P3 LFW

Beteiligte Partner:

• IWS – TU Graz
• pewag Austria GmbH, Kapfenberg
• voestalpine Wire Rod Austria GmbH, St. Peter-Freienstein

Abstract 

Linear friction welding is a solid state joining process. One part is moved under pressure in a reciprocating motion against another stationary part. During this process frictional heat is generated and plasticise the interface. The plasticised material is expelled from the interface in the form of flash. A sound flash is a good indicator for a sound weld, but to avoid too much waste of material, the flash should be minimized. Therefor a numerical model will be developed to predict the flash formation. An another part of the project is to investigate the weldability of high strength, case hardened and stainless chains smaller than 18mm. It should be investigated off which chain diameter a high quality weld is possible. A number of experiments will be performed to find process parameters for a sound weld and for verification of simulation.

Kurzbeschreibung Beim linearen Reibschweißen werden Bauteile durch eine oszillierende  Schwingbewegung unter Druck miteinander verbunden. Die notwendige Wärme in der Fügezone wird durch Reibung der Kontaktflächen aufgrund der Relativbewegung erzeugt. Die wichtigsten Einflussparameter auf die Reibschweißverbindung sind die Schwingamplitude, die Schwingfrequenz und die Anpresskraft. Durch die entstehende Wärme wird das Material in der Schweißzone plastifiziert und aufgrund der Anpresskraft und der Schwingbewegung aus der Schweißzone gedrückt. Es entsteht dadurch der charakteristische Schweißgrat einer Reibschweißverbindung.

Ein ausreichend großer Grat ist ein guter Indikator für eine gelungene Schweißverbindung. Dieser unter Umständen recht große Schweißgrat stellt einen nicht vernachlässigbaren Anteil am Materialeinsatz dar. Um diesen systembedingten Materialabfall zu reduzieren soll der entstehende Schweißgrat möglichst klein gehalten werden.Um die Verformung in den Fügestellen und die Ausbildung des Schweißgrats vorhersagen zu können wird ein Finite Element Modell erstellt. Mit diesem numerischen Simulationsmodell sollen Amplitude, Frequenz, Anpresskraft und die Geometrie der Schweißenden optimiert werden, um einen möglichst kleinen Schweißgrat, bei einer qualitativ hochwertigen Schweißnaht, zu erhalten. Die RSM1 – lineare Reibschweißmaschine liefert die notwendigen Eingabedaten für das Rechenmodell bzw. dient zur Überprüfung der Simulationsergebnisse mit Versuchen. Mit dem Modell des linearen Reibschweißens soll die Wärmeeinbringung, Temperaturverteilung sowie die plastische Verformung und Schweißgratbildung in der Schweißzone simuliert werden.

Durch ein funktionierendes Simulationsmodell lassen sich Kosten und Aufwand für eine optimale Parameter- und Geometriefindung auf wenige Schweißversuche reduzieren. Zusätzlich zur Schweißgratoptimierung wird die Schweißbarkeit von Ketten mit kleinen Querschnitten untersucht. Ziel ist es den kleinstmöglichen Querschnitt zu finden, mit dem eine qualitativ hochwertige Reibschweißverbindung gelingt. 

Mit Schweißversuchen sollen die entsprechenden Schweißparameter für kleine Querschnitte und verschiedene Werkstoffe gefunden werden. Durch weitere Versuchsreihen werden die entsprechenden Schweißparameter optimiert, um eine hochfeste Schweißverbindung mit minimalen Schweißgrat zu erhalten. Mit den Ergebnissen aus den Versuchen soll ein Zusammenhang zwischen Schweißparametern und Schweißqualität gefunden werden.