DE8100909U1

DE8100909U1 - Reibschweißmaschine mit Abdrehvorrichtung zum Reibschweißen von zwei Werkstücken mit unterschiedlicher Warmfestigkeit

Info

Publication number: DE8100909U1
Application number: DE19818100909
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1983-12-08

Description

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/ Reibschweißmaschine mit Abdrehvaridhtunq zum Reibschweißen von zwei Werkstücken mit unterschiedlicher Warmfestigkeit

Die Neuerung bezieht sich auf eine Reibschweißmaschine mit Abdrehvorrichtung zum Reibschweißen von zwei Werkstücken mit unterschiedlicher Warmfestigkeit, wie z.B. Werkstücke aus Stahl und Aluminium bzw. Leichtmetall-Legierungen, bei der eines der beiden festgespannten Werkstücke in Drehung versetzbar und das andere Werkstück entlang der Rotationsachse gegen das rotierende anpreßbar ist.

ρ Man hat auf wissenschaftlicher Basis schon oft untersucht,unter wel-

chen Bedingungen sich Werkstücke aus z.B. Stahl und Aluminium oder

'<■:> 10 dessen Legierungen miteinander verschweißen lassen. Dabei stellte man, soweit eine Verschwaißung überhaupt erreichbar war, fest, daß die η Schweißstellen zufolge Sprödigkeit keine ausreichende Festigkeit aufweisen. Diese Sprödigkeit wurde auf die Bildung intermetallischer Phasen im Schweißbereich zurückgeführt, die bei bestimmten Schweiötemperaturen durch das Erweichen und Fließen des weniger warmfesten Metalles entstehen.

Folgerichtig wurden daraufhin Versuche mit dem Reibschweißverfahren unternommen, die zwar wegen der geringeren Schweißtemperatur erfolgversprechender schienen, aber zu keinen für die praktische Anwendung geeigneten Ergebnissen geführt haben. Man hat die Ursache in der Bildung von schädlichen Zwischenschichten zu finden geglaubt, deren chemische Zusammensetzung und physikalische Wirkung obendrein unklar blieb (the welding institute, Juni 1979 "Joining Aluminium To Steel")· 25

In der Praxis wurde ein anderer Weg beschritten, der vom Grundgedanken

ausgeht, zwischen Stahl und Aluminium eine das Reibschweißen begünstigende Zwischenschicht zu legen. Die DE-AS 26 06 628 offenbart, eine
Ag-haltige Haftvermittlerschicht auf das Nicht-Aluminium-Werkstück
aufzubringen, die einer ein- bis zweistündigen Hitzebehandlung unter
Schutzgasatmosphäre zur Reinigung von Poren, Lunkern und Gas oder
anderen Einschlüssen ausgesetzt wird. Nach der Rekristallisierung
der Ag-haltigen Vermittlerschicht werden die beiden Werkstücke nach
dem bekannten Reibschweißverfahren verbunden. I

10In der DE-AS 27 52 584 wird ein Armierverfahren vorgeschlagen, das f

in zwei getrennten Schweißvorgängen durchgeführt wird. In einem ersten |

Schweißvorgang wird hierbei an dem Nicht-Aluminium-Werkstück durch | Explosivschweißen eine Aluminiumschicht erzeugt, die in einem zweiten I Schweißvorgang als Zwischenschicht für die Verbindung der beiden Werk- ·

15stücke verwendet wird. I

Die beiden Schriften wie auch Versuche der Forschungsinstitute zeigen,

daß es nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich war, eine (

brauchbare feste Verbindung zwischen Metalien mit unterschiedlicher '^;

2CV/armfestigkeit unmittelbar, also ohne Verwendung einer Zwischenschicht -

herzustellen. I

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine direkte Reibschweiß- \ verbindung von Werkstücken aus Metallen mit unterschiedlicher Warm-

25festigkeii unter Vermeidung der Bildung von Zwischenschichten zu er- I

möglichen, die den heutigen Anforderungen an Festigkeit genügt. t

Überraschenderweise gelang die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß die '■

zum Verschweißen bestimmte Stirnfläche des rotierenden Werkstückes, ;

^Qdas die größere Warmfestigkeit aufweist, nach dessen Einspannung und ;

unmittelbar vor dem Reibschweißen plangedreht wird. ' j

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Demgemäß ist die Reibschweißmaschine nach der Neuerung so ausgebildet, daß de Abdrehvorrichtung einen entlang,der Stirnfläche des rotierend angetriebenen Werkstückes in Radialebene geführten,Plandrehmeißel aufweist.

Durch die Anwendung der Reibschweißtechnik, bei der keine Vermischung der Werkstoffe stattfindet sondern eine klare Trennung der Metalle aufrechterhalten bleibt und für die Verschweißung eine niedrigere Temperatur benötigt wird als bei anderen Schweißverfahren, wird die Bildung von intermetallischen Phasen vefsögart bzw. verhindert. Aber erst dadurch, daß man die Stirnfläche des warmfesteren Werkstückes unmittelbar vor dem Reibschweißen plandreht, konnte die fUr die Praxis erwünschte Festigkeit der .Schweißverbindung erreicht werden. Hierbei spielt wahrscheinlich auch eine Rolle, daß das warmfestere Werkstück beim Plandrehen eine Erwärmung erfährt, die dem sofort folgenden Reibschweißvorgang zugute kommt. Auf diese Weise wird jedoch darüber hinaus zum einen sichergestellt, daß die zu verschweissende Fläche genau senkrecht zur Rotationsachse der Reibschweißmaschine ausgerichtet ist und somit einen gleichmäßigen Abrieb der Schweißfläche am weniger warmfesten Werkstück und einer damit verbundenen gleichmäßigen Erwärmung bewirkt, was nicht gewährleistet wäre, wenn man das betreffende Werkstück vor dem Einspannen stirnflächig plangedreht hätte, denn dadurch würde beim Einspannen des Werkstückes ein Winkelfehler der zu vsrschweißsnder: Flachs mit der Rotationsachse entstehen,- der dos Re ib-

²^ schweißen praktisch unmöglich machen würde. Zum anderen wird durch das Abdrehen die für die einwandfreie Verschweißung hinderliche Oxydhaut entfernt. Es entsteht zwar innerhalb kürzester Zeit bereits eine neue Oxydhaut, doch weist diese eine wesentlich geringere Dicke und daher einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Schweißqualität auf.

Während des Verschweißungsvorganges, in dem das die größere Warmfestigkeit

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aufweisende Werkstück rotiert, wird nämlich infolge der Reibungswärme das Ende des Werkstückes mit der geringeren Warmfestigkeit plastifiziert und dabei nach außen gedrängt, wodurch die nach dem Plandrehen gebildete, sehr dünne Oxydhaut des anderen Werkstückes aus der Schweißebene herausbefördert wird.

Durch eine Bremse wird nun in üblicher Weise das drehende Werkstück angehalten. Gleichzeitig wird mit Hilfe einer erhöhten axialen Stauehkraft der erhitzte plastische Werkstoff nach außen verdrängt. Die beiden Werkstücke sind damit versshweißt«

Mit der Neuerung wird somit der Vorteil erzielt, alle von ihrer Form her für das Reibschweißen geeigneten Werkstücke aus unterschiedlichen Metallen, insbesondere aus Stahl und Aluminium bzw. Leichtmetall-Legierungen miteinander praxisgerecht verschweissen zu können.

Reibschweißmaschinen bekannter Bauart weisen zwar manchmal Abdreheinrichtungen auf. Diese sind aber für das Beseitigen des Schweißwulstes nach Beendigung des Reibschweißvorganges bestimmt und dienen somit einem anderen Zweck.

Di© Neuerung schließt nicht aus, auch solche reibschweißbaren Werkstücke zu verwenden, die von ihrer äußeren Kontur her nicht unbedingt als rotationssymmetrisch bezeichnet werden können, aber rotationssymmetrisch liegende Schweißflächen aufweisen. Ebenfalls erstreckt sich die Neuerung nicht nur auf die Bearbeitung von Stahl-Aluminium-Schweißverbindungen sondern auch auf solche aus anderen, unterschiedlich warmfesten Metallen und deren Le-

^O gierungen.

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In der Zeichnung ist mit 1 eine Reibschweißmaschine in Draufsicht schematisch dargestellt. Das Einspannfutter 2 ist rotierend angetrieben. Dadurch kann das eingespannte Werkstück 3 mit Hilfe eines Drehmeißels 4, der radial zur Rotationsachse beweglich geführt ist, stirnseitig genau radial zur Achse plangedreht werden. Dieser Drehmeißel 4 ist in einer Abdrehvorrichtung 5 angeordnet. Das andere Werkstück 6 ist in einer Spannvorrichtung 7 gehalten, die später gegen das rotierende Werkstück 3 in Pfeilrichtung zum Erzeugen des Reib- und Stauchdruckes bewegt wird.

Claims

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Sc hutzanspruch

Reibschweißmaschine mit einer Abdrehvorrichtung zum Reibschweißen von zwei Werkstücken mit unterschiedlicher Warmfestigkeit, wie z.B. Werkstücke aus Stahl und Aluminium, bzw. Leichtmetall-Legierungen, bei der eines der beiden festgespannten Werkstücke in Drehung versetzbar und das andere Werkstück entlang der Rotationsachse gegen das rotierende anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdrehvorrichtung einen, entlang der Stirnfläche des rotierend angetriebenen Werkstückes in Radialebene geführten, Plandrehmeißel aufweist.

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Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke
Patentanwalt

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