Dauerfestigkeitsuntersuchungen an gekerbten Rundproben

Das Rührreibschweißen bietet als Festphasen-Fügeprozess zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Schmelzschweißverfahren und wird zunehmend im Bereich der Elektromobilität, dem Schiffsbau und der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt. Anwendung findet es dabei hauptsächlich zum Fügen niedrigschmelzender Metalle wie Aluminium-, Magnesium- und Kupferlegierungen, wird jedoch auch für Titan- und Stahllegierungen eingesetzt. Zentrales Element des Verfahrens ist ein aus Schulter und Schweißstift bestehendes Werkzeug, das durch Rotation und Druck einen auf Reibung basierenden Wärmeeintrag generiert. Durch diesen wird der Werkstoff plastifiziert und durch das Rührreibschweißwerkzeug extrudiert. Neben den zahlreichen Vorteilen des Verfahrens besitzt das Verfahren jedoch auch Herausforderungen. Herauszustellen sind dabei die vergleichsweise hohen Prozesskräfte, welche sowohl durch die Anlagentechnik, die zu fügenden Bauteile und insbesondere durch das Werkzeug aufgenommen werden müssen. Das Kernziel der Dauerfestigkeitsuntersuchungen ist der Erkenntnisgewinn zum Verhalten der Rührreibschweißstifte unter dynamischer Beanspruchung, wie sie im realen Schweißprozess stattfinden. Aufgrund der verfahrenstypischen Bewegung des Werkzeuges in Kombination mit den Prozesskräften und Momenten entstehen Spannungen am Werkzeug. Bei den vorhandenen Spannungen handelt es sich um Umlauf-Wechselbiegung, schwellende Torsion aufgrund der Rotation im plastifizierten Werkstoff und eine Axialbeanspruchung des Werkzeuges/ des Schweißstiftes aufgrund der aufgebrachten Axialkraft im Prozess. Je nach Auslegung der Werkzeuge entstehen hierbei Gefahren der Unter- und Überdimensionierung, welche die Prozesssicherheit des Verfahrens senken. Besonders kritisch ist der Bereich der Unterdimensionierung zu bewerten, welcher zu einem stochastischen Versagen durch Schweißstiftbruch führen kann. Ungewollte Rüst- und Ausfallzeiten, als auch Bauteilausschuss sind die unmittelbaren Folgen. Informationen zur Dauerfestigkeit können helfen, die Werkzeuge auf die jeweilige Schweißaufgabe abzustimmen und entsprechend zu dimensionieren.