Wärmeenergie kann durch Drehen eines Teils bei stillstehendem zweiten Teil oder durch Drehen in die entgegengesetzte Richtung gewonnen werden. Darüber hinaus müssen die Teile gleichzeitig von Anfang bis Ende mit konstanter oder zunehmender Kraft gegeneinander gedrückt werden. Der Prozess endet mit dem Stauchen und dem schnellen Stoppen des rotierenden Teils.
Im Vergleich beispielsweise zum elektrischen Stumpfschweißen bietet das auf Reibung basierende Verfahren eine Reihe betrieblicher Vorteile:
- Energiekosten werden stark reduziert;
- die Schweißverbindung ist immer zuverlässig, da sie nur von den thermophysikalischen Eigenschaften der zu schweißenden Produkte abhängt;
- Für die zu verbindende Verbindung ist keine besondere Vorbereitung erforderlich, da Zunder, Rost, Fett und Fett zu Beginn des Vorgangs ausbrennen oder blitzartig herausgedrückt werden.
- die Qualität der Verbindung wird auch durch eine Verletzung der Parallelität der Werkstücke bis zu Winkeln von 6 ± 1 Grad nicht beeinträchtigt;
- Fehlen negativer Faktoren in Form von ultravioletter Strahlung und schädlichen Gasemissionen;
- Einfachheit der technologischen Ausrüstung, leicht zugänglich für routinemäßige Wartung, Mechanisierung und Automatisierung.
Reibschweißvorgang auf einer Drehmaschine
Schweißen von Stahlstangen
Im Spannfutter und Spindelstock der Maschine spannen wir eine Metallstange ein, deren Durchmesser mehr als 3,5 mm, aber weniger als 200 mm betragen sollte. Dabei kann es sich sowohl um Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze oder verschiedene Metalle handeln:
- Stahl und Aluminium;
- Stahl und Kupfer;
- Aluminium und Bronze usw.
Materialkombinationen können sehr unterschiedlich sein, auch solche, die sich nicht auf herkömmliche Weise schweißen lassen. Für das Reibschweißen bestehen diesbezüglich keine Einschränkungen.
In unserem Fall befestigen wir die Stange im Spindelstock mit drei Schrauben, die in gleichmäßigen Abständen von 120 Grad in die Löcher des Spannfutters eingeschraubt werden. Mit ihrer Hilfe führen wir die Ausrichtung relativ zur im Spannfutter eingespannten Stange durch Anziehen oder Lösen der einen oder anderen Schraube durch.
Wir bringen den Spindelstock bis zum Anschlag der Stangen aneinander und befestigen ihn oder halten ihn mit der Hand, um die Spannkraft während des Schweißvorgangs zu erhöhen, die für die Technologie dieses Schweißverfahrens erforderlich ist.
Wir schalten die Maschine ein, wodurch sich die im Maschinenfutter eingespannte Stange zu drehen beginnt. In unserem Fall ist die im Spindelstock befestigte Stange bewegungslos, kann sich aber prinzipiell in die entgegengesetzte Richtung drehen, was die Prozesszeit verkürzen würde.
Schon bald werden wir anlaufende Farben sehen, die am Kontaktpunkt der Stäbe beginnen und sich entlang dieser in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten, was ein direktes Zeichen für die schnelle Erwärmung des Metalls infolge der Reibung ist.
Nach einer weiteren kurzen Zeit leuchtet das Metall in der Kontaktzone hell auf und beginnt, sich in Form einer Ringformation über die Abmessungen der Stäbe hinaus auszudrücken.Dieser Ring enthält auch Grate: Zunder, unverbranntes Fett, feste nichtmetallische Einschlüsse usw.
Im Moment des hellsten Leuchtens an der Kontaktstelle muss die Maschine abrupt ausgeschaltet werden, damit das Metall der beiden Stäbe aushärtet. Wenn der Spindelstock nicht befestigt ist, muss gleichzeitig der Druck auf ihn schrittweise erhöht werden, um das Volumen des verdrängten Metalls in der Kontaktzone auszugleichen und eine stärkere und qualitativ hochwertigere Verbindung zu erhalten.
Nachdem Sie gewartet haben, bis das Glühen aufhört (und dies ist ein Zeichen dafür, dass das Metall vollständig ausgehärtet ist), können Sie die Befestigungsschrauben lösen und den Spindelstock entfernen. Jetzt muss nur noch die Qualität des Reibschweißens überprüft werden.
Schalten Sie dazu die Maschine erneut ein und stellen Sie eine leichte Unrundheit des Schweißdrahtes fest – eine Folge einer ungenauen Ausrichtung bei der Installation zu Beginn. Dieser Mangel kann durch Drehen und Entfernen des extrudierten Grates im Kontaktbereich behoben werden.
Ein tieferes Eindringen des Metalls zeigt, dass im Schweißbereich der beiden Stäbe keine Merkmale erkennbar sind. Es scheint, dass dies nicht der Kontaktpunkt zwischen zwei Stäben ist, sondern der Körper eines von ihnen.
Wir führen die folgende Qualitätskontrolle des Reibschweißens durch. Wir spannen die so verbundenen Stäbe in einen Schraubstock und erzeugen mit einer Schleifscheibe ein „Regal“ in der Kontaktzone, und wieder sind wir von der Homogenität des Metalls überzeugt, die auch auf die Qualität der Schweißung hinweist.
Bolzenverbindung
Durch Reibschweißen können serienmäßig hergestellte Köpfe und Bolzen verbunden werden. Der Vorgang unterscheidet sich nicht vom Vorgang mit Stangen: Ein Bolzen wird in das Maschinenfutter eingespannt, der andere in den Spindelstock.
Mit dessen Hilfe werden die Bolzen mit den Köpfen in Kontakt gebracht und die Maschine gestartet. Außerdem ist es notwendig, die Spannkraft zu erhöhen und den Schweißmoment zu erfassen, um den Antrieb rechtzeitig abzuschalten.
Mit dem Reibschweißen können Werkstoffe verbunden werden, die mit anderen Werkstoffen nur schwer oder gar nicht verschweißt werden können: Stahl und Aluminium, austenitische Stähle und perlitische Stähle. Auch Kunststoffwerkstücke lassen sich damit problemlos verbinden.
Berechnungen und die Praxis des Reibfügens zeigen, dass sich dieses Verfahren besser für Werkstücke eignet, deren Durchmesser im Bereich von 6–100 mm liegt. Das Schweißen von Stäben mit einem Durchmesser von mehr als 200 mm ist wirtschaftlich nicht rentabel, da der Prozess mehr Leistung (0,5 Tausend kW) und Axialkraft (3 × 106 N) erfordert. Aufgrund der Notwendigkeit hoher Drehzahlen (200 U/min) und der Schwierigkeit, den Zeitpunkt zum Abschalten des Antriebs zu bestimmen, ist es mit dieser Methode nicht möglich, Stäbe mit einem Durchmesser von weniger als 3,5 mm zu verbinden.
