Reibrührschweißen von Stahl

Im EU-finanzierten Projekt "High integrity low distortion assembly" (HILDA) konnten bahnbrechende Fortschritte bei der Entwicklung dieses Stahlschweißverfahrens erzielt werden Die Projektpartner haben gezeigt, dass man mit dem Reibrührschweißverfahren sämtliche Stahlsorten in der Schiffbauindustrie schweißen kann.

Der mechanischen Prüfung von Reibrührschweißnähten in Stahlgüte DH36 wurde ein Großteil des Aufwands gewidmet. Um die Grenzen des Reibrührschweißprozesses festzulegen, bestand der erste experimentelle Schritt in der Charakterisierung der Mikrostruktur.

Ein zweites Ziel der Mikrostrukturbewertung lautete, Informationen über unerwünschte prozessbedingte Mängel zu gewinnen, die die Intaktheit der Schweißnaht beeinträchtigen könnten. Treten keine Fehler auf, so kann man sicher sein, dass die für das Schweißverfahren gewählten Parameter zu einer akzeptablen Qualität führen.

Die Auswahl der Schweißparameter ist ein komplizierter Prozess mit vielen voneinander abhängigen Variablen, über die wenig bekannt ist. Um diese Wissenslücke zu füllen, kombinierte man die mikrostrukturelle und die globale Modellbildung, um einen Einblick in die wichtigsten Schweißparameter zu gewinnen und Prognosen zu den Bedingungen nach dem Schweißen abgeben zu können.

Das Ziel des Projektes besteht darin, die wissenschaftlichen Grundlagen für einen zuverlässigen Reibrührschweißprozess für Stahl zu entwickeln. HILDA wird die metallurgischen Kenntnisse verbessern, so dass man Phasenänderungen prognostizieren und die Stabilität im geschweißten Zustand hervorheben kann. So kann für die Werften in der EU ein kostengünstiges Schweißverfahren mit geringem Verzug entstehen.

Zu den größten Problemen, die gelöst werden müssen, damit das Reibrührschweißen für Stahl breitere Anwendung finden kann, gehören die Verbesserung der Produktivität (Schweißgeschwindigkeit, Werkzeughaltbarkeit und Kosten), ein erweiterter Anwendungsbereich (Nahtgeometrie, Stahlgüte und Dicke) sowie die Entwicklung stabiler und vorhersehbarer Prozesse sowie einer Qualitätssicherungsstrategie.

Im Projekt HILDA wurde nachgewiesen, dass Stumpfschweißen von Stahl möglich ist, und Prozessbetrachtungen zeigen, dass es auch möglich sein sollte, Stahl in anderen Konfigurationen zu schweißen, wie beispielsweise in überlappenden und T-förmigen Geometrien, was bereits bei Werkstoffen wie Aluminium möglich ist. Hierzu müsste man das entsprechende Werkzeugmaterial und eine geeignete Werkzeugkonstruktion finden.

Es wurde ein Kosten- und Nutzenvergleich zwischen dem Reibrührschweißverfahren für Stahl in seinem aktuellen unausgereiften Zustand und den bereits existierenden Stahlschweißtechniken, darunter vor allem MIG-, UP- und Laserhybridschweißen, vorgenommen. Man identifizierte die Möglichkeiten zur Kostensenkung, zur Erhöhung der Sicherheit und zur Erzielung verbesserter Schweißeigenschaften, die das Reibrührschweißen mit sich bringt, und man stellte mögliche Nachteile fest.