Schweißen

Rührreibschweißen dreidimensionaler Konturen mit dem Roboter

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Die Fähigkeit für komplexere Nahtformen ist dabei nur bei sehr kostenintensiven Anlagen gegeben. Für Anwendungen mit Einschweißtiefen von einigen Millimetern befinden sich jedoch diese Kräfte in Größenordnungen, die auch von Schwerlastrobotern bereitgestellt werden können.

Seit 2005 beschäftigt sich das iwb der TU München mit dem Einsatz eines Schwerlastroboters zum Rührreibschweißen. Eine entsprechend aufgebaute Anlage besteht aus einem modifizierten Standardroboter mit einer FSW-tauglichen Spindel. Eine integrierte Kraftregelung stellt während des Schweißens eine konstante Anpresskraft des Werkzeuges auf die Fügepartner sicher.

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Demonstrator für die Anlagenfähigkeit stammt aus der Luftfahrtbranche

Es konnte bereits nachgewiesen werden, dass mit dem installierten System selbst in unterschiedlichen Schweißlagen Nahtqualitäten erzielt werden, die unter Anwendung identischer Schweißparameter auch auf FSW-Anlagen erreicht werden. Ein Einfluss der vergleichsweise niedrigen Gesamtsteifigkeit auf die Nahtgüte wurde bei diversen Aluminiumwerkstoffen mit Dicken von 0,3 bis 8 mm nicht festgestellt.

Als Demonstrator für die Anlagenfähigkeit in der Luftfahrtbranche wurden zwei Rumpfsegmente eines Passagierflugzeuges erfolgreich verschweißt (Bild 1). Die Gesamtnahtlänge beträgt bei diesem Beispiel etwa 2,5 m und wurde durch zwei Teilnähte realisiert.

Für Anwendungen außerhalb der Luft- und Raumfahrt müssen jedoch auch komplexere Nahtformen beherrscht werden, für die der Roboter aufgrund seiner hohen Flexibilität bestens geeignet ist. Daher wurde die Fähigkeit des Prozesses und der Anlage für das Schweißen über Radien im Bereich von 104,5 bis 14,5 mm (Außenradius) untersucht. Dabei zeigt sich, dass der Schweißprozess insbesondere bei engeren Radien einer Anpassung hinsichtlich der verwendeten Parameter bedarf.

Unter der Voraussetzung, dass das Werkzeug in einem Anstellwinkel von 2° stechend über das Werkstück geführt wird, ergibt sich beim Schweißen in der Ebene eine sichelförmige Kontaktfläche auf dem Bauteil. Wird das Werkzeug über eine konvexe Oberfläche geführt, kann dessen hinterer Teil je nach Werkzeug- und Werkstückgeometrie den Kontakt zum Bauteil verlieren.

Werkstoff muss ausreichend verdichtet werden

Dieser ist für den Schweißprozess jedoch sehr wichtig, um eine ausreichende Verdichtung des Werkstoffes um den Schweißstift zu gewährleisten. Abhilfe schafft ein entsprechend erhöhter Anstellwinkel des Werkzeuges zum Bauteil, der von der Werkstückkrümmung abhängig ist.

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