Rührreibschweißen, eine grüne Schweißtechnologie
Heutzutage ist das Thema Umwelt voll und ganz mit der Industrie verknüpft. Warum ist das so? Der Grund ist die Umweltverschmutzung, die durch die industriellen Aktivitäten verursacht wird. Im Rahmen der sozialen Verantwortung der Unternehmen (CSR) sind große Unternehmen heute verpflichtet, in ihre Gesamtstrategie Verpflichtungen zur Förderung einer nachhaltigen wirtschaftlichen Entwicklung aufzunehmen. In diesem umweltbewussten Ansatz optimiert die Industrie ihre Prozesse, um ihren Energie- und Ressourcenverbrauch zu senken.
Das industrielle Schweißen hat sich weiterentwickelt: Neue Technologien sorgen für Sicherheit und Umweltfreundlichkeit. Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding – FSW) ist ein umweltfreundliches und innovatives Verfahren, mit dem heterogene Legierungen im festen Zustand verbunden werden können. Aber warum sagt man, dass das FSW ein grünes Schweißverfahren ist? Und wie kann diese Technologie Ihre Umweltverpflichtungen erfüllen?
FSW ist eine grüne Schweißtechnologie
Gibt es eine umweltfreundliche Schweißtechnik?
Das industrielle Schweißen umfasst die verschiedenen Schweißtechniken. Es kann in 2 große Blöcke unterteilt werden: Schmelzverfahren und Festkörperverfahren.
Schweißtechniken sind aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Umwelt oft umstritten. Tatsächlich erfordern die herkömmlichen Schmelzschweißverfahren (MIG, WIG, Laser) die Verwendung von Gasen. Die sehr hohen Temperaturen, die für das Schmelzen erforderlich sind, erzeugen außerdem schädliche Rauchgase und verbrauchen viel Energie. In manchen Fällen wird auch ein Schweißzusatz verwendet, um die Teile zu verbinden, was einen großen Einfluss auf die Lebenszyklusanalyse des Endprodukts hat. Außerdem werden manchmal Lösungsmittel verwendet, um die Teile zu reinigen. Diese beim Schmelzschweißen verbrannten Produkte erhöhen die Auswirkungen auf die Umwelt noch zusätzlich.
Welche Schweißtechnik gilt dann als umweltfreundlich? Das Rührreibschweißen wird kalt, im festen Zustand, ohne Gasemissionen oder Materialzufuhr durchgeführt. Im Vergleich zum Schmelzschweißen ist das FSW-Verfahren umweltfreundlicher und gewährleistet mehr Sicherheit für die Beteiligten. Diese „saubere“ Schweißtechnologie ersetzt somit vorteilhaft die herkömmlichen Fügeverfahren (Nieten, Kleben, Lichtbogenschweißen, MIG, TIG, Laserschweißen).
FSW, ein grünes Verfahren, um leistungsfähige Schweißtechnik und Umweltschutz miteinander zu verbinden
FSW ist eine bahnbrechende Technologie, die wegen ihrer zahlreichen technischen Qualitäten immer beliebter wird:
Das Rührreibschweißen ist eine Technologie, die umso attraktiver ist, da sie energieeffizient und umweltfreundlich ist. Es ist ein grünes Verfahren, bei dem weder Rauch noch irgendwelche Strahlung freigesetzt wird, auch wird kein Lärm erzeugt. Da es keine Vorbereitung der zu schweißenden Oberfläche erfordert, muss es auch nicht vorher gebeizt werden. Außerdem besteht der Hauptvorteil des FSW darin, dass es sich um ein „kaltes“ Schweißen handelt, genauer gesagt um ein Schweißen im pastösen Zustand. Die Schweißung wird ausschließlich durch mechanische Verformung mittels Reibung erreicht.
Bei dieser Technik wird weder geschmolzen noch Material hinzugefügt; ebenso werden keine giftigen Gase, UV-Strahlung oder elektromagnetische Felder verwendet.
Darüber hinaus erfordert das FSW-Schweißen von Aluminiumteilen einen geringen Energieverbrauch. Nach den Arbeiten von Auguste Sallen und Olivier Kerbrat von der Ecole Normale Supérieur in Rennes nimmt eine mit einem Schweißkopf ausgestattete CNC-Maschine zwischen 7 und 11 KW auf, je nachdem, welche Materialien und Dicken geschweißt werden.
Die FSW Stirweld-Lösung für einen noch umweltfreundlicheren Ansatz
Seit 1995 war die Technik des Rührreibschweißens auf Anwendungen mit hoher Wertschöpfung beschränkt. Denn die Herstellung von dedizierten FSW-Maschinen stellt eine teure Investition dar. Im Jahr 2015 wurde dieses Patent des TWI (The Welding Institute), einer auf Schweißtechnik spezialisierten Forschungs- und Technologieorganisation, gemeinfrei. Dies ermöglichte eine breitere Nutzung dieser innovativen Technologie.
Der FSW-Schweißkopf von Stirweld ermöglicht das Rührreibschweißen an bestehenden CNC-Werkzeugmaschinen.
Der Schweißkopf lässt sich leicht in ein Bearbeitungszentrum einbauen, mit dem kleine und mittelständische Unternehmen meist schon ausgestattet sind. Dank unserer Lösung wird diese bahnbrechende Technologie erschwinglich. So profitieren unsere Kunden von einer umweltfreundlichen und kostengünstigen Schweißtechnologie.
Im Vergleich zur Konstruktion von FSW-Sondermaschinen oder FSW-Robotern bietet die Herstellung eines Schweißkopfs tatsächlich einen erheblichen Kostenvorteil. Der Schweißkopf hat den Vorteil, dass er universell einsetzbar ist und auf jeder CNC-Maschine montiert werden kann, so dass Unternehmen nicht mehr in neue, komplexe und energieintensive Maschinen investieren müssen, deren Herstellung die Umwelt belastet. Die Ausstattung mit FSW-Schweißköpfen ist Teil eines nachhaltigen Entwicklungsprozesses. Unsere Kunden können damit ihre Fertigungsprozesse neu ausrichten, um umweltfreundlicher zu sein und neue Umweltvorschriften einzuhalten
Mit diesem Rührreibschweißkopf für CNC können Werkstücke auf derselben Maschine geschweißt und bearbeitet werden. Dieses Verfahren eignet sich für Werkstücke aller Größen. Für Schweißnähte mit einer Dicke von weniger als 10 mm ist nur ein einziger Durchgang erforderlich, was bei vielen Anwendungen im industriellen Umfeld der Fall ist. Außerdem benötigt diese FSW-Lösung nur ein einziges Verbrauchsmaterial, das FSW-Werkzeug, ein sehr einfaches und kostengünstiges Stahlstück, das bis zu 2.000 m Schweißnaht schafft, bevor es ausgetauscht werden muss. Neben der Zeit- und Kostenersparnis spart Stirwelds Lösung auch Energie und Ressourcen.
FSW-Schweißen mit dem Stirweld-Kopf reduziert die Umweltbelastung und bietet gleichzeitig die gleiche Leistung wie eine spezielle FSW-Maschine. Stirweld begleitet seine Kunden während des gesamten Industrialisierungszyklus des FSW-Verfahrens und lässt Sie von den technischen und ökologischen Vorteilen des Rührreibschweißens profitieren.
Der FSW Stirweld-Kopf umweltfreundlich hergestellt
Die Schweißtechnik unterliegt strengen gesetzlichen Bestimmungen. Das Friction Stir Welding wird während des gesamten industriellen Prozesses, vom Entwurf bis zur Qualitätskontrolle, durch die ISO-Norm 25239 geregelt. Über die Einhaltung dieser Schweißnorm hinaus hat Stirweld mit der Umsetzung eines Umweltmanagementprozesses begonnen, der sich auf die Normen 14001 und 26000 stützt.
Im Rahmen dieser Norm hat sich unser Unternehmen verpflichtet, die territoriale Entwicklung zu unterstützen, indem es Lieferanten aus der Region bevorzugt. Auf diese Weise begrenzt sie die Umweltauswirkungen der Herstellung von FSW-Schweißköpfen.
Stirweld wählt die Produkte und Rohstoffe, die für die Herstellung seiner FSW-Lösungen benötigt werden, unter Berücksichtigung der Umweltauswirkungen der Komponenten aus. Unsere Designteams haben eine Schulung in Ökodesign absolviert, um sie für die Lebenszyklusanalyse eines Produkts zu sensibilisieren. Unsere Entwicklungsabteilung stellt sich ständig die Frage, wie die Auswirkungen unserer Produkte während der Herstellungs-, Nutzungs- und Wiederaufbereitungsphase reduziert werden können.Schließlich sorgt Stirweld dafür, dass das Aluminium, das aus den Schweißtests für unsere Kunden stammt, bei lokalen Partnern wiederverwertet wird.
Rührreibschweißen, eine Technologie zur Verbindung erneuerbarer Materialien
Die Erfindung des FSW hat das Verbinden von Materialien möglich gemacht, die bis dahin als schwer schweißbar oder gar nicht schweißbar galten, wie z. B. bestimmte Hochleistungsaluminiumlegierungen. Da das Verfahren aus dem Schweißen in fester Phase besteht, sind die thermischen Auswirkungen und die Beeinträchtigung der grundlegenden mechanischen Eigenschaften der Materialien somit äußerst begrenzt. Das Rührreibschweißen kann zum Verbinden verschiedener Materialarten verwendet werden, von denen die häufigsten Aluminium und Kupfer sind.
Das FSW hat den Vorteil, dass ungleichartige Materialien bei signifikanten Geschwindigkeiten verschweißt werden können. Und es kann auf Materialien mit großer Dicke angewendet werden.
Aluminium, ein wiederverwertbares und leichtes Material
Aluminium hat viele Vorteile, um bei der Reduzierung unserer Treibhausgasemissionen voranzukommen. Seine Wiederverwertbarkeit ist ein großer Vorteil für die Erhaltung der Umwelt und begrenzt die Erschöpfung der natürlichen Ressourcen. Es handelt sich um ein Metall, das zu 100 % wiederverwertet werden kann, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Durch das Recycling von Aluminium kann der Energiebedarf für die Herstellung von reinem Aluminium aus Bauxit um 95 % gesenkt werden. Das Recycling von Aluminium trägt zur Abfallvermeidung bei. Aluminium wird auch als grünes Metall bezeichnet und spielt eine wichtige Rolle bei der Energiewende.
Aluminium ist eines der leichtesten Metalle. Es ermöglicht die Konstruktion von Fahrzeugen, die weniger schwer sind und daher weniger Energie verbrauchen. Außerdem ist es ein wichtiges Material für die Herstellung von Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen.
Darüber hinaus ist Aluminium ein schwer zu schweißendes Material. Das Rührreibschweißen positioniert sich als ein grünes Verfahren, das sich perfekt für die schnelle und starke Verbindung all seiner Legierungen eignet. Die Stirweld-Technologie ermöglicht es, die mechanischen Eigenschaften von Aluminium mit einem ausgezeichneten Fugenwirkungsgrad (über 70 %) zu erhalten. Sie reduziert die Fehlerrate nach dem Schweißen und gewährleistet eine perfekte Wiederholbarkeit. Schließlich bietet sie die Möglichkeit, Hochleistungsaluminiumlegierungen wie AA2024-T3 oder AA2219-T8 zu schweißen.
Aluminium wird heute immer häufiger verwendet und ist nach Stahl das am zweithäufigsten abgebaute Metall. Neben der Wiederverwertbarkeit von Aluminium wird dieses Metall vor allem wegen seines geringen Gewichts, seiner Formbarkeit und seiner Wärmeleitfähigkeit geschätzt. Und FSW ist die grüne Technologie für das Fügen von Aluminium.
Kupfer, ein umweltfreundliches Material
Das Rührreibschweißen lässt sich auch auf Kupfer anwenden, das ebenfalls viele ökologische Vorteile bietet. Kupfer weist im Hinblick auf die Nachhaltigkeit die gleichen Qualitäten auf wie Aluminium.
Es ist vollständig in anderen Kupfer- oder Legierungsprodukten wiederverwertbar.
Dieses Metall ist besonders beliebt, wenn es darum geht, Wärme abzugeben. Aufgrund seiner Fähigkeit, die von der Sonne übertragene Energie zu absorbieren, wird es bei der Konstruktion von Photovoltaikmodulen verwendet.
Um Energie zu leiten, geben Metalle Wärme ab. Kupfer ist nach Silber das Metall mit der besten elektrischen Leitfähigkeit. Außerdem wird dieses Material wegen seiner Flexibilität geschätzt.
FSW-Technologie für umweltfreundlichere Industrien
Das Rührreibschweißen ist heute ausgereift und vollständig industrialisiert. Da das Risiko von Fehlern sehr gering ist, bietet es einen hohen Grad an Reproduzierbarkeit. Diese grüne Technologie für das Verbinden von Aluminium wird daher von Industriezweigen eingesetzt, die hohe technische Anforderungen mit nachhaltiger Entwicklung verbinden wollen. Sie wird heute in zahlreichen Industriezweigen wie dem Transportwesen (E-Mobility, Luft- und Raumfahrt, Eisenbahn und Schifffahrt) und den erneuerbaren Energien (Solarpaneele, Windkraftanlagen und Kernkraft) demokratisiert.
Umweltfreundlicherer Verkehr
Der Straßenverkehr ist die größte Quelle von Treibhausgasemissionen in Frankreich, die hauptverantwortlich für die globale Erwärmung sind.
Die Transportindustrie muss auf Umweltprobleme reagieren, indem sie insbesondere energiesparende Fahrzeuge anbietet, deren erster Parameter das Gewicht des Fahrzeugs ist. Um dies zu erreichen, muss sie leichtere Transportmittel entwickeln, um den Energieverbrauch und die Abgasbelastung zu reduzieren. Leichtbau bedeutet, das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren und gleichzeitig Festigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. Bisher war der Leichtbau nur Autos vorbehalten, doch dank des FSW-Schweißens von Aluminiumteilen verbreitet sich der Leichtbau von Struktur- und Karosserieteilen immer mehr: Kühlplatten, Batteriewanne, Felgen usw. So waren Elektroautos die ersten Fahrzeuge, die von dieser bahnbrechenden Technologie profitierten.
Kühlrippen an der Elektronikbox
Schweißnähte zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
Durch den Ersatz von Stahlblech durch Aluminiumblech kann die Masse von Fahrzeugen deutlich reduziert werden. Das Karosserieblech ist nicht das einzige Anwendungsgebiet von Aluminium im Automobilbau. Dieses leichte und widerstandsfähige Metall wird auch für Felgen, Kühler, Zylinderköpfe usw. verwendet. Die Automobilhersteller fördern daher das FSW-Schweißen von Teilen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge.
Das FSW ist auch an der Herstellung von (kryogenen oder nicht kryogenen) Tanks für LKWs oder Busse beteiligt, die heute mit Erdgas, morgen mit Biogas und Wasserstoff fahren.
Erneuerbare Energien
Auch die Windkraftindustrie hat das FSW-Schweißen von Aluminiumteilen übernommen. Das Rührreibschweißen ist die bevorzugte Technologie für große, leichte Bauteile wie Gondeln und Rotorblätter von Windkraftanlagen. Auch Turbinen benötigen effiziente und langlebige Teile.
Bei der Herstellung von Solarpaneelen wird das FSW-Verfahren für Wasserkühlplatten aus Aluminium verwendet. Es wird auch bei Rahmen und Wechselrichtern angewandt.
Im Nuklearbereich schließlich hat das FSW-Schweißen von Kupferteilen die Entwicklung von Parametern für die Serienproduktion ermöglicht.
FSW-geschweißte Kühlplatte aus Aluminium
Rührreibschweißen: umweltfreundliche Verbindungstechnologie
Das Rührreibschweißen ist eine ausgereifte Technologie zum Verbinden von Teilen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Aluminium. Bei dieser bahnbrechenden Technologie dringt ein rotierender Stift in das Material ein und knetet die zu schweißenden Materialien in einem „pastösen“ Zustand.
FSW ist eine Schlüsseltechnologie zur Verringerung der Umweltbelastung, die die Qualität und Zuverlässigkeit Ihrer Schweißnähte verbessert. Diese umweltfreundliche Schweißtechnologie ist für zahlreiche Anwendungen im Transportwesen, in der Raumfahrt und im Energiesektor qualifiziert. Valeo, weltweit als einer der größten Automobil-OEMs anerkannt, gehörte zu den ersten, die die Machbarkeit von FSW untersuchten. Der Grund liegt auf der Hand: Das Rührreibschweißen ermöglicht das Schweißen von Gussaluminium, einer Aluminiumlegierung, die bei der Herstellung von Autoteilen stark verwendet wird. Auch der Luftfahrtriese Airbus ist von der FSW-Technologie überzeugt. Mit diesem neuen Schweißverfahren arbeitet Airbus nämlich daran, die Dicke der Struktur seiner Flugzeuge zu reduzieren. Auch für die Ariane Group erscheint FSW als die Technologie, mit der sie ihre Trägerraketen mit gesicherter Qualität schweißen kann. Warum ist das so? Weil beim Rührreibschweißen die mechanischen Eigenschaften der geschweißten Werkstoffe auch dann erhalten bleiben, wenn sie starken Temperaturunterschieden ausgesetzt sind.
Stirweld unterstützt seine Kunden bei der Einführung und Optimierung ihres FSW-Schweißverfahrens mit dem Ziel der Industrialisierung und der nachhaltigen Entwicklung.
Kontaktieren Sie FSW-Experten
Wenn Sie unsere FSW-Lösung in Ihr Bearbeitungszentrum integrieren möchten, zögern Sie bitte nicht, unsere Experten zu kontaktieren.
