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Friday, September 29, 2017, Saal R 10:00 AM Moderne Schweißverfahren - Rührreibschweißen |
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Standzeitverlängerung von Rührreibschweißwerkzeugen mittels Laserimplantation von Hartstoffen |
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Sven Schüddekopf / Universität Kassel
Institut für Produktionstechnik und Logistik
Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Abteilung Schweißtechnik
, Hessen Gabriel Mienert* / Universität Kassel Fachgebiet für Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Deutschland Stefan Böhm/ Universität Kassel Fachgebiet für Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Deutschland |
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Rührreibschweißen (Friction Stir Welding - FSW) ist ein Festphase-Fügeverfahren bei dem die Reibungswärme zwischen Werkzeug und Werkstück das Material plastifiziert und dieses durch das Werkzeug zu einer Schweißnaht geformt wird. Rührreibschweißwerkzeuge bestehen aktuell aus gehärteten Stählen oder Hartmetallen. Letztgenannte müssen mit aufwendigen Herstellungsprozessen bearbeitet werden, dies führt zu hohen Stückpreisen. Die Anforderung an den Werkzeugwerkstoff ist den mechanischen Kräften und den thermischen Wechselbelastungen, die während des FSW-Prozesses auftreten, standzuhalten. Ebenfalls muss der Werkzeugwerkstoff während des Schweißens eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, um den erforderlichen Werkstofftransport und somit eine gleichbleibende Nahtqualität gewährleisten zu können. Eine Möglichkeit der Verschleißreduktion stellen konventionell aufgebrachte Hartstoffschichten mittels PVD/CVD-Verfahren dar, diese Verfahren zeigen allerdings nur geringe Standzeitverlängerungen an FSW-Werkzeugen. Die Schichten werden aufgrund der hohen Belastungen während des Prozesses von der Werkzeugoberfläche abgetragen und gewährleisten nur einen geringen Verschleißschutz. Hier setzt das IGF Projekt (IGF-Nr: 18.841N / DVS-Nr: 05.064; Laufzeit 10/2014 09/2017) Gradierte Oberflächen durch Laserbearbeitung für Rührreibschweißwerkzeuge zur Erhöhung der Standzeit LaserOptRRS an. In diesem Projekt wird das punktuelle Laserimplantieren hingehend der Verschleißminimierung an Rührreibschweißwerkzeugen untersucht. Beim Laserimplantieren wird durch das Einschmelzen von höher schmelzenden Hartstoffe in den Grundwerkstoff, eine Steigerung der Widerstandfähigkeit erreicht. Da die punktuell dispergierten Hartstoffe in der Werkzeugrandschicht eine höhere Haftung als die PVD/CVD aufgetragenen Schichten haben, ist es möglich, höhere Standzeiten durch Reduktion von abrasivem Verschleiß zu erreichen. Ein weiterer Vorteil des Laserimplantierens ist die Anordnung der einzelnen Punkte, die frei definierbar ist. Es können sowohl deterministische Strukturen mit beliebigen Reihen- und Spaltenabständen als auch stochastische Verteilungen mit definierter Flächendichte erzeugt werden. Dies bietet erhöhte Freiheitsgrade bei der Herstellung optimierter Rührreibschweißwerkzeuge. Im dem Vortrag werden die Funktionsweise und Möglichkeiten des Laserimplantieren an Rührreibschweißwerkzeugen vorgestellt. Weiterhin werden die Effekte einer laserimplantierten Werkzeugoberfläche zur Reduzierung von Werkzeugverschleiß im Rührreibschweißprozess dargestellt. |