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Nahtfehler zeitig zu erkennen

Fehleranfällige Nahtbereiche rührreibgeschweißter Bauteile sollen während der Fertigungsablaufs untersucht werden können. Dieses Projekt des Fraunhofer IZFP würde im Ergebnis Fertigungskosten wie auch Ausschuss und Zeit sparen.

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Leichtbau ist eine der Schlüsseltechniken der Produktion. Gewicht, Material und Energie zu sparen ist branchenübergreifend Praxis. Dabei spielen Leichtbaustrukturen und die Kombination verschiedener Werkstoffe eine essentielle Rolle. Forscher des Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) in Saarbrücken wollen die fehleranfälligen Nahtbereiche von rührreibgeschweißten Bauteilen jetzt prozessintegriert zu untersuchen. Sie tragen damit bei zur Kosten- und Ausschussreduktion bei gleichzeitiger Zeiteinsparung.

Das Rührreibschweißen – Englisch: Friction Stir Welding (FSW) – ist eine noch junges Fügeverfahren, einer noch junge Fertigungstechnik. Es handelt es sich um ein einfaches und sauberes Fügeverfahren vor allem für Leichtmetalle. Er wird zunehmend eingesetzt in der Automobilindustrie, im Maschinenbau sowie in der Luft- und Raumfahrt. Im Vergleich zu konventionellen Fügeverfahren sind beträchtliche Gewichtseinsparungen möglich.

Um die Einsatzgrenzen zu erweitern, wurde das ultraschallunterstützte Rührreibschweißen (US-FSW) entwickelt. Um hier - wie auch beim konventionellen Rührreibschweißen - eine gleichbleibend hohe Qualität der Schweißnähte gewährleisten und eventuell auftretende Prozessschwankungen identifizieren zu können, sind zerstörungsfreie Prüfverfahren unabdingbar: Die Qualität muss vor, während und nach dem Fügeprozess sichergestellt und Fehler beziehungsweise Fehlstellen entdeckt werden, die sich auf die Haltbarkeit der Schweißnaht auswirken können. Zu diesen Fehlerarten gehören Poren und Risse.

Das Rührreibschweißen unterliegt bei der zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) ähnlichen Gesetzmäßigkeiten wie konventionelle Schweißverfahren: Der Einsatz leistungsfähiger, zuverlässiger und kostengünstiger ZfP zur Beurteilung der Qualität der erzeugten Verbindungen ermöglicht darüber hinaus eine erhebliche Erweiterung der Anwendungsbreite der Rührreibschweißtechnik.

„Aufgrund der Bandbreite an Verfahren, die am IZFP zur Verfügung stehen, können wir den Prozess ganzheitlich zu betrachten. Dies geht weit über das typische Auffinden von Unregelmäßigkeiten nach dem Fertigungsprozess – den so genannten „post process“ - hinaus und ermöglicht es, den Fügeprozess vor und während der Herstellung der Verbindungen zu gestalten, ihn zu überwachen und die Anwendung des Rührreibschweißens zu erweitern“, konkretisiert Benjamin Straß. Er ist Gruppenleiter innerhalb der Abteilung „Fertigungsintegrierte ZfP“.

Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts entwickelt das IZFP neben Methoden zum Optimieren von Prozessparametern Verfahren, mit denen Fehler in der Fügezone nachgewiesen und Veränderung der Werkstoffeigenschaften rührreibgeschweißter Hybridverbunde charakterisiert werden können. „Für uns bietet ein solches grundlagenorientiertes Forschungsvorhaben den Reiz, neue Ansätze testen und entwickeln zu können, die dann auf weitere Fertigungsverfahren übertragbar sind. Auch über die Grenzen des eigenen Projekts hinaus findet innerhalb des Schwerpunktprogrammes ein reger Austausch zwischen den Forschungseinrichtungen statt, wodurch immer wieder neue und interessante Kontakte zustande kommen“, sagt Straß.

Fraunhofer-Institut für
Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
Campus E3 1
66123 Saarbrücken
Ansprechpartner ist Sabine Poitevin-Burbes
Tel.: +49 681 9302-0
sabine.poitevin-burbes@izfp.fraunhofer.de
www.izfp.fraunhofer.de