Kontakt
Technischer Support

Rührreibschweißen: Warum funktioniert ein kopfloser CNC-Ansatz nicht?

Erforschung der Komplexitäten und grundlegenden Mängel beim Verfolgen des Rührreibschweißens ohne ein FSW-Werkzeug: Eine detaillierte Analyse der technischen Hürden, betrieblichen Einschränkungen und der beeinträchtigten Ergebnisqualität, die die wesentliche Rolle fortschrittlicher FSW-Werkzeuge bei der Gewährleistung optimaler Effizienz und überlegener Schweißqualität hervorhebt.

kopfloser CNC-Ansatz FSW

Rührreibschweißen auf CNC ohne Kopf: Zahlreiche Probleme bei ungewissen Ergebnissen

Bei der Überlegung, das Rührreibschweißen (FSW) direkt in Ihr Bearbeitungszentrum zur Fertigung von Teilen zu integrieren, ist es unerlässlich, die erheblichen Einschränkungen und Herausforderungen dieser Methode anzuerkennen. Dieser Ansatz erscheint zwar bequem, weist jedoch in mehreren kritischen Bereichen Mängel auf, die sowohl die Qualität der Schweißnähte als auch die Effizienz des Produktionsprozesses beeinträchtigen. Nachfolgend erläutern wir diese Schlüsselbedenken, um zu veranschaulichen, warum ein dedizierter CNC FSW-Schweißkopf nicht nur vorteilhaft, sondern für das Erreichen von industriellen Schweißergebnissen essenziell ist.

Erstens erfordert FSW auf CNC ohne Kopf eine perfekte Flachheit des Werkstücks (weniger als 0,02 mm), was die Vielseitigkeit der Materialien und Formen, die effektiv geschweißt werden können, einschränkt. Diese Einschränkung verengt deutlich den Umfang der Projekte, die für FSW ohne spezialisierte Ausrüstung geeignet sind.

Zweitens benötigt FSW auf CNC ohne Kopf ein Werkstück mit ausreichender Dicke (> 70 mm), um den Herausforderungen der Verformung standzuhalten, was die Unzulänglichkeit der Kraftkontrolle in Standard-CNC-Konfigurationen hervorhebt. Ohne präzise Kontrolle der Schweißkraft steigt das Risiko, das Werkstück zu beschädigen, was die strukturelle Integrität der Schweißnaht beeinträchtigt.

Drittens begrenzt ohne Kopf die Unfähigkeit, die übermäßige Werkzeugtemperatur zu verwalten, die Schweißlänge aufgrund des Mangels an Werkzeugkühlungsfähigkeiten. Diese Einschränkung betrifft nicht nur die Schweißqualität, sondern auch deren Länge und beeinflusst damit die Skalierbarkeit der Produktion.

Schließlich erfordert für Unternehmen, die in der Serienproduktion tätig sind, das Fehlen von Vibrationsschutz und Kraftschutz im CNC-Spindel häufige Ersatzvorgänge der teuren CNC-Spindel. Diese Anforderung an ständige Wartung führt zu erheblichen Ausfallzeiten und erhöht die Kosten, was die Lebensfähigkeit der Nutzung eines Bearbeitungszentrums für FSW im größeren Maßstab untergräbt.

Zusammenfassend unterstreichen diese Einschränkungen den Mangel an Wiederholbarkeit und Skalierbarkeit im Schweißprozess, wenn versucht wird, ein Bearbeitungszentrum ohne einen dedizierten FSW-Kopf zu nutzen. Diese Herausforderungen demonstrieren deutlich die Undurchführbarkeit dieses Ansatzes und verstärken die Notwendigkeit, in einen spezialisierten CNC FSW-Schweißkopf zu investieren. Mit der richtigen Ausrüstung können Unternehmen konsistente, hochwertige Schweißnähte erreichen, die industriellen Standards entsprechen und sowohl Produktivität als auch Rentabilität in ihren Schweißoperationen sicherstellen.

Rührreibschweißen auf CNC: die unverzichtbaren 4 Funktionen unseres fortschrittlichen Schweißkopfes

Um die Probleme zu überwinden, Zeit zu sparen und zusätzliche Kosten beim Rührreibschweißen auf CNC-Maschinen zu vermeiden, verfügt unser Rührreibschweißkopf für CNC über vier Schlüsselfunktionen: Kraftkontrolle, Werkzeugkühlung, Maschinenschutz und Kraftaufzeichnung.

Kraftkontrolle beim Rührreibschweißen: Schlüssel zur Überwindung von Ebenheits- und thermischen Verzerrungen

In realen Fertigungs- und Schweißszenarien bleibt das Ideal eines perfekt ebenen Teils eine Illusion. Zwei Hauptphänomene beeinflussen die Ebenheit des Teils: Fertigungsabweichungen wie Ungenauigkeiten beim Walzen, Extrudieren oder Gießen sowie der Schweißprozess selbst, der thermische Verzerrungen und Ungenauigkeiten bei der Teilepositionierung einführt. Diese Herausforderungen erfordern einen differenzierten Ansatz, um die Integrität und Qualität der Schweißnaht zu gewährleisten, was die spezialisierte Funktionalität eines dedizierten Rührreibschweißkopfes unverzichtbar macht.

Die Funktion „Kraftkontrolle“ eines FSW-Kopfes geht diese Herausforderungen direkt an. Ohne Kraftkontrolle führen die unvermeidlichen Unregelmäßigkeiten in der Ebenheit des Teils zu intermittierendem Kontakt zwischen der FSW-Werkzeugschulter und der Oberfläche des Werkstücks. Dieser intermittierende Kontakt führt zu Porositäten in der Schweißnaht, was deren Festigkeit und Integrität beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu kann mit der Kraftkontrolle die FSW-Werkzeugschulter adaptiv der Oberfläche des Teils entlang der Schweißnaht folgen, einen konstanten Kontakt aufrechterhalten und dadurch eine hochwertige Schweißnaht ohne Porosität sicherstellen.

friction stir welding with and without force control

Die Notwendigkeit der Kraftkontrolle erstreckt sich weiter, wenn man die Verformungen betrachtet, die während des Schweißprozesses auftreten:

before FSW process

Vor Beginn des Schweißprozesses behält das Teil die Ebenheit, die es nach der Herstellung erreicht hat.

before FSW process

Während des Schweißprozesses ohne Kraftkontrolle führt die durch die Reibung zwischen dem FSW-Werkzeug und dem Bauteil erzeugte Wärme zu thermischer Verzerrung. Diese Verzerrung, auch wenn sie geringfügig ist, kann die Qualität der Schweißnaht erheblich beeinträchtigen, indem sie den beabsichtigten Weg des Werkzeugs verändert oder Lücken zwischen der Werkzeugschulter und dem Werkstück erzeugt.

before FSW process

Während des Schweißprozesses mit Kraftkontrolle passt sich das Werkzeug dynamisch den thermischen Verzerrungen an und hält ständigen Kontakt zum Werkstück. Diese Anpassungsfähigkeit stellt sicher, dass die Werkzeugschulter kontinuierlich in Kontakt mit der Oberfläche bleibt, was die thermische Verzerrung ausgleicht und die Qualität der Schweißnaht bewahrt.

Die Bedeutung der Verwaltung dieser Verformungen kann nicht überschätzt werden, und die Kraftkontrolle ist in dieser Hinsicht entscheidend. Betrachten Sie den Fall eines 1-mm-Ebenheitsfehlers:

before FSW process

Schweißen ohne Kraftkontrolle und mit positivem Eintauchen führt dazu, dass das Werkzeug zu tief in die Oberfläche des Teils eindringt, was zu übermäßigem Grat, Verdünnung des Werkstücks und folglich zu einer Verringerung der mechanischen Stärke führt.

before FSW process

Schweißen ohne Kraftkontrolle und mit negativem Eintauchen führt dazu, dass das Werkzeug den Kontakt zur Oberfläche des Teils verliert, was Porositäten oder Wurmlöcher aufgrund unzureichender Verdichtung einführt.

before FSW process

Mit Kraftkontrolle wird der konstante Kontakt zwischen dem FSW-Werkzeug und der Oberfläche des Teils trotz eines Ebenheitsfehlers von 1 mm aufrechterhalten, was zu einer fehlerfreien und hochwertigen Schweißnaht führt.

Diese detaillierte Untersuchung unterstreicht die kritische Rolle der Kraftkontrolle bei der Überwindung der Herausforderungen, die durch Teilflachheit und thermische Verzerrung beim Rührreibschweißen entstehen. Indem sie einen konsistenten Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück gewährleistet, erleichtert die Kraftkontrolle einen Prozess, der in der Lage ist, hochwertige Schweißnähte zu produzieren, und demonstriert den unverzichtbaren Wert eines dedizierten FSW-Schweißkopfes, der mit dieser Funktionalität ausgestattet ist.

Präzise Werkzeugkühlung: Der Weg zu überlegener Rührreibschweißqualität

Im Bereich des Rührreibschweißens (FSW) ist die Temperaturkontrolle des Schweißprozesses entscheidend, um hochwertige Schweißnähte zu gewährleisten. Der ideale Temperaturbereich für das Schweißen variiert je nach Material, wobei eine präzise Steuerung erforderlich ist, um die Integrität der Schweißnaht zu sichern. Für Aluminium muss die Temperatur zwischen 480 °C (896 °F) und 520 °C (968 °F) gehalten werden, unterhalb seines Schmelzpunkts von 600 °C (1112 °F). Abweichungen von diesen spezifischen Bereichen führen zu signifikanten Problemen.

Überschreiten des optimalen Temperaturbereichs führt dazu, dass das FSW-Werkzeug überhitzt und die Schweißtemperatur über den Schmelzpunkt des Materials hinausgeht. Dies erzeugt Porositäten innerhalb der Schweißnaht, was zu Schweißnähten führt, die die Qualitätsstandards nicht erfüllen. Darüber hinaus kann eine solche Überhitzung auch die CNC-Spindel beschädigen, was zu kostspieligen Reparaturen und Ausfallzeiten führt.

Daher ist die Werkzeugkühlung beim Rührreibschweißen nicht nur vorteilhaft, sondern essentiell. Sie verhindert, dass das Werkzeug überhitzt und vermeidet so Schäden an der CNC-Maschine und stellt sicher, dass die Schweißnaht innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs bleibt. Um eine fehlerfreie Schweißnaht zu erreichen, muss die Temperatur mindestens 70% des Schmelzpunkts der zu schweißenden Legierungen erreichen. Dies ermöglicht das Schweißen im pastösen Zustand und erleichtert eine Festkörperverbindung, die frei von Defekten ist.

precision friction stir welding tool cooling

Traditionelle Kühlmethoden, wie das Besprühen mit Flüssigkeiten, sind während des FSW nicht praktikabel, da sie die Temperatur der zu verschweißenden Teile zu stark reduzieren und so die Temperatur des Werkstücks ungünstig beeinflussen, was optimale Bedingungen für das Schweißen sicherstellt. Durch die Aufrechterhaltung der richtigen Temperatur ermöglicht unsere Ausrüstung die Produktion von hochwertigen, fehlerfreien Schweißnähten und unterstreicht die Bedeutung der Werkzeugkühlung für überlegene FSW-Ergebnisse.

Mit unserer Lösung gehen wir diese Herausforderung mit einem geschlossenen System in unserer Ausrüstung an. Dieses System kühlt das Werkzeug effizient, ohne die Temperatur des Werkstücks zu beeinflussen und gewährleistet optimale Schweißbedingungen.

CNC-Schutz: Gewährleistung der Langlebigkeit bei Rührreibschweißoperationen

Unsere Lösung ist darauf ausgelegt, Ihre CNC-Maschine mit vier Schutzschichten zu sichern: gegen Schweißtemperaturen, gegen übermäßige Kräfte beim Rührreibschweißen (FSW), gegen Überlastbedingungen beim FSW und gegen durch FSW induzierte Vibrationen.

Gegen Schweißtemperatur

protection against welding temperature in fsw
  • Innovatives Kühlsystem: Unsere Ausrüstung integriert einen dualen Kühlmechanismus, der Luft und Wasser für eine überlegene Temperaturregelung während der Schweißoperationen kombiniert.
  • Wasserkühlungsprozess: Durch die Nutzung eines Kühlers zirkuliert kaltes Wasser durch den FSW-Kopf in einem geschlossenen Kreislauf, kühlt den Kopf intern ab, bevor es zum Kühler zur Wiederabkühlung zurückkehrt und gewährleistet so eine effiziente Temperaturverwaltung. Die Temperatur des FSW-Kopfes wird unter 40 °C (104 °F) gehalten.
  • Luftkühlung: Luft wird in den FSW-Kopf geleitet, um das Werkzeug zu kühlen, wodurch die Temperatur sowohl des Kopfes als auch der CNC-Maschine effektiv gesenkt wird. Die Temperatur des FSW-Werkzeugs wird konstant auf einer optimierten Temperatur gehalten, um eine gleichbleibende Schweißqualität zu garantieren.

Gegen übermäßige FSW-Kraft

  • Integrierter Kraftsensor: Unser System beinhaltet einen Kraftsensor zur Anpassung der Schweißkraft, mit einem Maximum, das unter 80% der CNC-Kapazität festgelegt ist.
  • Sicherheit und Effizienz: Der FSW-Kopf stellt sicher, dass die Schweißkraft innerhalb sicherer Grenzen (80% der CNC-Kapazität) bleibt, um Brüche oder Motorblockaden zu verhindern.
  • Vereinfachte Lösung: Unser Kopf bietet eine unkomplizierte Alternative. Sein universelles Design ermöglicht eine einfache Ergänzung der Kraftkontrolle zu jeder CNC-Maschine, ohne die Notwendigkeit komplexer Modifikationen und langwieriger Entwicklungen.
Warum nicht die Maschine modifizieren?

Das Modifizieren einer CNC-Maschine, um Kraftkontrolle einzubeziehen, stellt eine erhebliche Herausforderung dar, aufgrund der Notwendigkeit signifikanter mechanischer Änderungen und Einschränkungen durch proprietäre Steuerungen. Dieser Prozess ist bei den meisten CNC-Maschinen unmöglich.

protection against welding temperature in fsw

Gegen FSW-Last

protection against welding temperature in fsw
  • Lagerfunktionalität: Unsere Lösung ist mit mehreren Lagern ausgestattet, die Schweißlasten direkt auf den Spindelrahmen übertragen und so die CNC-Spindel vor jeglicher Lastexposition bewahren. Nur das Drehmoment wird an die Spindel übertragen.
  • Spindelschutz: Das Design stellt sicher, dass die Schweißlasten die Integrität der Bearbeitungsspindel nicht beeinträchtigen.
  • Haltbarkeit und Kapazität: Die Lager im Kopf sind überdimensioniert, in der Lage, 25 kN zu handhaben, und für eine Lebensdauer von bis zu 5 Jahren ausgelegt. Dieses Design absorbiert effektiv Schweißkräfte und schützt die CNC-Spindel vor Stress und Verschleiß.

Gegen FSW-Vibrationen

  • Herausforderungen durch Vibrationen: FSW erzeugt Vibrationen, die die CNC-Spindel beschädigen können, wenn sie nicht verwaltet werden.
  • Spezielle Kupplungslösung: Eine spezielle Kupplung, die dem FSW-Kopf hinzugefügt wird, mildert Vibrationen, schützt die CNC durch Isolation von Vibrationen in Drehmoment oder Translation und stellt sicher, dass keine Vibrationen den Betrieb beeinträchtigen.
  • Keine Kraftübertragung: Die spezielle Kupplung leitet auch die Schweißkraft zum CNC-Portal, das dafür ausgelegt ist, diese Kräfte zu widerstehen, und verbessert so die Betriebsstabilität und den Maschinenschutz.
protection against welding temperature in fsw

Kraftaufzeichnung: Revolutionierung der Qualitätssicherung beim Rührreibschweißen

Die Kraftaufzeichnung steht als zentrale Innovation, die die Qualität der Schweißnähte durch präzise Kraftverwaltung verbessert. Diese Technik spielt eine entscheidende Rolle bei der Erreichung von fehlerfreien und hochwertigen Schweißnähten, ein Maßstab, zu dem sich Stirweld durch die Integration fortschrittlicher Sensortechnologie verpflichtet. Hier ist, wie dieser Ansatz den Schweißprozess verbessert:

force recording during friction stir welding process
  • Qualitätskontrolle durch Kraftmanagement: Die Aufrechterhaltung einer konstanten Kraft auf das Werkstück ist entscheidend für das Erreichen von fehlerfreien und qualitativ hochwertigen Schweißnähten. Stirweld verbessert die Qualitätskontrolle durch Integration eines Sensors, um die während des FSW-Prozesses angewendete Schmiedekraft zu überwachen und aufzuzeichnen.
  • Gewährleistung der Schweißnahtintegrität: Indem sichergestellt wird, dass die angewandte Kraft innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt, garantieren wir die Schweißqualität und ein fehlerfreies Ergebnis.
  • Echtzeitüberwachung und -analyse: Die Kraft wird in Echtzeit überwacht und während des Schweißens auf dem Bildschirm angezeigt, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass diese Daten für spätere Analysen aufgezeichnet werden. Dieser Ansatz gewährleistet nicht nur sofortige Qualitätssicherung, sondern ermöglicht auch eine detaillierte Nachprozessevaluierung.

FSW-Kopf für CNC-Maschineninstallationen

Zusammenfassend bietet die direkte Nutzung eines CNC-Bearbeitungszentrums für Rührreibschweißen (FSW) ohne einen spezialisierten Kopf zahlreiche Einschränkungen, von der Anforderung an perfekte Werkstückebenheit bis hin zur Unzulänglichkeit der Kraftkontrolle, Werkzeugkühlung und dem Mangel an Schutz gegen FSW-Kräfte. Diese Herausforderungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Schweißnähte und die Gesamteffizienz der Produktion, was die Notwendigkeit eines spezialisierten CNC FSW-Schweißkopfes unterstreicht.

Unser fortschrittlicher FSW-Kopf adressiert diese Probleme mit unverzichtbaren Funktionen: Kraftkontrolle, Werkzeugkühlung, Maschinenschutz und Kraftaufzeichnung. Jede Funktion ist darauf ausgelegt, spezifische, dem FSW innewohnende Hindernisse zu überwinden und hochwertige, fehlerfreie Schweißnähte zu gewährleisten sowie die Lebensdauer Ihrer CNC-Ausrüstung zu verlängern. Von der Verwaltung der Teileebenheit und thermischen Verzerrung mit Kraftkontrolle, der Aufrechterhaltung optimaler Schweißtemperaturen mit Werkzeugkühlung bis hin zum Schutz Ihrer CNC-Maschine vor übermäßigen Kräften, Lasten und Vibrationen, ist unsere Lösung auf Exzellenz ausgelegt.

Darüber hinaus verbessert die Integration der Kraftaufzeichnungstechnologie die Schweißqualität durch Echtzeitüberwachung und -analyse und bietet einen Weg zur kontinuierlichen Verbesserung Ihrer FSW-Prozesse.

Investieren Sie in die richtigen Werkzeuge, um Ihr CNC-Bearbeitungszentrum in eine vielseitige, leistungsstarke Schweißstation zu verwandeln. Betreten Sie die Zukunft der Fertigung mit unserem spezialisierten FSW-Kopf, der für Präzision, Effizienz und Zuverlässigkeit konzipiert ist.

Kontaktieren Sie FSW-Experten

Heben Sie Ihre Schweißoperationen auf die nächste Stufe – Kontaktieren Sie uns heute, um mehr über unsere innovativen FSW-Lösungen zu erfahren und wie sie Ihrem Unternehmen zugutekommen können.