WO2012059079A2 - Reibschweissverbindung - Google Patents

Reibschweissverbindung Download PDF

Info

Publication number
WO2012059079A2
WO2012059079A2 PCT/DE2011/001855 DE2011001855W WO2012059079A2 WO 2012059079 A2 WO2012059079 A2 WO 2012059079A2 DE 2011001855 W DE2011001855 W DE 2011001855W WO 2012059079 A2 WO2012059079 A2 WO 2012059079A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
face
reibschweißverbindung
groove
weld
Prior art date
Application number
PCT/DE2011/001855
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012059079A3 (de
Inventor
Lüder MOSLER
Original Assignee
Otto Bock Healthcare Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otto Bock Healthcare Gmbh filed Critical Otto Bock Healthcare Gmbh
Publication of WO2012059079A2 publication Critical patent/WO2012059079A2/de
Publication of WO2012059079A3 publication Critical patent/WO2012059079A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2333—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer one layer being aluminium, magnesium or beryllium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114—Single butt joints
    • B29C66/1142—Single butt to butt joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/124—Tongue and groove joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/32—Measures for keeping the burr form under control; Avoiding burr formation; Shaping the burr
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/52—Joining tubular articles, bars or profiled elements
    • B29C66/522—Joining tubular articles
    • B29C66/5221—Joining tubular articles for forming coaxial connections, i.e. the tubular articles to be joined forming a zero angle relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7311—Thermal properties
    • B29C66/73115—Melting point
    • B29C66/73116—Melting point of different melting point, i.e. the melting point of one of the parts to be joined being different from the melting point of the other part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/735—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the extensive physical properties of the parts to be joined
    • B29C66/7352—Thickness, e.g. very thin
    • B29C66/73521—Thickness, e.g. very thin of different thickness, i.e. the thickness of one of the parts to be joined being different from the thickness of the other part

Definitions

  • the invention relates to a friction-welded connection between a first component rotationally symmetrical in the region of the weld having a first melting temperature and a second component rotationally symmetrical in the region of the weld having a lower melting temperature than the first component.
  • Friction welding is particularly suitable for connecting rotationally symmetrical parts with each other and with other moldings.
  • a part is set in rotation relative to the other part, whereby the touching end faces of the parts rub against each other and heat.
  • the so-called friction phase the temperature in the friction surface and a thin surface layer of both parts increases to forging temperature. Once the required plasticity of the material for welding is achieved, the rotation is decelerated and the axial pressure is increased.
  • the so-called compression phase the parts are joined together.
  • a weld bead is already formed by the upsetting process plastified material is pressed under enlargement of the weld bead, whereby the joining parts are slightly shortened axially.
  • material combinations can be welded together with high accuracy in a relatively short time without the use of additional materials.
  • the procedure can be fully automated.
  • the weld bead occurs on both sides of the end faces, moreover, material must be added to compensate for the weld bead.
  • CONFIRMATION COPY In the area of the end faces of the two parts to be welded, according to the state of the art, it is desired to obtain as continuous a cross section as possible in order to make the heat balance in both workpieces similar and to avoid a notch effect. This achieves connections with a high static strength.
  • Object of the present invention is to provide a Reibsch dorivurgial pressure at a reduced processing cost.
  • the friction-welded connection according to the invention between a first component rotationally symmetrical in the region of the weld having a first melting temperature and a second component rotationally symmetric in the region of the weld having a lower melting temperature than the first component provides that the first component in the unwelded state faces the end face facing the welding joint has a larger material cross-section than the second component.
  • Increasing the material cross-section in the area of the weld allows the dynamic strength of the weld to be increased, since the stresses within the weld are kept lower than in the rest of the work.
  • a cross-sectional enlargement or a larger material cross-section of the workpiece with a higher melting temperature allows the use of material accumulation of the workpiece with the lower melting temperature to increase the weld, so that an increase in the Welding joint can be provided without protrusion of the weld bead. Since in the friction welding of workpieces with different melting points during the welding process, only the workpiece with the lower melting temperature deforms, accumulates in the welding process, only the softened material with the lower melting point and forms a thickening. If the welding surface of the workpiece with the higher melting temperature is greater than the welding surface or face of the workpiece with the lower melting temperature, an ideally smooth transition between the components is formed and a reduced notch effect due to an approximately continuous contour can be provided.
  • the increase of the material cross section is particularly effective in tubular components, so that the Reibsch experiencetress is particularly suitable for pipe or pipe sections, but can also be used for solid materials. It is also possible that the components are frontally provided with webs or edges which extend from a solid material and are used as a material to be welded.
  • a development of the invention provides that on the end face of the first component, ie the component with the higher melting temperature, an axially extending projection is arranged, which prevents the molten and outwardly wegdrnature material during the friction and compression phase extends laterally outward over the contour of the tubular components.
  • the contour of the axially extending projection can be suitably chosen, for example in the form of a radius, a slope or the like. Also, a substantially L-shaped contour in longitudinal section is possible, so that the projection extends substantially at right angles from the end face of the first component.
  • the protrusion may also be formed, for example, in that, on the end face of the first component, the recess is formed with a contour rising at least towards one edge.
  • the after Outwardly rising contour prevents the deflection of the molten material of the second component during the friction phase and in particular during the compression phase.
  • a circumferential groove is incorporated in the end face of the first component, so that a material wall extends in the axial direction from both sides of the second component.
  • the molten material of the second component can be effectively redirected, so that with a corresponding dimensioning of the groove of the resulting weld bead can be completely absorbed, causing it is laminated and no longer needs to be removed by machining.
  • the groove may have a Querschntttskontur in the unwelded state of the first component, which corresponds to the contour of the end face of the second component, wherein the dimensioning of the groove width may be slightly larger than the width of the end face of the second component may be selected to facilitate insertion of the second component as well as to allow the evasion of the molten material away from the face. It can also be provided that a radius is formed on the groove, so that a deflection of the molten material can be made easier than with a polygonal groove cross-section. It is also possible that the groove base has a radius, while the end face of the second component has a polygonal contour.
  • the design of a groove, in addition to the welded joint, a mechanical, positive connection of the two components are provided, which provides additional dynamic strength. Such a configuration is particularly advantageous in tubular components.
  • the first component has a material cross-section which increases in the direction of the end face to be welded, that is to say that the wall thickness is in the region of Weld rotationally symmetric component in the direction of the front side enlarged.
  • the so-called "Auftulpen” is also called . This avoids abrupt cross-sectional changes, whereby the notch effect is reduced.
  • the enlargement of the material cross-section continuously takes place in order to allow the smoothest possible transition and a uniform force curve.
  • the Auftulpen can also for pipes.
  • the components to be welded and not only the areas on both sides of the weld are preferably rotationally symmetrical or tubular, wherein the first component is preferably made of titanium or a titanium alloy and the second component is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Figure 3- shows a variant of the friction-welded joint with a circumferential
  • FIG. 1 shows a conventional friction-welded connection between a first component 1 and a second component 2.
  • the first component 1 has a higher melting point compared to the second component 2.
  • Both components have a rotationally symmetrical, tubular cross section with a same material thickness in the region of the end faces 3, 4. If the two components 1, 2 friction welded together, results in a Reibsch spajur, as shown in the right-hand illustration.
  • the material of the second component 2 plasticized much stronger and faster doughy than the material of the first Component 1.
  • material accumulation forms both on the inside and on the outside of the welding joint. Such material accumulation must then be removed by reworking, such as grinding, milling or turning usually.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the friction-welded connection according to the invention.
  • the first component 10 is constructed of a first material having a higher melting temperature than the material of the second component 20.
  • the first component 10 is formed as a tubular, rotationally symmetrical component and has an end face 12 facing the second component 20, which is wider than the end face 21 of the second component 20 in the unwelded state.
  • the welded state of the two components 10, 20 is already shown, the dimensions of the end face of the second component can be removed at the end facing away from a weld joint 30.
  • the material bulge on both sides of the end face 21 of the second component 20 can be seen.
  • the material cross section of the first component 10 in the region of the weld joint 30 is dimensioned so that the weld bead does not extend beyond the outer contour or the inner contour of the first component 10 due to the upsetting of the second component 20.
  • the wall thickness of the first component 10 is essentially constant, likewise that of the second component 20.
  • FIG. 3 shows a variant of the invention in which a groove 15 is incorporated in the end face in the first component, so that on both sides of the second component 20 introduced into the groove 15 an axial projection 13, 14 in the direction of the second Component 20 extends.
  • the contour of the groove 15 may be formed so that the end face 12 of the first component 10 has a substantially planar contour, so that in the unwelded state also flat end face 21 of the second component 20 can rest flat.
  • the groove 15 itself is wider than the cross section of the end face 12 of the unwelded second component 20, so that molten material can move laterally out of the groove 15 during the compression phase.
  • both the width and the depth of the groove 15 is dimensioned so that the weld bead remains in the workpiece within the groove 15, so that no post-processing is more necessary.
  • the groove bottom of the groove 15 has at the transitions to the axially oriented projections or walls 13, 14 a radius, so that a gentle diversion and thus a possible uniform material connection of the two components 10, 20 is achieved.
  • the weld joint 30 is enlarged by the groove 5 across the width of the second component 20 addition.
  • an additional mechanical connection between the two components 10, 20 is provided by the groove walls 13, 14, so that overall the friction-welded joint has a higher strength.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibschweißverbindung zwischen einer ersten im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente (10) mit einer ersten Schmelztemperatur und einer zweiten im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischenKomponente (20) mit einer gegenüber der ersten Komponente (10) niedrigeren Schmelztemperatur. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reibschweißverbindung bereitzustellen, mit der eine verbesserte dynamische Festigkeit erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die erste Komponente (10) im unverschweißten Zustand an der der Schweißfuge (30) zugewandten Stirnseite (12) einen größeren Materialquerschnitt als die zweite Komponente (20) aufweist.

Description

Reibschweißverbindung
Die Erfindung betrifft eine Reibschweißverbindung zwischen einer ersten, im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente mit einer ersten Schmelztemperatur und einer zweiten im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente mit einer gegenüber der ersten Komponente niedrigeren Schmelztemperatur.
Beim Reibschweißen werden die Werkstücke an den Stoßflächen gegeneinander bewegt und unter Ausnutzung der hierbei entstehenden Reibungs- und Umformungswärme unter Anwendung von Kraft ohne Schweißzusatz geschweißt. Reibschweißen eignet sich vor allem zum Verbinden von rotationssymmetrischen Teilen untereinander und mit anderen Formteilen. Dabei wird beispielsweise ein Teil in Rotation relativ zu dem anderen Teil versetzt, wodurch die sich berührenden Stirnflächen der Teile aneinander reiben und erwärmen. In der ersten Phase, der sogenannten Reibphase, steigt die Temperatur in der Reibfläche und einer dünnen Randschicht beider Teile auf Schmiedetemperatur an . Sobald die zum Schweißen erforderliche Plastizität des Werkstoffes erreicht ist, wird die Rotation abgebremst und der Axialdruck erhöht. In dieser zweiten Phase, der sogenannten Stauchphase, werden die Teile miteinander verbunden. Während der Reibphase wird bereits ein Schweißwulst gebildet, durch den Stauchvorgang wird plastizierter Werkstoff unter Vergrößerung des Schweißwulstes ausgepresst, wodurch die Fügeteile axial etwas verkürzt werden. Mit dem Reibschweißen lassen sich in relativ kurzer Zeit ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoffen bei hoher Genauigkeit Werkstoffkombinationen miteinander verschweißen. Der Verfahrensablauf kann voll automatisiert werden. Allerdings tritt der Schweißwulst beidseitig der Stirnflächen auf, darüber hinaus muss Werkstoff zum Ausgleich des Schweißwulstes zugegeben werden.
Aus der DE 102 16 175 C 1 ist ein Bauteil aus unterschiedlichen Kunststoffteilen bekannt, die jeweils reibverschweißt sind . Die Kunststoffteiie weisen eine unterschiedliche Schmelztemperatur auf.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Im Bereich der Stirnflächen der beiden zu verschweißenden Teile wird es gemäß dem Stand der Technik angestrebt, einen möglichst kontinuierlichen Querschnitt zu erhalten, um den Wärmehaushalt in beiden Werkstücken ähnlich zu gestalten und eine Kerbwirkung zu vermeiden. Dadurch werden Verbindungen mit einer hohen statischen Festigkeit erzielt.
Nachteilig daran ist, dass bei einer schwingenden Belastung die Schweißnaht reißen kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reibschweißverbindung bereitzustel len, mit der eine verbesserte dynamische Festigkeit bei einem verringerten Bearbeitungsaufwand erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Reibschweißverbindung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren dargestellt.
Die erfindungsgemäße Reibschweißverbindung zwischen einer ersten, im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente mit einer ersten Schmelztemperatur und einer zweiten im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente mit einer gegenüber der ersten Komponenten niedrigeren Schmelztemperatur sieht vor, dass die erste Komponente im unverschweißten Zustand an der der Schweißfuge zugewandten Stirnseite einen größeren Materialquerschnitt als die zweite Komponente aufweist. Durch die Erhöhung des Materialquerschnittes im Bereich der Schweißfuge ist es möglich, dass die dynamische Festigkeit der Schweißverbindung erhöht wird , da die Spannungen innerhalb der Schweißnaht geringer als im restlichen Werkstück gehalten werden. Eine Querschnittsvergrößerung bzw. ein größerer Materialquerschnitt an dem Werkstück mit einer höheren Schmelztemperatur ermöglicht die Nutzung der Materialaufstauung des Werkstückes mit der niedrigeren Schmelztemperatur zur Vergrößerung der Schweißnaht, so dass auch eine Vergrößerung der Schweißfuge ohne Überstand des Schweißwulstes bereitgestellt werden kann. Da sich bei dem Reibschweißen von Werkstücken mit unterschiedlichen Schmelzpunkten während des Schweißprozesses nur dasjenige Werkstück mit der niedrigeren Schmelztemperatur verformt, staut sich im Schweißprozess nur das erweichte Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt auf und bildet eine Verdickung aus. Ist die Schweißfläche des Werkstückes mit der höheren Schmelztemperatur größer als die Schweißfläche oder Stirnfläche des Werkstückes mit der niedrigeren Schmelztemperatur, bildet sich somit ein idealerweise glatter Übergang zwischen den Komponenten und kann eine verringerte Kerbwirkung aufgrund eines angenähert kontinuierlichen Konturverlaufs bereitgestellt werden. Die Erhöhung des Materialquerschnittes ist bei rohrförmigen Komponenten besonders wirksam, so dass sich die Reibschweißverbindung besonders für Rohr oder Rohrabschnitte eignet, jedoch auch für Vollmaterialien eingesetzt werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Komponenten stirnseitig mit Stegen oder Rändern versehen sind , die sich von einem Vollmaterial erstrecken und die als zu verschweißendes Material eingesetzt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der Stirnseite der ersten Komponente, also der Komponente mit der höheren Schmelztemperatur, ein sich in Axialrichtung erstreckender Vorsprung angeordnet ist, der verhindert, dass sich das aufgeschmolzene und nach außen wegdrängende Material während der Reib- und Stauchphase seitlich nach außen über die Kontur der rohrförmigen Komponenten erstreckt. Die Kontur des sich in Axialrichtung erstreckenden Vorsprunges kann dabei geeignet gewählt werden, beispielsweise in Gestalt eines Radiusses, einer Schräge oder dergleichen. Ebenfalls ist eine im Wesentlichen L-förmige Kontur im Längsschnitt möglich, so dass sich der Vorsprung im Wesentlichen rechtwinklig von der Stirnfläche der ersten Komponente erstreckt.
Der Vorsprung kann beispielsweise auch dadurch ausgebildet sein, dass an der Stirnseite der ersten Komponente eine die Ausnehmung mit einer zumindest zu einem Rand hin ansteigende Kontur ausgebildet ist. Die nach außen ansteigende Kontur verhindert das Ausweichen des aufgeschmolzenen Materials der zweiten Komponente während Reibphase und insbesondere während der Stauchphase. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Stirnfläche der ersten Komponente eine umlaufende Nut eingearbeitet ist, so dass sich beidseitig von der zweiten Komponente eine Materialwand in Axialrichtung erstreckt. Dadurch kann das aufgeschmolzene Material der zweiten Komponente effektiv umgeleitet werden, so dass bei einer entsprechenden Dimensionierung der Nut der entstehende Schweißwulst vollständig aufgenommen werden kann, wodurch dieser kaschiert wird und nicht mehr spanend entfernt werden muss. Neben einer verbesserten Verbindung der beiden Komponenten werden dadurch auch die Bearbeitungskosten reduziert. Die Nut kann im unverschweißten Zustand der ersten Komponente eine Querschntttskontur aufweisen, die mit der Kontur der Stirnseite der zweiten Komponente korrespondiert, wobei die Dimensionierung der Nutbreite etwas größer als die Breite der Stirnseite der zweiten Komponente gewählt sein kann, um ein leichtes Einführen der zweiten Komponente ebenso wie das Ausweichen des aufgeschmolzenen Materials von der Stirnfläche weg zu ermöglichen. Es kann auch vorgesehen sein, dass an der Nut ein Radius ausgebildet ist, so dass eine Umlenkung des aufgeschmolzenen Materials leichter erfolgen kann als bei einem eckigen Nutquerschnitt. Ebenfalls ist es möglich, dass der Nutgrund einen Radius aufweist, während die Stirnfläche der zweiten Komponente eine eckige Kontur aufweist. Durch die Ausgestaltung einer Nut kann neben der Schweißverbindung auch eine mechanische, formschlüssige Verbindung der beiden Komponenten bereitgestellt werden, die eine zusätzliche dynamische Festigkeit bereitstellt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere bei rohrförmigen Komponenten vorteilhaft.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Komponente einen sich in Richtung auf die zu verschweißende Stirnseite vergrößernden Materialquerschnitt aufweist, also dass sich die Wandstärke der im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente in Richtung auf die Stirnseite vergrößert. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von dem sogenannten „Auftulpen". Dadurch werden abrupte Querschnittsänderungen vermieden, wodurch die Kerbwirkung reduziert wird. Bevorzugt findet die Vergrößerung des Materialquerschnittes kontinuierlich statt, um einen möglichst gleichmäßigen Übergang und einen gleichmäßigen Kraftverlauf zu ermöglichen. Das Auftulpen kann auch bei Rohren erfolgen.
Die zu verschweißenden Komponenten und nicht nur die Bereiche beiderseits der Schweißnaht sind bevorzugt rotationssymmetrisch oder rohrförmig ausgebildet, wobei die erste Komponente bevorzugt aus Titan oder einer Titanlegierung und die zweite Komponente bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - eine Reibschweißverbindung gemäß dem Stand der Technik; Figur 2 - eine erfindungsgemäße Reibschweißverbindung; sowie
Figur 3- eine Variante der Reibschweißverbindung mit einer umlaufenden
Nut. In der Figur 1 ist eine herkömmliche Reibschweißverbindung zwischen einer ersten Komponente 1 und einer zweiten Komponente 2 dargestellt. Die erste Komponente 1 weist im Vergleich zur zweiten Komponente 2 einen höheren Schmelzpunkt auf. Beide Komponenten weisen einen rotationssymmetrischen, rohrförmigen Querschnitt mit einer gleichen Materialstärke im Bereich der Stirnseiten 3, 4 auf. Werden die beiden Komponenten 1 , 2 miteinander reibverschweißt, ergibt sich eine Reibschweißverbindung, wie in der rechten Darstellung gezeigt. Das Material der zweiten Komponente 2 plastiziert wesentlich stärker und wird schneller teigig als das Material der ersten Komponente 1 . Nach der Stauchphase, in der unter einem erhöhten Axialdruck beide Komponenten 1 , 2 aufeinander zu bewegt werden, bildet sich eine Materialaufstauung sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Schweißfuge. Eine solche Materialaufstauung muss dann in der Regel durch Nachbearbeiten, beispielsweise Schleifen, Fräsen oder Drehen entfernt werden.
In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Reibschweißverbindung dargestellt. Die erste Komponente 10 ist aus einem ersten Werkstoff aufgebaut, der eine höhere Schmelztemperatur als der Werkstoff der zweiten Komponente 20 hat. Die erste Komponente 10 ist als rohrförmiges, rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und weist eine der zweiten Komponente 20 zugewandte Stirnseite 12 auf, die breiter ist als die Stirnseite 21 der zweiten Komponente 20 im unverschweißten Zustand . In der Figur 2 ist bereits der verschweißte Zustand der beiden Komponenten 10, 20 dargestellt, die Abmessungen der Stirnseite der zweiten Komponente kann an dem einer Schweißfuge 30 abgewandten Ende entnommen werden. Die Materialaufwölbung beiderseits der Stirnseite 21 der zweiten Komponente 20 ist zu erkennen. Der Materialquerschnitt der ersten Komponente 1 0 im Bereich der Schweißfuge 30 ist dabei so bemessen, dass der Schweißwulst durch das Aufstauchen der zweiten Komponente 20 sich nicht über die Außenkontur oder die Innenkontur der ersten Komponente 10 erstreckt. Die Wandstärke der ersten Komponente 1 0 ist im Wesentlichen konstant, ebenso der der zweiten Komponente 20.
Eine Variante der Erfindung ist in der Figur 2 durch die gestrichelte Linie 1 1 innerhalb der ersten Komponente 10 dargestellt. Die gestrichelte Linie 1 1 deutet die Kontur der ersten Komponente 1 0 an, die in der Schweißfuge 30 im Vergleich zu dem restlichen Teil der ersten Komponente 10 wesentlich verbreitet ist. Der kontinuierliche Übergang von einer Materialstärke der rohrförmigen ersten Komponente 10, die der Materialstärke der zweiten Komponente 20 entspricht, zu einer ungefähr doppelt so breiten Stirnfläche 21 ist deutlich z erkennen. In der Figur 3 ist eine Variante der Erfindung gezeigt, bei der in der ersten Komponente eine Nut 15 in die Stirnseite eingearbeitet ist, so dass sich beiderseits der in die Nut 15 eingeführten zweiten Komponente 20 ein axialer Vorsprung 13, 14 in Richtung auf die zweite Komponente 20 erstreckt. Die Kontur der Nut 15 kann dabei so ausgebildet sein, dass die Stirnfläche 12 der ersten Komponente 10 eine im Wesentlichen ebene Kontur aufweist, so dass die im unverschweißten Zustand ebenfalls ebene Stirnfläche 21 der zweiten Komponente 20 plan aufliegen kann. Die Nut 15 selbst ist breiter als der Querschnitt der Stirnseite 12 der unverschweißten zweiten Komponente 20, so dass sich aufgeschmolzenes Material während der Stauchphase seitlich vorbei nach oben aus der Nut 15 heraus bewegen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl die Breite als auch die Tiefe der Nut 15 so bemessen, dass die Schweißwulst in dem Werkstück innerhalb der Nut 15 verbleibt, so dass keinerlei Nachbearbeitung mehr notwendig ist. Der Nutgrund der Nut 15 weist an den Übergängen zu den axial orientierten Vorsprüngen oder Wandungen 13, 14 einen Radius auf, so dass eine sanfte Umleitung und damit eine möglich gleichmäßige Materialanbindung der beiden Komponenten 10, 20 erreicht wird. Die Schweißfuge 30 wird durch die Nut 5 über die Breite der zweiten Komponente 20 hinaus vergrößert. Zudem wird durch die Nutwandungen 13, 14 eine zusätzliche mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten 10, 20 bereitgestellt, so dass insgesamt die Reibschweißverbindung eine höhere Festigkeit aufweist.
Es ist auch möglich und vorgesehen, dass eine sich in Richtung auf die Stirnfläche 12 erweiternde Kontur wie in der Figur 2 dargestellt, für die erste Komponente 10 in Verbindung mit einer eingearbeiteten Nut 15 verwendet wird. Neben einer rohrförmigen Ausgestaltung kann auch eine Ausgestaltung aus einem Vollmaterial für die Komponenten gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Reibschweißverbindung zwischen einer ersten, im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente (10) mit einer ersten Schmelztemperatur und einer zweiten, im Bereich der Schweißnaht rotationssymmetrischen Komponente (20) mit einer gegenüber der ersten Komponente (10) niedrigeren Schmelztemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) im unverschweißten Zustand an der der Schweißfuge (30) zugewandten Stirnseite (12) einen größeren Materialquerschnitt als die zweite Komponente (20) aufweist.
2. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite (12) der ersten Komponente (10) zumindest ein sich in Axialrichtung erstreckender Vorsprung (13, 14) angeordnet ist.
3. Reibschweißverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite (12) der ersten Komponente (10) eine Ausnehmung mit einer zumindest zu einen Rand hin ansteigenden Kontur ausgebildet ist.
4. Reibschweißverbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite der ersten Komponente (10) eine umlaufende Nut (1 5) eingearbeitet ist.
5. Reibschweißverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (15) im unverschweißten Zustand der ersten Komponenten (10) eine Querschnittskontur aufweist, die mit der Kontur der Stirnseite der zweiten Komponente (20) korrespondiert.
6. Reibschweißverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (15) breiter als der Materialquerschnitt der Stirnseite (21 ) der zweiten Komponente (20) ist.
7. Reibschweißverbindung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Nut (15) ein Radius ausgebildet ist.
8. Reibschweißverbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) einen sich in
Richtung auf die zu verschweißende Stirnseite (12) vergrößernden Materialquerschnitt aufweist.
9. Reibschweißverbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweißenden Komponenten
(10, 20) rotationssymmetrisch und/oder rohrförmig ausgebildet sind .
10. Reibschweißverbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (10) aus Titan oder einer Titan-Legierung und die zweite Komponente (20) aus
Aluminium oder einer Aluminium-Legierung besteht.
PCT/DE2011/001855 2010-11-01 2011-10-18 Reibschweissverbindung WO2012059079A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010049872A DE102010049872A1 (de) 2010-11-01 2010-11-01 Reibschweißverbindung
DE102010049872.6 2010-11-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012059079A2 true WO2012059079A2 (de) 2012-05-10
WO2012059079A3 WO2012059079A3 (de) 2012-06-28

Family

ID=45478035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2011/001855 WO2012059079A2 (de) 2010-11-01 2011-10-18 Reibschweissverbindung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010049872A1 (de)
WO (1) WO2012059079A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10272520B2 (en) 2016-05-06 2019-04-30 Ifa-Technologies Gmbh Joint-site structure for components to be connected by means of overlap friction welding, and method for connecting components by means of friction welding
CN114273771A (zh) * 2022-01-11 2022-04-05 先导薄膜材料有限公司 一种靶材组件的摩擦焊接方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016110644A1 (de) * 2016-06-09 2017-12-14 Allectra GmbH Flanschbauteil zur gasdichten Verbindung mit weiteren Bauteilen für Rohrleitungssysteme
CN106738937B (zh) * 2017-01-24 2023-08-01 广东省特种设备检测研究院珠海检测院 一种pe管的摩擦热熔装置及方法
CN113061962B (zh) * 2021-04-25 2022-10-25 陕西科技大学 Az31镁合金搅拌摩擦焊接板材及提高其焊接接头性能的方法
US11654506B2 (en) * 2021-10-22 2023-05-23 Halliburton Energy Services, Inc. Processing route to design and manufacture highly configurable non-magnetic down-hole sensor collars

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10216175C1 (de) 2002-04-12 2003-07-24 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57190793A (en) * 1981-05-16 1982-11-24 Mita Ind Co Ltd Roller
JPH09122935A (ja) * 1995-10-26 1997-05-13 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd アルミ体と鉄系軸との接合方法および接合体
DE19607921A1 (de) * 1996-03-01 1997-09-04 Bayerische Motoren Werke Ag Antriebswelle
JP4033417B2 (ja) * 1998-04-21 2008-01-16 株式会社東芝 異種金属材料の接合構造
DE29905633U1 (de) * 1999-03-31 2000-08-10 KUKA Schweissanlagen GmbH, 86165 Augsburg Bauteilvorbereitung für eine Reibschweißverbindung
JP2002263860A (ja) * 2001-03-09 2002-09-17 Aichi Mach Ind Co Ltd 摩擦圧接により接合する接合部構造
JP2003053557A (ja) * 2001-08-08 2003-02-26 Toshiba Corp 金属異種材料間の接合方法および接合構造

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10216175C1 (de) 2002-04-12 2003-07-24 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Bauteil, insbesondere Behälter oder Rohr, und Verfahren zur Herstellung eines Behälters

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10272520B2 (en) 2016-05-06 2019-04-30 Ifa-Technologies Gmbh Joint-site structure for components to be connected by means of overlap friction welding, and method for connecting components by means of friction welding
CN114273771A (zh) * 2022-01-11 2022-04-05 先导薄膜材料有限公司 一种靶材组件的摩擦焊接方法
CN114273771B (zh) * 2022-01-11 2023-09-05 先导薄膜材料(安徽)有限公司 一种靶材组件的摩擦焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012059079A3 (de) 2012-06-28
DE102010049872A1 (de) 2012-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012059079A2 (de) Reibschweissverbindung
EP3600746B1 (de) Verfahren zum herstellen eines trägerbauteils für eine fahrzeuganwendung
EP3241642B1 (de) Durch aufgleitendes reibschweissen zu verbindende bauteile mit einer fügestellenstruktur und verfahren zum verbinden von bauteilen durch reibschweissen
DE102013110034B4 (de) Verfahren zum Stumpfverschweißen
DE102012200420A1 (de) Verbindungsverfahren und verbindungswerkzeug
DE2657294B2 (de)
EP3927490B1 (de) Werkzeug zum reibruehrschweissen und verfahren zum herstellen von paneelen
WO2011091926A1 (de) Verfahren zum verbinden einer welle und einer nabe durch schweissstrom und einpressen; anordnung aus welle und nabe mit einer solchen verbindung
EP2384255B1 (de) VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON ÜBERLAPPUNGSSTOßSCHWEIßVERBINDUNGEN UND ÜBERLAPPUNGSSTOßSCHWEIßVERBINDUNG
DE102012203233A1 (de) Reibrührschweissverfahren und zu diesem verwendete schweisslehre
DE102013008351B3 (de) Bauteil mit mindestens zwei miteinanderer verschweißten Teilen
EP0372663B1 (de) Verfahren zur Befestigung eines scheibenförmigen, rotationssymmetrischen Formkörpers auf einer Welle
CH704438B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Nocke für eine Nockenwelle.
EP2792445B1 (de) Hohlprofilverbindung unter Verwendung des Reibrührschweissens
EP2699377B1 (de) Verfahren zur herstellung von fahrwerkskomponenten für nutzfahrzeuge durch reibschweissen und entsprechende achseinheit
DE102016111271A1 (de) Reibschweissen
EP2995411A1 (de) Vorrichtung zum Reibrührschweißen
EP2173515A1 (de) Verfahren zum fügen von zwei bauteilen aus metallwerkstoff und fügeverbindung aus zwei bauteilen aus metallwerkstoff, mit verfestigung und wärmbehandlung mindestens eines teilbereiches mindestens eines bauteils vor dem fügen
EP2675587B1 (de) Verfahren zum verbinden zweier fügepartner mittels laserstrahlung und mechanischen druckes, verwendung des verfahrens
DE102015001151A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung
EP2604455A1 (de) Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Stabilisatorabschnitts
DE1928335A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Schweissen duennwandiger Roehren
DE102014110519B4 (de) Schweißverfahren zur Herstellung einer Anhängekupplung
DE102015015411B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Doppelkonus-Synchronrings
DE102007035014B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11808149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11808149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2