🎓 Reib-/Rührschweißen von Aluminium
Reib-/Rührschweißen von Aluminium – geringe Wärmeeinflusszonen für tragende Bauteile
Das Reib-/Rührschweißen, international als Friction Stir Welding (FSW) bezeichnet, ist ein Fügeverfahren, das insbesondere für Aluminium interessante konstruktive Möglichkeiten eröffnet. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber konventionellen Schweißverfahren wie dem MIG-Schweißen liegt in der vergleichsweise geringen thermischen Belastung des Werkstoffs.
Bei Aluminium ist dieser Aspekt von besonderer Bedeutung. Durch die beim Schweißen eingebrachte Wärme können sich die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs im Bereich der Schweißnaht und insbesondere in der Wärmeeinflusszone verändern. Je nach Werkstoff und Legierung kann dies bei der statischen Bemessung berücksichtigt werden müssen.
Beim Reib-/Rührschweißen entsteht die Verbindung dagegen durch die Reibungswärme eines rotierenden Werkzeugs und die dadurch hervorgerufene plastische Verformung und Vermischung des Materials. Der Werkstoff wird dabei nicht wie beim konventionellen Schmelzschweißen über ein Schmelzbad verbunden. Die thermische Belastung bleibt dadurch deutlich begrenzter.
Prof. Kosteas erklärt das Reib-/Rührschweißen von Aluminium 🎓
Geringere Wärmeeinflusszonen
Gerade für tragende Aluminiumkonstruktionen ist die Wärmeeinflusszone von großer Bedeutung. Beim MIG-Schweißen wird dem Bauteil vergleichsweise viel Wärme zugeführt. Diese kann zu Veränderungen der Werkstoffeigenschaften im Bereich der Schweißnaht führen.
Beim Reib-/Rührschweißen wird die für den Fügevorgang notwendige Wärme gezielter und lokal begrenzter eingebracht. Dadurch können die thermisch beeinflussten Bereiche kleiner ausfallen.
Im Vortrag wird dieser Zusammenhang anhand des Reib-/Rührschweißens von Aluminium erläutert. Die Methode ist deshalb insbesondere dort interessant, wo hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und die Qualität der Verbindung gestellt werden.
Wie wird das Verfahren bei Aluminiumbrücken eingesetzt?
Bei Aluminiumbrücken ist eine wichtige Unterscheidung notwendig.
Es wäre falsch zu sagen, dass die tragenden Bauteile grundsätzlich nicht geschweißt werden. Tatsächlich wird das Tragwerk je nach Konstruktion auf unterschiedliche Weise gefügt.
Das Fachwerk der Brücke wird verschraubt. Hier kommen hochwertige korrosionsbeständige Verbindungsmittel zum Einsatz, unter anderem V4A-Schrauben.
Die Hohlfachprofile des Brückenbodens werden dagegen mit den Fachwerkstäben verschweißt. Hier kommt das Reib-/Rührschweißverfahren zum Einsatz.
Diese Hohlfachprofile sind konstruktiv wesentlich mehr als lediglich ein Gehbelag. Sie stehen im Verbund mit den Fachwerkstäben und sind Bestandteil des tragenden Brückensystems. Das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile bildet die Grundlage für die statische Berechnung und Bemessung der Brücke.
Damit ergibt sich ein konstruktiver Ansatz, bei dem die Vorteile unterschiedlicher Fügeverfahren gezielt genutzt werden:
Schraubverbindungen im Fachwerk – Reib-/Rührschweißverbindungen zwischen Fachwerk und Hohlfachprofilen.
Warum diese Kombination interessant ist
Die Wahl des Fügeverfahrens ist bei einer Aluminiumbrücke keine isolierte Detailentscheidung. Sie steht in engem Zusammenhang mit dem gesamten Tragwerkskonzept, den verwendeten Aluminiumlegierungen, den Anforderungen an die Verbindung, der Dauerhaftigkeit und letztlich mit der statischen Bemessung.
Die Kombination aus geschraubten Fachwerksverbindungen und Reib-/Rührschweißverbindungen der Hohlfachprofile ermöglicht es, die jeweiligen Eigenschaften der Verfahren gezielt einzusetzen.
Besonders interessant ist dabei, dass die Hohlfachprofile durch ihre Verbindung mit dem Fachwerk nicht als separates, nachträglich aufgesetztes Bauteil betrachtet werden. Sie sind Bestandteil des Tragwerks und tragen gemeinsam mit den Fachwerkstäben zur Gesamttragfähigkeit und Steifigkeit der Brücke bei.
Reib-/Rührschweißen als Bestandteil moderner Aluminiumkonstruktionen
Das Verfahren zeigt exemplarisch, dass die Leistungsfähigkeit einer Aluminiumbrücke nicht allein vom Werkstoff Aluminium abhängt. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel von Werkstoff, Konstruktion, Fügetechnik und statischer Bemessung.
Gerade bei Aluminium müssen die Auswirkungen thermischer Einflüsse auf die Werkstoffeigenschaften berücksichtigt werden. Verfahren mit geringerer thermischer Belastung können deshalb konstruktiv interessante Möglichkeiten eröffnen.
Das Video zeigt einen Ausschnitt aus der fachlichen Auseinandersetzung mit dem Reib-/Rührschweißen von Aluminium. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie sich die gegenüber dem MIG-Schweißen geringere thermische Beeinflussung für hochwertige Aluminiumkonstruktionen nutzen lässt.
