WO2017167964A1 - Friction stir welding method, pin, and machining device for connecting components made of different materials, and corresponding welded connection - Google Patents

Friction stir welding method, pin, and machining device for connecting components made of different materials, and corresponding welded connection Download PDF

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WO2017167964A1
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welding
friction
fsw tool
friction stir
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Bernd Richter
Stefan HABERSETZER
Stefan FRÖHLKE
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Kuka Industries Gmbh
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    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to a technology for connecting components by friction stir welding, wherein the components may consist of the same or different materials.
  • the presently disclosed technology includes at least one welding method, a component connection or weld joint produced by the welding method, a friction stir welding tool with an associated one
  • FSW Friction Stir Welding
  • a FSW tool that has a rotating
  • Welding pin and a likewise rotating shoulder is guided with the welding pin to the surface of both components in the area of the butt joint.
  • the frictional contact of the FSW tool with the surface causes the material of the components to be close to the surface
  • Welding pin is in the known methods, the plasticized material of both components to the
  • a first aspect of the present disclosure is the joining of components from different ones
  • Aluminum alloys In addition, isolated components of the same base metal material or from
  • the disclosure according to the first aspect follows the aim of demonstrating an improved FSW technology, which has a wider applicability of friction stir welding for
  • a second aspect of the present invention relates to the manufacture of welded joints by
  • Combination can be used.
  • the disclosed features can contribute to the solution of the problem in both aspects and can therefore be combined as desired.
  • the friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure is for connecting two
  • the first component made of a material having a first low melting temperature and the second component made of a material having a second and significantly higher melting temperature.
  • the material of the first component can be plasticized in a temperature range below the
  • Component could be plasticized, already the melting point of the material of the first component would be exceeded.
  • the first component may for example consist of aluminum or an aluminum alloy.
  • the second component may consist of a steel material.
  • other material combinations are possible.
  • the friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure includes at least the
  • the first and second components are positioned to form a butt joint between a first abutment edge of the first component and a second abutment edge of the second component.
  • the positioning can be done in any way, for example, by a suitable component holder with a clamping device.
  • the first component is contacted by a friction stir welding tool (FSW tool), preferably in a surface area adjacent to the butt joint.
  • FSW tool friction stir welding tool
  • the material of the first component is plasticized and the welding pin of the FSW tool is immersed in the material of the first component, in particular until the shoulder of the FSW tool rests against the outer surface of the first component.
  • the welding pin of the FSW tool is moved substantially perpendicular to the second abutting edge of the second component and pressed against this. At the same time, the welding pin and the shoulder of the FSW tool are in
  • the FSW tool and in particular the welding pin are guided along the second abutting edge of the second component, wherein the course of the abutting edge
  • Welding direction or welding path defined.
  • the friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure may be preferably carried out completely without plasticizing the material of the second member. As will be explained in detail below, in a welded joint formed by the present method, good
  • Strength properties are generated, which are based on proportion or predominantly on the formation of a positive connection between the weld and the second component and possibly on diffusion processes.
  • a welded joint according to the first aspect of the present disclosure is disposed between a first one
  • Substantially consists of plasticized and re-solidified material of the first component.
  • a shock edge which by positive locking embedded in the weld.
  • a plasticized and re-solidified material of a filler material which differs from the material of the second component and in particular has a melting temperature which corresponds to or is close to the melting temperature of the material of the first component, may be contained in the weld seam.
  • a friction stir welding method includes at least the
  • a first and a second component are in contact with a component receiving and forming a butt joint between a first abutting edge of the first
  • the courses of the recess and the butt joint can be identical.
  • the component holder has at least in the area next to the butt joint in the
  • Retracted contact surface It can be groove-shaped
  • the recess may be formed and have different cross-sectional shapes, which are explained below.
  • the recess may be open on the side away from the FSW tool or from the components, so that any excess of plasticized material can escape to the outside.
  • the shape of the recess is in relation to the expected size of the
  • Weld in particular, is a profile depth of the recess in a ratio to the wall thickness of
  • Components and a profile width of the recess is in proportion to the expected seam root width of the weld.
  • the first and the second component may preferably consist of a metal or plastic.
  • the basic shape of the first and the second component in the region of the butt joint is preferably plate-shaped or sheet-shaped.
  • connecting material sections can be, for example, plate-shaped or sheet-like webs of profiles. Alternatively, any other component shapes are possible, between which a butt joint can be formed, is present under the sufficient free space.
  • An FSW weld is made between the first and second components using a FSW tool, guiding the FSW tool along the course of the butt joint (and thus along the path of the recess). In other words, he is right
  • At least the material of one of the components is plasticized by the FSW tool, without melting the materials.
  • a part of the plasticized material is conveyed into the recess in the component holder and formed there.
  • the formation of the plasticized material is preferably carried out under adjacent contact of the material with a contour of the recess.
  • the shaping takes place in particular for the formation of a profiled
  • the profiled seam exaggeration is essentially formed as a negative mold of the recess.
  • the extent of contact between the plasticized material and the recess can be largely controlled by the shape of the recess, which will be discussed below
  • the seam protuberance formed in the recess has a cross-sectional shape, which is predetermined by the cross-sectional profile of the recess in a defined manner. It is thus a profiled seam superelevation, in which in particular at least one projection width or a supernatant height or a shoulder region of the
  • Seam overshoot is shaped according to the shape of the recess.
  • the profiled seam superelevation can be attached to the
  • the supernatant height and / or protrusion width can in particular be selected such that a subsequent removal of the seam exaggeration with only one subsequent work step is possible, for example by a milling tool. Furthermore, the supernatant height can be selected such that any occurring
  • Missing mixing zones in the edge region of the weld do not reach into the area of the direct overlap between the abutting edges of the components.
  • Abrasion achieves various benefits.
  • an FSW weld with a particularly high surface quality can be achieved, in particular a completely flat seam surface, which adjoins flush to the adjacent surface areas of the components. Recesses in the seam surface opposite the
  • Such a seam surface is visually appealing and can be used for the visible sides of workpieces.
  • Applying filler can be dispensed with. After separation of the seam superimposition is in particular a direct coating or other coating of the
  • FSW-welded workpieces can be made usable for applications that were previously open only to other joining methods, for example for the production of display panels for passenger trains.
  • Seam imperfection may in particular be a so-called kissing bond - an edge zone extending in the longitudinal direction of the butt joint with incomplete mixing of the plasticized materials.
  • the above-mentioned expenses can in particular allow the guidance of the FSW tool at higher speeds, so that shorter production times can be achieved.
  • Welding pin of the FSW tool is greater than or equal to the wall thickness or material thickness of the components in the butt joint is selected.
  • the welding pin can be the contour line of the adjacent (from the FSW tool
  • an accumulation of material may be formed in the region of the butt joint, which plasticizes and at least with the material one of the components is mixed.
  • the accumulation of material can be formed in any way, in particular by a filler material or a local
  • An accumulation of material can also be formed by inserting an additional material into the recess. The result of the accumulation of material
  • Increased amount of plasticized material can serve various purposes. On the one hand, a sufficient amount of additional material may be provided to the recess or an intended part of the
  • the amount of material provided by accumulation of material can be adapted in order to influence the degree of filling of the recess and thus the seam pattern.
  • Friction friction welding method is provided that the entire recess is filled with plasticized material. This can be achieved by the FSW tool with a certain contact pressure in
  • the recess has a base portion and an overflow portion, wherein at least the
  • Base section is to be completely filled with plasticized material. Whether the overflow section with plasticized material
  • plasticized material is present.
  • the at least complete filling of the base portion can be achieved by a force-guided plunging movement.
  • at least as much additional material may be present that due to different widths of the butt seam caused additional or reduced demands on plasticized material can be compensated.
  • volume fraction of the plasticized material can be conveyed into the overflow section of the recess and form an overhang, which is eventually separated in a subsequent processing step. In this way, a homogeneous seam pattern can be achieved on both sides of the weld. Furthermore, a minimum thickness or a uniform thickness of the weld can be achieved.
  • an excess of plasticized material is formed, i. at least slightly more plasticized material is required than to fill the direct overlap area between the abutting edges (volume of the weld seam) and a shoulder region of the profiled seam superimposition (profiled strand), the excess being able to escape via or into the overflow section.
  • the present disclosure further includes
  • Friction Stir Welding Tool optimized for use in the welding method of the first or second aspect, and one
  • Processing device for carrying out the
  • Figures 1 to 3 the disclosure according to
  • Figures 4 and 5 two embodiments of a
  • FIGS. 6A to 8B are enlarged sectional views of a first embodiment of the welding method of FIG. 1;
  • FIGS. 7A to 7C are enlarged sectional views of a further embodiment variant of the welding method of FIG. 1 and a component receptacle according to the second aspect of the disclosure;
  • FIGS. 8A to 8C exemplary embodiments of a FSW tool
  • Figure 9 an enlarged sectional view of a
  • Figure 10 a schematic representation of a
  • FIG. 1 shows an oblique view of two components
  • Friction friction welding method according to the first aspect
  • the two components (20, 30) are shown in Figure 1 in a sectional view.
  • Figure 2 shows a longitudinal sectional view according to the arrow II in Figure 1.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view according to arrow III in Figure 1.
  • the first component (20) consists of a material having a first low melting temperature. It has a first abutment edge (21).
  • the second component (30) exists made of a material having a second and significantly higher melting temperature and has a second abutting edge (31).
  • the first component (20) below the butt joint extends even further in the direction of the second component (30).
  • this additional extension in the welding process can be advantageously used to form a macro-positive fit.
  • the first component (20) without such an extension may be formed below the butt joint.
  • the first component (20) has an accumulation of material (24) in a region adjacent to the butt joint, which is defined here by a protrusion of the first component (20) via the outer surface (32) of the second component (30) located on the side of the FSW tool ) is formed.
  • Material accumulation (24) may alternatively be formed in other ways.
  • the first component (20) is replaced by a
  • Friction friction welding tool (FSW tool) (10) contacted in a region of the outer surface (22) of the first component (20) adjacent to the butt joint.
  • the FSW tool (10) and in particular, the welding pin (11) arranged thereon and a shoulder (12) are rotated separately or together.
  • the material of the first component (20) is locally plasticized, first progressing in the region of material accumulation (24) and then progressing inwards.
  • Figure 6A is an illustrative cross-sectional view of the butt joint between the components (20, 30) and attachment of the FSW tool in an area adjacent the butt joint.
  • the welding pin (11) of the FSW tool (10) is immersed in the plasticized material (40) of the first component (20) or the accumulation of material (24), wherein gradually further inward material of the first component (20) is plasticized.
  • the immersion movement is shown in transition from FIG. 6A to FIG. 6B and in FIG. 1 with the reference number (ZI).
  • the immersion movement can take place substantially perpendicular to the outer surface (22) of the first component (20) or the accumulation of material (24).
  • the FSW tool (10) may already have an inclination during fitting or dipping in accordance with at least one of the angles of inclination (AI, A2) described below (see FIG. 1).
  • the immersion movement is preferably carried out at least so far that the at the dorsal end of the welding pin (11) adjacent and outwardly extending shoulder (12) of the FSW tool (10) on the surface (22) of the first component (20) and the accumulation of material (24) comes to rest.
  • Welding pin can be greater than the wall thickness of the second component (30). Due to the further rotation of the welding pin (11) and the shoulder (12) and in particular the frictional contact between the shoulder (12) and the surface of the first component (20) or
  • Material accumulation (24) is further plasticized material of the first component (20) and the material cluster (24).
  • the welding pin (11) is pressed substantially perpendicularly against the second abutting edge (31) of the second component (30).
  • any material of the first component (20) located between the welding pin (11) and the abutting edge (31) of the second component (30) is likewise plasticized and displaced.
  • Impact edge (21) is dissolved, while the shape of the second abutment edge (31) is substantially retained.
  • the pressing movement is shown in the transition from Figure 6B to Figure 6C and in Figure 1 by the reference numeral (Z2).
  • the pressing (Z2) on the second abutting edge (31) is preferably carried out without plasticizing the material of the second component (30). In particular, it is preferably further avoided that the material of the first component (20) is heated beyond the plasticization or melts.
  • the pressing (Z2) of the welding pin (11) on the second abutting edge (31) is preferably carried out under a predetermined contact force (FN) in the normal direction or perpendicular to the abutting edge (31) of the second component (30).
  • the FSW tool (10) is guided along the second abutting edge (31) of the second component (30), wherein the welding pin (11) preferably permanently contacts the abutment edge (31).
  • the course of the second abutting edge (31) thus predetermines the welding direction (SR) or welding path.
  • Bumper (31) is indicated in Figure 1 by the reference numeral (Z3).
  • the vertical contact pressure (FN) is applied to the second abutting edge (31) during the movement of the FSW tool (10) in the welding direction (SR).
  • the welding pin (11) is pressed against the abutting edge (31) of the second component during the entire movement along the welding direction (SR), without, however, plasticizing the abutment edge (31) or the material of the second component (30).
  • the plasticized material (40) is shaped such that the second abutment edge (31) is received in the weld (41) by positive engagement (42, 42a, 42b).
  • the positive locking can be used as a macro- Positive fit (42b) and / or as a micro-positive connection (42a) are generated.
  • Various aspects are explained below, which individually or together or in any combination can make a contribution to the formation of the plasticized material (40) or to the formation of a positive connection (42, 42a, 42b).
  • the abutting edge (31) may further assist in locally heating the material of the second member (30) and increase the pressure with which the plasticized material (40) is conveyed onto the abutting edge (31). Heating and pressure can cause diffusion
  • diffusion zones (43) in the contact area between the Weld (41) and the second component (30) lead.
  • diffusion zones (43) in addition to the positive connection (42, 42a, 42b), a proportionate material bond can be generated.
  • a slight plasticization of the second component (30) may occur, although the shape of the second abutment edge (31) is not or only insignificantly changed.
  • plasticized material (40) by a movement of the FSW tool (10), in particular a rotation and
  • Roughening or elevation (36) can on the one hand be the roughenings or elevations produced by the welding pin (11). Alternatively or additionally, it may be the roughening or elevations (36) or otherwise suitable surface structures on the second component (30), which have been produced, for example, by a previous machining of the abutment edge (31) and / or on another outer contour of the second component (FIG. 30), in particular on an outer surface (32, 35) of the second component (30) or in the region of a transition between an outer surface (32, 35) and the abutting edge (31).
  • FIG. 9 shows an enlarged sectional view of a welded joint according to the present disclosure and various
  • the roughening or elevation (36) increases the size of the surface between the plasticized material (40) and the second component
  • the embedding can take place on the outer surface (32) facing the FSW tool and / or on the outer surface (35) facing away from the FSW tool (10).
  • portions of the weld (41) extend over both outer surfaces (32, 35) by way of example.
  • an additional roughening or groove (37) is produced in the region of the outer surface (32) facing away from the FSW tool, into which likewise plasticized material (40) of the weld seam
  • the plasticized material (40) is preferably shaped so that the weld (41) formed therefrom seals the abutting edge (31) in the
  • Cross-section surrounds at least two, preferably on three sides.
  • the inclination can be present during the entire welding process.
  • the inclination between the immersion (ZI) and the pressing (Z2) can be brought about. It can possibly be adapted to an inclination profile of the second abutting edge (31).
  • the (first) angle of inclination about the axis (K1) is indicated in FIG. 3 by reference number (AI).
  • the inclination (AI) is preferably selected such that the plasticized material (40) is formed through the shoulder (12) of the FSW tool (10) towards the abutting edge (31) of the second component (30).
  • the (first) inclination angle (AI) and by the rotation of the shoulder (12) causes the plasticized Material (40) tends to be displaced or conveyed to the side of the second component (30), which supports the above-mentioned shaping of the plasticized material (40) for producing a positive connection (42, 42a, 42b).
  • the FSW tool (10) can alternatively or additionally be inclined away from the welding direction (SR) about an axis (K2) running normal to the abutting edge (31) of the second component (30).
  • the associated (second) angle of inclination about the axis (K2) is indicated in Figure 2 by reference numeral (A2).
  • Welding direction (SR) leading part of the shoulder (12) has a greater distance from the outer surface (32) of the second component (30) than the welding direction (SR) trailing part.
  • the trailing part of the shoulder (12) on the second component (30) abut.
  • the angle of inclination (A2) can in particular be selected so that the leading part of the shoulder (12) just projects beyond the outer surface (22) of the first component (20) or a material accumulation (24) arranged there.
  • plasticized material (40) in the direction of the side facing away from the FSW tool (10) side of the weld (41) is promoted.
  • a welding method according to the second aspect of the disclosure is effective to convey plasticized material into the recess.
  • the material accumulation (24) can be formed according to the example in Figures 1 to 3 and 6A to 6C by a projection of the first component (20) via the FSW tool (10) directed outer surface (32) of the second component (30).
  • Material accumulation (24) by a arranged next to or above the butt joint strip of an additional material (25) may be formed (see Figures 7A to 7C).
  • plasticized material (40) which in particular comes from the accumulation of material (24) next to or above the butt joint, on the side of the FSW tool (10) located outer surface (32) of the first component (30) promoted or be shaped.
  • the abutting edge (31) of the first component (30) is guided into the weld seam (41) by a macro-positive connection (42b) on the outer surface (32) facing the FSW tool (10) and / or in the transition region between the abutting edge (). 31) and the outer surface (32) embedded.
  • the weld (41) protrudes outward beyond the abutting edge (31).
  • the height and width of the projection of the weld (41) over the outer surface (32) can be determined by the shape of the shoulder (12), the degree of angle (AI, A2), the amount of material accumulation (24) and the rotation of the shoulder (12).
  • FIGS. 6C and 7C show relatively thick protrusions on the outer surface (32) facing the FSW tool (10), in the example of FIG. 5 a relatively narrow projection of the weld seam (41) is shown.
  • a weld joint (50) without a projection of the weld (41) over the FSW tool facing outer surface (32). This shape of the weld (41) can be generated when the FSW tool is delivered so far that it at least selectively the second edge (31) and / or the
  • the first component (20) has a significantly greater wall thickness than the second component (30). It extends in particular still at least a little way below the butt joint in the direction of the second component (30).
  • the welding pin (11) is designed and guided such that it covers at least the entire abutting edge (31) in cross section during the welding movement.
  • Immersion depth of the welding pin (11) is thus greater than the wall thickness of the second component.
  • the welding pin (11) may possibly a piece in both
  • first component (20) and the second component (30) in the region of the abutting edges (21, 31) have substantially matching wall thicknesses.
  • the components (20, 30) are arranged on or in a component receptacle (61) and optionally tensioned.
  • component receptacle (61) is further in the area below the butt joint a recess (65)
  • WulstformausANS 65
  • the WulstformausANS (65) also forms a variant for the recess (165) for forming a seam superelevation according to the second aspect of the
  • a portion of the plasticized material (40) by the movement of the FSW tool (10) can be promoted in the bead recess (65), which by further delivery of the FSW tool and / or the employment of the FSW tool the second
  • Tilt angle (A2) can be increased.
  • the plasticized material (40) can during the
  • FIGS. 8A to 8C show preferred embodiments of a friction stir welding tool (10) (FSW tool) according to the present disclosure.
  • the welding pin (11) of the FSW tool (10) preferably has a conical basic shape, wherein the opening angle substantially to the first
  • Inclination angle (AI) corresponds.
  • the shoulder (12) of the FSW tool (10) preferably has a concave shape. Between the shoulder (12) and the lateral surface (17) of the welding pin (11) may preferably be provided an angle of 90 degrees or less. Due to these shapes, the o.g. Promotional effects on the plasticized material (40) generated or amplified.
  • the welding pin (11) is preferably made of a material having such a strength and resilience that it withstand market normal service life of a processing of the second abutting edge (31). For this is
  • tungsten-rhenium alloy suitable for example, a tungsten-rhenium alloy suitable.
  • the welding pin (11) can by different
  • Formation features contribute to forming rugosities or elevations (36) in the abutting edge (31) and / or the conveying effect on the plasticized material and
  • the welding pin (11) can have friction or cutting surfaces (15) disposed annularly or spirally at least on the lateral surface (17). Furthermore, the welding pin (11) may have one, two or more longitudinal grooves (16) in the lateral surface (17). The longitudinal grooves (16) may have an inclination to the direction of rotation, so that a proportionate
  • the concave outer contour (13) may have at least one edge portion which during the
  • Outer surface (32) and the abutting edge surface (33) are deformed such that the macro-positive connection (42 b) is reinforced at this transition region (see.
  • rugosities or cracks (36) can be further assisted in the welding process by maintaining the contact force (FN) of the welding pin (11) against the second abutting edge (31) or
  • the (currently applied or effective) contact pressure (FN) against the second abutting edge (31) are detected, for example by a force or torque sensor on the
  • Welding pin (11) against the second abutting edge (31) are controlled to a desired force.
  • the desired force can be specified locally differently depending on the contour of the components (20, 21).
  • Contacting sensor (63) may be arranged on the second component (30) or brought into contact therewith (see Figures 1 and 9) in order to detect parameters resulting from contact with the welding pin (11).
  • Parameters may include, in particular, vibrations whose frequency and / or amplitude can be measured. Accordingly, a contacting sensor can be designed as a vibration sensor (63). Alternatively, any others
  • FIG. 8C shows a further embodiment of the invention
  • At the distal end of the welding pin (11) is a radially extending and beyond the lateral surface (17) of the welding pin (11) protruding friction or
  • this friction or cutting contour (18) can be brought into contact with the outer surface (35) of the second component (30) facing away from the FSW tool (10) during the welding process in order to provide additional roughening there as well to create an additional elevation (37). Due to the above-mentioned conveying effect on the plasticized
  • Material (40) can also be this additional roughening or the additional elevation (37) to form a macro-form closure (42b) are filled (see.
  • FIG. 10 shows a processing device for
  • the processing device Performing a friction stir welding process according to the present disclosure.
  • (61) may in particular have a bead-shaped recess (65).
  • the processing device (60) further comprises a manipulator (62), which is preferably designed as a 6- or 7-axis industrial robot.
  • a manipulator 62
  • the Manipulator (62) performs a FSW tool (10), which is preferably formed according to one of the above variants.
  • the component receptacle (61) is designed to receive and position the first component (20) and the second component (30).
  • the component receptacle (61) can be made in one or more parts.
  • the processing device (60) comprises a controller (64), in particular a manipulator control, which is designed to carry out a friction stir welding process according to the present disclosure.
  • Processing device (60) may preferably comprise the above-mentioned contacting sensor (63), which
  • controller is preferably connected to the controller (64). Further, instructions may be included in the controller (64) to control the strength of the contact and / or the amount of contact force (FN) in response to the measurement result of the contactor (63).
  • At least one force or moment sensor (66) may be provided on the processing device (60) and / or on the manipulator (62) in order to detect the contact force (FN) of the welding pin against the second abutting edge (31).
  • the controller (64) instructions for controlling the welding process and in particular the contact pressure (FN) depending on the measurement result of at least one force or
  • the processing device (60) or the manipulator (62) and its control can alternatively or
  • the processing device (60) may include a release means with which a seam overhang (144) may be partially or completely severed after making a weld joint (150).
  • the release agent may, for example, a milling or grinding device or one of a
  • Manipulator be guided milling or grinding tool.
  • the component holder (61, 161) can be a separate
  • Components (20, 30, 120, 130) are used.
  • the section with the recess (65, 165) can after the production of the
  • Weld (141) are removed to allow access to the side facing away from the FSW tool side (25, 35, 125, 135) and to bring the aforementioned release agent into engagement with the seam exaggeration.
  • components (120, 130) may be connected to the same or different materials. This includes those defined in the first aspect of the disclosure and other combinations of materials. In particular, materials with the same or
  • the material accumulation can be formed, in particular in analogy to the above statements.
  • Material accumulation be formed. Again alternatively or additionally, a material accumulation by a
  • Figures IIA to HC show two components (120, 130) and a component receptacle (161) in cross section.
  • Each of the components (120, 130) has a butt edge (121, 131) and the components are positioned relative to each other to form a butt joint. Between the abutting edges (121, 131) a butt joint is formed.
  • Component receptacle (161) is in cross section next to
  • the recess can also be referred to as a recess. She creates one
  • the component receptacle (161) is disposed on the side or outer surface (125,135) of the components, which faces away from the FSW tool (110). These sides or outer surfaces may later represent the visible side.
  • the sides or outer surfaces (122, 132) facing the FSW tool (110) are also referred to as the machining side.
  • any FSW Tool (110) can be used.
  • it may be the FSW tool described above according to the first aspect of the disclosure.
  • the welding pin (111) is set in a rotational movement and with the outer surface (122, 132) at least one of the components (120,130) in
  • the welding pin (111) is delivered substantially centrally to the butt joint, so that it contacts the surfaces (122, 132) of both components (120, 130). By the rotation of the welding pin (111) is
  • Component (120, 130) is plasticized.
  • the immersion movement of the welding pin (111) or of the FSW tool (110) can at least take place so far that one adjacent to the welding pin (111) arranged
  • Welding shoulder (112) comes into contact with at least one outer surface (122, 132) of one of the components (120, 130). Particularly preferred may be the weld shoulder
  • the welding shoulder (112) can be formed in one or more parts. It may be partially or completely offset in a rotational movement, in particular with the rotational movement of the welding pin (111).
  • the FSW tool (110) is moved along the butt joint, i. along the course of the
  • Butt-kick moves.
  • further material of the at least one component (120, 130) is plasticized and conveyed around the welding pin (111) so that a weld seam (141) formed from the plasticized material (140) forms behind the movement path of the welding tool (110).
  • a portion of the plasticized material (140) is further conveyed into the recess (165) and formed there to form a seam bump (144).
  • the conveying effect on the plasticized material in the direction of the recess (165) can be influenced or reinforced by various factors, in particular by a structure of the Welding pin (111), a contact pressure of
  • the shaping of the seam superelevation is based essentially on an abutting contact between the plasticized material (140) and a surface area of the surface
  • Recess (165) partially or completely defined to be reached form of seam exaggeration (144).
  • the recess (165) can in particular as
  • the insertion depth of the welding pin (111) can be selected to be so great that its tip reaches or exceeds a contour line (HO) of the surfaces (125, 135) of the components (120, 130) on the visible side.
  • the immersion depth is preferably such that the welding pin (111) does not contact the bottom of the recess (165) to damage the FSW tool (110) and the component holder (165)
  • FIG. 15 shows an oblique view of the visible side (125, 135) of the components (120, 130) after the manufacture of the FSW welded connection (150). In the upper left-hand area, a state of the welded connection (150) is shown in which the seam superelevation (144) is shown as
  • Profile protrusion on the components (120,130) remains.
  • the seam superelevation can have a uniform profile over the course of the weld. Alternatively you can
  • Production of the weld (141) has been separated.
  • the separation can be done in any way
  • the supernatant height (h) is particularly preferably, the supernatant height (h)
  • FIG. HC shows a sectional view of the weld seam (141) before or without severing the seam protuberance (144). In the enlarged section of the
  • a mixing defect is exemplified in the form of a so-called kissing bond (145).
  • the plasticized materials of the components (120, 130) and any additional material have not or not completely stirred, for example, because a solidification on the surface of the plasticized material (140) has occurred too early.
  • Such mixing defects can have a tear effect and the mechanical strength of the
  • a heating and / or cooling device (167) can be provided on or in the component receptacle (161). This may serve to regulate heat input or heat removal to or from the plasticized material (140).
  • the surface of the recess (165) can be heated or cooled to prevent the solidification of the
  • solidification of the plasticized material may be delayed, at least in the region of the instantaneous position of the FSW tool 110 or the welding pin 111, so that there is more time for the plasticized material to stir and a homogeneous one Blending is favored.
  • a cooling in particular a local cooling of the recess (165) is provided, a rapid or complete solidification of the plasticized material and thus a solidification of the weld can be promoted.
  • a heating device and / or a cooling device may possibly act in coordination with the guiding movement of the FSW tool (110) on the component receptacle (161). In particular, a heater in the flow to the movement of the FSW tool act and a
  • Cooling device may act in the wake of the movement of the FSW tool (110). According to a preferred embodiment
  • Execution can be a combined heating and
  • Cooling device on the component receiving (161) are moved along so that always heated an area in the flow to the welding pin (111) and a region in the wake of the welding pin (111) is cooled.
  • Cooling device to be moved along the component holder.
  • a local actuation of a heating and / or cooling device which extends along the recess (165), take place, in particular in coordination with the guidance of the FSW tool (110).
  • Figures 12 to 14 show alternative embodiments of a component receptacle (161) with differently shaped recesses (165 x , 165 xx , 165 xxx ) and thus can be generated cross-sectional shapes of a seam superelevation (144,146).
  • a profile width (B) of the recess (165 ⁇ ) is provided, which is smaller than or equal to the expected seam root width (N) of the weld seam (141).
  • N expected seam root width
  • b projection width of the seam superelevation (144) is predetermined by the recess (165 ⁇ ).
  • the tread depth (H) is shown in FIG.
  • FIG. 12 is not fixed or chosen so large that the recess (165 x ) does not
  • Base portion which is to be filled completely by plasticized material (140) to form a projection (148) of the seam overhang (144) with a uniform cross-sectional profile, and an adjacent overflow section (170), not or only partially with plastic material is filled, especially if an excess of
  • plasticized material (141) is present.
  • an overflow section (170) is the first overflow section
  • FIG. 13 shows a
  • FIG. 14 shows another alternative cross-sectional shape of the recess (165 ,, ⁇ ), which is essentially a
  • the recess (165,, >'> ) further has a profile constriction (168), in which the width of the seam exaggeration (144) is further limited.
  • the profile constriction (168) is also the limit
  • Profile constriction (168) can be a profile widening
  • the plasticized material conveyed into the recess (165 ,, ''> ) during the welding process is formed into a profile strand (146) with a longitudinal constriction (147).
  • the Lekseinschnürung (147) may be chosen so small in width that a predetermined breaking point
  • the connected components (120, 130) can be released from the component receptacle (161), with one still above the
  • a separating device (169) can be arranged on or in the component receptacle (161). be provided, which acts in the region of Lijnseinschnürung (147), which is illustrated by the dividing line (T) in Figure 14.
  • one of the abovementioned separating means can effect the separation of the part of the seam superelevation (141) or of the profiled strand (146) which extends beyond the longitudinal constriction (147).
  • FIG. 15 illustrates, different cross-sectional profiles for the seam superelevation (144) can be provided in the course of the weld seam (141),
  • Uniform or in the course of different cross-sectional profiles can be used for example as design elements or design structures on the visible side. It may further be provided that mixing defects such as a kissing bond (145) are avoided in at least parts of the weld (141) and allowed or generated in the other parts. In this way, for example, preferential breaking points on the weld seam (141) can be created in order to influence the crash behavior of a workpiece.
  • Welding method are used according to the first aspect of the disclosure, but also the material of the second component (30, 130) is plasticized. However, the proportion of the plasticized material of the second component in the weld (141) or the
  • Blending zone be significantly lower than the proportion of the material of the first component and / or an additional material.
  • the cross-sectional shapes of the recess (165, 165 165 ⁇ 165) proposed according to the second aspect of the disclosure may also serve to provide a
  • the materials of the two components (20, 30) may also be non-metals, such as plastics (in particular the first component) or ceramics (especially the second component).
  • the manipulator (62) may be a machine tool. Instead of
  • Guide the FSW tool (10) relative to the fixedly positioned components (20, 30) may be any other kinematics.
  • the component holder (61) or the components (20, 30) move to the immersion movement (ZI), to cause the pressing movement (Z2) and the welding movement (Z3).
  • the FSW tool (10) can during the welding process in total with a uniform
  • Rotation speed to be rotated may be provided.
  • different rotational speeds and optionally different rotational directions for the welding pin (11) and the shoulder (12) may be provided.
  • the direction of rotation of the shoulder (12) is preferably oriented counter to the movement of the FSW tool (10) along the second abutment edge (31) (see Figure 1), i. against a direction of rotation when rolling the
  • Connecting at least two components (120, 130) comprising the following steps:
  • Component (120, 130) in contact with a component receptacle (161) to form a butt joint between a first abutment edge (121) of the first component (120) and a second abutment edge (131) of the second component (130), wherein the course of the butt joint with the course of a recess (165) in the component receptacle (161) overlaps;
  • Recess (165) in the component receiving (161) promoted and formed there to a profiled seam exaggeration (144).
  • the configuration of the recess (65) may correspond to each of the examples of FIGS. 7A to 7C as well as IIA to HC, 12, 13 and 14, and the respective ones
  • a further independent feature of the present disclosure is a component receptacle (161) for supporting at least two components (120, 130) for a FSW welding process, wherein the components (120, 130) are formed between a first abutment edge (120). 121) of the first component (120) and a second abutment edge (131) of the second component (130) are positionable and fixable in or on the component receptacle (161), and wherein the component receptacle (161) has a recess running along the stump abutment (161).
  • plasticized material (140) into which plasticized material (140) can be conveyed during an FSW welding operation, and wherein the recess (165, 165, 165 , x , 165,, >'> ) is designed to be the introduced plasticized material Material (140) to a seam exaggeration (144) with
  • Recess may further be adapted to the plasticized material (140) to a profile strand (146) with a Leksseinschnürung (147) to form.
  • the component receptacle (161) may have a heating and / or cooling device (167), which is designed to regulate a heat supply and / or heat dissipation in the region of the recess (165).
  • the component receptacle (161) can have a separating device (169), which can be used for this purpose

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Abstract

The invention relates to a technology for connecting at least two components (120, 130) made of different materials by means of friction stir welding (FSW). The first component (120) consists of a material with a first low melting temperature, in particular aluminum, and the second component (130) consists of a material with a second and substantially higher melting temperature, in particular steel. The invention provides a friction stir welding method, a welding pin (111), an FSW tool (110), and a component receiving area (161), which can be used together in the friction stir welding method, and to a welded connection and a machining station. A first and a second component (120, 130) are positioned so as to contact the component receiving area (161), thereby forming a butt joint between a first abutting edge (121) of the first component (120) and a second abutting edge (131) of the second component (130). The course of the butt joint overlaps with the course of the recess (165) in the component receiving area (161). An FSW welded connection is produced between the first and the second component (120, 130) while guiding the FSW tool (110) along the course of the butt joint, wherein plasticized material is transported into the recess (165) in the component receiving area (161).

Description

RÜHRREIBSCHWEISSVERFAHREN, -STIFT UND -BEARBEITUNGSVORRICHTUNG ZUM VERBINDEN VON BAUTEILEN AUS UNTERSCHIEDLICHEN MATERIALIEN :  ROTARY DIE WELDING METHOD, PEN AND MACHINING DEVICE FOR JOINING COMPONENTS FROM DIFFERENT MATERIALS:
ENTSPRECHENDE SCHWEISSVERBINDUNG  CORRESPONDING WELDING CONNECTION
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine Technologie zum Verbinden von Bauteilen durch Rührreibschweißen, wobei die Bauteile aus gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen können . The invention relates to a technology for connecting components by friction stir welding, wherein the components may consist of the same or different materials.
Die vorliegend offenbarte Technologie umfasst zumindest ein Schweißverfahren, eine durch das Schweißverfahren hergestellte Bauteilverbindung bzw. Schweißverbindung, ein Rührreibschweißwerkzeug mit einem zugehörigen The presently disclosed technology includes at least one welding method, a component connection or weld joint produced by the welding method, a friction stir welding tool with an associated one
Schweißstift sowie eine Bearbeitungsvorrichtung zur  Welding pin and a processing device for
Durchführung des Schweißverfahrens mit den jeweiligen Merkmalen im Oberbegriff der eigenständigen Ansprüche. Das Rührreibschweißen, hier auch als FSW bezeichnet (FSW = Friction Stir Welding) , ist in der Praxis grundsätzlich bekannt. Bei bekannten FSW-Prozessen werden zwei zu verbindende Bauteile durch Stoffschluss miteinander verbunden. Die Bauteile werden so zueinander  Execution of the welding process with the respective features in the preamble of the independent claims. Friction stir welding, also referred to as FSW (FSW = Friction Stir Welding), is basically known in practice. In known FSW processes, two components to be connected are connected together by material bond. The components are so to each other
positioniert, dass eine definierte Stoßfuge gebildet wird. Ein FSW-Werkzeug, das einen rotierenden  positioned so that a defined butt joint is formed. A FSW tool that has a rotating
Schweißstift und eine ebenfalls rotierende Schulter aufweist, wird mit dem Schweißstift an die Oberfläche beider Bauteile im Bereich der Stoßfuge geführt. Durch den reibenden Kontakt des FSW-Werkzeugs an der Oberfläche wird das Material der Bauteile in der Nähe der  Welding pin and a likewise rotating shoulder, is guided with the welding pin to the surface of both components in the area of the butt joint. The frictional contact of the FSW tool with the surface causes the material of the components to be close to the surface
Kontaktzone erwärmt und zwar so lange, bis das Material beider Bauteile plastifiziert, d.h. aufgeweicht ist. Contact zone heated and that until the material plasticized both components, that is softened.
Hierbei tritt in der Regel kein Aufschmelzen des This usually occurs no melting of the
Materials auf. Das Material beider Bauteile bleibt in der (plastifizierten) Festphase. Durch einen Vorschub des FSW-Werkzeugs entlang der Materials on. The material of both components remains in the (plasticized) solid phase. By feeding the FSW tool along the
Stoßfuge (Schweißrichtung) und eine Rotation des Butt joint (welding direction) and a rotation of the
Schweißstifts, wird bei den bekannten Verfahren das plastifizierte Material beider Bauteile um den Welding pin is in the known methods, the plasticized material of both components to the
Schweißstift herum transportiert und vermengt. In der Schweißrichtung hinter dem FSW-Werkzeug bildet sich eine geschlossene Schweißnaht aus dem vermengten Welding pin transported around and mixed. In the welding direction behind the FSW tool, a closed weld forms from the blended
plastifizierten Material beider Bauteile. plasticized material of both components.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Verbinden von Bauteilen aus unterschiedlichen A first aspect of the present disclosure is the joining of components from different ones
Materialien gerichtet. Directed materials.
Die bisher bekannten FSW-Prozesse dienen mehrheitlich zur Verbindung von Bauteilen aus identischen Materialien oder aus ähnlichen Legierungen desselben Basis- Metallwerkstoffs, insbesondere aus Aluminium bzw. The previously known FSW processes are used for the majority of the connection of components made of identical materials or similar alloys of the same base metal material, in particular aluminum or
Aluminium-Legierungen. Ferner wurden vereinzelt Bauteile aus demselben Basis-Metallwerkstoff oder aus Aluminum alloys. In addition, isolated components of the same base metal material or from
unterschiedlichen Basis-Metallwerkstoffen und mit jeweils gleichen oder sehr ähnlichen Schmelzpunkten durch different base metal materials and each with the same or very similar melting points
Rührreibschweißen verbunden. Friction stir welding connected.
Die Offenbarung gemäß dem ersten Aspekt folgt dem Ziel, eine verbesserte FSW-Technologie aufzuzeigen, die eine breitere Anwendbarkeit des Rührreibschweißens für The disclosure according to the first aspect follows the aim of demonstrating an improved FSW technology, which has a wider applicability of friction stir welding for
unterschiedliche Materialkombinationen bietet. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Herstellen von Schweißverbindungen durch offers different material combinations. A second aspect of the present invention relates to the manufacture of welded joints by
Rührreibschweißen, wenn besondere Anforderungen an die Schweißnaht hinsichtlich des Aussehens oder der Friction Stir Welding, if special demands on the weld in terms of appearance or
Beschaffenheit der Schweißnahtoberfläche auf der Texture of the weld surface on the
Sichtseite gestellt werden. Visible side.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine It is an object of the present disclosure, a
alternative Technik zum Verbinden von Bauteilen durch Rührreibschweißen aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die show alternative technology for joining components by friction stir welding. The invention solves this problem by the
kennzeichnenden Merkmale in den eigenständigen characteristic features in the standalone
Ansprüchen . Claims.
Die vorgenannten Aspekte der vorliegenden Offenbarung können jeweils für sich allein oder bevorzugt in The aforesaid aspects of the present disclosure may each be alone or preferred in
Kombination genutzt werden. Die offenbarten Merkmale können einen Beitrag zur Lösung der Aufgabe in beiden Aspekten leisten und sind dementsprechend beliebig kombinierbar . Combination can be used. The disclosed features can contribute to the solution of the problem in both aspects and can therefore be combined as desired.
Das Rührreibschweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient zum Verbinden zweier The friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure is for connecting two
Bauteile, wobei das erste Bauteil aus einem Material mit einer ersten niedrigen Schmelztemperatur und das zweite Bauteil aus einem Material mit einer zweiten und deutlich höheren Schmelztemperatur bestehen. Insbesondere kann das Material des ersten Bauteils in einem Temperaturbereich plastifiziert werden, der unterhalb des  Components, wherein the first component made of a material having a first low melting temperature and the second component made of a material having a second and significantly higher melting temperature. In particular, the material of the first component can be plasticized in a temperature range below the
Temperaturbereichs liegt, der zum Plastifizieren des Materials des zweiten Bauteils erforderlich wäre. Andererseits kann der Unterschied zwischen den Temperature range, which would be required for plasticizing the material of the second component. On the other hand, the difference between the
Schmelzpunkten so hoch sein, dass bei Erreichen des Temperaturbereichs, in dem das Material des zweiten Melting points are so high that when reaching the temperature range in which the material of the second
Bauteils plastifizierbar wäre, bereits der Schmelzpunkt des Materials des ersten Bauteils überschritten wäre. Component could be plasticized, already the melting point of the material of the first component would be exceeded.
Das erste Bauteil kann beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehen. Das zweite Bauteil kann aus einem Stahlwerkstoff bestehen. Daneben sind weitere Materialkombinationen möglich. Das Rührreibschweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst zumindest die The first component may for example consist of aluminum or an aluminum alloy. The second component may consist of a steel material. In addition, other material combinations are possible. The friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure includes at least the
nachfolgenden Schritte, die in der angegebenen oder einer etwaig anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. subsequent steps, which can be performed in the specified or any other order.
Das erste und das zweite Bauteil werden unter Bildung eines Stumpf-Stoßes zwischen einer ersten Stoßkante des ersten Bauteils und einer zweiten Stoßkante des zweiten Bauteils positioniert. Die Positionierung kann auf beliebige Weise geschehen, beispielsweise durch eine geeignete Bauteilaufnahme mit einer Spannvorrichtung. Das erste Bauteil wird durch ein Rührreibschweißwerkzeug (FSW-Werkzeug) kontaktiert und zwar bevorzugt in einem Oberflächenbereich neben der Stoßfuge. The first and second components are positioned to form a butt joint between a first abutment edge of the first component and a second abutment edge of the second component. The positioning can be done in any way, for example, by a suitable component holder with a clamping device. The first component is contacted by a friction stir welding tool (FSW tool), preferably in a surface area adjacent to the butt joint.
Das Material des ersten Bauteils wird plastifiziert und der Schweißstift des FSW-Werkzeugs wird in das Material des ersten Bauteils eingetaucht, insbesondere bis die Schulter des FSW-Werkzeugs an der Außenoberfläche des ersten Bauteils anliegt. Der Schweißstift des FSW-Werkzeugs wird im Wesentlichen senkrecht auf die zweite Stoßkante des zweiten Bauteils zubewegt und an diese angepresst. Gleichzeitig werden der Schweißstift und die Schulter des FSW-Werkzeugs in The material of the first component is plasticized and the welding pin of the FSW tool is immersed in the material of the first component, in particular until the shoulder of the FSW tool rests against the outer surface of the first component. The welding pin of the FSW tool is moved substantially perpendicular to the second abutting edge of the second component and pressed against this. At the same time, the welding pin and the shoulder of the FSW tool are in
Rotation gehalten, wobei ggf. weiteres Material des ersten Bauteils plastifiziert wird. Rotation held, possibly further material of the first component is plasticized.
Das FSW-Werkzeug und insbesondere der Schweißstift werden entlang der zweiten Stoßkante des zweiten Bauteils geführt, wobei der Verlauf der Stoßkante die The FSW tool and in particular the welding pin are guided along the second abutting edge of the second component, wherein the course of the abutting edge
Schweißrichtung bzw. Schweißbahn definiert. Welding direction or welding path defined.
Das Rührreibschweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann bevorzugt vollständig ohne eine Plastifizierung des Materials des zweiten Bauteils ausgeführt werden. Wie nachfolgend im Detail ausgeführt wird, können in einer durch das vorliegende Verfahren gebildeten Schweißverbindung gute The friction stir welding method according to the first aspect of the present disclosure may be preferably carried out completely without plasticizing the material of the second member. As will be explained in detail below, in a welded joint formed by the present method, good
Festigkeitseigenschaften erzeugt werden, die anteilig oder überwiegend auf der Bildung eines Formschlusses zwischen der Schweißnaht und dem zweiten Bauteil und ggf. auf Diffusionsvorgängen beruhen.  Strength properties are generated, which are based on proportion or predominantly on the formation of a positive connection between the weld and the second component and possibly on diffusion processes.
Eine Schweißverbindung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist zwischen einem ersten A welded joint according to the first aspect of the present disclosure is disposed between a first one
Bauteil und einem zweiten Bauteil ausgebildet, die aus Materialien mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen bestehen. Zwischen den Bauteilen liegt eine durch Component and a second component formed, which consist of materials having different melting temperatures. Between the components is a through
Rührreibschweißen erzeugte Schweißnaht vor, die im Friction stir welding produced weld in front of the
Wesentlichen aus plastifiziertem und wieder erstarrtem Material des ersten Bauteils besteht. An dem zweiten Bauteil liegt eine Stoßkante vor, die durch Formschluss in der Schweißnaht eingebettet ist. Ggf. kann in der Schweißnaht ein plastifiziertes und wieder erstarrtes Material eines Zusatzwerkstoffs enthalten sein, der sich von dem Material des zweiten Bauteils unterscheidet und insbesondere eine Schmelztemperatur aufweist, die der Schmelztemperatur des Materials des ersten Bauteils entspricht oder nahe liegt. Substantially consists of plasticized and re-solidified material of the first component. On the second component is a shock edge, which by positive locking embedded in the weld. Possibly. For example, a plasticized and re-solidified material of a filler material, which differs from the material of the second component and in particular has a melting temperature which corresponds to or is close to the melting temperature of the material of the first component, may be contained in the weld seam.
Ein Rührreibschweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst zumindest die A friction stir welding method according to the second aspect of the present disclosure includes at least the
nachfolgenden Schritte, die in der angegebenen oder einer etwaig anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. subsequent steps, which can be performed in the specified or any other order.
Ein erstes und ein zweites Bauteil werden in Kontakt mit einer Bauteilaufnahme und unter Bildung eines Stumpf- Stoßes zwischen einer ersten Stoßkante des ersten A first and a second component are in contact with a component receiving and forming a butt joint between a first abutting edge of the first
Bauteils und einer zweiten Stoßkante des zweiten Bauteils positioniert und bevorzugt in dieser Lage fixiert. In der Bauteilaufnahme ist eine Ausnehmung vorgesehen, deren Verlauf mit dem Verlauf des Stumpf-Stoßes überlappt . Positioned component and a second abutting edge of the second component and preferably fixed in this position. In the component receiving a recess is provided, whose course overlaps with the course of the butt joint.
Insbesondere können die Verläufe der Ausnehmung und des Stumpf-Stoßes identisch sein. Die Bauteilaufnahme weist zumindest im Bereich neben der Stoßfuge eine im In particular, the courses of the recess and the butt joint can be identical. The component holder has at least in the area next to the butt joint in the
Wesentlichen ebene Anlagefläche zur Abstützung der Essentially flat contact surface for supporting the
Bauteile auf. Die Ausnehmung ist gegenüber dieser Components on. The recess is opposite to this
Anlagefläche zurückversetzt. Sie kann nutförmig Retracted contact surface. It can be groove-shaped
ausgebildet sein und verschiedene Querschnittsformen haben, die weiter unten erläutert werden. Alternativ kann die Ausnehmung auf der vom FSW-Werkzeug bzw. von den Bauteilen abgewandten Seite geöffnet sein, sodass ein etwaiger Überschuss an plastifiziertem Material nach außen hin entweichen kann. Die Formgebung der Ausnehmung steht in Relation zu der zu erwartenden Größe der be formed and have different cross-sectional shapes, which are explained below. Alternatively, the recess may be open on the side away from the FSW tool or from the components, so that any excess of plasticized material can escape to the outside. The shape of the recess is in relation to the expected size of the
Schweißnaht, insbesondere steht eine Profiltiefe der Ausnehmung in einem Verhältnis zur Wandstärke der Weld, in particular, is a profile depth of the recess in a ratio to the wall thickness of
Bauteile und eine Profilbreite der Ausnehmung steht in einem Verhältnis zur erwarteten Nahtwurzelbreite der Schweißnaht . Components and a profile width of the recess is in proportion to the expected seam root width of the weld.
Das erste und das zweite Bauteil können bevorzugt aus einem Metall oder Kunststoff bestehen. Die Grundform des ersten und des zweiten Bauteils im Bereich der Stoßfuge ist bevorzugt platten- oder blechförmig. Die zu The first and the second component may preferably consist of a metal or plastic. The basic shape of the first and the second component in the region of the butt joint is preferably plate-shaped or sheet-shaped. The too
verbindenden Materialabschnitte können bspw. platten- oder blechförmige Stege von Profilen sein. Alternativ sind beliebige andere Bauteilformen möglich, zwischen denen ein Stumpfstoß gebildet werden kann, unter dem ausreichender Freiraum vorliegt. connecting material sections can be, for example, plate-shaped or sheet-like webs of profiles. Alternatively, any other component shapes are possible, between which a butt joint can be formed, is present under the sufficient free space.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil wird unter Verwendung eines FSW-Werkzeugs eine FSW-Schweißverbindung hergestellt, wobei das FSW-Werkzeug entlang dem Verlauf des Stumpf-Stoßes (und damit entlang dem Verlauf der Ausnehmung) geführt wird. Mit anderen Worten stimmt derAn FSW weld is made between the first and second components using a FSW tool, guiding the FSW tool along the course of the butt joint (and thus along the path of the recess). In other words, he is right
Verlauf der Schweißbahn mit dem Verlauf des Stumpf-Stoßes und dem Verlauf der Ausnehmung überein. Durch das FSW- Werkzeug wird zumindest das Material eines der Bauteile, bevorzugt das Material beider Bauteile plastifiziert , und zwar ohne dass es zu einem Aufschmelzen der Materialien kommt. Ein Teil des plastifizierten Materials wird in die Ausnehmung in der Bauteilaufnahme gefördert und dort geformt. Die Formung des plastifizierten Materials erfolgt bevorzugt unter anliegenden Kontakt des Materials mit einer Kontur der Ausnehmung. Die Formung erfolgt insbesondere zur Bildung einer profilierten Course of the welding path with the course of the butt joint and the course of the recess match. At least the material of one of the components, preferably the material of both components, is plasticized by the FSW tool, without melting the materials. A part of the plasticized material is conveyed into the recess in the component holder and formed there. The formation of the plasticized material is preferably carried out under adjacent contact of the material with a contour of the recess. The shaping takes place in particular for the formation of a profiled
Nahtüberhöhung. Die profilierte Nahtüberhöhung wird im Wesentlichen als Negativform der Ausnehmung gebildet. Das Ausmaß des Kontakts zwischen dem plastifizierten Material und der Ausnehmung kann weitgehend durch die Formgebung der Ausnehmung gesteuert werden, was weiter unten Weld reinforcement. The profiled seam exaggeration is essentially formed as a negative mold of the recess. The extent of contact between the plasticized material and the recess can be largely controlled by the shape of the recess, which will be discussed below
erläutert wird. is explained.
Die in der Ausnehmung gebildete Nahtüberhöhung weist eine Querschnittsform auf, die durch das Querschnittsprofil der Ausnehmung in definierter Weise vorgegeben ist. Es handelt sich somit um eine profilierte Nahtüberhöhung, bei der insbesondere zumindest eine Überstandsbreite oder eine Überstandshöhe oder ein Ansatzbereich der The seam protuberance formed in the recess has a cross-sectional shape, which is predetermined by the cross-sectional profile of the recess in a defined manner. It is thus a profiled seam superelevation, in which in particular at least one projection width or a supernatant height or a shoulder region of the
Nahtüberhöhung gemäß der Formgebung der Ausnehmung geformt ist. Seam overshoot is shaped according to the shape of the recess.
Die profilierte Nahtüberhöhung kann an dem gefügten The profiled seam superelevation can be attached to the
Werkstück in verschiedener Weise positiv genutzt werden. Einerseits ist es möglich, die Nahüberhöhung unter Workpiece can be positively used in various ways. On the one hand, it is possible the sublimation below
Vorgabe (vergleichsweise geringen) Überstandshöhe Specification (comparatively low) supernatant height
und/oder einer vergleichsweise geringen Überstandbreite der Nahtüberhöhung zu formen. Die Überstandshöhe und/oder Überstandsbreite kann insbesondere derart gewählt sein, dass eine nachfolgende Abtragung der Nahtüberhöhung mit nur einem nachfolgenden Arbeitsschritt möglich ist, bspw. durch ein Fräswerkzeug. Weiterhin kann die Überstandshöhe derart gewählt sein, dass etwaig auftretende and / or to form a comparatively small projection width of the seam superelevation. The supernatant height and / or protrusion width can in particular be selected such that a subsequent removal of the seam exaggeration with only one subsequent work step is possible, for example by a milling tool. Furthermore, the supernatant height can be selected such that any occurring
Vermischungs-Fehlzonen im Randbereich der Schweißnaht nicht in den Raum der direkten Überdeckung zwischen den Stoßkanten der Bauteile reichen. Durch das Bilden einer Nahtüberhöhung mit einer Missing mixing zones in the edge region of the weld do not reach into the area of the direct overlap between the abutting edges of the components. By forming a seam crease with a
definierten Querschnittsform und das nachfolgende defined cross-sectional shape and the following
Abtragen werden verschiedene Vorteile erreicht. Abrasion achieves various benefits.
Einerseits kann eine FSW-Schweißnaht mit einer besonders hohen Oberflächengüte erzielt werden, insbesondere eine vollkommen ebene Nahtoberfläche, die bündig an die angrenzenden Oberflächenbereiche der Bauteile anschließt. Rücksprünge in der Nahtoberfläche gegenüber den On the one hand, an FSW weld with a particularly high surface quality can be achieved, in particular a completely flat seam surface, which adjoins flush to the adjacent surface areas of the components. Recesses in the seam surface opposite the
angrenzenden Bauteiloberflächen können vollständig vermieden werden. Eine solche Nahtoberfläche ist optisch besonders ansprechend und kann für die Sichtseiten von Werkstücken verwendet werden. Auf eine aufwendige adjacent component surfaces can be completely avoided. Such a seam surface is visually appealing and can be used for the visible sides of workpieces. On an elaborate
Nachbehandlung der Naht durch Spachteln und/oder After treatment of the seam by filling and / or
Aufbringen von Füllmasse kann verzichtet werden. Nach dem Abtrennen der Nahtüberhöhung ist insbesondere eine direkte Lackierung oder sonstige Beschichtung der Applying filler can be dispensed with. After separation of the seam superimposition is in particular a direct coating or other coating of the
Schweißnaht möglich. Hierdurch können FSW-geschweißte Werkstücke für Anwendungsbereiche nutzbar gemacht werden, die bisher nur anderen Fügeverfahren offenstanden, beispielsweise für die Herstellung von Sichtpaneelen für Personenzüge . Weld possible. As a result, FSW-welded workpieces can be made usable for applications that were previously open only to other joining methods, for example for the production of display panels for passenger trains.
Bei herkömmlichen FSW-Schweißprozessen für die In conventional FSW welding processes for the
Herstellung von mechanisch belasteten Schweißnähten wird ein hoher Aufwand zur Vermeidung von Vermischungs- Fehlstellen und anderen Nahtfehlern im Randbereich der Schweißnaht betrieben. Mit dem Rührreibschweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung kann dieser Aufwand reduziert werden, weil der etwaige Fehlstellen enthaltende Randbereich beim Abtrennen der Nahtüberhöhung entfernt wird, sodass nur die homogenen Innenbereiche der Vermischungszone in der Schweißnaht verbleiben. Am Werkstück wird also eine Schweißnaht mit besonders homogener Struktur und Oberflächengüte erzeugt, die bevorzugt frei von Anriss-Wirkungen ist. Eine Production of mechanically loaded welds a high effort to avoid mixing defects and other seam defects in the edge region of the weld is operated. With the friction stir welding method according to the second aspect of the disclosure, this effort can be reduced because the edge area containing any imperfections is removed during separation of the seam superelevation so that only the homogeneous interior areas of the mixing zone remain in the weld seam. At the Workpiece is thus produced a weld with a particularly homogeneous structure and surface quality, which is preferably free of cracking effects. A
Nahtfehlstelle kann insbesondere ein sog. kissing bond sein - eine sich in Längsrichtung des Stumpf-Stoßes erstreckende Randzone mit unvollständiger Vermischung der plastifizierten Materialien. Die Reduzierung des Seam imperfection may in particular be a so-called kissing bond - an edge zone extending in the longitudinal direction of the butt joint with incomplete mixing of the plasticized materials. The reduction of the
vorgenannten Aufwands kann insbesondere die Führung des FSW-Werkzeugs mit höheren Geschwindigkeiten erlauben, sodass geringere Fertigungsdauern erreichbar sind. The above-mentioned expenses can in particular allow the guidance of the FSW tool at higher speeds, so that shorter production times can be achieved.
Bei herkömmlichen FSW-Prozessen wird darauf geachtet, dass die Eintauchtiefe des Schweißstifts stets geringer ist als die Wandstärke der Bauteile. Durch die Ausnehmung in der Bauteilaufnahme wird es bei dem hier offenbarten Verfahren ermöglicht, dass die Eintauchtiefe eines In conventional FSW processes, care is taken to ensure that the immersion depth of the welding pin is always lower than the wall thickness of the components. Through the recess in the component holder, it is possible in the method disclosed here that the immersion depth of a
Schweißstifts des FSW-Werkzeugs größer oder gleich der Wandstärke bzw. Materialdicke der Bauteile im Stumpf-Stoß gewählt wird. Mit anderen Worten kann der Schweißstift die Höhenlinie der angrenzenden (vom FSW-Werkzeug  Welding pin of the FSW tool is greater than or equal to the wall thickness or material thickness of the components in the butt joint is selected. In other words, the welding pin can be the contour line of the adjacent (from the FSW tool
abgewandten) Oberflächen der Bauteile erreichen oder überschreiten, ohne dass es zu einer Kollision mit der Bauteilaufnahme kommt. Durch die erhöhte Eintauchtiefe des Schweißstifts kann in dem direkten remote) surfaces of the components reach or exceed, without causing a collision with the component holder. Due to the increased immersion depth of the welding pin can in the direct
Überlappungsbereich zwischen den Bauteilen eine Overlap area between the components one
verbesserte Homogenität der Schweißnaht bzw. der improved homogeneity of the weld or the
Vermischung des plastifizierten Materials erreicht werden .  Mixing of the plasticized material can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann eine Materialanhäufung im Bereich des Stumpf-Stoßes gebildet sein, die plastifiziert und mit dem Material zumindest eines der Bauteile vermischt wird. Die Materialanhäufung kann in beliebiger Weise gebildet sein, insbesondere durch einen Zusatzwerkstoff oder eine lokale According to a preferred embodiment, an accumulation of material may be formed in the region of the butt joint, which plasticizes and at least with the material one of the components is mixed. The accumulation of material can be formed in any way, in particular by a filler material or a local
Bauteilverdickung. Eine Materialanhäufung kann auch durch Einlegen eines Zusatz-Werkstoffs in die Ausnehmung gebildet sein. Die infolge der Materialanhäufung Component thickening. An accumulation of material can also be formed by inserting an additional material into the recess. The result of the accumulation of material
vergrößerte Menge an plastifiziertem Material kann verschiedenen Zwecken dienlich sein. Einerseits kann eine ausreichende Menge an Zusatzmaterial bereitgestellt sein, um die Ausnehmung bzw. einen vorgesehenen Teil der Increased amount of plasticized material can serve various purposes. On the one hand, a sufficient amount of additional material may be provided to the recess or an intended part of the
Ausnehmung in der Bauteilaufnahme zu füllen. Andererseits können beispielsweise aus variierenden Spaltmaßen im Stumpfstoß resultierende lokale Mehr- oder Minderbedarfe an plastifiziertem Material kompensiert werden, sodass ein übermäßiges Eintauchen des FSW-Werkzeugs in die  Fill recess in the component holder. On the other hand, for example, resulting from varying gaps in the butt joint resulting local increased or reduced requirements of plasticized material can be compensated, so that an excessive immersion of the FSW tool in the
Schweißnaht vermindert oder ausgeschlossen wird. In der Folge wird auch auf der zum FSW-Werkzeug weisenden Seite der Bauteile eine besonders homogene Struktur der  Weld seam is reduced or excluded. As a result, a particularly homogeneous structure of the components is also on the side of the components facing the FSW tool
Schweißnaht erreicht. Mit anderen Worten kann die durch eine Materialanhäufung zur Verfügung gestellte Materialmenge (lokal) angepasst sein, um den Füllungsgrad der Ausnehmung und damit das Nahtbild zu beeinflussen. Weld achieved. In other words, the amount of material provided by accumulation of material (locally) can be adapted in order to influence the degree of filling of the recess and thus the seam pattern.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante des According to a first embodiment of the
Rührreibschweißverfahrens ist vorgesehen, dass die gesamte Ausnehmung mit plastifiziertem Material gefüllt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das FSW- Werkzeug mit einem bestimmten Anpressdruck in Friction friction welding method is provided that the entire recess is filled with plasticized material. This can be achieved by the FSW tool with a certain contact pressure in
Normalrichtung auf die Bauteile angepresst wird, wobei etwaig im Falle unterschiedlicher Breiten des Stoßfuge ein größere oder kleinere Eintauchtiefe auftreten kann. Dies kann zu lokal unterschiedlichen Nahtunterhängen auf der zum FSW-Werkzeug weisenden Seite der Schweißnaht führen. Auf der anderen Seite wird jedoch eine Normal direction is pressed onto the components, which possibly in the case of different widths of the butt joint a larger or smaller immersion depth can occur. This can lead to locally different seam underlays on the side of the weld facing the FSW tool. On the other hand, however, one will
einheitliche Nahtüberhöhung erreicht. uniform seam elevation achieved.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung einen Basisabschnitt und einen Überlaufabschnitt aufweist, wobei zumindest der According to a second embodiment, it may be provided that the recess has a base portion and an overflow portion, wherein at least the
Basisabschnitt vollständig mit plastifiziertem Material gefüllt werden soll. Ob der Überlaufabschnitt mit Base section is to be completely filled with plasticized material. Whether the overflow section with
plastifiziertem Material gefüllt wird, kann davon can be filled with plasticized material
abhängen, ob ein (bspw. lokaler) Überschuss an depend on whether a (eg local) surplus
plastifiziertem Material vorliegt. Auch das zumindest vollständige Befüllen des Basisabschnitts kann durch eine kraftgeführte Eintauchbewegung erreicht werden. Weiterhin kann zumindest so viel Zusatzmaterial vorhanden sein, dass durch unterschiedliche Weiten der Stoßnaht bedingte Mehr- oder Minderbedarfe an plastifiziertem Material ausgeglichen werden. Wiederum alternativ kann vorgesehen sein, dass in einem bestimmten Bereich der Schweißlänge oder über die gesamte Schweißlänge ein so großer Überschuss an plastifiziertem Material vorhanden ist, dass zumindest das vollständige Befüllen der Ausnehmung bzw. des Basisabschnitts der Ausnehmung gewährleistet ist. Mehrbedarfe an plasticized material is present. Also, the at least complete filling of the base portion can be achieved by a force-guided plunging movement. Furthermore, at least as much additional material may be present that due to different widths of the butt seam caused additional or reduced demands on plasticized material can be compensated. Again, alternatively, it may be provided that in such a large range of welding length or over the entire welding length such a large excess of plasticized material is present that at least the complete filling of the recess or the base portion of the recess is ensured. Additional requirements
plastifiziertem Material infolge einer (lokal) erhöhten Weite des Stoßspalts brauchen dann nicht durch eine übermäßig tiefe Eintauchbewegung zu kompensiert werden. Somit ist eine im Wesentlichen von Nahtunterhängen freie Ausbildung der Schweißnaht auf der zum FSW-Werkzeug gewandten Seite zu erreichen. Der überschüssige plasticized material due to a (locally) increased width of the impact gap then need not be compensated by an excessively deep dip. Thus, a substantially free of seam underlays education of the weld on the FSW tool to reach the right side. The excess
Volumenanteil des plastifizierten Materials kann in den Überlaufabschnitt der Ausnehmung gefördert werden und einen Überhang bilden, der etwaig in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt abgetrennt wird. Auf diese Weise kann auf beiden Seiten der Schweißnaht ein homogenes Nahtbild erreicht werden. Ferner kann eine Mindest-Dicke oder eine einheitliche Dicke der Schweißnaht erreicht werden. Volume fraction of the plasticized material can be conveyed into the overflow section of the recess and form an overhang, which is eventually separated in a subsequent processing step. In this way, a homogeneous seam pattern can be achieved on both sides of the weld. Furthermore, a minimum thickness or a uniform thickness of the weld can be achieved.
Mit anderen Worten kann bevorzugt eine solche Menge an Materialanhäufung vorgesehen sein, dass ein Überschuss an plastifiziertem Material gebildet wird, d.h. zumindest etwas mehr plastifiziertes Material als zum Füllen des direkten Überlappungsbereichs zwischen den Stoßkanten (Volumen der Schweißnaht) und einem Ansatzbereich der profilierten Nahtüberhöhung (Profilstrang) notwendig ist, wobei der Überschuss über oder in den Überlaufabschnitt entweichen kann. In other words, it may be preferable to provide such an amount of material accumulation that an excess of plasticized material is formed, i. at least slightly more plasticized material is required than to fill the direct overlap area between the abutting edges (volume of the weld seam) and a shoulder region of the profiled seam superimposition (profiled strand), the excess being able to escape via or into the overflow section.
Die vorliegende Offenbarung umfasst weiterhin ein The present disclosure further includes
Rührreibschweiß-Werkzeug (FSW-Werkzeug) , das für die Verwendung in dem Schweißverfahren nach dem ersten oder zweiten Aspekt optimiert ist sowie eine Friction Stir Welding Tool (FSW Tool) optimized for use in the welding method of the first or second aspect, and one
Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des Processing device for carrying out the
Schweißverfahrens . Welding process.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Further advantageous embodiments of the invention are in the following description, the attached
Zeichnungen sowie den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen: Drawings and the dependent claims specified. The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. Show it:
Figuren 1 bis 3: das offenbarungsgemäße Figures 1 to 3: the disclosure according to
Schweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt in einer Schrägbildansicht und zwei Schnittansichten;  Welding method according to the first aspect in a diagonal view and two sectional views;
Figuren 4 und 5 : zwei Ausführungsvarianten einer Figures 4 and 5: two embodiments of a
Schweißverbindung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung;  Welded joint according to the first aspect of the present disclosure;
Figuren 6A bis vergrößerte Schnittdarstellungen für eine erste Ausführungsvariante des Schweißverfahrens aus Figur 1; FIGS. 6A to 8B are enlarged sectional views of a first embodiment of the welding method of FIG. 1;
Figuren 7A bis 7C: vergrößerte Schnittdarstellungen für eine weitere Ausführungsvariante des Schweißverfahrens aus Figur 1 und eine Bauteilaufnahme gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung; FIGS. 7A to 7C are enlarged sectional views of a further embodiment variant of the welding method of FIG. 1 and a component receptacle according to the second aspect of the disclosure;
Figuren 8A bis 8C: beispielhafte Ausführungen eines FSW- Werkzeugs ; FIGS. 8A to 8C: exemplary embodiments of a FSW tool;
Figur 9: eine vergrößerte Schnittansicht einer Figure 9: an enlarged sectional view of a
Schweißverbindung gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung;  Welded joint according to the first aspect of the disclosure;
Figur 10 : eine Schemadarstellung einer Figure 10: a schematic representation of a
Bearbeitungsvorrichtung zur  Processing device for
Durchführung eines Schweißverfahrens; Figuren IIA bis HC: Schnittdarstellungen zur Carrying out a welding process; Figures IIA to HC: sectional views of
Erläuterung eines Schweißverfahrens und einer Bauteilaufnahme gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung; Figuren 12 bis 14: Varianten des Schweißverfahrens und der Bauteilaufnahme aus Figuren HA bis HC und damit erzeugbare  Explanation of a welding method and a component holder according to the second aspect of the disclosure; Figures 12 to 14: variants of the welding method and the component holder of Figures HA to HC and thus producible
Querschnittsformen einer  Cross-sectional shapes of a
Nahtüberhöhung . Figur 15: Eine Schrägansicht auf eine  Seam elevation. Figure 15: An oblique view of a
Schweißnaht mit einer Nahtüberhöhung und einen Werkstückbereich nach dem Abtrennen der Nahtüberhöhung.  Weld seam with a seam superelevation and a workpiece area after separation of the seam superelevation.
Nachfolgend werden zunächst Ausführungsbeispiele gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 10 erläutert. Hereinafter, first embodiments according to the first aspect of the disclosure will be explained with reference to FIGS. 1 to 10.
Figur 1 zeigt eine Schrägansicht auf zwei Bauteile FIG. 1 shows an oblique view of two components
(20,30), die durch das offenbarungsgemäße (20,30), which by the disclosure according to
Rührreibschweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt Friction friction welding method according to the first aspect
verbunden werden. Die beiden Bauteile (20, 30) sind in Figur 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Figur 2 zeigt eine Längsschnittansicht gemäß dem Pfeil II in Figur 1. Figur 3 zeigt eine Querschnittansicht gemäß Pfeil III in Figur 1. Das erste Bauteil (20) besteht aus einem Material mit einer ersten niedrigen Schmelztemperatur. Es weist eine erste Stoßkante (21) auf. Das zweite Bauteil (30) besteht aus einem Material mit einer zweiten und deutlich höheren Schmelztemperatur und weist eine zweite Stoßkante (31) auf . get connected. The two components (20, 30) are shown in Figure 1 in a sectional view. Figure 2 shows a longitudinal sectional view according to the arrow II in Figure 1. Figure 3 shows a cross-sectional view according to arrow III in Figure 1. The first component (20) consists of a material having a first low melting temperature. It has a first abutment edge (21). The second component (30) exists made of a material having a second and significantly higher melting temperature and has a second abutting edge (31).
Die Bauteile (20, 30) sind derart zueinander The components (20, 30) are so mutually
positioniert, dass zwischen der ersten Stoßkante (21) des ersten Bauteils (20) und der zweiten Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) ein Stumpf-Stoß gebildet ist. positioned so that a butt joint is formed between the first abutment edge (21) of the first component (20) and the second abutment edge (31) of the second component (30).
Zwischen den Stoßkanten (21, 31) ist also eine Stoßfuge gebildet . In dem Beispiel von Figuren 1 bis 3 erstreckt sich das erste Bauteil (20) unterhalb der Stoßfuge noch weiter in Richtung des zweiten Bauteils (30) . Wie weiter unten erläutert wird, kann diese zusätzliche Erstreckung in dem Schweißverfahren vorteilhaft zur Bildung eines Makro- Formschlusses genutzt werden. Alternativ kann das erste Bauteil (20) ohne eine solche Erstreckung unterhalb der Stoßfuge ausgebildet sein. Between the abutting edges (21, 31) so a butt joint is formed. In the example of FIGS. 1 to 3, the first component (20) below the butt joint extends even further in the direction of the second component (30). As will be explained below, this additional extension in the welding process can be advantageously used to form a macro-positive fit. Alternatively, the first component (20) without such an extension may be formed below the butt joint.
Das erste Bauteil (20) weist in einem Bereich neben der Stoßfuge eine Materialanhäufung (24) auf, die hier durch einen Überstand des ersten Bauteils (20) über die auf der Seite des FSW-Werkzeugs gelegene Außenoberfläche (32) des zweiten Bauteils (30) gebildet ist. Eine solche The first component (20) has an accumulation of material (24) in a region adjacent to the butt joint, which is defined here by a protrusion of the first component (20) via the outer surface (32) of the second component (30) located on the side of the FSW tool ) is formed. Such
Materialanhäufung (24) kann alternativ auf andere Weise gebildet sein. Das erste Bauteil (20) wird durch ein Material accumulation (24) may alternatively be formed in other ways. The first component (20) is replaced by a
Rührreibschweißwerkzeug (FSW-Werkzeug) (10) in einem Bereich der Außenoberfläche (22) des ersten Bauteils (20) neben der Stoßfuge kontaktiert. Das FSW-Werkzeug (10) und insbesondere der daran angeordnete Schweißstift (11) sowie eine Schulter (12) werden separat oder gemeinsam rotiert. Durch den reibenden Kontakt des FSW-Werkzeugs an der Oberfläche (22) des ersten Bauteils (20) wird das Material des ersten Bauteils (20) lokal plastifiziert , hier zunächst im Bereich der Materialanhäufung (24) und dann weiter nach innen fortschreitend. Friction friction welding tool (FSW tool) (10) contacted in a region of the outer surface (22) of the first component (20) adjacent to the butt joint. The FSW tool (10) and in particular, the welding pin (11) arranged thereon and a shoulder (12) are rotated separately or together. As a result of the frictional contact of the FSW tool on the surface (22) of the first component (20), the material of the first component (20) is locally plasticized, first progressing in the region of material accumulation (24) and then progressing inwards.
Figur 6A zeigt eine erläuternde Schnittdarstellung auf den Stumpf-Stoß zwischen den Bauteilen (20, 30) und das Ansetzen des FSW-Werkzeugs in einem Bereich neben der Stoßfuge . Figure 6A is an illustrative cross-sectional view of the butt joint between the components (20, 30) and attachment of the FSW tool in an area adjacent the butt joint.
Der Schweißstift (11) des FSW-Werkzeugs (10) wird in das plastifizierte Material (40) des ersten Bauteils (20) bzw. der Materialanhäufung (24) eingetaucht, wobei nach und nach auch weiter innen liegendes Material des ersten Bauteils (20) plastifiziert wird. Die Eintauch-Bewegung ist in Übergang von Figur 6A zu Figur 6B dargestellt sowie in Figur 1 mit der Bezugsziffer (ZI) The welding pin (11) of the FSW tool (10) is immersed in the plasticized material (40) of the first component (20) or the accumulation of material (24), wherein gradually further inward material of the first component (20) is plasticized. The immersion movement is shown in transition from FIG. 6A to FIG. 6B and in FIG. 1 with the reference number (ZI).
gekennzeichnet . Die Eintauchbewegung kann im Wesentlichen senkrecht zur Außenoberfläche (22) des ersten Bauteils (20) bzw. der Materialanhäufung (24) erfolgen. Alternativ kann das FSW- Werkzeug (10) bereits während des Ansetzens oder des Eintauchens eine Neigung gemäß mindestens einem der weitern unten beschriebenen Neigungswinkel (AI, A2) aufweisen (vgl. Figur 1) . marked. The immersion movement can take place substantially perpendicular to the outer surface (22) of the first component (20) or the accumulation of material (24). Alternatively, the FSW tool (10) may already have an inclination during fitting or dipping in accordance with at least one of the angles of inclination (AI, A2) described below (see FIG. 1).
Die Eintauch-Bewegung wird bevorzugt mindestens so weit ausgeführt, dass die am dorsalen Ende des Schweißstifts (11) angrenzende und sich nach außen hin erstreckende Schulter (12) des FSW-Werkzeugs (10) an der Oberfläche (22) des ersten Bauteils (20) bzw. der Materialanhäufung (24) zur Anlage kommt. Die Eintauchtiefe des The immersion movement is preferably carried out at least so far that the at the dorsal end of the welding pin (11) adjacent and outwardly extending shoulder (12) of the FSW tool (10) on the surface (22) of the first component (20) and the accumulation of material (24) comes to rest. The immersion depth of the
Schweißstifts kann dabei größer sein als die Wandstärke des zweiten Bauteils (30) . Durch die weitere Rotation des Schweißstifts (11) und der Schulter (12) und insbesondere den reibenden Kontakt zwischen der Schulter (12) und der Oberfläche des ersten Bauteils (20) bzw. der Welding pin can be greater than the wall thickness of the second component (30). Due to the further rotation of the welding pin (11) and the shoulder (12) and in particular the frictional contact between the shoulder (12) and the surface of the first component (20) or
Materialanhäufung (24) wird noch weiteres Material des ersten Bauteils (20) sowie der Materialhäufung (24) plastifiziert. Material accumulation (24) is further plasticized material of the first component (20) and the material cluster (24).
Der Schweißstift (11) wird im Wesentlichen senkrecht gegen die zweite Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) angepresst. Dabei wird etwaig zwischen dem Schweißstift (11) und der Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) befindliches Material des ersten Bauteils (20) ebenfalls plastifiziert und verdrängt. Die Form der ersten The welding pin (11) is pressed substantially perpendicularly against the second abutting edge (31) of the second component (30). In this case, any material of the first component (20) located between the welding pin (11) and the abutting edge (31) of the second component (30) is likewise plasticized and displaced. The shape of the first
Stoßkante (21) wird aufgelöst, während die Form der zweiten Stoßkante (31) im Wesentlichen erhalten bleibt. Impact edge (21) is dissolved, while the shape of the second abutment edge (31) is substantially retained.
Die Anpressbewegung ist im Übergang von Figur 6B zu Figur 6C dargestellt sowie in Figur 1 mit dem Bezugszeichen (Z2) gekennzeichnet. Das Anpressen (Z2) an die zweite Stoßkante (31) erfolgt bevorzugt ohne das Material des zweiten Bauteils (30) zu plastifizieren . Insbesondere wird bevorzugt weiterhin vermieden, dass das Material des ersten Bauteils (20) über die Plastifizierung hinaus erwärmt wird oder aufschmilzt. Die Dynamik The pressing movement is shown in the transition from Figure 6B to Figure 6C and in Figure 1 by the reference numeral (Z2). The pressing (Z2) on the second abutting edge (31) is preferably carried out without plasticizing the material of the second component (30). In particular, it is preferably further avoided that the material of the first component (20) is heated beyond the plasticization or melts. The dynamics
(Rotationsgeschwindigkeit , Eintauchgeschwindigkeit , (Rotational speed, immersion speed,
Führungsgeschwindigkeit) des Schweißverfahrens kann in Abhängigkeit von den Materialien der Bauteile (10, 30) entsprechend angepasst werden. Guide speed) of the welding process can in Depending on the materials of the components (10, 30) are adjusted accordingly.
Das Anpressen (Z2) des Schweißstifts (11) an die zweite Stoßkante (31) erfolgt bevorzugt unter einer vorgegebenen Anpresskraft (FN) in Normalrichtung bzw. senkrecht auf die Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) . The pressing (Z2) of the welding pin (11) on the second abutting edge (31) is preferably carried out under a predetermined contact force (FN) in the normal direction or perpendicular to the abutting edge (31) of the second component (30).
Das FSW-Werkzeug (10) wird an der zweiten Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) entlang geführt, wobei der Schweißstift (11) bevorzugt permanent die Stoßkante (31) kontaktiert. Der Verlauf der zweiten Stoßkante (31) gibt somit die Schweißrichtung (SR) bzw. Schweißbahn vor. Die Führungsbewegung bzw. Schweißbewegung entlang der The FSW tool (10) is guided along the second abutting edge (31) of the second component (30), wherein the welding pin (11) preferably permanently contacts the abutment edge (31). The course of the second abutting edge (31) thus predetermines the welding direction (SR) or welding path. The guiding movement or welding movement along the
Stoßkante (31) ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen (Z3) gekennzeichnet . Besonders bevorzugt wird die senkrechte Anpresskraft (FN) an die zweite Stoßkante (31) während der Bewegung des FSW-Werkzeugs (10) in der Schweißrichtung (SR) Bumper (31) is indicated in Figure 1 by the reference numeral (Z3). Particularly preferably, the vertical contact pressure (FN) is applied to the second abutting edge (31) during the movement of the FSW tool (10) in the welding direction (SR).
aufrechterhalten und ggfs. in der Höhe variiert. Mit anderen Worten wird der Schweißstift (11) während der gesamten Bewegung entlang der Schweißrichtung (SR) gegen die Stoßkante (31) des zweiten Bauteils angepresst, ohne jedoch die Stoßkante (31) bzw. das Material des zweiten Bauteils (30) zu plastifizieren . maintained and, if necessary, varies in height. In other words, the welding pin (11) is pressed against the abutting edge (31) of the second component during the entire movement along the welding direction (SR), without, however, plasticizing the abutment edge (31) or the material of the second component (30).
Durch die Bewegung des FSW-Werkzeugs (Rotation + By moving the FSW tool (Rotation +
Führungsbewegung) wird das plastifizierte Material (40) derart geformt, dass die zweite Stoßkante (31) durch Formschluss (42, 42a, 42b) in der Schweißnaht (41) aufgenommen wird. Der Formschluss kann als Makro- Formschluss (42b) und/oder als Mikro-Formschluss (42a) erzeugt werden. Nachfolgend werden verschiedene Aspekte erläutert, die einzeln oder gemeinsam bzw. in beliebiger Kombination einen Beitrag zur Formung des plastifizierten Materials (40) bzw. zur Ausbildung eines Formschlusses (42, 42a, 42b) leisten können. Guiding movement), the plasticized material (40) is shaped such that the second abutment edge (31) is received in the weld (41) by positive engagement (42, 42a, 42b). The positive locking can be used as a macro- Positive fit (42b) and / or as a micro-positive connection (42a) are generated. Various aspects are explained below, which individually or together or in any combination can make a contribution to the formation of the plasticized material (40) or to the formation of a positive connection (42, 42a, 42b).
Gemäß einem ersten Aspekt werden während des According to a first aspect, during the
Schweißverfahrens Aufrauhungen und/oder Aufrisse (36) in der vom Schweißstift (11) kontaktierten Stoßkantenfläche (33) und ggfs. einer Außenoberfläche (35) des zweitenWelding process Roughening and / or elevations (36) in the abutting edge surface (33) contacted by the welding pin (11) and possibly an outer surface (35) of the second
Bauteils (30) erzeugt. Weiter unten werden Merkmale des FSW-Werkzeugs (10) erläutert, die die Bildung von Component (30) generated. Further below, features of the FSW tool (10) explaining the formation of
Aufrauhungen und/oder Aufrissen (36) unterstützen können. Alternativ oder zusätzlich können bereits vor der Ruffles and / or elevations (36). Alternatively or additionally, you can already before the
Durchführung des Schweißvorgangs eingebrachte Implementation of the welding process introduced
Aufrauhungen, Aufrisse oder sonstige geeignete Roughing, elevations or other suitable
Oberflächenstrukturen an dem zweiten Bauteil (30) Surface structures on the second component (30)
vorgesehen sein, welche einen Formschluss (42, 42a, 42b) mit der Schweißnaht (41) unterstützen. Nachfolgend wird repräsentativ für die Gesamtheit der vorerwähnten be provided, which support a positive connection (42, 42 a, 42 b) with the weld (41). The following will be representative of the entirety of the aforementioned
Strukturen der Begriff Aufrauhungen oder Aufrisse (36) verwendet .  Structures of the term ruffles or elevations (36) used.
Das Anpressen des Schweißstifts (11) an die zweite The pressing of the welding pin (11) to the second
Stoßkante (31) kann weiterhin eine lokale Erwärmung des Materials des zweiten Bauteils (30) unterstützen sowie den Druck steigern, mit dem das plastifizierte Material (40) auf die Stoßkante (31) gefördert bzw. geformt wird. Erwärmung und Druck können Diffusionsvorgänge The abutting edge (31) may further assist in locally heating the material of the second member (30) and increase the pressure with which the plasticized material (40) is conveyed onto the abutting edge (31). Heating and pressure can cause diffusion
begünstigen, die zur Bildung von einer oder mehreren Diffusions-Zonen (43) im Kontaktbereich zwischen der Schweißnaht (41) und dem zweiten Bauteil (30) führen. Durch solche Diffusions-Zonen (43) kann zusätzlich zu dem Formschluss (42, 42a, 42b) ein anteiliger Stoffschluss erzeugt werden. Ferner kann es je nach Materialart und Homogenität zu einem geringförmigen Plastifizieren des zweiten Bauteils (30) kommen, wobei allerdings die Form der zweiten Stoßkante (31) nicht oder nur unwesentlich verändert wird. favoring the formation of one or more diffusion zones (43) in the contact area between the Weld (41) and the second component (30) lead. By such diffusion zones (43), in addition to the positive connection (42, 42a, 42b), a proportionate material bond can be generated. Furthermore, depending on the material type and homogeneity, a slight plasticization of the second component (30) may occur, although the shape of the second abutment edge (31) is not or only insignificantly changed.
Während des Schweißvorgangs wird bevorzugt During the welding process is preferred
plastifiziertes Material (40) durch eine Bewegung des FSW-Werkzeugs (10), insbesondere eine Rotation und plasticized material (40) by a movement of the FSW tool (10), in particular a rotation and
Führung des Schweißstifts (11), in die Aufrauhungen oder Aufrisse (36) an dem zweiten Bauteil (30) eingebracht insbesondere eingepresst und/oder eingespült. Die Guide the welding pin (11), introduced into the roughening or elevations (36) on the second component (30) in particular pressed and / or flushed. The
Aufrauhungen oder Aufrisse (36) können einerseits die durch den Schweißstift (11) erzeugten Aufrauhungen oder Aufrisse sein. Alternativ oder zusätzlich können es die Aufrauhungen oder Aufrisse (36) oder sonst geeignete Oberflächenstrukturen an dem zweiten Bauteil (30) sein, die beispielsweise durch eine vorherige Bearbeitung der Stoßkante (31) erzeugt worden sind und/oder an einer anderen Außenkontur des zweiten Bauteils (30) vorliegen, insbesondere an einer Außenoberfläche (32,35) des zweiten Bauteils (30) oder im Bereich eines Übergangs zwischen einer Außenoberfläche (32, 35) und der Stoßkante (31) . Roughening or elevation (36) can on the one hand be the roughenings or elevations produced by the welding pin (11). Alternatively or additionally, it may be the roughening or elevations (36) or otherwise suitable surface structures on the second component (30), which have been produced, for example, by a previous machining of the abutment edge (31) and / or on another outer contour of the second component (FIG. 30), in particular on an outer surface (32, 35) of the second component (30) or in the region of a transition between an outer surface (32, 35) and the abutting edge (31).
Durch die Einbringung des plastifizierten Materials (40) in die Aufrauhungen oder Aufrisse (36) wird ein Mikro- Formschluss (42a) zwischen der Schweißnaht (41) und dem zweiten Bauteil (30) geschaffen. Figur 9 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht auf eine Schweißverbindung gemäß der vorliegenden Offenbarung und diverse By introducing the plasticized material (40) into the roughenings or elevations (36), a micro-form closure (42a) is created between the weld seam (41) and the second component (30). FIG. 9 shows an enlarged sectional view of a welded joint according to the present disclosure and various
Aufrauhungen oder Aufrisse (36) an dem zweiten BauteilRoughing or elevation (36) on the second component
(30) . Durch die Aufrauhungen oder Aufrisse (36) erhöht sich das Maß bzw. die Größe der Oberfläche zwischen dem plastifizierten Material (40) und dem zweiten Bauteil(30). The roughening or elevation (36) increases the size of the surface between the plasticized material (40) and the second component
(30), was weiterhin die Ausbildung von Diffusions-Zonen(30), which continues the formation of diffusion zones
(43) begünstigt. (43) favored.
Gemäß einem weiteren Aspekt, der alternativ oder According to a further aspect, the alternative or
zusätzlich zu dem vorhergehenden Aspekt vorgesehen sein kann, wird die Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) in der Schweißnaht (41) bzw. dem plastifizierten Materialmay be provided in addition to the preceding aspect, the abutting edge (31) of the second component (30) in the weld (41) or the plasticized material
(40) des ersten Bauteils (20) eingebettet (Makro- Formschluss) . Das Einbetten kann auf der zu dem FSW- Werkzeug weisenden Außenoberfläche (32) und/oder auf der vom FSW-Werkzeug (10) abgewandten Außenoberfläche (35) erfolgen. In dem Beispiel von Figur 9 erstrecken sich Anteile der Schweißnaht (41) beispielhaft über beide Außenoberflächen (32,35) . Ferner ist im Bereich der vom FSW-Werkzeug abgewandten Außenoberfläche (32) eine zusätzliche Aufrauhung oder Nut (37) erzeugt, in die ebenfalls plastifiziertes Material (40) der Schweißnaht(40) of the first component (20) embedded (macro-form closure). The embedding can take place on the outer surface (32) facing the FSW tool and / or on the outer surface (35) facing away from the FSW tool (10). In the example of FIG. 9, portions of the weld (41) extend over both outer surfaces (32, 35) by way of example. Furthermore, an additional roughening or groove (37) is produced in the region of the outer surface (32) facing away from the FSW tool, into which likewise plasticized material (40) of the weld seam
(41) eingebracht ist. (41) is introduced.
Während des Schweißverfahrens wird das plastifizierte Material (40) bevorzugt derart geformt, dass die daraus gebildete Schweißnaht (41) die Stoßkante (31) im During the welding process, the plasticized material (40) is preferably shaped so that the weld (41) formed therefrom seals the abutting edge (31) in the
Querschnitt zumindest an zwei, bevorzugt an drei Seiten umgibt .  Cross-section surrounds at least two, preferably on three sides.
Wie in der Querschnittdarstellung von Figur 3 As in the cross-sectional view of Figure 3
ersichtlich, kann das FSW-Werkzeug (10) während des Schweißvorgangs bevorzugt um eine tangential zur can be seen, the FSW tool (10) during the Welding preferred by a tangential to
Stoßkante (31) des Bauteils (30) verlaufende Achse (Kl) zu dem ersten Bauteil (20) hin geneigt sein. Die Neigung kann während des gesamten Schweißvorgangs vorliegen. Abutting edge (31) of the component (30) extending axis (Kl) to the first component (20) to be inclined. The inclination can be present during the entire welding process.
Alternativ kann die Neigung zwischen dem Eintauchen (ZI) und dem Anpressen (Z2) herbeigeführt werden. Sie kann etwaig an einen Neigungsverlauf der zweiten Stoßkante (31) angepasst werden. Der (erste) Neigungswinkel um die Achse (Kl) ist in Figur 3 mit Bezugszeichen (AI) Alternatively, the inclination between the immersion (ZI) and the pressing (Z2) can be brought about. It can possibly be adapted to an inclination profile of the second abutting edge (31). The (first) angle of inclination about the axis (K1) is indicated in FIG. 3 by reference number (AI).
gekennzeichnet. Die Neigung (AI) ist bevorzugt derart gewählt, dass das plastifizierte Material (40) durch die Schulter (12) des FSW-Werkzeugs (10) zu der Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) hin geformt wird. Mit anderen Worten wird durch die geneigte Anstellung des FSW-Werkzeugs (10) gegenüber den Bauteilen (20, 30) bzw. gegenüber der Stoßfuge den (erste) Neigungswinkel (AI) sowie durch die Rotation der Schulter (12) bewirkt, dass das plastifizierte Material (40) tendenziell zu der Seite des zweiten Bauteils (30) hin verdrängt oder gefördert wird, was die oben genannte Formung des plastifizierten Materials (40) zur Herstellung eines Formschlusses (42, 42a, 42b) unterstützt. characterized. The inclination (AI) is preferably selected such that the plasticized material (40) is formed through the shoulder (12) of the FSW tool (10) towards the abutting edge (31) of the second component (30). In other words, by the inclined position of the FSW tool (10) relative to the components (20, 30) and the butt joint, the (first) inclination angle (AI) and by the rotation of the shoulder (12) causes the plasticized Material (40) tends to be displaced or conveyed to the side of the second component (30), which supports the above-mentioned shaping of the plasticized material (40) for producing a positive connection (42, 42a, 42b).
Wie in Figur 2 dargestellt kann das FSW-Werkzeug (10) alternativ oder zusätzlich um eine normal zur Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) verlaufende Achse (K2) von der Schweißrichtung (SR) weggeneigt sein. Der zugehörige (zweite) Neigungswinkel um die Achse (K2) ist in Figur 2 mit Bezugszeichen (A2) gekennzeichnet. As shown in FIG. 2, the FSW tool (10) can alternatively or additionally be inclined away from the welding direction (SR) about an axis (K2) running normal to the abutting edge (31) of the second component (30). The associated (second) angle of inclination about the axis (K2) is indicated in Figure 2 by reference numeral (A2).
Die Anstellung des FSW-Werkzeugs (10) an die Bauteile (20, 30) bzw. die Stoßfuge unter dem zweiten Neigungswinkel (A2) bewirkt, dass der in der The employment of the FSW tool (10) to the components (20, 30) and the butt joint under the second Tilt angle (A2) causes the in the
Schweißrichtung (SR) vorauslaufende Teil der Schulter (12) einen größeren Abstand zur Außenoberfläche (32) des zweiten Bauteils (30) hat als der in Schweißrichtung (SR) nachlaufende Teil. Gegebenenfalls kann der nachlaufende Teil der Schulter (12) am zweiten Bauteil (30) anliegen. Welding direction (SR) leading part of the shoulder (12) has a greater distance from the outer surface (32) of the second component (30) than the welding direction (SR) trailing part. Optionally, the trailing part of the shoulder (12) on the second component (30) abut.
Der Neigungswinkel (A2) kann insbesondere so gewählt sein, dass der vorauslaufende Teil der Schulter (12) gerade die Außenoberfläche (22) des ersten Bauteils (20) bzw. einer dort angeordneten Materialanhäufung (24) überragt . The angle of inclination (A2) can in particular be selected so that the leading part of the shoulder (12) just projects beyond the outer surface (22) of the first component (20) or a material accumulation (24) arranged there.
Durch die Anstellung des FSW-Werkzeugs (10) um den zweiten Neigungswinkel (A2) und die Führung des FSW- Werkzeugs (10) entlang der Stoßkante (31) sowie die By the employment of the FSW tool (10) by the second inclination angle (A2) and the guide of the FSW tool (10) along the abutting edge (31) and the
Rotation der Schulter (12) wird bewirkt, dass einerseits die Materialanhäufung (24) durch die Schulter (12) plastifiziert wird und andererseits dass das Rotation of the shoulder (12) is caused on the one hand, the material accumulation (24) is plasticized by the shoulder (12) and on the other hand that the
plastifizierte Material (40) in Richtung der von dem FSW- Werkzeug (10) abgewandten Seite der Schweißnaht (41) gefördert wird. Mit anderen Worten wird das plasticized material (40) in the direction of the side facing away from the FSW tool (10) side of the weld (41) is promoted. In other words, that will
plastifizierte Material (40) unter Druck in Richtung der Stoßfuge verdrängt, so dass eine vollständige Bedeckung der Oberfläche des zweiten Bauteils (30) im Bereich der Schweißnaht (41) durch das plastifizierte Material (40) begünstigt wird. Die Anstellung des FSW-Werkzeugs unter dem zweiten Neigungswinkel (A2) ist auch für das displaced plasticized material (40) under pressure in the direction of the butt joint, so that a complete covering of the surface of the second component (30) in the region of the weld (41) by the plasticized material (40) is favored. The employment of the FSW tool under the second inclination angle (A2) is also for the
Schweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung günstig, um plastifiziertes Material in die Ausnehmung zu fördern . Die Materialanhäufung (24) kann gemäß dem Beispiel in Figuren 1 bis 3 sowie 6A bis 6C durch einen Überstand des ersten Bauteils (20) über die zum FSW-Werkzeug (10) gerichtete Außenoberfläche (32) des zweiten Bauteils (30) gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine A welding method according to the second aspect of the disclosure is effective to convey plasticized material into the recess. The material accumulation (24) can be formed according to the example in Figures 1 to 3 and 6A to 6C by a projection of the first component (20) via the FSW tool (10) directed outer surface (32) of the second component (30). Alternatively or additionally, a
Materialanhäufung (24) durch einen neben oder über der Stoßfuge angeordneten Streifen aus einem Zusatz-Werkstoff (25) gebildet sein (vergleiche Figuren 7A bis 7C) .  Material accumulation (24) by a arranged next to or above the butt joint strip of an additional material (25) may be formed (see Figures 7A to 7C).
Wie aus den Darstellungen in Figuren 6C und 7C As is apparent from the illustrations in FIGS. 6C and 7C
ersichtlich ist, kann plastifiziertes Material (40), das insbesondere aus der Materialanhäufung (24) neben oder über der Stoßfuge stammt, über die auf der Seite des FSW- Werkzeugs (10) gelegene Außenoberfläche (32) des ersten Bauteils (30) gefördert bzw. geformt werden. Hierdurch wird die Stoßkante (31) des ersten Bauteils (30) in die Schweißnaht (41) durch einen Makro-Formschluss (42b) an der zum FSW-Werkzeug (10) weisenden Außenoberfläche (32) und/oder im Übergangsbereich zwischen der Stoßkante (31) und der Außenoberfläche (32) eingebettet. Mit anderen Worten steht die Schweißnaht (41) über die Stoßkante (31) nach außen hin über. can be seen, plasticized material (40), which in particular comes from the accumulation of material (24) next to or above the butt joint, on the side of the FSW tool (10) located outer surface (32) of the first component (30) promoted or be shaped. As a result, the abutting edge (31) of the first component (30) is guided into the weld seam (41) by a macro-positive connection (42b) on the outer surface (32) facing the FSW tool (10) and / or in the transition region between the abutting edge (). 31) and the outer surface (32) embedded. In other words, the weld (41) protrudes outward beyond the abutting edge (31).
Die Höhe und Breite des Überstands der Schweißnaht (41) über die Außenoberfläche (32) kann durch die Form der Schulter (12), das Maß der Anstellwinkel (AI, A2), die Größe der Materialanhäufung (24) sowie die Rotation desThe height and width of the projection of the weld (41) over the outer surface (32) can be determined by the shape of the shoulder (12), the degree of angle (AI, A2), the amount of material accumulation (24) and the rotation of the
FSW-Werkzeugs (10) beeinflusst werden. Während Figuren 6C und 7C verhältnismäßig dicke Überstände auf der zum FSW- Werkzeug (10) weisenden Außenoberfläche (32) zeigen, ist in dem Beispiel von Figur 5 ein verhältnismäßig schmaler Überstand der Schweißnaht (41) dargestellt. In dem Beispiel von Figur 4 ist eine Schweißverbindung (50) ohne einen Überstand der Schweißnaht (41) über die zum FSW- Werkzeug weisende Außenoberfläche (32) gezeigt. Diese Form der Schweißnaht (41) kann erzeugt werden, wenn das FSW-Werkzeug so weit zugestellt wird, dass es zumindest punktuell die zweite Stoßkante (31) und/oder die FSW tool (10) are influenced. While FIGS. 6C and 7C show relatively thick protrusions on the outer surface (32) facing the FSW tool (10), in the example of FIG. 5 a relatively narrow projection of the weld seam (41) is shown. By doing Example of Figure 4 is shown a weld joint (50) without a projection of the weld (41) over the FSW tool facing outer surface (32). This shape of the weld (41) can be generated when the FSW tool is delivered so far that it at least selectively the second edge (31) and / or the
Außenoberfläche (32) des zweiten Bauteils (30) Outer surface (32) of the second component (30)
kontaktiert . contacted.
In dem Beispiel von Figuren 6A bis 6C sowie 1 bis 3 weist das erste Bauteil (20) eine deutlich größere Wandstärke auf als das zweite Bauteil (30) . Es erstreckt sich insbesondere noch zumindest ein Stück weit unterhalb der Stoßfuge in Richtung des zweiten Bauteils (30) . Der Schweißstift (11) ist derart ausgebildet und geführt, dass er während der Schweißbewegung zumindest die ganze Stoßkante (31) im Querschnitt überdeckt. Die In the example of FIGS. 6A to 6C and 1 to 3, the first component (20) has a significantly greater wall thickness than the second component (30). It extends in particular still at least a little way below the butt joint in the direction of the second component (30). The welding pin (11) is designed and guided such that it covers at least the entire abutting edge (31) in cross section during the welding movement. The
Eintauchtiefe des Schweißstifts (11) ist also größer als die Wandstärke des zweiten Bauteils. Der Schweißstift (11) kann gegebenenfalls ein Stück weit in beiden Immersion depth of the welding pin (11) is thus greater than the wall thickness of the second component. The welding pin (11) may possibly a piece in both
Richtungen über die Stoßkante (31) hinausragen. Durch die Rotation und Führung des Schweißstifts (11) wird somit auch ein Bereich des Materials des ersten Bauteils (20) unterhalb (von FSW-Werkzeug (10) abgewandte Seite) des zweiten Bauteils (30) plastifiziert . Durch die oben beschriebene Führung und Anstellung des FSW-Werkzeugs wird auch der unterhalb der Stoßfuge bzw. unterhalb des zweiten Bauteils (30) plastifizierte Bereich unter Druck gesetzt, so dass das plastifizierte Material auch dort gegen die Oberfläche des zweiten Bauteils (30) gefördert bzw. gepresst und ein deckendes Anhaften an der Directions beyond the abutting edge (31) protrude. As a result of the rotation and guidance of the welding pin (11), a region of the material of the first component (20) is also plasticized below (side facing away from FSW tool (10)) of the second component (30). The guidance and adjustment of the FSW tool described above also pressurize the area plasticized beneath the butt joint or below the second component (30) so that the plasticized material is also conveyed there against the surface of the second component (30) Pressed and a clinging adherence to the
Außenoberfläche (35) begünstigt werden. In Figuren 7A bis 7C ist eine alternative Outside surface (35) are favored. In Figures 7A to 7C is an alternative
Ausführungsvariante dargestellt. Hier weisen das erste Bauteil (20) und das zweite Bauteil (30) im Bereich der Stoßkanten (21, 31) im Wesentlichen übereinstimmende Wandstärken auf. Die Bauteile (20, 30) sind an bzw. in einer Bauteilaufnahme (61) angeordnet und gegebenenfalls gespannt. In der Bauteilaufnahme (61) ist weiterhin im Bereich unter der Stoßfuge eine Ausnehmung (65) Implementation variant shown. Here, the first component (20) and the second component (30) in the region of the abutting edges (21, 31) have substantially matching wall thicknesses. The components (20, 30) are arranged on or in a component receptacle (61) and optionally tensioned. In the component receptacle (61) is further in the area below the butt joint a recess (65)
vorgesehen, die zur Formung des Schweißwulstes dienen kann. Sie wird im Weiteren als Wulstformausnehmung (65) bezeichnet. Die Wulstformausnehmung (65) bildet auch eine Ausführungsvariante für die Ausnehmung (165) zur Formung einer Nahtüberhöhung gemäß dem zweiten Aspekt der provided, which can serve to form the Schweißwulstes. It is referred to below as Wulstformausnehmung (65). The Wulstformausnehmung (65) also forms a variant for the recess (165) for forming a seam superelevation according to the second aspect of the
Offenbarung, der weiter unten im Detail erläutert wird. Analog zu den obigen Ausführungen wird bei dem in Figuren 7A bis 7C dargestellten Vorgehen das FSW-Werkzeug (10) mit dem Schweißstift (11) in einem Bereich neben der Stoßfuge an das erste Bauteil (20) bzw. die Revelation, which is explained in detail below. Analogous to the above explanations, in the procedure illustrated in FIGS. 7A to 7C, the FSW tool (10) with the welding pin (11) in an area adjacent to the butt joint is attached to the first component (20)
Materialanhäufung (24) des Zusatz-Werkstoffs (25) angesetzt und unter Plastifizierung der Materialanhäufung (24) sowie des Materials des ersten Bauteils (20) eingetaucht. Wie aus der Darstellung in Figur 7B Material accumulation (24) of the additional material (25) recognized and immersed in plasticizing the accumulation of material (24) and the material of the first component (20). As shown in Figure 7B
hervorgeht, kann ein Teil des plastifizierten Materials (40) durch die Bewegung des FSW-Werkzeugs (10) in die Wulstformausnehmung (65) gefördert werden, was durch eine noch weitere Zustellung des FSW-Werkzeugs und/oder die Anstellung des FSW-Werkzeugs um den zweiten As can be seen, a portion of the plasticized material (40) by the movement of the FSW tool (10) can be promoted in the bead recess (65), which by further delivery of the FSW tool and / or the employment of the FSW tool the second
Neigungswinkel (A2) noch verstärkt werden kann. Das plastifizierte Material (40) kann während der Tilt angle (A2) can be increased. The plasticized material (40) can during the
Schweißbewegung durch die Wulstformausnehmung (65) und die oben beschriebene Förderwirkung in Richtung der vom FSW-Werkzeug (10) abgewandten Außenoberfläche (35) gefördert bzw. geformt werden, um dort einen Überstand zu bilden und die Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) durch Makro-Formschluss (42b) einzubetten. Figuren 8A bis 8C zeigen bevorzugte Ausführungsvarianten eines Rührreibschweiß-Werkzeugs (10) (FSW-Werkzeug) gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Schweißstift (11) des FSW-Werkzeugs (10) hat bevorzugt eine konische Grundform, wobei der Öffnungswinkel im Wesentlichen dem ersten Welding movement through the bead mold recess (65) and the conveying action described above in the direction of the FSW tool (10) facing away from outer surface (35) are promoted or formed to form there a supernatant and to embed the abutting edge (31) of the second component (30) by macro-positive fit (42 b). FIGS. 8A to 8C show preferred embodiments of a friction stir welding tool (10) (FSW tool) according to the present disclosure. The welding pin (11) of the FSW tool (10) preferably has a conical basic shape, wherein the opening angle substantially to the first
Neigungswinkel (AI) entspricht. Ferner weist die Schulter (12) des FSW-Werkzeugs (10) bevorzugt eine konkave Form auf. Zwischen der Schulter (12) und der Mantelfläche (17) des Schweißstifts (11) kann bevorzugt ein Winkel von 90 Winkelgrad oder weniger vorgesehen sein. Durch diese Formgebungen werden jeweils die o.g. Förderwirkungen auf das plastifizierte Material (40) erzeugt bzw. verstärkt. Inclination angle (AI) corresponds. Furthermore, the shoulder (12) of the FSW tool (10) preferably has a concave shape. Between the shoulder (12) and the lateral surface (17) of the welding pin (11) may preferably be provided an angle of 90 degrees or less. Due to these shapes, the o.g. Promotional effects on the plasticized material (40) generated or amplified.
Der Schweißstift (11) ist bevorzugt aus einem Material mit einer solchen Festigkeit und Belastbarkeit gefertigt, dass er mit marktüblichen Standzeiten einer Bearbeitung der zweiten Stoßkante (31) standhält. Hierfür ist The welding pin (11) is preferably made of a material having such a strength and resilience that it withstand market normal service life of a processing of the second abutting edge (31). For this is
beispielsweise eine Wolfram-Rhenium-Legierung geeignet. For example, a tungsten-rhenium alloy suitable.
Der Schweißstift (11) kann durch verschiedene The welding pin (11) can by different
Ausbildungsmerkmale dazu beitragen, in der Stoßkante (31) Aufrauhungen oder Aufrisse (36) zu bilden und/oder die Förderwirkung auf das plastifizierte Material und Formation features contribute to forming rugosities or elevations (36) in the abutting edge (31) and / or the conveying effect on the plasticized material and
insbesondere das Einbringen des plastifizierten Materials in die Aufrauhungen oder Aufrisse (36) zu begünstigen. Gemäß der Darstellung in Figur 8A kann der Schweißstift (11) zumindest auf der Mantelfläche (17) ring- oder spiralförmig angeordnete Reib- oder Schneidflächen (15) aufweisen. Ferner kann der Schweißstift (11) eine, zwei oder mehr Längs-Riefen (16) in der Mantelfläche (17) aufweisen. Die Längs-Riefen (16) können eine Neigung zur Drehrichtung hin haben, sodass eine anteilige in particular to promote the introduction of the plasticized material in the roughening or elevations (36). According to the illustration in FIG. 8A, the welding pin (11) can have friction or cutting surfaces (15) disposed annularly or spirally at least on the lateral surface (17). Furthermore, the welding pin (11) may have one, two or more longitudinal grooves (16) in the lateral surface (17). The longitudinal grooves (16) may have an inclination to the direction of rotation, so that a proportionate
Förderwirkung in Richtung der Spitze des Schweißstiftes (11) erzeugt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt, der mit den vorgenannten Ausbildungsmerkmalen kombinierbar ist, kann der Promotional effect is generated in the direction of the tip of the welding pin (11). According to a further aspect, which can be combined with the aforementioned training features, the
Schweißstift (11) eine im Längsschnitt durch die Welding pin (11) in a longitudinal section through the
Rotationsachse konkave Außenkontur (13) aufweisen (vgl. Figur 8B) . Die konkave Außenkontur (13) kann zumindest einen Randabschnitt aufweisen, der während des Have rotational axis concave outer contour (13) (see Figure 8B). The concave outer contour (13) may have at least one edge portion which during the
Schweißvorgangs die Stoßkantenfläche (33) des zweiten Bauteils (30) verformt. Dabei kann insbesondere der Übergang zwischen der zum FSW-Werkzeug weisenden  Welding process, the abutting edge surface (33) of the second component (30) deformed. In particular, the transition between pointing to the FSW tool
Außenoberfläche (32) und der Stoßkantenfläche (33) derart verformt werden, dass der Makro-Formschluss (42b) an diesem Übergangsbereich verstärkt wird (vgl. Outer surface (32) and the abutting edge surface (33) are deformed such that the macro-positive connection (42 b) is reinforced at this transition region (see.
Schnittdarstellung in Figur 9) . Sectional view in Figure 9).
Die Bildung von Aufrauhungen oder Aufrissen (36) kann weiterhin in dem Schweißverfahren unterstützt werden, indem die Anpresskraft (FN) des Schweißstiftes (11) gegen die zweite Stoßkante (31) aufrechterhalten oder The formation of rugosities or cracks (36) can be further assisted in the welding process by maintaining the contact force (FN) of the welding pin (11) against the second abutting edge (31) or
eingestellt wird. is set.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die (momentan aufgebrachte oder wirksame) Anpresskraft (FN) gegen die zweite Stoßkante (31) erfasst werden, beispielsweise durch einen Kraft- oder Momentensensor an der According to another alternative, the (currently applied or effective) contact pressure (FN) against the second abutting edge (31) are detected, for example by a force or torque sensor on the
Bauteilaufnahme und/oder durch eine Kraft- oder Momenten- Messung im FSW-Werkzeug (10) oder einem das FSW-Werkzeug (10) führenden Manipulator (62) . Component recording and / or by a force or moment measurement in the FSW tool (10) or a FSW tool (10) leading manipulator (62).
Weiterhin kann die Höhe der Anpresskraft (FN) des Furthermore, the height of the contact force (FN) of the
Schweißstifts (11) gegen die zweite Stoßkante (31) auf eine Soll-Kraft geregelt werden. Die Soll-Kraft kann in Abhängigkeit von der Kontur der Bauteile (20, 21) lokal unterschiedlich vorgegeben sein. Welding pin (11) against the second abutting edge (31) are controlled to a desired force. The desired force can be specified locally differently depending on the contour of the components (20, 21).
Eine weitere Möglichkeit zur Unterstützung der Bildung von Aufrauhungen oder Aufrissen (36) , die alternativ oder zusätzlich zu der Kraftmessung oder Kraftregelung Another way to support the formation of ruffles or elevations (36), the alternative or in addition to the force measurement or force control
vorgesehen sein kann, besteht in der Erfassung und gegebenenfalls Regelung einer Kontaktierung zwischen dem Schweißstift (11) an dem FSW-Werkzeug (10) und der zweiten Stoßkante (31) . Es kann insbesondere ein can be provided, consists in the detection and optionally regulating a contact between the welding pin (11) on the FSW tool (10) and the second abutting edge (31). It can in particular a
Kontaktierungssensor (63) an dem zweiten Bauteil (30) angeordnet oder mit diesem in Kontakt gebracht sein (vgl. Fig. 1 und 9), um aus dem Kontakt mit dem Schweißstift (11) resultierende Parameter zu erfassen. Zu diesen Contacting sensor (63) may be arranged on the second component (30) or brought into contact therewith (see Figures 1 and 9) in order to detect parameters resulting from contact with the welding pin (11). To this
Parametern können insbesondere Vibrationen gehören, deren Frequenz und/oder Amplitude messbar ist. Dementsprechend kann ein Kontaktierungssensor als Schwingungssensor (63) ausgebildet sein. Alternativ sind beliebige andere Parameters may include, in particular, vibrations whose frequency and / or amplitude can be measured. Accordingly, a contacting sensor can be designed as a vibration sensor (63). Alternatively, any others
Messverfahren zur Erfassung der Vorliegens und/oder der Stärke einer Kontaktierung zwischen dem Schweißstift (11) und der zweiten Stoßkante (31) möglich. Die Stärke der Kontaktierung kann insbesondere auf eine Soll- Kontaktierungsstärke geregelt werden. Figur 8C zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Measuring method for detecting the presence and / or the strength of a contact between the welding pin (11) and the second abutting edge (31) possible. The strength of the contacting can be regulated in particular to a desired contacting strength. FIG. 8C shows a further embodiment of the invention
Schweißstifts (11), die mit den oben genannten Aspekten kombiniert oder für sich allein vorgesehen sein kann. Am distalen Ende des Schweißstifts (11) ist eine sich in Radialrichtung erstreckende und über die Mantelfläche (17) des Schweißstifts (11) überstehende Reib- oder Welding pin (11), which may be combined with the above aspects or provided on its own. At the distal end of the welding pin (11) is a radially extending and beyond the lateral surface (17) of the welding pin (11) protruding friction or
Schneidkontur (18) angeordnet. Wie aus der Cutting contour (18) arranged. Like from the
Beispieldarstellung in Figur 8C hervorgeht, kann diese Reib- oder Schneidkontur (18) während des Schweißvorgangs mit der vom FSW-Werkzeug (10) abgewandten Außenoberfläche (35) des zweiten Bauteils (30) in Kontakt gebracht werden, um auch dort eine zusätzliche Aufrauhung oder einen zusätzlichen Aufriss (37) zu erzeugen. Aufgrund der oben genannten Förderwirkung auf das plastifizierte As shown in FIG. 8C, this friction or cutting contour (18) can be brought into contact with the outer surface (35) of the second component (30) facing away from the FSW tool (10) during the welding process in order to provide additional roughening there as well to create an additional elevation (37). Due to the above-mentioned conveying effect on the plasticized
Material (40) kann auch diese zusätzliche Aufrauhung oder der zusätzliche Aufriss (37) zur Bildung eines Makro- Formschlusses (42b) aufgefüllt werden (vgl. Material (40) can also be this additional roughening or the additional elevation (37) to form a macro-form closure (42b) are filled (see.
Schnittdarstellung in Figur 9) . Sectional view in Figure 9).
Figur 10 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung zur FIG. 10 shows a processing device for
Durchführung eines Rührreibschweißverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die BearbeitungsvorrichtungPerforming a friction stir welding process according to the present disclosure. The processing device
(60) umfasst eine Bauteilaufnahme (61), die (60) comprises a component receptacle (61), the
beispielsweise gemäß den obigen Erläuterungen oder der nachfolgenden Beschreibung zum zweiten Aspekt der For example, according to the above explanations or the following description of the second aspect of
Offenbarung ausgebildet sein kann. Die BauteilaufnahmeRevelation can be trained. The component holder
(61) kann insbesondere eine Wulstformausnehmung (65) aufweisen . (61) may in particular have a bead-shaped recess (65).
Die Bearbeitungsvorrichtung (60) umfasst ferner einen Manipulator (62), der bevorzugt als ein 6- oder 7- achsiger Industrieroboter ausgebildet ist. Der Manipulator (62) führt ein FSW-Werkzeug (10), das bevorzugt gemäß einer der oben genannten Varianten ausgebildet ist. The processing device (60) further comprises a manipulator (62), which is preferably designed as a 6- or 7-axis industrial robot. Of the Manipulator (62) performs a FSW tool (10), which is preferably formed according to one of the above variants.
Die Bauteilaufnahme (61) ist dazu ausgebildet, das erste Bauteil (20) und das zweite Bauteil (30) aufzunehmen und zu positionieren. Die Bauteilaufnahme (61) kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. The component receptacle (61) is designed to receive and position the first component (20) and the second component (30). The component receptacle (61) can be made in one or more parts.
Die Bearbeitungsvorrichtung (60) umfasst eine Steuerung (64), insbesondere eine Manipulatorsteuerung, die dazu ausgebildet ist, ein Rührreibschweißverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Die The processing device (60) comprises a controller (64), in particular a manipulator control, which is designed to carry out a friction stir welding process according to the present disclosure. The
Bearbeitungsvorrichtung (60) kann bevorzugt den oben genannten Kontaktierungssensor (63) umfassen, der Processing device (60) may preferably comprise the above-mentioned contacting sensor (63), which
bevorzugt mit der Steuerung (64) verbunden ist. Ferner können in der Steuerung (64) Anweisungen enthalten sein, um die Stärke der Kontaktierung und/oder die Höhe der Anpresskraft (FN) in Abhängigkeit von dem Messergebnis des Kontaktierungssensors (63) zu regeln. is preferably connected to the controller (64). Further, instructions may be included in the controller (64) to control the strength of the contact and / or the amount of contact force (FN) in response to the measurement result of the contactor (63).
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Kraft- oder Momentensensor (66) an der Bearbeitungsvorrichtung (60) und/oder an dem Manipulator (62) vorgesehen sein, um die Anpresskraft (FN) des Schweißstifts gegen die zweite Stoßkante (31) zu erfassen. In der Steuerung (64) können Anweisungen zur Regelung des Schweißverfahrens und insbesondere der Anpresskraft (FN) in Abhängigkeit von dem Messergebnis des mindestens ein Kraft- oder Alternatively or additionally, at least one force or moment sensor (66) may be provided on the processing device (60) and / or on the manipulator (62) in order to detect the contact force (FN) of the welding pin against the second abutting edge (31). In the controller (64) instructions for controlling the welding process and in particular the contact pressure (FN) depending on the measurement result of at least one force or
Momentensensors (66) vorliegen. Aus den Messergebnissen des Kontaktierungssensors (63) und/oder des Kraft- oder Momentensensors (66) können ggfs. Rückschlüsse über das plastifizierte Material (40) gezogen werde, beispielsweise hinsichtlich dessen Moment sensors (66) are present. From the measurement results of Kontaktierungssensors (63) and / or the force or torque sensor (66) conclusions as appropriate about the plasticized material (40) can be drawn, for example, in terms
Duktilität und Viskosität. Ductility and viscosity.
Die Bearbeitungsvorrichtung (60) bzw. der Manipulator (62) und dessen Steuerung können alternativ oder The processing device (60) or the manipulator (62) and its control can alternatively or
zusätzlich dazu ausgebildet sein, das additionally be designed to
Rührreibschweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung auszuführen. In einem solchen Fall kann die Bearbeitungsvorrichtung (60) ein Trennmittel umfassen, mit dem eine Nahtüberhöhung (144) nach dem Herstellen einer Schweißverbindung (150) teilweise oder vollständig abtrennbar ist. Das Trennmittel kann beispielsweise eine Fräs- oder SchleifVorrichtung oder ein von einem  Friction friction welding method according to the second aspect of the disclosure. In such a case, the processing device (60) may include a release means with which a seam overhang (144) may be partially or completely severed after making a weld joint (150). The release agent may, for example, a milling or grinding device or one of a
Manipulator geführtes Fräs- oder Schleifwerkzeug sein. Die Bauteilaufnahme (61, 161) kann einen separaten  Manipulator be guided milling or grinding tool. The component holder (61, 161) can be a separate
Abschnitt aufweisen, der die Ausnehmung (65, 165) umfasst und ggfs. die direkt neben der Stoßkante liegenden Section having the recess (65, 165) and, if necessary. The lying directly adjacent to the abutting edge
Bereiche der Bauteile (20, 30, 120, 130) während desAreas of the components (20, 30, 120, 130) during the
Schweißvorgangs stützt, sowie einen oder mehrere weitere Abschnitte, die zum Positionieren und Spannen der Welding supports, as well as one or more other sections that are used for positioning and clamping the
Bauteile (20, 30, 120, 130) dienen. Der Abschnitt mit der Ausnehmung (65, 165) kann nach der Herstellung der Components (20, 30, 120, 130) are used. The section with the recess (65, 165) can after the production of the
Schweißnaht (141) entfernt werden, um einen Zugang zu der vom FSW-Werkzeug abgewandten Seite (25, 35, 125, 135) zu ermöglichen und das vorgenannte Trennmittel in Eingriff mit der Nahtüberhöhung zu bringen. Weld (141) are removed to allow access to the side facing away from the FSW tool side (25, 35, 125, 135) and to bring the aforementioned release agent into engagement with the seam exaggeration.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren IIA bis 15 Ausführungsvarianten des Schweißverfahrens und der Bauteilaufnahmen gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung erläutert. Die Erläuterung erfolgt zunächst unabhängig von dem ersten Aspekt der Offenbarung. Nachfolgend werden vorteilhafte Kombinationen der Aspekte beschrieben. Soweit dargestellte Elemente und Strukturen Hereinafter, with reference to the figures IIA to 15 embodiments of the welding method and the Component receptacles according to the second aspect of the disclosure explained. The explanation will be made initially independently of the first aspect of the disclosure. Hereinafter, advantageous combinations of aspects will be described. As far as illustrated elements and structures
Übereinstimmung mit den oben erläuterten Figuren 1 bis 10 haben, wurden dieselben Bezugszeichen mit vorangestellter Ziffer 1 verwendet, bspw. Bauteile 20 -> 120, 30 -> 130. Soweit nicht anders definiert, gelten alle zu dem ersten Aspekt der Offenbarung gezeigten oder beschriebenen  Corresponding to FIGS. 1 to 10 explained above, the same reference numerals have been used with prefixed numeral 1, for example components 20 -> 120, 30 -> 130. Unless defined otherwise, all shown or described for the first aspect of the disclosure
Merkmale entsprechend für den zweiten Aspekt der Features corresponding to the second aspect of
Offenbarung . Epiphany .
Bei dem Rührreibschweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung können Bauteile (120, 130) mit gleichen oder unterschiedlichen Materialien verbunden werden. Das schließt die gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung definierten und andere Materialkombinationen ein. Es können insbesondere Materialien mit gleichem oder In the friction stir welding method according to the second aspect of the disclosure, components (120, 130) may be connected to the same or different materials. This includes those defined in the first aspect of the disclosure and other combinations of materials. In particular, materials with the same or
ähnlichem Schmelzpunkt genutzt werden und während der Herstellung der FSW-Schweißverbindung können die similar melting point can be used and during the production of the FSW welded joint, the
Materialien der Bauteile (120, 130) sowie ggfs. einer zusätzlichen Materialanhäufung plastifiziert und  Materials of the components (120, 130) and, if necessary, an additional accumulation of material plasticized and
miteinander verrührt werden. Die Materialanhäufung kann gebildet sein, insbesondere in Analogie zu den obigen Ausführungen. be stirred together. The material accumulation can be formed, in particular in analogy to the above statements.
Besonders bevorzugt kann das Rührreibschweißverfahren zum Verbinden von Blechen, Platten oder Stegen mit im Particularly preferably, the friction stir welding method for joining sheets, plates or webs with in
Wesentlichen übereinstimmender und insbesondere gleicher Wandstärke genutzt werden. Allerdings kann im Bereich des Stumpf-Stoßes eine Materialverdickung bei zumindest einem der Bauteile (120, 130) zur Bildung einer Substantially matching and in particular the same wall thickness can be used. However, in the area of Butt-joint a material thickening in at least one of the components (120, 130) to form a
Materialanhäufung gebildet sein. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann eine Materialanhäufung durch einen  Material accumulation be formed. Again alternatively or additionally, a material accumulation by a
Zusatz-Werkstoff gebildet sein. Die Materialanhäufung ist aus Gründen der vereinfachten Darstellung in Figuren IIA bis 15 nicht gezeigt. Be formed additional material. The accumulation of material is not shown for reasons of simplified illustration in Figures IIA to 15.
Figuren IIA bis HC zeigen zwei Bauteile (120, 130) und eine Bauteilaufnahme (161) im Querschnitt. Jedes der Bauteile (120, 130) weist eine Stoßkante (121, 131) auf und die Bauteile sind zur Bildung eines Stumpfstoßes relativ zueinander positioniert. Zwischen den Stoßkanten (121, 131) ist eine Stoßfuge gebildet. In der Figures IIA to HC show two components (120, 130) and a component receptacle (161) in cross section. Each of the components (120, 130) has a butt edge (121, 131) and the components are positioned relative to each other to form a butt joint. Between the abutting edges (121, 131) a butt joint is formed. In the
Bauteilaufnahme (161) ist im Querschnitt neben der Component receptacle (161) is in cross section next to
Stoßfuge bzw. neben dem Verlauf des Stumpfstoßes eineButt joint or next to the course of the butt joint a
Ausnehmung (165) gebildet. Die Ausnehmung kann auch als Vertiefung bezeichnet werden. Sie schafft einen Recess (165) formed. The recess can also be referred to as a recess. She creates one
zusätzlichen und zumindest bereichsweise begrenzten Raum neben der Stoßfuge (auf der vom FSW-Werkzeug abgewandten Seite) . additional and at least partially limited space next to the butt joint (on the side facing away from the FSW tool).
Die Bauteilaufnahme (161) ist auf derjenigen Seite bzw. Außenoberfläche (125,135) der Bauteile angeordnet, die von dem FSW-Werkzeug (110) abgewandt ist. Diese Seiten bzw. Außenoberflächen stellen später gegebenenfalls die Sichtseite dar. Die zu dem FSW-Werkzeug (110) zugewandten Seiten bzw. Außenoberflächen (122,132) werden auch als Bearbeitungsseite bezeichnet. The component receptacle (161) is disposed on the side or outer surface (125,135) of the components, which faces away from the FSW tool (110). These sides or outer surfaces may later represent the visible side. The sides or outer surfaces (122, 132) facing the FSW tool (110) are also referred to as the machining side.
Bei dem Rührreibschweißverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung kann grundsätzlich ein beliebiges FSW- Werkzeug (110) verwendet werden. Es kann insbesondere das oben beschriebene FSW-Werkzeug gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung sein. Der Schweißstift (111) wird in eine Rotationsbewegung versetzt und mit der Außenoberfläche (122, 132) zumindest eines der Bauteile (120,130) inIn the friction stir welding method according to the second aspect of the disclosure, basically any FSW Tool (110) can be used. In particular, it may be the FSW tool described above according to the first aspect of the disclosure. The welding pin (111) is set in a rotational movement and with the outer surface (122, 132) at least one of the components (120,130) in
Kontakt gebracht. In dem Beispiel von Figur IIA wird der Schweißstift (111) im Wesentlichen mittig an die Stoßfuge zugestellt, so dass er die Oberflächen (122, 132) beider Bauteile (120, 130) kontaktiert. Durch die Rotation des Schweißstifts (111) wird Brought in contact. In the example of FIG. 11A, the welding pin (111) is delivered substantially centrally to the butt joint, so that it contacts the surfaces (122, 132) of both components (120, 130). By the rotation of the welding pin (111) is
Reibungswärme in dem mindestens einen Bauteil (120, 130) erzeugt, wodurch das Material des zumindest einen  Friction heat generated in the at least one component (120, 130), whereby the material of the at least one
Bauteils (120, 130) plastifiziert wird. Der SchweißstiftComponent (120, 130) is plasticized. The welding pin
(111) wird mit fortschreitender Plastifizierung in einer im Wesentlichen in Axialrichtung des Schweißstifts (111) gerichteten Bewegung, bzw. in einer im Wesentlichen senkrecht zu der Außenoberfläche (122, 132) der Bauteile (120, 130) gerichteten Bewegung in das Material (111) becomes in the material in a substantially in the axial direction of the welding pin (111) directed movement or in a substantially perpendicular to the outer surface (122, 132) of the components (120, 130) directed movement with the plasticization
eingetaucht, wobei auch weiter innen liegende immersed, being also more inward
Materialbereiche plastifiziert werden. Material areas are plasticized.
Die Eintauchbewegung des Schweißstifts (111) bzw. des FSW-Werkzeugs (110) kann zumindest so weit erfolgen, dass eine neben dem Schweißstift (111) angeordnete The immersion movement of the welding pin (111) or of the FSW tool (110) can at least take place so far that one adjacent to the welding pin (111) arranged
Schweißschulter (112) in Kontakt mit zumindest einer Außenoberfläche (122, 132) eines der Bauteile (120, 130) gelangt. Besonders bevorzugt kann die SchweißschulterWelding shoulder (112) comes into contact with at least one outer surface (122, 132) of one of the components (120, 130). Particularly preferred may be the weld shoulder
(112) in Kontakt mit den Außenoberflächen (122, 132) beider Bauteile (120, 130) gelangen. Die Schweißschulter (112) kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Sie kann teilweise oder vollständig in eine Rotationsbewegung versetzt sein, die insbesondere mit der Rotationsbewegung des Schweißstifts (111) (112) come into contact with the outer surfaces (122, 132) of both components (120, 130). The welding shoulder (112) can be formed in one or more parts. It may be partially or completely offset in a rotational movement, in particular with the rotational movement of the welding pin (111).
übereinstimmt. Alternativ können unterschiedliche matches. Alternatively, different
Rotationsbewegungen, insbesondere Rotational movements, in particular
Rotationsgeschwindigkeiten, einerseits für den Rotation speeds, on the one hand for the
Schweißstift (111) und andererseits für einen oder alle Bestandteile der Schweißschulter (112) vorgesehen sein. Nachfolgend wird vereinfachend davon ausgegangen, dass eine einteilige Schweißschulter (112) vorliegt, die in Übereinstimmung mit dem Schweißstift (111) rotiert. Welding pin (111) and on the other hand be provided for one or all components of the welding shoulder (112). For the sake of simplification, it is assumed below that there is a one-piece welding shoulder (112) which rotates in accordance with the welding pin (111).
Zwischen der Schweißschulter (112) und dem mindestens einen Bauteil (120, 130) kann während der Herstellung der Schweißverbindung ein Reibkontakt bestehen, der ebenfalls zur Plastifizierung beiträgt. Das FSW-Werkzeug (110) wird entlang der Stoßfuge, d.h. entlang dem Verlauf des Between the welding shoulder (112) and the at least one component (120, 130), a frictional contact can exist during the production of the welded joint, which also contributes to the plasticization. The FSW tool (110) is moved along the butt joint, i. along the course of the
Stumpf-Stoßes bewegt. Dabei wird weiteres Material des mindestens einen Bauteils (120, 130) plastifiziert und um den Schweißstift (111) gefördert, so dass sich hinter der Bewegungsbahn des Schweißwerkzeugs (110) eine aus dem plastifizierten Material (140) geformte Schweißnaht (141) bildet . Butt-kick moves. In this case, further material of the at least one component (120, 130) is plasticized and conveyed around the welding pin (111) so that a weld seam (141) formed from the plasticized material (140) forms behind the movement path of the welding tool (110).
Ein Teil des plastifizierten Materials (140) wird ferner in die Ausnehmung (165) gefördert und dort zur Bildung einer Nahtüberhöhung (144) geformt. Die Förderwirkung auf das plastifizierte Material in Richtung zu der Ausnehmung (165) kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst bzw. verstärkt sein, insbesondere durch eine Struktur des Schweißstifts (111), einen Anpressdruck der A portion of the plasticized material (140) is further conveyed into the recess (165) and formed there to form a seam bump (144). The conveying effect on the plasticized material in the direction of the recess (165) can be influenced or reinforced by various factors, in particular by a structure of the Welding pin (111), a contact pressure of
Schweißschulter (112) in Richtung der Bauteile (120, 130), die Formgebung der Schweißschulter (112) sowie eine Neigung (Nl, N2) des FSW-Werkzeugs (110) bzw. der Welding shoulder (112) in the direction of the components (120, 130), the shape of the weld shoulder (112) and a slope (Nl, N2) of the FSW tool (110) and the
Schweißschulter (112). Welding shoulder (112).
Die Formgebung der Nahtüberhöhung basiert im Wesentlichen auf einem Anlagekontakt zwischen dem plastifizierten Material (140) und einem Oberflächenbereich der The shaping of the seam superelevation is based essentially on an abutting contact between the plasticized material (140) and a surface area of the surface
Ausnehmung (165) . Dementsprechend kann durch die Vorgabe des Profils, insbesondere der Querschnittsform der Recess (165). Accordingly, by specifying the profile, in particular the cross-sectional shape of the
Ausnehmung (165) teilweise oder vollständig die zu erreichende Form der Nahtüberhöhung (144) definiert werden. Die Ausnehmung (165) kann insbesondere als Recess (165) partially or completely defined to be reached form of seam exaggeration (144). The recess (165) can in particular as
Negativform einer erwünschten Nahtüberhöhung ausgebildet sein. Be formed negative mold a desired seam elevation.
In dem Beispiel von Figuren IIA bis HC ist eine In the example of Figures IIA to HC is a
Querschnittsform der Ausnehmung (165) gewählt, die sowohl eine Überstandsbreite (b) als auch eine ÜberstandshöheSelected cross-sectional shape of the recess (165), both a projection width (b) and a supernatant height
(h) der Nahtüberhöhung (144) vorgibt und welche die Form der Nahtüberhöhung vollständig vorgeben soll, (h) specifies the seam superelevation (144) and which is to completely specify the shape of the seam superelevation,
insbesondere wenn die Ausnehmung (165) vollständig mit plastifiziertem Material gefüllt wird. Weiter unten werden alternative Formen bzw. Profile der Ausnehmungin particular if the recess (165) is completely filled with plasticized material. Below are alternative forms or profiles of the recess
(165) erläutert. Wie in Figur HB dargestellt, kann die Eintauchtiefe des Schweißstifts (111) so groß gewählt werden, dass dessen Spitze eine Höhenlinie (HO) der Oberflächen (125, 135) der Bauteile (120, 130) auf der Sichtseite erreicht oder überschreitet. Die Eintauchtiefe ist bevorzugt derart gewählt, dass der Schweißstift (111) nicht den Grund der Ausnehmung (165) kontaktiert, um Beschädigungen am FSW- Werkzeug (110) und der Bauteilaufnahme (165) zu (165) explains. As shown in FIG. HB, the insertion depth of the welding pin (111) can be selected to be so great that its tip reaches or exceeds a contour line (HO) of the surfaces (125, 135) of the components (120, 130) on the visible side. The immersion depth is preferably such that the welding pin (111) does not contact the bottom of the recess (165) to damage the FSW tool (110) and the component holder (165)
vermeiden . Die Nahtüberhöhung (144) kann in verschiedener Weise genutzt werden. Figur 15 zeigt eine Schrägansicht auf die Sichtseite (125, 135) der Bauteile (120, 130) nach der Herstellung der FSW-Schweißverbindung (150). Im linken oberen Bereich ist ein Zustand der Schweißverbindung (150) gezeigt, bei dem die Nahtüberhöhung (144) als avoid. The seam elevation (144) can be used in various ways. FIG. 15 shows an oblique view of the visible side (125, 135) of the components (120, 130) after the manufacture of the FSW welded connection (150). In the upper left-hand area, a state of the welded connection (150) is shown in which the seam superelevation (144) is shown as
Profilüberstand an den Bauteilen (120,130) verbleibt. Die Nahtüberhöhung kann über den Verlauf der Schweißnaht ein einheitliches Profil haben. Alternativ können  Profile protrusion on the components (120,130) remains. The seam superelevation can have a uniform profile over the course of the weld. Alternatively you can
verschiedene Profile der Nahtüberhöhung in verschiedenen Bereichen der Schweißnaht erzeugt werden, insbesondere durch entsprechend unterschiedliche Formen der Ausnehmung und/oder unterschiedliche Nachbearbeitung. In dem different profiles of the seam superelevation in different areas of the weld are generated, in particular by correspondingly different shapes of the recess and / or different post-processing. By doing
Beispiel links oben in Figur 15 sind rein schematisch zwei abwechselnde Profile gezeigt. Die äußeren und etwas stärker gegenüber der Grundfläche erhöhten Profilformen sind bspw. durch eine Ausnehmung (165) mit einer In the example on the top left in FIG. 15, two alternating profiles are shown purely schematically. The outer and slightly more profiled shapes relative to the base are, for example, by a recess (165) with a
Querschnittsform gemäß Figuren IIA bis HC erzeugt, wobei durch eine Steuerung der Wärme-Zufuhr und/oder Abfuhr die Bildung von Nahtfehlern vermieden ist. Dazwischen ist ein Abschnitt mit einer etwas niedrigeren Höhe (h) der Cross-sectional shape according to Figures IIA to HC generated, wherein the formation of suture defects is avoided by controlling the heat supply and / or discharge. In between, a section with a slightly lower height (h) is the
Nahtüberhöhung (144) . Hier wurde auf eine Steuerung der Wärme Zufuhr und/oder Abfuhr verzichtet oder eine solche Steuerung vorgesehen, dass ein Kissing Bond (145) zugelassen oder gezielt erzeugt ist. Der in Figur 15 links oben gezeigte Wechsel zwischen den Profilformen der Nahtüberhöhung (144) stellt ein Beispiel für die Erzeugung von Soll-Bruchstellen (Vermischungs-Fehlstellen / bspw. Kissing Bond 145) im Verlauf der Schweißnaht bzw. der Nahtüberhöhung (144) dar, was weiter unten ergänzend erläutert wird. Daneben (rechts unten) ist in Figur 15 ein Bereich gezeigt, in dem die Nahtüberhöhung (144) nach der Seam elevation (144). In this case, control of the heat supply and / or discharge has been dispensed with or such a control is provided that a kissing bond (145) is permitted or specifically produced. The change between the profile shapes of the seam superelevation (144), shown at the top left in FIG. 15, represents an example of the Generation of desired break points (mixing defects / Kissing Bond 145, for example) in the course of the weld or the seam exaggeration (144), which will be explained in more detail below. Next to it (bottom right) is shown in FIG. 15 an area in which the seam superelevation (144) after the
Herstellung der Schweißnaht (141) abgetrennt worden ist. Das Abtrennen kann auf beliebige Weise erfolgen, Production of the weld (141) has been separated. The separation can be done in any way
insbesondere durch ein spanabhebendes Verfahren oder ein Schleif erfahren und eines der vorgenannten Trennmittel. in particular by a machining process or a grinding experienced and one of the aforementioned release agent.
Besonders bevorzugt können die Überstandshöhe (h) Particularly preferably, the supernatant height (h)
und/oder die Überstandsbreite (b) derart vorgegeben sein, dass das Abtrennen der Nahtüberhöhung (144) in einem einzigen Bearbeitungsschritt erfolgen kann. Figur HC zeigt eine Schnittdarstellung der Schweißnaht (141) vor bzw. ohne Abtrennen der Nahtüberhöhung (144) . In dem vergrößert dargestellten Ausschnitt der and / or the projection width (b) be predetermined such that the separation of the seam superelevation (144) can take place in a single processing step. FIG. HC shows a sectional view of the weld seam (141) before or without severing the seam protuberance (144). In the enlarged section of the
Nahtüberhöhung (144) ist eine Vermischungs-Fehlstelle beispielhaft in der Form eines sogenannten Kissing Bond (145) gezeigt. Dort sind die plastifizierten Materialen der Bauteile (120, 130) und etwaig eines Zusatz- Werkstoffs nicht oder nicht vollständig verrührt worden, beispielsweise weil ein Erstarren an der Oberfläche des plastifizierten Materials (140) zu früh aufgetreten ist. Derartige Vermischungs-Fehlstellen können eine Anriss- Wirkung haben und die mechanische Belastbarkeit der Seam exaggeration (144), a mixing defect is exemplified in the form of a so-called kissing bond (145). There, the plasticized materials of the components (120, 130) and any additional material have not or not completely stirred, for example, because a solidification on the surface of the plasticized material (140) has occurred too early. Such mixing defects can have a tear effect and the mechanical strength of the
Schweißstelle vermindern. Bei mechanisch belasteten Reduce weld. For mechanically loaded
Schweißverbindungen wird daher angestrebt, derartige Fehlstellen zu vermeiden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können Welded joints is therefore desired to avoid such defects. According to the present disclosure
unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen sein, um different measures should be provided to
Vermischungs-Fehlstellen oder andere Oberflächenfehler in der fertigen Schweißnaht zu vermeiden. Weiter unten werden Anwendungsfälle beschrieben, in denen Fehlstellen in zumindest Teilbereichen der Schweißnaht (141) geduldet oder erwünscht sind. To avoid mixing defects or other surface defects in the finished weld. Below are described applications in which defects in at least portions of the weld (141) are tolerated or desired.
Zur Beeinflussung der Bildung von Fehlstellen kann an oder in der Bauteilaufnahme (161) eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (167) vorgesehen sein. Diese kann dazu dienen, eine Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr zu oder von dem plastifizierten Material (140) zu regulieren. To influence the formation of imperfections, a heating and / or cooling device (167) can be provided on or in the component receptacle (161). This may serve to regulate heat input or heat removal to or from the plasticized material (140).
Insbesondere kann die Oberfläche der Ausnehmung (165) erwärmt oder gekühlt werden, um das Erstarren des In particular, the surface of the recess (165) can be heated or cooled to prevent the solidification of the
plastifizierten Materials zu verzögern oder zu To delay or to plasticized material
beschleunigen . accelerate.
Wenn eine Wärmezufuhr durch Heizen vorgesehen ist, kann das Erstarren des plastifizierten Materials zumindest im Bereich der momentanen Position des FSW-Werkzeugs (110) bzw. des Schweißstifts (111) verzögert werden, damit mehr Zeit für das Verrühren des plastifizierten Materials vorliegt und eine homogene Durchmischung begünstigt wird. If heating by heating is provided, solidification of the plasticized material may be delayed, at least in the region of the instantaneous position of the FSW tool 110 or the welding pin 111, so that there is more time for the plasticized material to stir and a homogeneous one Blending is favored.
Wenn eine Kühlung, insbesondere ein lokale Kühlung der Ausnehmung (165) vorgesehen ist, kann ein schnelles oder vollständiges Erstarren des plastifizierten Materials und damit ein Festwerden der Schweißstelle begünstigt werden. Eine Hei zVorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung können ggf. in Abstimmung mit der Führungsbewegung des FSW- Werkzeugs (110) an der Bauteilaufnahme (161) wirken. Insbesondere kann eine Heizvorrichtung im Vorlauf zu der Bewegung des FSW-Werkzeugs wirken und eine If a cooling, in particular a local cooling of the recess (165) is provided, a rapid or complete solidification of the plasticized material and thus a solidification of the weld can be promoted. A heating device and / or a cooling device may possibly act in coordination with the guiding movement of the FSW tool (110) on the component receptacle (161). In particular, a heater in the flow to the movement of the FSW tool act and a
Kühlvorrichtung kann im Nachlauf zu der Bewegung des FSW- Werkzeugs (110) wirken. Gemäß einer bevorzugten  Cooling device may act in the wake of the movement of the FSW tool (110). According to a preferred
Ausführung kann eine kombinierte Heiz- und Execution can be a combined heating and
Kühlvorrichtung an der Bauteilaufnahme (161) derart entlang bewegt werden, dass stets ein Bereich im Vorlauf zu dem Schweißstift (111) erwärmt und ein Bereich im Nachlauf zu dem Schweißstift (111) gekühlt wird.  Cooling device on the component receiving (161) are moved along so that always heated an area in the flow to the welding pin (111) and a region in the wake of the welding pin (111) is cooled.
Alternativ kann jeweils eine separate Heiz- oder Alternatively, in each case a separate heating or
Kühlvorrichtung an der Bauteilaufnahme entlang bewegt werden. Wiederum alternativ kann eine lokale Betätigung einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung, die sich entlang der Ausnehmung (165) erstreckt, erfolgen, insbesondere in Abstimmung mit der Führung des FSW-Werkzeugs (110) .  Cooling device to be moved along the component holder. Again, alternatively, a local actuation of a heating and / or cooling device, which extends along the recess (165), take place, in particular in coordination with the guidance of the FSW tool (110).
Figuren 12 bis 14 zeigen alternative Ausführungsvarianten einer Bauteilaufnahme (161) mit unterschiedlich geformten Ausnehmungen ( 165 x , 165 x x , 165 x x x ) und hierdurch erzeugbare Querschnittsformen einer Nahtüberhöhung (144,146). In dem Beispiel von Figur 12 ist eine Profilbreite (B) der Ausnehmung (165 x) vorgesehen, die kleiner oder gleich der zu erwartenden Nahtwurzelbreite (N) der Schweißnaht (141) ist. Hierdurch wird durch die Ausnehmung (165 x) nur eine Überstandsbreite (b) der Nahtüberhöhung (144) vorgeben. Die Profiltiefe (H) ist in dem gezeigten Figures 12 to 14 show alternative embodiments of a component receptacle (161) with differently shaped recesses (165 x , 165 xx , 165 xxx ) and thus can be generated cross-sectional shapes of a seam superelevation (144,146). In the example of FIG. 12, a profile width (B) of the recess (165 × ) is provided, which is smaller than or equal to the expected seam root width (N) of the weld seam (141). As a result, only a projection width (b) of the seam superelevation (144) is predetermined by the recess (165 × ). The tread depth (H) is shown in FIG
Beispiel von Figur 12 hingegen nicht festgelegt oder so groß gewählt, dass die Ausnehmung (165 x) nicht By contrast, the example of FIG. 12 is not fixed or chosen so large that the recess (165 x ) does not
vollständig mit plastifiziertem Material (140) gefüllt wird. Mit anderen Worten ist zumindest eine completely filled with plasticized material (140). In other words, at least one
Expansionsrichtung für die Ausdehnung des plastifizierten Materials freigelassen. Wenn ein Mehr- oder Minderbedarf an plastifiziertem Material im Verlauf der Schweißnaht (141) vorliegt, der beispielsweise aus größeren oder geringeren Weiten der Stoßfuge resultiert, kann Expansion direction for the expansion of the plasticized Material released. If there is an increased or reduced requirement for plasticized material in the course of the weld seam (141), which results, for example, from larger or smaller widths of the butt joint
entsprechend lokal mehr oder weniger plastifiziertescorresponding locally more or less plasticized
Material in die Ausnehmung (165 x) eindringen. Zumindest ein Ansatz (148) der Nahtüberhöhung (144) kann jedoch über die gesamte Länge der Schweißnaht (141) eine Penetrate material into the recess (165 x ). However, at least one approach (148) of the seam exaggeration (144) can over the entire length of the weld (141) a
vorgegebene Querschnittsform aufweisen. Mit anderen have predetermined cross-sectional shape. With others
Worten kann die Ausnehmung (165) einen ersten Words, the recess (165) a first
Basisabschnitt (ohne Bezugszeichen) aufweisen, der vollständig durch plastifiziertes Material (140) gefüllt werden soll, um einen Ansatz (148) der Nahtüberhöhung (144) mit einheitlichem Querschnittsprofil zu bilden, sowie einen angrenzenden Überlaufabschnitt (170), der nicht oder nur teilweise mit plastifiziertem Material gefüllt wird, insbesondere wenn ein Überschuss an  Base portion (no reference numeral), which is to be filled completely by plasticized material (140) to form a projection (148) of the seam overhang (144) with a uniform cross-sectional profile, and an adjacent overflow section (170), not or only partially with plastic material is filled, especially if an excess of
plastifiziertem Material (141) vorliegt. In dem Beispiel von Figur 12 ist ein Überlaufabschnitt (170) der plasticized material (141) is present. In the example of FIG. 12, an overflow section (170) is the
Ausnehmung (165 x) durch eine Öffnung im Grund der Recess (165 x ) through an opening in the bottom of the
Ausnehmung (165 x) gebildet. Figur 13 zeigt eine Recess (165 x ) formed. FIG. 13 shows a
alternative Querschnittsform der Ausnehmung (165 ), bei der eine vergleichsweise niedrige Profiltiefe (H) alternative cross-sectional shape of the recess (165), in which a comparatively low profile depth (H)
(beispielsweise 0,2mm bis 0,3mm oder maximal 2 Prozent bis 10 Prozent der Wandstärke der Bauteile (120, 130)) vorgesehen ist sowie eine Profilbreite (B) , die größer und insbesondere deutlich größer als die vorgesehene Nahtwurzelbreite (N) ist. Ein Überlaufabschnitt (170 x) ist hier im Bereich des Überstands der Ausnehmung (165 ) über die zu erwartende Breite (N) der Nahtwurzel (For example, 0.2 mm to 0.3 mm or a maximum of 2 percent to 10 percent of the wall thickness of the components (120, 130)) is provided and a profile width (B), which is larger and in particular significantly larger than the intended near-root width (N). An overflow section (170 × ) is here in the region of the projection of the recess (165) over the expected width (N) of the seam root
gebildet. Durch die in Figur 13 dargestellte Ausnehmung (165 ) wird die Überstandshöhe (h) der Nahtüberhöhung (144) festgelegt, während die Überstandsbreite (b) im Wesentlichen unbegrenzt bleibt. educated. By the recess shown in FIG (165), the supernatant height (h) of the seam exaggeration (144) is determined while the overhang width (b) remains substantially indefinite.
Figur 14 zeigt eine wiederum alternative Querschnittsform der Ausnehmung (165, , Λ), die im Wesentlichen eine FIG. 14 shows another alternative cross-sectional shape of the recess (165 ,, Λ ), which is essentially a
Weiterbildung der Querschnittsform aus Figur 12 ist. Die Ausnehmung (165, ,> '>) legt zumindest im Bereich des Further development of the cross-sectional shape of Figure 12 is. The recess (165,, >'> ) lays at least in the area of
Ansatzes (148) der Nahtüberhöhung (144) die Approach (148) of the seam exaggeration (144)
Überstandsbreite (b) fest, während die Überstandshöhe (h) unbegrenzt ist. Die Ausnehmung (165, ,> '>) weist ferner eine Profilverengung (168) auf, in welcher die Breite der Nahtüberhöhung (144) noch weiter eingeschränkt wird. Die Profilverengung (168) ist gleichzeitig die Grenze Projection width (b) fixed, while the supernatant height (h) is unlimited. The recess (165,, >'> ) further has a profile constriction (168), in which the width of the seam exaggeration (144) is further limited. The profile constriction (168) is also the limit
zwischen dem Basisabschnitt und dem Überlaufabschnitt (170 ) der Ausnehmung ( 1 6 5 ) . Hinter der between the base portion and the overflow portion (170) of the recess (1 6 5). Behind the
Profilverengung (168) kann eine Profilaufweitung  Profile constriction (168) can be a profile widening
vorliegen, in welcher das eingebrachte plastifizierte Material einen Tropfen oder einen geraden Überhang bilden kann. Das während des Schweißvorgangs in die Ausnehmung (165 , ,> '>) geförderte plastifizierte Material wird zu einem Profilstrang (146) mit einer Längseinschnürung (147) geformt. Die Längseinschnürung (147) kann in der Breite so gering gewählt sein, dass eine Sollbruchstelle be present, in which the introduced plasticized material can form a drop or a straight overhang. The plasticized material conveyed into the recess (165 ,, ''> ) during the welding process is formed into a profile strand (146) with a longitudinal constriction (147). The Längseinschnürung (147) may be chosen so small in width that a predetermined breaking point
gebildet ist. Zum Ende eines Schweißvorgangs können die verbundenen Bauteile (120, 130) von der Bauteilaufnahme (161) gelöst werden, wobei ein noch über die is formed. At the end of a welding operation, the connected components (120, 130) can be released from the component receptacle (161), with one still above the
Längseinschnürung (147) hinausragender Bestandteil Longitudinal necking (147) protruding component
(Tropfenfortsatz / Überhang) des Profilstrangs (146) abgerissen oder abgetrennt wird. Das Abtrennen kann auf beliebige Weise geschehen. Insbesondere kann an oder in der Bauteilaufnahme (161) eine Trenneinrichtung (169) vorgesehen sein, welche im Bereich der Längseinschnürung (147) wirkt, was durch die Trennlinie (T) in Figur 14 illustriert ist. Alternativ kann eines der vorgenannten Trennmittel das Abtrennen des über die Längseinschnürung (147) hinausgehenden Teils der Nahtüberhöhung (141) bzw. des Profilstrangs (146) bewirken. (Teardrop / overhang) of the profile strand (146) is demolished or separated. The separation can be done in any way. In particular, a separating device (169) can be arranged on or in the component receptacle (161). be provided, which acts in the region of Längseinschnürung (147), which is illustrated by the dividing line (T) in Figure 14. Alternatively, one of the abovementioned separating means can effect the separation of the part of the seam superelevation (141) or of the profiled strand (146) which extends beyond the longitudinal constriction (147).
Wie Figur 15 veranschaulicht, können im Verlauf der Schweißnaht (141) unterschiedliche Querschnittsprofile für die Nahtüberhöhung (144) vorgesehen sein, As FIG. 15 illustrates, different cross-sectional profiles for the seam superelevation (144) can be provided in the course of the weld seam (141),
insbesondere unterschiedliche vorgegebene Überstandshöhen (h) und/oder Überstandsbreiten (b) . Einheitliche oder im Verlauf unterschiedliche Querschnittsprofile können beispielsweise als Designelemente oder Designstrukturen auf der Sichtseite genutzt werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass Vermischungs-Fehlstellen wie beispielsweise ein Kissing Bond (145) in zumindest Teilen der Schweißnaht (141) vermieden und in den anderen Teilen zugelassen oder erzeugt werden. Auf dieser Weise können beispielsweise Vorzugsbruchstellen an der Schweißnaht (141) geschaffen werden, um das Crashverhalten eines Werkstücks zu beeinflussen. in particular different predetermined projecting height (h) and / or projection widths (b). Uniform or in the course of different cross-sectional profiles can be used for example as design elements or design structures on the visible side. It may further be provided that mixing defects such as a kissing bond (145) are avoided in at least parts of the weld (141) and allowed or generated in the other parts. In this way, for example, preferential breaking points on the weld seam (141) can be created in order to influence the crash behavior of a workpiece.
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich . Modifications of the invention are possible in various ways.
Alle zu den vorgenannten Beispielen beschriebenen, gezeigten, beanspruchten oder in sonstiger Weise All of the examples described, shown, claimed or otherwise
offenbaren Merkmale können in beliebiger Weise reveal features can in any way
miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden. Wenn die Bauteile (20, 30, 120, 130) einen unterschiedlichen Schmelzpunkt bzw. ein unterschiedliches Plastifizierungsverhalten haben, kann das combined, replaced, supplemented or omitted. If the components (20, 30, 120, 130) have a different melting point or a different plasticizing behavior, the
Schweißverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung genutzt werden, wobei allerdings auch das Material des zweiten Bauteils (30, 130) plastifiziert wird. Allerdings kann der Anteil des plastifizierten Materials des zweiten Bauteils in der Schweißnaht (141) bzw. der  Welding method are used according to the first aspect of the disclosure, but also the material of the second component (30, 130) is plasticized. However, the proportion of the plasticized material of the second component in the weld (141) or the
Durchmischungszone deutlich geringer sein als der Anteil des Materials des ersten Bauteils und/oder eines Zusatz- Werkstoffs. Die gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung vorgeschlagenen Querschnittsformen des Ausnehmung (165, 165 165 Λ 165 ) können auch dazu dienen, einen Blending zone be significantly lower than the proportion of the material of the first component and / or an additional material. The cross-sectional shapes of the recess (165, 165 165 Λ 165) proposed according to the second aspect of the disclosure may also serve to provide a
(zusätzlichen) Formschluss zwischen der Schweißnaht und dem zweiten Bauteil (30, 130) zu erzeugen.  (additional) positive connection between the weld and the second component (30, 130) to produce.
Die Materialien der beiden Bauteile (20 ,30) können auch Nichtmetalle wie Kunststoffe (insb. erstes Bauteil) oder Keramiken (insb. zweites Bauteil) sein. Der Manipulator (62) kann eine Werkzeugmaschine sein. Anstelle der The materials of the two components (20, 30) may also be non-metals, such as plastics (in particular the first component) or ceramics (especially the second component). The manipulator (62) may be a machine tool. Instead of
Führung des FSW-Werkzeugs (10) relativ zu den fest positionierten Bauteilen (20, 30) kann eine beliebige andere Kinematik vorliegen. Beispielsweise können zwei oder mehr Bauteile (20, 30) in einer beweglichen Guide the FSW tool (10) relative to the fixedly positioned components (20, 30) may be any other kinematics. For example, two or more components (20, 30) in a movable
Bauteilaufnahme (61) aufgenommen und positioniert sein. Die Bauteile können durch die Bewegung der Pickup (61) be recorded and positioned. The components can be moved by the movement of the
Bauteilaufnahme (61) gegenüber einem stationär  Component receptacle (61) opposite a stationary
angeordneten FSW-Werkzeug (10) geführt sein. arranged FSW tool (10) be guided.
Gegebenenfalls kann der Manipulator (62) Optionally, the manipulator (62)
(Industrieroboter) die Bauteilaufnahme (61) bzw. die Bauteile (20, 30) bewegen, um die Eintauchbewegung (ZI), die Anpressbewegung (Z2) sowie die Schweißbewegung (Z3) zu bewirken. (Industrial robot) the component holder (61) or the components (20, 30) move to the immersion movement (ZI), to cause the pressing movement (Z2) and the welding movement (Z3).
Das FSW-Werkzeug (10) kann während des Schweißverfahrens insgesamt mit einer einheitlichen The FSW tool (10) can during the welding process in total with a uniform
Rotationsgeschwindigkeit gedreht werden. Alternativ können unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten und gegebenenfalls unterschiedliche Rotationsrichtungen für den Schweißstift (11) und die Schulter (12) vorgesehen sein . Die Rotationsrichtung der Schulter (12) ist bevorzugt im Gegenlauf zur Bewegung des FSW-Werkzeugs (10) entlang der zweiten Stoßkante (31) orientiert (vgl. Figur 1), d.h. entgegen einer Drehrichtung die beim Abwälzen des Rotation speed to be rotated. Alternatively, different rotational speeds and optionally different rotational directions for the welding pin (11) and the shoulder (12) may be provided. The direction of rotation of the shoulder (12) is preferably oriented counter to the movement of the FSW tool (10) along the second abutment edge (31) (see Figure 1), i. against a direction of rotation when rolling the
Schweißstifts (11) auf der Stoßkante (31) auftreten würde. Dasselbe gilt für die Rotationsrichtung des Welding pin (11) on the abutting edge (31) would occur. The same applies to the direction of rotation of the
Schweißstifts (11) . Welding pin (11).
Ein eigenständiger Gegenstand der vorliegenden An independent object of the present
Offenbarung ist ein Rührreibschweißverfahren zum Revelation is a friction stir welding method for
Verbinden mindestens zweier Bauteile (120, 130), das die folgenden Schritte umfasst: Connecting at least two components (120, 130) comprising the following steps:
- Positionieren eines ersten und eines zweiten - Positioning a first and a second
Bauteils (120, 130) in Kontakt mit einer Bauteilaufnahme (161) unter Bildung eines Stumpf-Stoßes zwischen einer ersten Stoßkante (121) des ersten Bauteils (120) und einer zweiten Stoßkante (131) des zweiten Bauteils (130), wobei der Verlauf des Stump-Stoßes mit dem Verlauf einer Ausnehmung (165) in der Bauteilaufnahme (161) überlappt; Herstellen einer FSW-Schweißverbindung (150) Component (120, 130) in contact with a component receptacle (161) to form a butt joint between a first abutment edge (121) of the first component (120) and a second abutment edge (131) of the second component (130), wherein the course of the butt joint with the course of a recess (165) in the component receptacle (161) overlaps; Making a FSW weld (150)
zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (120, 130) unter Verwendung eines FSW-Werkzeugs (110) und Führung des FSW-Werkzeugs (110) entlang dem Verlauf des Stumpf- Stoßes, wobei plastifiziertes Material (140) in die between the first and second components (120, 130) using a FSW tool (110) and guiding the FSW tool (110) along the course of the butt joint, wherein plasticized material (140) enters the
Ausnehmung (165) in der Bauteilaufnahme (161) gefördert und dort zu einer profilierten Nahtüberhöhung (144) geformt wird. Die Ausbildung der Ausnehmung (65) kann jedem der Beispiele von Figuren 7A bis 7C sowie IIA bis HC, 12, 13 und, 14 entsprechen und die jeweils  Recess (165) in the component receiving (161) promoted and formed there to a profiled seam exaggeration (144). The configuration of the recess (65) may correspond to each of the examples of FIGS. 7A to 7C as well as IIA to HC, 12, 13 and 14, and the respective ones
zugehörigen Merkmale einzeln oder in beliebiger associated features individually or in any
Kombination aufweisen. Combination have.
Ein weiterer eigenständiger Bestandteil der vorliegenden Offenbarung ist eine Bauteilaufnahme (161) zur stützenden Aufnahme von zumindest zwei Bauteilen (120, 130) für einen FSW-Schweißprozess , wobei die Bauteile (120, 130) unter Bildung eines Stumpf-Stoßes zwischen einer ersten Stoßkante (121) des ersten Bauteils (120) und einer zweiten Stoßkante (131) des zweiten Bauteils (130) in oder an der Bauteilaufnahme (161) positionierbar und fixierbar sind, und wobei die Bauteilaufnahme (161) eine entlang dem Stumpf-Stoß verlaufende Ausnehmung (165, 165 165 Λ 165 ) aufweist, in die während eines FSW- Schweißvorgangs plastifiziertes Material (140) förderbar ist, und wobei die Ausnehmung (165, 165 165 , x, 165 , ,> '>) dazu ausgebildet ist, das eingebrachte plastifizierte Material (140) zu einer Nahtüberhöhung (144) mit A further independent feature of the present disclosure is a component receptacle (161) for supporting at least two components (120, 130) for a FSW welding process, wherein the components (120, 130) are formed between a first abutment edge (120). 121) of the first component (120) and a second abutment edge (131) of the second component (130) are positionable and fixable in or on the component receptacle (161), and wherein the component receptacle (161) has a recess running along the stump abutment (161). 165, 165 165 Λ 165) into which plasticized material (140) can be conveyed during an FSW welding operation, and wherein the recess (165, 165, 165 , x , 165,, >'> ) is designed to be the introduced plasticized material Material (140) to a seam exaggeration (144) with
zumindest einer definierten Überstandshöhe (h) oder einer definierten Überstandsbreite (b) zu formen. Die at least one defined supernatant height (h) or a defined projection width (b) to form. The
Ausnehmung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, das plastifizierte Material (140) zu einem Profilstrang (146) mit einer Längseinschnürung (147) zu formen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bauteilaufnahme (161) eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (167) aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr im Bereich der Ausnehmung (165) zu regulieren. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Bauteilaufnahme (161) eine Trenneinrichtung (169) aufweisen, die dazu Recess may further be adapted to the plasticized material (140) to a profile strand (146) with a Längseinschnürung (147) to form. Alternatively or additionally, the component receptacle (161) may have a heating and / or cooling device (167), which is designed to regulate a heat supply and / or heat dissipation in the region of the recess (165). As an alternative or in addition, the component receptacle (161) can have a separating device (169), which can be used for this purpose
ausgebildet ist, zumindest einen Teil der Nahtüberhöhung (144) abzutrennen, insbesondere im Bereich der is formed to separate at least a portion of the seam exaggeration (144), in particular in the region of
Längseinschnürung (147). Long neck (147).
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
FSW-Werkzeug FSW tool
Schweißstift  welding pin
Schulter  shoulder
Konkave Außenkontur  Concave outer contour
Reib- oder Schneidfläche  Friction or cutting surface
Riefe / Längs-Riefe  Ridge / longitudinal groove
Mantelfläche  lateral surface
Reib- oder Schneidkontur  Friction or cutting contour
Erstes Bauteil (niedriger Schmelzpunkt) First component (low melting point)
Erste Stoßkante First abutting edge
Außenoberfläche  outer surface
Materialanhäufung  material accumulation
Zweites Bauteil (hoher Schmelzpunkt)  Second component (high melting point)
Zweite Stoßkante  Second abutting edge
Außenoberfläche auf Seite des FSW-Werkzeugs Outside surface on side of the FSW tool
Stoßkantenfläche Shock edge surface
Materialanhäufung  material accumulation
Außenoberfläche von FSW-Werkzeug abgewandt Outside surface facing away from FSW tool
Aufrauhung / Aufriss Roughening / elevation
Aufrauhung / Aufriss  Roughening / elevation
Plastifiziertes Material  Plasticized material
Schweißnaht  Weld
Formschlüssige Verbindung Positive-locking connection
a Mikro-Formschlussa micro-positive connection
b Makro-Formschluss b Macro form-fitting
Diffusions-Zone  Diffusion zone
Schweißverbindung  welded joint
Bearbeitungsvorriehtung  Bearbeitungsvorriehtung
Bauteilaufnahme / Spannwerkzeug Manipulator Component holder / clamping tool manipulator
Kontaktierungssensor / Schwingungssensor Contacting sensor / vibration sensor
Steuerung control
Wulstformausnehmung  Wulstformausnehmung
Kraftsensor / Momentensensor FSW-Werkzeug  Force sensor / torque sensor FSW tool
Schweißstift welding pin
Schulter shoulder
Erstes Bauteil First component
Erste Stoßkante First abutting edge
Außenoberfläche auf Seite des FSW-Werkzeugs / Bearbeitungsseite Außenoberfläche von FSW-Werkzeug abgewandt / Sichtseite Outer surface on FSW tool side / machining side Outer surface facing away from FSW tool / visible side
Zweites Bauteil Second component
Zweite Stoßkante Second abutting edge
Außenoberfläche auf Seite des FSW-Werkzeugs / Bearbeitungsseite Outside surface on side of FSW tool / machining side
Stoßkantenfläche Shock edge surface
Außenoberfläche von FSW-Werkzeug abgewandt / Sichtseite Outside surface facing away from FSW tool / visible side
Plastifiziertes Material Plasticized material
Schweißnaht Weld
Profilüberstand / profilierte Nahtüberhöhung Kissing Bond / Vermischungs-Fehlstelle Overhang profile / profiled seam exaggeration Kissing Bond / mixing defect
Profilstrang extruded
Längseinschnürung Längseinschnürung
Ansatz der Nahtüberhöhung Approach of seam exaggeration
Schweißverbindung 160 Bearbeitungsvorrichtung welded joint 160 processing device
161 Bauteilaufnahme / Spannvorrichtung  161 Component holder / clamping device
165 Ausnehmung / Profilierungsnut 165 recess / profiling groove
167 Heiz- und/oder Kühlvorrichtung  167 heating and / or cooling device
168 Profilverengung  168 profile constriction
169 Trenneinrichtung  169 separating device
170 Überlaufabschnitt  170 overflow section
b Überstandsbreite der Nahtüberhöhung b protrusion width of the seam superelevation
B Profilbreite  B profile width
h Überstandshöhe der Nahtüberhöhung h supernatant height of the seam superelevation
H Profiltiefe  H tread depth
HO Höhenlinie der Oberfläche (n) neben Schweißnaht HO contour line of surface (s) next to weld
N Nahtwurzelbreite N seam root width
T Trennlinie  T dividing line
AI Erster Anstellwinkel, Neigung zu erstem Bauteil hin AI First angle of attack, inclination towards the first component
A2 Zweiter Anstellwinkel, Neigung entgegen  A2 Second angle of attack, inclination opposite
Schweißrichtung  welding direction
FN Anpresskraft (senkrecht auf zweite Stoßkante) FN contact force (perpendicular to second edge)
Kl Achse tangential zu Stoßkante Kl axis tangential to abutting edge
K2 Achse normal zu Stoßkante  K2 Axis normal to abutting edge
SR Schweißrichtung  SR welding direction
ZI Eintauch-Bewegung  ZI immersion movement
Z2 Anpress-Bewegung  Z2 pressing movement
Z3 Schweiß-Bewegung  Z3 sweat movement

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Rührreibschweißverfahren zum Verbinden zweier Friction friction welding method for connecting two
Bauteile (20, 30), wobei das erste Bauteil (20) aus einem Material mit einer ersten niedrigen Components (20, 30), wherein the first component (20) made of a material having a first low
Schmelztemperatur, insbesondere aus Aluminium, und das zweite Bauteil (30) aus einem Material mit einer zweiten und deutlich höheren Schmelztemperatur, insbesondere aus Stahl, bestehen, umfassend die folgenden Schritte: Melting temperature, in particular of aluminum, and the second component (30) of a material having a second and significantly higher melting temperature, in particular made of steel, comprising the following steps:
Positionieren des ersten und des zweiten Positioning the first and second
Bauteils (20, 30) unter Bildung eines Stumpf- Stoßes zwischen einer ersten Stoßkante (21) des ersten Bauteils (20) und einer zweiten  Component (20, 30) to form a butt joint between a first abutment edge (21) of the first component (20) and a second
Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30);  Abutting edge (31) of the second component (30);
Kontaktieren des ersten Bauteils (20) durch ein FSW-Werkzeug (10) in einem Oberflächenbereich (22) neben der Stoßfuge; Contacting the first component (20) by a FSW tool (10) in a surface area (22) adjacent the butt joint;
Lokales Plastifizieren des Materials des ersten Bauteils (20) und Eintauchen (ZI) des Local plasticizing of the material of the first component (20) and immersion (ZI) of the
Schweißstiftes (11) des FSW-Werkzeugs (10) in das plastifizierte Material (40);  Welding pin (11) of the FSW tool (10) in the plasticized material (40);
Im Wesentlichen senkrechtes Anpressen (Z2, FN) des Schweißstiftes (11) des FSW-Werkzeugs (10) an die zweite Stoßkante (31) des zweiten Substantially perpendicular pressing (Z2, FN) of the welding pin (11) of the FSW tool (10) to the second abutting edge (31) of the second
Bauteils (30), insbesondere ohne das Material des zweiten Bauteils (30) zu plastifizieren; Führen (Z3) des FSW-Werkzeugs (10) in einer Schweißrichtung (SR) entlang der zweiten Component (30), in particular without plasticizing the material of the second component (30); Guiding (Z3) the FSW tool (10) in a welding direction (SR) along the second
Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30), dadurch gekennzeichnet , dass das erste  Abutting edge (31) of the second component (30), characterized in that the first
Bauteil (20) und das zweite Bauteil (30) in Kontakt mit einer Bauteilaufnahme (61, 161) positioniert werden, wobei der Verlauf des Stumpf-Stoßes mit dem Verlauf einer Ausnehmung (65, 165) in der Component (20) and the second component (30) in contact with a component receiving (61, 161) are positioned, wherein the course of the butt joint with the course of a recess (65, 165) in the
Bauteilaufnahme (61, 161) überlappt und wobei plastifiziertes Material (40, 140) in die Ausnehmung (65, 165) in der Bauteilaufnahme (61, 161) gefördert wird . Component receiving (61, 161) overlaps and wherein plasticized material (40, 140) in the recess (65, 165) in the component receiving (61, 161) is promoted.
Rührreibschweißverfahren nach Anspruch 1, wobei die im Wesentlichen nicht plastifizierte zweite A friction stir welding method according to claim 1, wherein said substantially non-plasticized second
Stoßkante (31) durch Formschluss (42, 41a, 42b) in der Schweißnaht (41) aufgenommen wird. Bumper edge (31) by positive engagement (42, 41 a, 42 b) in the weld (41) is received.
Rührreibschweißverfahren nach Anspruch 1, oder 2, wobei das plastifizierte Material (40) derart geformt wird, dass die daraus gebildete Schweißnaht (41) die Stoßkante (31) im Querschnitt zumindest an zwei, bevorzugt an drei Seiten umgibt. Friction friction welding method according to claim 1, or 2, wherein the plasticized material (40) is formed such that the weld seam (41) formed therefrom surrounds the abutment edge (31) in cross-section at least two, preferably three sides.
Rührreibschweißverfahren nach einem der Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Makro- Formschluss (42b) durch Einbetten der Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) in dem plastifizierten Material (40) des ersten Bauteils (20) erzeugt wird. Rührreibschweißverfahren nach einem der preceding claims, wherein a macro-positive fit (42b) is produced by embedding the abutting edge (31) of the second component (30) in the plasticized material (40) of the first component (20). Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Eintauchtiefe eines Schweißstifts (111) des FSW-Werkzeugs (110) größer oder gleich der Wanddicke der Bauteile (120, 130) im Stumpf-Stoß gewählt wird. preceding claims, wherein an insertion depth of a welding pin (111) of the FSW tool (110) is greater than or equal to the wall thickness of the components (120, 130) selected in the butt joint.
Rührreibschweißverfahren nach einem der Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegung des FSW-Werkzeugs (10) in der Schweißrichtung (SR) unter Aufrechterhaltung der senkrechten Anpresskraft (FN) an die zweite Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) erfolgt. preceding claims, wherein the movement of the FSW tool (10) in the welding direction (SR) while maintaining the vertical contact force (FN) to the second abutting edge (31) of the second component (30).
Rührreibschweißverfahren nach einem der Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei Aufrauhungen preceding claims, wherein roughening
und/oder Aufrisse (36) in der von dem Schweißstift (11) kontaktierten Stoßkantenfläche (33) des zweiten Bauteils (30) erzeugt werden. and / or elevations (36) are produced in the abutting edge surface (33) of the second component (30) contacted by the welding pin (11).
Rührreibschweißverfahren nach einem der Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei plastifiziertes Material (40) durch eine Bewegung des FSW-Werkzeugspreceding claims, wherein plasticized material (40) by movement of the FSW tool
(10), insbesondere eine Rotation und Führung des Schweißstifts (11), in Aufrauhungen oder Aufrisse(10), in particular a rotation and guidance of the welding pin (11), in roughening or elevations
(46) an dem zweiten Bauteil, insbesondere an der zweiten Stoßkante (31), eingebracht wird, sodass die Aufrauhungen oder Aufrisse (46) durch Mikro- Formschluss (42a) in der Schweißnaht (41) (46) on the second component, in particular on the second abutting edge (31), is introduced, so that the roughening or elevations (46) by micro-positive connection (42 a) in the weld (41)
eingebettet werden. Rührreibschweißverfahren nach einem der be embedded. Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das FSW-Werkzeug preceding claims, wherein the FSW tool
(10) derart um eine tangential zur Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) verlaufende Achse (Kl) zu dem ersten Bauteil (20) hin geneigt (AI) ist, dass das plastifizierte Material (40) durch eine Schulter(10) in such a way about a tangential to the abutting edge (31) of the second component (30) extending axis (Kl) to the first component (20) inclined towards (AI) is that the plasticized material (40) by a shoulder
(12) des FSW-Werkzeugs (10) zu der Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) hin geformt wird. (12) of the FSW tool (10) is formed toward the abutting edge (31) of the second component (30).
10. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 10.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das FSW-Werkzeug preceding claims, wherein the FSW tool
(10) um eine normal zur Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) verlaufende Achse (K2) von der (10) about a normal to the abutting edge (31) of the second component (30) extending axis (K2) of the
Schweißrichtung (SR) weg geneigt (A2) ist.  Welding direction (SR) is tilted away (A2).
11. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 11.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißstift preceding claims, wherein the welding pin
(11) des FSW-Werkzeugs (10) eine konische Grundform aufweist, deren Öffnungswinkel dem Anstellwinkel (AI) des FSW-Werkzeugs (10) zum ersten Bauteil (20) hin entspricht. 12.) Rührreibschweißverfahren nach einem der (11) of the FSW tool (10) has a conical basic shape whose opening angle corresponds to the angle of attack (AI) of the FSW tool (10) to the first component (20) out. 12.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem ersten  preceding claims, wherein at the first
Bauteil (20) in einem Bereich neben der Stoßfuge vor dem Schweißen eine Materialanhäufung (24) vorgesehen ist, die während des Schweißvorgangs plastifiziert und vom FSW-Schweißwerkzeug (10) geformt wird. Component (20) in a region adjacent to the butt joint before welding a accumulation of material (24) is provided, which is plasticized during the welding process and molded by the FSW welding tool (10).
13. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 13.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Bauteil (20) zumindest in einem Bereich neben der Stoßfuge im Vergleich zum zweiten Bauteil (30) eine  previous claims, wherein the first component (20) at least in a region adjacent to the butt joint in comparison to the second component (30) a
vergrößerte Wandstärke aufweist, insbesondere wobei die Außenoberfläche (22) des ersten Bauteils (20) auf der Eingriffsseite des FSW-Werkzeugs (10) vor dem Schweißen gegenüber der Außenoberfläche (32) des ersten Bauteils (30) unter Bildung einer  Increased wall thickness, in particular wherein the outer surface (22) of the first member (20) on the engaging side of the FSW tool (10) before welding against the outer surface (32) of the first component (30) to form a
Materialanhäufung (24) nach außen versetzt ist.  Material accumulation (24) is offset to the outside.
14. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 14.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine  preceding claims, wherein a
Materialanhäufung (24) durch einen Zusatz-Werkstoff gebildet ist.  Material accumulation (24) is formed by an additional material.
15. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 15.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine  preceding claims, wherein a
Materialanhäufung (24) am ersten Bauteil (20), die insbesondere in einem Bereich neben der Stoßfuge angeordnet ist, während des Schweißvorgangs  Material accumulation (24) on the first component (20), which is arranged in particular in an area adjacent to the butt joint, during the welding operation
plastifiziert und durch die Schulter (12) des FSW- Werkzeugs (10) zur Stoßkante (31) des zweiten  plasticized and through the shoulder (12) of the FSW tool (10) to the abutting edge (31) of the second
Bauteils (30) hin geformt wird. Part (30) is formed towards.
16.) Rührreibschweißverfahren nach einem der 16.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei plastifiziertes Material (40), insbesondere aus der  previous claims, wherein plasticized material (40), in particular from the
Materialanhäufung (24), über die auf der Seite des FSW-Werkzeugs (10) gelegene Außenoberfläche (32) des ersten Bauteils (30) geformt wird, insbesondere um die Stoßkante (31) des ersten Bauteils (30) in die Schweißnaht (41) durch Makro-Formschluss (42b) einzubetten . 17.) Rührreibschweißverfahren nach einem der  Material accumulation (24) over which on the side of the FSW tool (10) located outer surface (32) of the first component (30) is formed, in particular around the abutting edge (31) of the first component (30) in the weld (41) by macro-fit (42b) embed. 17.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der plastifizierten Materialanhäufung (24) um eine von dem FSW-Werkzeug (10) abgewandte Außenoberfläche (35) des ersten Bauteils (30) geformt wird,  preceding claims, wherein at least a part of the plasticized material accumulation (24) is formed around an outer surface (35) of the first component (30) facing away from the FSW tool (10),
insbesondere um die Stoßkante (31) des ersten  in particular around the abutting edge (31) of the first
Bauteils (30) in der Schweißnaht (41) durch Makro- Formschluss (42b) einzubetten.  To embed component (30) in the weld (41) by macro-positive connection (42 b).
18.) Rührreibschweißverfahren nach einem der 18.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißstift (11) des FSW-Werkzeugs (10) eine im Querschnitt konkave Außenkontur (13) aufweist und wobei  preceding claims, wherein the welding pin (11) of the FSW tool (10) has a concave outer contour (13) and wherein
zumindest ein Randabschnitt der konkaven Außenkontur (13) während des Schweißens die Stoßkantenfläche (33) des zweiten Bauteils (30) verformt,  at least one edge portion of the concave outer contour (13) deforms the abutting edge surface (33) of the second component (30) during welding,
insbesondere zur Bildung von Aufrauhungen oder  in particular for the formation of roughening or
Aufrissen (36) . Rührreibschweißverfahren nach einem der Elevations (36). Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anpresskraft (FN) des Schweißstifts (11) an der zweiten Stoßkante (31) erfasst wird. 20.) Rührreibschweißverfahren nach einem der  preceding claims, wherein a pressing force (FN) of the welding pin (11) on the second abutting edge (31) is detected. 20.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe einer  previous claims, wherein the height of a
Anpresskraft (FN) des Schweißstifts (11) gegen die zweite Stoßkante (31) auf eine Soll-Kraft geregelt wird . 21.) Rührreibschweißverfahren nach einem der  Pressing force (FN) of the welding pin (11) against the second abutting edge (31) is controlled to a desired force. 21.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorliegen und ggfs. die Stärke einer Kontaktierung zwischen dem Schweißstift (11) an dem FSW-Werkzeug (10) und der zweiten Stoßkante (31) sensorisch erfasst werden, insbesondere durch einen Schwingungssensor (63).  The preceding claims, wherein the presence and optionally the strength of a contact between the welding pin (11) on the FSW tool (10) and the second abutting edge (31) are detected by sensors, in particular by a vibration sensor (63).
22. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 22.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stärke einer Kontaktierung zwischen dem Schweißstift (11) und dem FSW-Werkzeug (10) auf eine Soll-Kontaktierungsstärke geregelt wird.  preceding claims, wherein the strength of a contact between the welding pin (11) and the FSW tool (10) is regulated to a desired contacting strength.
23. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 23.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das plastifizierte Material (40, 140) in der Ausnehmung (65, 165) zu einer profilierten Nahtüberhöhung (144) geformt wird. preceding claims, wherein the plasticized material (40, 140) in the recess (65, 165) is formed into a profiled seam overhang (144).
24. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 24.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das plastifizierte Material (140) in der Ausnehmung (165) unter Vorgabe der Überstandsbreite (b) der Nahtüberhöhung (144) geformt wird.  preceding claims, wherein the plasticized material (140) in the recess (165) is formed in accordance with the projection width (b) of the seam superelevation (144).
25. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 25.) Rührreibschweißverfahren according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das plastifizierte Material (140) in der Ausnehmung (165) unter Vorgabe der Überstandshöhe (h) der Nahtüberhöhung (144) geformt wird.  preceding claims, wherein the plasticized material (140) is formed in the recess (165) in accordance with the supernatant height (h) of the seam exaggeration (144).
26. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 26.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (165) einen Überlaufabschnitt (170) umfasst, der nicht oder nur teilweise mit plastifiziertem Material (140) gefüllt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einem Überschuss an plastifiziertem Material (140).  preceding claims, wherein the recess (165) comprises an overflow portion (170) which is not or only partially filled with plasticized material (140), in particular depending on an excess of plasticized material (140).
27.) Rührreibschweißverfahren nach einem der 27.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das plastifizierte Material (140) in der Ausnehmung (165) zu einem Profilstrang (146) mit einer Längseinschnürung (147) geformt wird. preceding claims, wherein the plasticized material (140) in the recess (165) is formed into a tread (146) having a longitudinal waist (147).
Rührreibschweißverfahren nach einem der Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei das previous claims, wherein the
Erstarrungsverhalten des plastifizierten Materials (140) im Bereich der Nahtüberhöhung (165) durch gesteuerte Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr  Solidification behavior of the plasticized material (140) in the area of the seam exaggeration (165) by controlled heat supply and / or heat dissipation
reguliert wird, insbesondere durch Betätigung einer an oder in der Bauteilaufnahme (161) angeordneten Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (167). Rührreibschweißverfahren nach einem der is regulated, in particular by actuation of a on or in the component receiving (161) arranged heating and / or cooling device (167). Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nahtüberhöhungpreceding claims, wherein the seam overhang
(165) abgetrennt wird, insbesondere auf der (165), in particular on the
(gemeinsamen) Höhenlinie (HO) der Oberflächen (125, 135) der Bauteile (120, 130) oder auf einer (common) contour line (HO) of the surfaces (125, 135) of the components (120, 130) or on a
Trennlinie (T) , die im Bereich einer Dividing line (T), which is in the range of
Längseinschnürung (147) einer als Profilstrang (146) ausgebildeten Nahtüberhöhung (144) verläuft. Rührreibschweißverfahren nach einem der Längseinschnürung (147) of a profiled strand (146) formed seam superelevation (144) extends. Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verlauf der preceding claims, wherein in the course of
Schweißnaht (141) unterschiedliche Weld (141) different
Querschnittsprofile für die Nahtüberhöhung (144) vorgesehen werden, insbesondere unterschiedliche vorgegebene Überstandshöhen (h) . Rührreibschweißverfahren nach einem der Cross-sectional profiles are provided for the seam superelevation (144), in particular different predetermined projecting height (h). Friction friction welding method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schweißstift (11) des FSW-Werkzeugs (10) eine am distalen Ende des Schweißstifts (11) angeordnete Reib- oder preceding claims, wherein the welding pin (11) of the FSW tool (10) has a friction or friction means arranged at the distal end of the welding pin (11)
Schneidkontur (18) aufweist, die sich in Cutting contour (18), which in
Radialrichtung erstreckt und über die Mantelfläche (17) des Schweißstifts (11) übersteht. Radial direction extends and over the lateral surface (17) of the welding pin (11) protrudes.
32. ) Rührreibschweißverfahren nach einem der 32.) friction stir welding according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei eine am distalen Ende des Schweißstifts (11) des FSW-Werkzeugs (10) angeordnete Reib- oder Schneidkontur (18) während des Schweißvorgangs mit der vom FSW-Werkzeug (10) abgewandten Außenoberfläche (35) des zweiten  previous claims, wherein a at the distal end of the welding pin (11) of the FSW tool (10) arranged friction or cutting contour (18) during the welding operation with the FSW tool (10) facing away from outer surface (35) of the second
Bauteils (30) in Kontakt gebracht wird, um dort eine zusätzliche Aufrauhung oder einen zusätzlichen  Component (30) is brought into contact there to an additional roughening or additional
Aufriss (37) zu erzeugen, und wobei insbesondere diese zusätzliche Aufrauhung oder der zusätzliche To generate elevation (37), and in particular this additional roughening or the additional
Aufriss (37) zur Bildung eines Makro-Formschlusses (42b) mit plastifiziertem Material (40, 140) aufgefüllt wird. Outline (37) to form a macro-mold closure (42b) with plasticized material (40, 140) is filled.
33. ) Schweißstift zur Verwendung als rotierender 33.) Welding pin for use as a rotating
Schweißstift in einem Rührreibschweiß-Werkzeug (10) und/oder in einem Rührreibschweißverfahren, wobei der Schweißstift (11) eine am distalen Ende des Schweißstifts (11) angeordnete Reib- oder  Welding pin in a friction stir welding tool (10) and / or in a friction stir welding process, wherein the welding pin (11) arranged at the distal end of the welding pin (11) friction or
Schneidkontur (18) aufweist, die sich in  Cutting contour (18), which in
Radialrichtung erstreckt und über die Mantelfläche Radial direction extends and over the lateral surface
(17) des Schweißstifts (11) übersteht. (17) of the welding pin (11) protrudes.
34.) Schweißstift nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schweißstift (11) auf der Mantelfläche (17) weitere ring- oder spiralförmig angeordnete Reib- oder Schneidflächen (15) aufweist. 34.) welding pin according to the preceding claim, wherein the welding pin (11) on the lateral surface (17) further annular or spirally arranged friction or cutting surfaces (15).
35. ) Schweißstift nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schweißstift (11) eine, zwei oder mehr Längs- Riefen (16) in der Mantelfläche (17) aufweist. Schweißstift nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schweißstift (11) eine im Längsschnitt durch die Rotationsachse konkave Außenkontur (13) aufweist. 35.) Welding pin according to the preceding claim, wherein the welding pin (11) one, two or more longitudinal grooves (16) in the lateral surface (17). Welding pin according to the preceding claim, wherein the welding pin (11) has a longitudinal section through the axis of rotation concave outer contour (13).
37. ) Rührreibschweiß-Werkzeug (FSW-Werkzeug) zur 37.) Friction Stir Welding Tool (FSW Tool) for
Verwendung in einem Rührreibschweißverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch  Use in a friction stir welding process according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet , dass das Rührreibschweiß- Werkzeug (10) einen rotierbaren Schweißstift (11) aufweist, der gemäß einem der vorhergehenden  characterized in that the friction stir welding tool (10) has a rotatable welding pin (11), which according to one of the preceding
Ansprüche ausgebildet ist.  Claims is formed.
38. ) Rührreibschweiß-Werkzeug nach dem vorhergehenden 38.) friction stir welding tool after the preceding
Anspruch, wobei das Rührreibschweiß-Werkzeug (10) eine am dorsalen Ende des Schweißstifts (11) angrenzende und nach außen hin überstehende Schulter (12) aufweist.  Claim, wherein the friction stir welding tool (10) has a at the dorsal end of the welding pin (11) adjacent and outwardly projecting shoulder (12).
39.) Rührreibschweiß-Werkzeug nach einem der 39.) friction stir welding tool according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schulter (12) eine konkave Form aufweist.  preceding claims, wherein the shoulder (12) has a concave shape.
40.) Rührreibschweiß-Werkzeug nach dem vorhergehenden 40.) friction stir welding tool after the preceding
Anspruch, wobei der Schweißstift (11) eine konische Claim, wherein the welding pin (11) has a conical
Grundform aufweist, deren Öffnungswinkel dem Has basic shape, the opening angle of the
Anstellwinkel (AI) des Rührreibschweiß-Werkzeugs (10) zum ersten Bauteil (20) hin entspricht. Incident angle (AI) of Rührreibschweiß tool (10) to the first component (20) out corresponds.
41. ) Schweißverbindung zwischen einem ersten Bauteil (20) und einem zweiten Bauteil (30), wobei das erste Bauteil (20) aus einem Material mit einer ersten niedrigen Schmelztemperatur, insbesondere Aluminium, und das zweite Bauteil (30) aus einem Material mit einer zweiten und deutlich höheren 41.) welded connection between a first component (20) and a second component (30), wherein the first component (20) made of a material having a first low melting temperature, in particular aluminum, and the second component (30) made of a material having a second and much higher
Schmelztemperatur, insbesondere Stahl, bestehen, dadurch gekennzeichnet , dass die  Melting temperature, in particular steel, consist, characterized in that the
Schweißverbindung durch ein Rührreibschweiß- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem FSW-Werkzeug (10) erzeugt ist, und dass an dem zweiten Bauteil eine Stoßkante (31) vorliegt, die durch Makro-Formschluss (42a, 42b) in einer Schweißnaht (41) eingebettet ist, die überwiegend oder vollständig aus dem plastifizierten Material des ersten Bauteils (20) oder einem Zusatz- Werkstoff, jedoch nicht aus dem Material des zweiten Bauteils (30) gebildet ist, und dass die Schweißnaht (41) die Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) im Querschnitt an drei Seiten (31, 33, 35) umgibt, UND/ODER ein Teilbereich einer neben der Stoßkante (31) liegenden Außenoberfläche (35) des zweiten Bauteils (30), die von dem FSW-Werkzeug  Welded connection is produced by a friction stir welding method according to one of the preceding claims with a FSW tool (10), and in that on the second component there is a bumping edge (31), which by macro-positive connection (42a, 42b) in a weld (41 ) which is predominantly or completely formed from the plasticized material of the first component (20) or an additional material, but not from the material of the second component (30), and that the weld seam (41) forms the abutting edge (31). the second component (30) in cross-section on three sides (31, 33, 35) surrounds, and / or a partial region of an outer surface (35) of the second component (30) adjacent to the abutting edge (31), of the FSW tool
abgewandt ist, in dem plastifizierten Material (40) der Schweißnaht (41) durch Makro- Formschluss (42b) eingebettet ist. is remote, is embedded in the plasticized material (40) of the weld (41) by macro-positive connection (42 b).
42. ) Schweißverbindung nach einem der vorhergehenden42.) Welded connection according to one of the preceding
Ansprüche, wobei an der vom FSW-Werkzeug (10) abgewandten Außenoberfläche (35) des zweiten Claims, wherein on the side facing away from the FSW tool (10) outer surface (35) of the second
Bauteils (30) eine Aufrauhung oder ein Aufriss (37) vorliegt, der mit dem plastifizierten Material der Component (30) a roughening or an elevation (37) is present, with the plasticized material of
Schweißnaht (41) aufgefüllt ist. Welded seam (41) is filled.
43. ) Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung eines 43.) Processing device for performing a
Rührreibschweißverfahrens umfassend eine  Friction stir welding process comprising a
Bauteilaufnahme (61), einen Manipulator (62) und ein von dem Manipulator (62) geführtes FSW-Werkzeug Component holder (61), a manipulator (62) and guided by the manipulator (62) FSW tool
(10), wobei die Bauteilaufnahme (61) dazu (10), wherein the component receptacle (61) thereto
ausgebildet ist, das erste Bauteil (20) und das zweite Bauteil (30) aufzunehmen und zu  is formed to receive the first component (20) and the second component (30) and to
positionieren, dadurch gekennzeichnet , dass die Bearbeitungsvorrichtung (61) eine Steuerung (64) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32 auszuführen.  positioning, characterized in that the processing device (61) comprises a controller (64) adapted to carry out a method according to any one of claims 1 to 32.
44. ) Bearbeitungsvorrichtung nach dem vorhergehenden 44.) Processing device according to the preceding
Anspruch, wobei an der Bauteilaufnahme (61) eine Ausnehmung (65) vorgesehen ist, die auf der von dem Claim, wherein on the component receptacle (61) has a recess (65) is provided on the of the
FSW-Werkzeug (10) abgewandten Seite der Bauteile (20, 30) unter der Stoßfuge anordenbar ist. FSW tool (10) facing away from the components (20, 30) can be arranged under the butt joint.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die previous claims, wherein the
Bearbeitungsvorrichtung (60) einen Processing device (60) a
Kontaktierungssensor (63) umfasst, um das Contacting sensor (63) includes to the
Vorhandensein und/oder die Stärke einer Presence and / or strength of one
Kontaktierung zwischen einem Schweißstift (11) an dem FSW-Werkzeug (10) und einer zweiten Stoßkante (31) an dem zweiten Bauteil (30) zu erfassen, wobei der Kontaktierungssensor insbesondere mit der  Contacting between a welding pin (11) on the FSW tool (10) and a second abutting edge (31) on the second component (30) to detect, wherein the contacting sensor in particular with the
Steuerung (64) verbunden ist. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Control (64) is connected. Processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die previous claims, wherein the
Bearbeitungsvorrichtung (60) und/oder der Processing device (60) and / or the
Manipulator (62) mindestens einen Kraft- oder Manipulator (62) at least one force or
Momentensensor (66) aufweisen, um eine AnpresskraftMoment sensor (66) to a contact pressure
(FN) eines Schweißstiftes (11) am FSW-Werkzeug (10) an eine zweite Stoßkante (31) des zweiten Bauteils (30) zu erfassen. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der (FN) of a welding pin (11) on the FSW tool (10) to a second abutting edge (31) of the second component (30) to detect. Processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Ausnehmungpreceding claims, wherein in the recess
(165, 165 \ 165x\ 165, , x) während eines FSW- Schweißvorgangs plastifiziertes Material (140) förderbar ist, und wobei die Ausnehmung (165, 165 165 , x, 165 , , '>) dazu ausgebildet ist, das (165, 165 \ 165 x \ 165,, x ) during a FSW welding operation plasticized material (140) is conveyable, and wherein the recess (165, 165 165 , x , 165,, '> ) is adapted to
eingebrachte plastifizierte Material (140) zu einerintroduced plasticized material (140) to a
Nahtüberhöhung (144) mit zumindest einer definierten Überstandshöhe (h) oder einer definierten Seam increase (144) with at least one defined supernatant height (h) or a defined
Überstandsbreite (b) zu formen. Protrusion width (b) to form.
48.) Bearbeitungsvorrichtung nach einem der 48.) Processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung  preceding claims, wherein the recess
(165, ,> '>) dazu ausgebildet ist, das plastifizierte Material (140) zu einem Profilstrang (146) mit einer Längseinschnürung (147) zu formen. (165,, >'> ) is adapted to form the plasticized material (140) into a profile strand (146) having a longitudinal waist (147).
49. ) Bearbeitungsvorrichtung nach einem der 49.) Processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteilaufnahme (161) eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (167) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr im Bereich der Ausnehmung (165) zu regulieren.  preceding claims, wherein the component receptacle (161) has a heating and / or cooling device (167) which is adapted to regulate a heat supply and / or heat dissipation in the region of the recess (165).
50. ) Bearbeitungsvorrichtung nach einem der 50.) processing device according to one of
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteilaufnahme (161) eine Trenneinrichtung (169) aufweist, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der  previous claims, wherein the component receptacle (161) has a separating device (169) which is adapted to at least a part of the
Nahtüberhöhung (144) abzutrennen, insbesondere im Bereich der Längseinschnürung (147).  Seam exaggeration (144) to separate, especially in the area of Längseinschnürung (147).
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