ^[1,2] so weit entwickelt worden, daß es in der Serienfertigung eingesetzt wird. Zur Zeit sind 67 Organisationen für den Einsatz des Verfahrens lizenziert. Dies sind Industriefirmen, Universitäten und Forschungsinstitute, die bereits mehr als 440 Patentanmeldungen eingereicht haben. ^[3] Maschinen für die Forschung und Serienfertigung sind erhältlich und schließen Komplettinstallationen von bis zu 16 m Schweißnahtlänge ein.

Einführung

Reibrührschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist ein patentiertes Fügeverfahren, das vor 10 Jahren am TWI erfunden wurde ^[1,2] ( Bild 1). Die Schweißungen werden unterhalb des Schmelzpunktes in der festen Phase ausgeführt, und die hervorragenden mechanischen Eigenschaften und der geringe Verzug werden der geringen Wärmeeinbringung zugeschrieben.

Bild 1. Verfahrensprinzip und Mikrogefüge von Reibrührschweißnähten a Ursprüngliches Gefüge

b Wärmeeinflußzone (WEZ)

c Thermomechanisch beinflußte Zone

d Nugget (Teil der thermomechanisch beinflußten Zone)

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden große Raketentanks aus hochfesten Aluminiumlegierungen reibrührgeschweißt. Die erste Boeing Delta II Rakete mit einer reibrührgeschweißten Zwischenstufe wurde im August 1999 erfolgreich gestartet, und eine mit drei reibrührgeschweißten druckbeaufschlagten Tanks wurde im April 2001 gestartet.

Im Schiff- und Eisenbahnwaggonbau setzen mehrere Firmen das Verfahren ein, um z. B. große Aluminiumpaneele herzustellen, die aus Strangpreßprofilen zusammengesetzt werden.

Die Automobilzulieferindustrie verwendet das Verfahren für die Serienfertigung von Leichtmetallfelgen und Rücksitzlehnen. Der Einsatz für 'Tailor Welded Blanks', Federungsbeine und Aluminium 'Space Frames' wird erwogen.

Konstruktion der Whorl ^TM and MX Triflute ^TM Werkzeuge

Beim Herstellen der Reibrührschweißwerkzeuge kann - anstatt eines in die Werkzeugschulter eingesetzten zylindrischen Stiftes - auch ein Zapfen verwendet werden, z. B. ein Kegelstumpf (möglicherweise mit unrundem Querschnitt), eine konische Spirale oder mehrere Knethaken. In einer Studie mit schneckenförmigen Whorl ^TM Werkzeugen ^[4,5,6] wurden die in Bildern 2 und 3 gezeigten Gestaltungsprinzipien untersucht. Die Kegelstumpf-Zapfen haben einen spiraligen Grat, der das plastifizierte Werkstückmaterial abwärts pumpt. Einige Zapfen haben auch seitliche Abflachungen oder hinterschnittene Nuten, um den Materialfluß zu verbessern.

Bild 2. Grundvarianten von TWIs neuen schneckenförmigen Whorl ^TM Werkzeugen für das Fügen dicker Platten. Diese profilierten Werkzeuge erzeugen einen guten Materialfluß um das Werkzeug

Bild 3. Whorl ^TM Werkzeug für das Schweißen von 75 mm dickem AlMgSi1 (AA 6082)

Unter dem Warenzeichen MX Triflute ^TM bekanntgewordene, geriefte Multi-Helix Werkzeuge haben eine ungerade Anzahl von Nuten mit relativ großem Steigungswinkel und ein weiteres grobes Gewinde auf der Oberfläche der Grate ( Bild 4). ^[7] Diese Profilierung reduziert das Werkzeugvolumen und verbessert daher den Materialfluß und die Verteilung von oberflächlichen Werkstück-Oxidhäuten.

MultiStage ^TM Werkzeuge z. B. für Überlappnähte

Im Grundlagenforschungsprogramm ^[8] des TWI wurde bereits eine Reihe von Werkzeugen für Überlappnähte entwickelt, und jetzt wird systematisch an fortschrittlicher Zapfengestaltung gearbeitet. Eine mögliche Gestaltungsvariante ist der Einsatz einer zweiten Schulter, die auf Höhe der Berührebene der beiden Bleche liegt. Der untere Teil dieses MultiStage ^TM -Werkzeugs hat einen kleineren Durchmesser und ein fünfeckig abgeflachtes Profil, um die Oxide aufzubrechen und zu verrühren. Die Vorteile dieses Werkzeuges wurden in einer Industrialisierungsstudie für Fokker Space ^[9] vorgeführt, in der TWI Versuche mit 2,5 mm dicken Blechen aus 7075-T7351 (AlZnMgCu1.5) durchgeführt hat ( Bilder 5-7).

Bild 5. Überlappnaht, die mit einem konventionellen Stumpfstoßwerkzeug erstellt wurde, was zu einer Verdünnung des oberen Blechs führte (nicht optimierte Schweißparameter)

Bild 6. Das MultiStage ^TM -Werkzeug ist in TWIs Grundlagenforschungsprogramm entwickelt worden, ^[8] um die Verdünnung des oberen Blechs zu vermeiden

Bild 7. Überlappnaht, die am TWI für Fokker Space mit einem optimierten MultiStage ^TM Werkzeug erstellt wurde ^[9]

Neue Skew-stir TM Bewegung für verbesserten Materialfluß

Die Skew-stir TM -Variante [10] des Reibrührschweißens unterscheidet sich von der konventionellen Methode, weil die Rotationsachse des Werkzeugs leicht gegen die Maschinenspindel geneigt ist. Die Schulterunterseite steht aber senkrecht zur Spindel der Schweißmaschine ( Bild 8). Grundprinzip von Skew-stir (TM)

Bild 8. Grundprinzip von Skew-stir ^TM

Da das Skew-stir ^TM -Werkzeug nicht um seine eigene Achse rotiert, ist nur ein beschränkter Teil der Zapfenoberfläche mit dem Kneten des Werkstückmaterials befaßt. Daher kann der innere Teil des Zapfens weggefräst werden, um den Weg des Materialflusses während des Schweißens zu verbessern. Das führt zu einem asymmetrischen Zapfen ( Bild 9).

Skew-stir ^TM -Reibrührschweißen erhöht die Menge des plastifizierten Materials in der Umgebung des Zapfens. Die Skew-stir ^TM -Bewegung ist daher Teil einer Methode, das 'Verhältnis von dynamischem zu statischem Volumen' des Stiftes zu vergrößern. Normalerweise, d. h. bei reiner Rotation, ist dieses Verhältnis nur von der Werkzeuggeometrie abhängig, d. h. von der hinterschnittenen Profilierung des Zapfens.

Regelung der Eintauchtiefe

Eine der kritischsten Stellgrößen für erfolgreiche Reibrührschweißungen ist die Position der Werkzeugschulter relativ zur Werkstückoberfläche. TWI hat ein mechanisches System zur Positionsregelung eingeführt, das eine oder zwei Rollen vor oder neben dem Werkzeug einsetzt ( Bild 10). Diese Rollen gewährleisten, daß das Werkzeug nicht zu tief ins Werkstück eintaucht, und daß der plastifizierte Werkstoff unterhalb der Schulter ausreichend gestaucht wird.

Bild 10. Konventionelles Konzept mit Andrückrollen neben dem FSW-Werkzeug, die die Eintauchtiefe konstant halten

Der Trend geht heute aber zu prozeßbegleitender Kraft- und Drehmomentmessung für die Datenüberwachung und Parametersteuerung. Insbesondere an Knickarmrobotern, die nicht steif genug sind, um Verformungen zu widerstehen, werden oft Kraftsensoren oder kompliziertere Systeme eingesetzt. TWI hat mit einem rotierenden Kistler Dynamometer und einem Kraftmeßtisch experimentiert, die beide Piezokristalle für die Kraft- und Momentesmessung einsetzen ( Bild 11).

Bild 11. Kistler Dynamometer und Kraftmeßtisch am TWI für Parameterüberwachung und -regelung ^[11]

In rigiden Maschinen kann die Eintauchtiefe des Werkzeuges entweder durch Positions- oder Kraftregelung erfolgen oder durch eine Kombination der beiden Methoden. Bei diesen Maschinen sind Rollen zur Lageregelung überflüssig, aber hydraulisch betätigte nachgiebige Rollen, sogenannte kompliente Systeme, können verwendet werden, um die Bleche auf den Maschinentisch zu pressen, was ein Verbiegen der Bleche in der Nähe der Nahtwurzel vermeidet ( Bild 12). Die Nachgiebigkeit dieser Systeme kann Blechdickenunterschiede ausgleichen.

Bild 12. Komplientes System mit nachgiebiger Spannrolle in DanStir's neuer Esab SuperStir ^TM Maschine ^[12]

Werkstückmaterialien

Da das Reibrührschweißen, wie das Rotationsreibschweißen, unterhalb des Schmelzpunktes der Werkstückmaterialien - also in der festen Phase - operiert, kann es zum Schweißen aller Aluminiumlegierungen eingesetzt werden, einschließlich solcher, die wie z. B. AlLi-Legierungen nicht mit konventionellen Schmelzschweißverfahren gefügt werden können. Unterschiedliche Aluminiumlegierungen können auch verbunden werden, z. B. AlMg mit AlMgSi oder sogar AlCu mit AlZn. Bei Aluminiumlegierungen wird kein Schutzgas benötigt. Das Reibrührschweißverfahren wurde am TWI für Aluminiumlegierungen mit einer Dicke von 1,2 bis 75mm entwickelt.

Das Verfahren kann auch für Kupfer, Titan, Magnesium, Zink, und Blei eingesetzt werden. Erste erfolgreiche Versuche wurden auch mit Titan und Stahl durchgeführt. ^[13,14] Vorversuche erzielten außerdem vielversprechende Ergebnisse für das Fügen von Aluminiummatrixverbundwerkstoffen und beim Verbinden von unterschiedlichen Werkstoffen, wie z. B. Magnesiumguß zu Aluminium-Strangpreßprofilen.

Schweißqualität

Die Festigkeit des Nuggets kann höher als die der Wärmeeinflußzone sein. Wenn weichgeglühtes Grundmaterial verschweißt wurde, versagen Zugversuche normalerweise im ursprünglichen Gefüge, weit weg von der Wärmeeinflußzone. Die Schweißnahtgüte von ausgehärteten Legierungen (kaltverfestigt oder wärmebehandelt) kann durch eine Steuerung des Wärmeflusses verbessert werden, insbesondere durch eine Reduktion der Weichglüh- und Überalterungserscheinungen in der thermomechanisch beeinflußten Zone, wo die geringste Härte nach dem Schweißen gefunden wird. Für optimale Eigenschaften in wärmebehandelten Legierungen erscheint eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen die beste Wahl zu sein, obwohl das in vielen Fällen praktisch nicht möglich sein wird.

Typische Zugfestigkeiten von reibrührgeschweißten AlMg, AlMgSi und AlZn Legierungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Studien wurden am TWI, ^[15] bei Gränges Technology in Finspång, Schweden, ^[16] und Hydro Aluminium in Håvik, Norwegen, ^[17] durchgeführt. Sie zeigen, daß für lösungsgeglühtes und zusätzlich warmausgelagertes AlMgSi1 (AA6082-T6) durch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen nahezu die Zugfestigkeit des Grundmaterials erreicht werden konnte, allerdings war die Duktilität etwas schlechter. Eine weitere Steigerung war möglich durch den Einsatz von lösungsgeglühtem und anschließend auf einen weitgehend stabilen Zustand kaltausgelagertem AlMgSi1 (AA6082-T4), das nach dem Schweißen einer Warmauslagerung unterzogen wurde. Kaltauslagern bei Raumtemperatur führte in der (sehr begrenzt) überhärteten Aluminiumlegierung AlZnMg1Zr (7108-T79) zu einem ähnlichen Effekt mit 95% der Zugfestigkeit des Grundmaterials.

Schwingfestigkeitsversuche wurden in 6mm dickem AlMg4.5Mn und AlCuSiMn durchgeführt. ^[15] Die Ermüdungseigenschaften von reibrührgeschweißten Stumpfnähten der Legierung AlMg4.5Mn waren ähnlich wie die des Grundmaterials, wenn ein Belastungsverhältnis von R=0,1 gewählt wurde. Obwohl die getesteten Reibschweißungen nur einseitig und in einer Lage geschweißt wurden, haben die Wöhlerkurven die Konstruktionsrichtlinien für Schmelzschweißungen ^[18] erheblich übertroffen. Eine Analyse verfügbarer Daten von Dauerschwingversuchen hat gezeigt, daß die Werte von Reibrührschweißungen mit denen von Schmelzschweißprozessen vergleichbar sind. In vielen Fällen können sogar, bei geringer Streuung, weitaus bessere Resultate erzielt werden.

Die hervorragenden Ermüdungseigenschaften werden nur erzielt, wenn die Wurzel voll verschweißt wird. Wie bei anderen Schweißverfahren ist es auch beim Reibrührschweißen erforderlich, Wurzelbindefehler zu vermeiden. Wenn der Stift zu kurz für die tatsächliche Blechdicke ist, werden die Bauteile nur zusammengestaucht, ohne die Oxide zu verrühren. Diese Bindefehler lassen sich mit zerstörungsfreien Testmethoden nur schwer aufspüren. In Fällen von großen Blechdickentoleranzen können sogar längenveränderliche Stifte nötig sein, deren Länge in Abhängigkeit von der Ist-Blechdicke eingestellt werden kann. ^[19,20,21] Es wurde vorgeschlagen, Fasen an der Unterkante der Werkstücke anzubringen ^[22] oder eine Nut in die feste Unterlage zu schleifen, ^[23] um Wurzeldefekte zu vermeiden. Gravuren in der festen Unterlage ermöglichen es dem Anwender des Verfahrens außerdem, Informationen über Hersteller und die verwendete Maschine auf der Wurzelseite einzuprägen. ^[24] Um Spalte zwischen den Werkstücken zu füllen, scheint eine Vergrößerung der Dicke in der Fügezone vorteilhaft zu sein, ^[25] oder eine Hinundherbewegung quer zur Schweißrichtung könnte untersucht werden. ^[26]

Handelsübliche Reibrührschweißmaschinen

Bis zu 16m lange SuperStir ^TM Maschinen wurden durch die Firma Esab in Laxå, Schweden, konstruiert, gefertigt und in Betrieb genommen. Die erste dieser Maschinen wurde bei Hydro Marine Aluminium in Haugesund, Norwegen, installiert. Fünf Esab SuperStir ^TM Maschinen sind bei Boeing installiert worden, um Treibstofftanks für Raketen zu verschweißen. ^[27,28,29] Eine horizontale Maschine schweißt Delta II Tanks von innen, und zwei vertikale Maschinen werden für Delta IV Tanks von außen eingesetzt ( Bild 13).

Bild 13. Esabs SuperStir ^TM Maschine bei Boeing in Decatur (Alabama) für Flüssiggastanks der 42m langen 'Common Booster Cores' von Delta IV Raketen ^[28]

Zwei Esab SuperStir ^TM Maschinen wurden bei Sapa in Finspång, Schweden, installiert, und eine davon wird für die Herstellung von großen Paneelen und schweren Profilen mit einer Schweißnahtlänge von bis zu 14,5 m und einer Maximalbreite von 3 m eingesetzt. Diese Maschine hat drei Schweißköpfe, was ermöglicht, beidseitig-gleichzeitig zu schweißen, oder mit zwei Köpfen (auf der gleichen Seite des Paneels) in der Mitte des Werkstücks zu starten und in unterschiedliche Richtungen zur Blechkante zu verfahren. Mit dieser Methode konnte die Produktivität der FSW-Installation erheblich gesteigert werden. Das beidseitige Konzept kam auch bei der bei Tower Automotive in Milwaukee, Wisconsin, installierten Esab SuperStir ^TM Maschine zum Einsatz.

Eine Powerstir ^TM -Maschine wurde bei Crawford Swift in Halifax (GB) hergestellt und im Herbst 1999 bei Airbus UK in Filton bei Bristol aufgestellt, wo sie für die Herstellung von Prototypen von Aluminiumflügeln und Rumpfhäuten für Großflugzeuge verwendet wird, z. B. für den Airbus A380. Die Schweißmaschine hat die Nummer '360' wegen ihrer 3 CNC Achsen und 60 kW Spindelantriebsleistung. Mechanisch widersteht sie bis zu 100kN (10t) Andrückkraft mit minimaler Verformung, was ihr hervorragende Eigenschaften für das Schweißen von dicken Platten verleiht ( Bild 14).

Bild 14. Crawford Swifts Powerstir ^TM Maschine bei Airbus UK mit 3 CNC Achsen and 60kW Leistung. Ausgelegt für 100kN (10t) Andrückkraft

Die ersten Exemplare von Esabs neuester Serie von großen Portalmaschinen wurden vor kurzem bei TWI (8 x 5 x 1m, Bild 25) ^[30] und bei DanStir in Kopenhagen, Dänemark, in Betrieb genommen (15 x 3 x 1m, Bilder 15 & 16). ^[12]

Bild 15. DanStir in Kopenhagen setzt eine CNC gesteuerte Esab SuperStir ^TM Maschine mit 15 x 3 x 1m Arbeitsvolumen ein ^[12]

Bild 16. Reibrührschweißkopf und hydraulische Spannvorrichtung der DanStir Maschine ^[12]

MTS Systems in Eden Prairie, Minnesota, haben zwei hydraulisch angetriebene Reibrührschweißmaschinen konstruiert und gebaut. ^[31] Eine davon ist an der Universität von South Carolina installiert ( Bild 17). Das System hat ein patentiertes Schweißkopfmodul, das einen einstellbaren, selbst kraftausgleichenden Werkzeugzapfen (unter Lizenz von NASA) und ein mehrachsiges Verfahrsystem einschließt. Die Maschine ermöglicht die Entwicklung von gekrümmten Bauteilen Strukturen und Werkstücken mit variabler Dicke. Der Kopf kann automatisch um ±15° geneigt werden, und der längenveränderliche Zapfen kann - bei einer maximalen Längenänderung von 30 mm - Kräfte von bis zu 90 kN (9 t) aufbringen. Mit einteiligen, konventionellen Werkzeugen können Kräfte bis 130 kN (13 t) aufgebracht werden. Die Drehzahl kann bis zu 2000 U/min variiert werden bei einem maximalen Drehmoment von 340 Nm. Die Maschine wird im an der Universität von South Carolina im NASA EPSCoR Programm eingesetzt, das im April 1997 begann.

Bild 17. MTS hydraulisch betriebenes FSW Verfahrensentwicklungssystem an der Universität von South Carolina ^[34]

Eclipse Aviation Corporation in Albuquerque, New Mexico, hat MTS Systems vertraglich beauftragt, eine weitere neuartige Reibrührschweißzelle für Flugzeugteile zu bauen ( Bild 18). Dieser Vertrag schließt ein gemeinschaftliches Entwicklungsprojekt ab, in dem MTS und Eclipse die Effizienz und Zuverlässigkeit des Reibrührschweißverfahrens für die krafttragenden Flügel- und Rumpfteile der revolutionären Eclipse 500 Jets erforscht und nachgewiesen haben. ^[32,33]

Bild 18. MTS mehrachsige Portalmaschine für die Herstellung von Business Jets. Die x-Achse kann gegebenenfalls verlängert werden ^[31]

MCE Technologies in Seattle, Washington, bieten Produktionsreibrührschweißmaschinen an ( Bilder 19-21). ^[35] Bisher sind zwei ihrer Maschinen im Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, installiert worden. Diese fortschrittlichen Systeme werden benutzt, um die nächste Generation von Treibstofftanks für das bemannte Spaceshuttle herzustellen. Zur Zeit werden erste Konzepterprobungen mit wirklichen Spaceshuttle-Tanks durchgeführt. Dies wird zu einer um etwa 3000 kg erhöhten Nutzlast führen, was nur durch den Einsatz des patentierten Reibrührschweißverfahrens möglich wurde.

Bild 19. Horizontal eingesetzte MCETEC Maschine

Bild 20. MCE Technlogies FSW Maschine ^[35] am Marshall Space Flight Center

Bild 21. Vertikal eingesetzte MCETEC Maschine

General Tool Company in Cincinnati, Ohio, hat die erste FSW Maschine mit einem Vakuumspanntisch hergestellt und hat dessen Vorteile mit der Serienproduktion von Aluminiumpaneelen aufgezeigt. Diese Aluminiumpaneele werden aus Strangpreßprofilen und gewalzten Blechen zusammengeschweißt ( Bild 22). Zur Zeit werden bei GTC drei große Tankschweißmaschinen für die Weltraumfähren eines namhaften Kunden gebaut ( Bild 23).

Bild 22. GTCs Maschine ^[36] und Vakuum Spanntisch für Aluminium Profile

Internationale Forschungsverbünde

Sieben große Verbundprojekte wurden in Europa begonnen, um die Vorteile und Beschränkungen des Reibrührschweißverfahrens zu bewerten. Die Akronyme und Namen dieser Projekte sind in Tabelle 2 zusammen mit den Internet Adressen aufgelistet.

Das QualiStir ^TM Projekt zur Entwicklung von zerstörungsfreien Prüfmethoden und integrierter simultaner Prozeßüberwachung

Für automatisierte Reibrührschweißzellen wird ein neues System in einem Verbundforschungsvorhaben entwickelt, das QualiStir ^TM genannt wird. Dieses Projekt wird vom TWI geleitet und ist durch ein Industriekonsortium und die Europäische Kommission unter dem CRAFT Schema finanziert (Co-operative Research Action for Technology). Das QualiStir ^TM System wird in der Lage sein, den Reibrührschweißprozeß zu regeln, indem Verfahrensparameter gemessen werden, und wird sich leicht mit entweder Robotern oder FSW Maschinen verbinden lassen. Das System wird automatische Prozeßüberwachung und zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) übernehmen, und wird für komplexe dreidimensionale Geometrien geeignet sein. Die zerstörungsfreien Prüfmethoden basieren auf neuartigen 'Phased-Array'-Prinzipien und werden in der Lage sein, alle beim Reibrührschweißen möglicherweise vorkommenden Fehler zu erkennen.

Das EuroStir ^® Projekt zur Europäischen Industrialisierung des Reibrührschweißens

Das Hauptziel des vom TWI geleiteten EuroStir ^® Projektes ist die Beschleunigung des Einsatzes des Reibrührschweißerfahrens in Europa. ^[37] Es wird für ein breites Materialspektrum eingesetzt werden und wird erforscht werden, um hohe Schweißgeschwindigkeiten in großen Materialdicken zu erreichen. Das Verfahren wird für reale Bauteile und in der Serienfertigung eingesetzt werden.

EuroStir ^® begann im Dezember 2000 und wird 5 Jahre dauern. Es wird von EUREKA, einer gesamteuropäischen Initiative zur Verbundforschung von fortschrittlichen Technologien, teilfinanziert. EUREKA zielt darauf ab, Europas Wettbewerbsfähigkeit in dem globalen Markt für zivile Einsätze neuer Techniken zu verbessern. Die Forschungs- und Entwicklungsphase dieses 6.8Mio Projektes wird 2½ Jahre dauern, während denen 6 Schwerpunkte bearbeitet werden sollen ( Tabelle 3). Die Aufgabenstellung ist, die Schweißbarkeit durch Machbarkeitsstudien mit Robotern und Portalmaschinen nachzuweisen und Methoden zur Schweißnahtgütebeurteilung und zur Qualitätssicherung zu entwickeln ( Tabelle 4). Das Projekt hat zur Zeit 33 Teilnehmer und ist offen für weitere Kollaborateure aus EUREKA Ländern.

Erprobte Schweißprozeduren für Probestücke und Prototypen werden detailliert erstellt werden. Genauso wichtig ist der ausführliche Vergleich von verschiedenen Schweißmaschinen ( Bilder 24 und 25), der es möglichen Anwendern erlaubt, über Kapitalinvestitionen zu entscheiden. Die Rolle von Dienstleistungen durch Job-Shops hat sich als Katalysator für Investitionen bewährt. Ein wichtiges Projektziel ist die Einrichtung von mindestens 25 Anwendungszentren in Europa über die nächsten 5 Jahre.

Bild 24. Vorführung des Neos Tricept 805 Reibrührschweiß-Roboters bei der EuroStir ^® Jahreshauptversammlung in der GKSS

Bild 25. Die Esab SuperStir ^TM Portalmaschine am TWI - die größte Labormaschine der Welt für Prototypen bis 8 x 5 x 1 m (siehe www.eurostir.co.uk)

Die Öffentlichkeitsarbeitsphase des EuroStir ^® Projekts wird im wesentlichen durch die Industrie finanziert und wird ebenfalls 2½ Jahre dauern. Sie schließt Seminare, Workshops, Lohnauftragsfertigung und kostengünstige Machbarkeitsstudien für mögliche Anwender ein, die sich entschließen, nicht über die Job-Shops bedient werden zu wollen. Kosten-Nutzen-Rechnungen werden in dieser Phase eine starke Rolle spielen.

Schlußfolgerungen

• Reibrührschweißen wird im Schiff- und Eisenbahnwaggonbau für die Serienfertigung von Aluminiumpaneelen aus AlMgSi und AlMg Strangpreßprofilen eingesetzt.
• Die Luft- und Raumfahrtindustrie setzt das Verfahren erfolgreich für die Herstellung von Raumfähren aus hochfesten Aluminiumlegierungen ein und untersucht die Schweißmöglichkeit für zivile und militärische Flugzeuge.
• Reibrührschweißen kann auch für Kupfer, Blei, Magnesium, Zink und Titanlegierungen eingesetzt werden sowie für Bau- und Edelstahl.
• Die Experimente mit Whorl ^TM , MX Triflute ^TM , MultiStage ^TM , and Skew-stir ^TM Werkzeugen haben bisher vielversprechende Ergebnisse erzielt, und das einlagige Reibrührschweißen von 1-50 mm dicken Platten industrietauglich gemacht.
• Insgesamt 33 Unternehmen haben sich im EuroStir ^® Projekt zusammengeschlossen, um das Reibrührschweißen aus den Labors in die industrielle Fertigung zu bringen.

Literaturverszeichnis

1. Thomas W M, Nicholas E D, Needham J C, Murch M G, Temple-Smith P and Dawes C J (TWI): 'Improvements relating to friction welding'. European Patent Specification EP 0 615 480 B1. l2.espacenet.com/dips/viewer?PN=EP0615480
2. Midling O T, Morley E J, Sandvik A (Norsk Hydro, rights transferred to TWI): 'Friction stir welding'. European Patent Specification EP 0 752 926 B1. l2.espacenet.com/dips/viewer?PN=EP0752926
3. An Excel list with 440 FSW patents is available
4. Thomas W M, Nicholas E D, Needham J C, Temple-Smith P, Kallee S W K W, Dawes C J (TWI): 'Friction stir welding', UK Patent Application GB 2 306 366 A. l2.espacenet.com/dips/viewer?PN=GB2306366
5. Thomas W M: 'Friction stir welding and related friction process characteristics'. 7th Inalco Conf., Cambridge, 15-17 April 98.
6. Thomas W M, Andrews R E (TWI): 'High performance tools for FSW', Int Patent Appl WO 99/52669.
7. Thomas W M et al: 'Tool technology - The heart of FSW', Connect, July/August 2000.
8. Dawes C J, Staines D G and Spurgin E J R: 'Tool development for friction stir welding 6mm thick Al alloys'. Confidential Report No 694/1999 (pdf file 1.26MB) from TWI's Core Research Programme for TWI Industrial Members only.
9. Brooker M J, van Deudekom A J M, Kallee S W, Sketchley P D: 'Applying Friction Stir Welding to the Ariane 5 Main Motor Thrust Frame'. Second International Symposium on FSW, Gothenburg, 26-28 June 2000.
10. Thomas W M, Fielding P B, Threadgill P L, Staines D G, Temple Smith P: 'Skew-stir ^TM variation on a theme'. Connect No. 113, July 2001, p.3.
11. Johnson R and Horrex N: 'Forces to be reckoned with - an examination of what acts where, and by how much, during the FSW process'. TWI Bulletin, Nov/Dec 2000. (for TWI Industrial Members only)
12. www.danstir.dk/superstir.htm and www.eurostir.co.uk/eurostir_danstir.html
13. Thomas W M, Johnson K I, Nicholas E D, Threadgill P L: 'Inching onward - friction stir steel the lead'. Connect September/October 1998.
14. Thomas W M, et al.: 'The Al to Zn of friction stir welding - fastest...thickest...and now in ferrous materials'. Connect Nov 97.
15. Dawes C J, Thomas W M: 'Friction stir joining of aluminium alloys'. Bulletin, November/December 1995. (for TWI Industrial Members only)
16. Backlund J, Norlin A, Andersson A: 'Friction stir welding - weld properties and manufacturing techniques'. 7th Inalco Conference, Cambridge, 15-17 April 1998, ISBN 1 85573 417 6, www.woodhead-publishing.com/engineering/welddesign.html#inalco
17. Midling O T, Oosterkamp L D, Bersaas J: 'Friction stir welding aluminium - Process and applications'. 7th Inalco Conference, Cambridge, 15-17 April 1998, ISBN 1 85573 417 6, www.woodhead-publishing.com/engineering/welddesign.html#inalco
18. 'European recommendations for aluminium alloy structures fatigue design', European Convention for Constructional Steelwork, No 68, 1992.
19. Wykes D H (Boeing): 'Adjustable pin for friction stir welding tool', United States Patent 5,697,544.
20. 'Programmable friction stir welding process', Holt E S, Lang J L (Rockwell), United States Patent 5,713,507.
21. Colligan K J (Boeing): 'Friction stir welding tool for welding variable thickness workpieces', United States Patent No 5,781,366.
22. Rosen C D (Rockwell): 'Friction stir welding total penetration technique', United States Patent No 5,611,479.
23. Colligan K J (Boeing): 'Weld root closure method for friction stir welds', European Patent Application EP 0 810 054 A1.
24. Thomas W M, Fielding P B, Nicholas E D and Temple-Smith P: 'Friction stir - the way ahead. Identify yourself with FSW'. Connect, Jan 99,
25. Enomoto M, Tasaki S, Nishikawa N, Iwai I, Hashimoto T (Showa): 'Friction welding method', European Patent Application EP 0 867 254 A1.
26. Kawasaki T, Sagawa T, Ezumi M (Hitachi): 'Friction stir welding and friction stir welding apparatus'. European Patent Application EP 0 947 280 A1.
27. www.boeing.com/defense-space/space/delta/id/inde0601.pdf - [website no longer exists last checked on 27/02/2013 ]
28. www.boeing.com/companyoffices/gallery/images/space/delta_iv/delta_iv_mfg.htm
29. Talwar R, Bolser D, Lederich R and Baumann J: 'Friction stir welding of airframe structures'. Second International Symposium on FSW, Gothenburg, 26-28 June 2000.
30. eurostir_nl1e.html
31. Minneman T, Beduhn B, Skinner M: 'MTS Systems receives order for friction stir welding system'. www.mts.com/pr/pr990908.html and www.mts.com/pr/2001/pr20010703_2.htm
32. Velocci A L: 'Eclipse presses ahead amid wide skepticism'. Aviation Week & Space Technology, 16 Oct 2000.
33. 'Cabin Right-Hand Panel Assembly' and 'Friction Stir Welded Lower Panel Assembly at Albuquerque'. www.eclipseaviation.com/progress/index.htm
34. Photograph: http://www.engr.sc.edu/
    
35. www.mcetechnologies.com/stirnich.htm
36. Thompson J: 'FSW for cost savings in contract manufacturing'. Second International Symposium on Friction Stir Welding, Gothenburg, 26-28 June 2000
37. The start and navigation page for information on EuroStir ^® is: www.eurostir.co.uk