Schweißen

Rührreibschweißen dreidimensionaler Konturen mit dem Roboter

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Des Weiteren muss ein besonderes Augenmerk auf die Schweißanlage gelegt werden. Grund dafür sind elastische Verformungen des Roboters wegen der wirkenden Prozesskräfte, die zu Abdrängungen des Werkzeugbezugspunktes von der programmierten Sollposition führen. Eine Kraftregelung ist daher bei Knickarmrobotern zwingend notwendig, um durch das Nachführen des Werkzeuges in axialer Richtung einen stabilen Rührreibschweißprozess zu gewährleisten.

Beim Schweißen über komplex geformte Bauteile ist auch die Werkzeugabdrängung in der Schweißebene von großer Bedeutung. Diese muss durch Ausgleichsbewegungen beim Übergang von ebenen zu konvexen Oberflächen berücksichtigt werden, um ein zu frühes Umorientieren des Werkzeuges in den Radiusbereich zu verhindern.

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3 mm dicke Bleche mit Außenradius von minimal 14,5 mm werden fehlerfrei gefügt

Unter Beachtung dieser Faktoren können mit dem aufgebauten System 3 mm dicke Bleche mit einem Außenradius von minimal 14,5 mm fehlerfrei gefügt werden. Das in Bild 2 gezeigte Beispiel verdeutlicht den Unterschied zwischen theoretisch genauer Führung des Werkzeuges und optimierter Schweißbahn. Der Nahtfehler bei theoretisch genauer Bahnführung entsteht durch ein zu frühes Umorientieren des Werkzeuges, wodurch sich dieses aufgrund eines dadurch negativen Anstellwinkels in die Fügepartner eingräbt.

Zudem kollidiert der Werkzeugstift mit der Spannvorrichtung. Bei der optimierten Schweißbahn wird die zu frühe Umorientierung des Werkzeuges verhindert und zudem der Anstellwinkel erhöht, was eine fehlerfreie und geschlossene Schweißnaht zur Folge hat.

Die im Radius entstehende charakteristische Nahtform weist aufgrund der veränderten Werkzeugkontaktbedingungen an den Rändern jeweils eine Vertiefung auf, wodurch der Nahtquerschnitt an diesen Stellen reduziert ist (Bild 3). Die Verbindung führt im Vergleich zur ebenen Schweißnaht zwar zu geringeren mechanischen Eigenschaften, für naturharte Legierungen wie den Werkstoff AW-5083-H111 betragen sie dennoch bis zu 90% der Grundwerkstofffestigkeit bezogen auf den Querschnitt des Grundmaterials.

Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh ist Inhaber des Lehrstuhles für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der Technischen Universität München. Der Lehrstuhl gehört zum Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb). Dipl.-Ing. Georg Völlner ist dort wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Themengruppe Fügetechnologien. Die Autoren möchten sich bei der EADS für die Bereitstellung der Anlage zur Durchführung der beschriebenen Versuche bedanken.

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