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6.2 Theoretisches Prozesskraftmodell für das Rührreibschweißen
Materialtransport, der bedingt, dass sich Werkstoff bei jeder Werkzeugumdrehung
vor dem sich bewegenden Werkzeug sammelt und dass hinter dem Werkzeug
ein Werkstoffdefizit herrscht, ist damit eigentlich nicht möglich. Die mögliche
Gratbildung auf der Nahtoberfläche oder das etwaige Auftreten von deutlichen
Tunnelfehlern in der Naht zeigen jedoch auch, dass die Kontinuitätsbedingung
nicht uneingeschränkt gelten muss. Hieraus wird ersichtlich, dass die genauen
Abläufe in der Rührzone während des Rührreibschweißens noch immer
nicht als ausnahmslos geklärt gelten können. Die in Abschnitt 6.2.3 folgenden
Betrachtungen stützen sich deshalb auf empirisch ermittelte Erkenntnisse wie
z. B. die Prozesskraftschwankungen, die Oberflächenstruktur der Nahtoberraupe
und die Tatsache, dass sich in Schliffen der Schweißnaht sichtbare Oxidlinien
den einzelnen Werkzeugumdrehungen zuordnen lassen. Dementsprechend wird
für die Modellbildung in Abschnitt 6.2.3, insbesondere in Abschnitt 6.2.3.2, auch
ein nicht vollkommen kontinuierlicher Werkstofftransport angenommen. Die
entsprechenden Gleichungen leiten sich dann aus dem angenommenen Werkstofffluss
bei einer Werkzeugumdrehung ab.
Werkstofftransport zur Nahtwurzel durch Pinkonturierung
Der Einfluss eines mit einem Gewinde konturierten Pins auf den Werkstofffluss
ist in der Literatur sehr umfangreich dokumentiert. Dieses Gewinde fördert den
Werkstoff zur Nahtwurzel hin und hilft die Naht zu schließen (DUBOURG &
DACHEUX 2006, COLLIGAN 1999). Bei fast allen Anwendungen des Rührreibschweißens
werden Pins mit Gewinden unterschiedlichster Ausprägung verwendet.
Der durch das Gewinde erzeugte Wirbel in der Prozesszone und die bereits
beschriebenen Werkstoffströmungen können zum sog. „Nunes Kinematic Model“
zusammengefasst werden (siehe Abbildung 6-5) (MISHRA 2007, SCHNEI-
DER & NUNES 2004). Dieses setzt den resultierenden Werkstofffluss aus drei
Strömungskomponenten zusammen, die sich zu der resultierenden Ausprägung
überlagern. Wird auf die Wirkung des Gewindes verzichtet und mit glatten
Werkzeugen geschweißt, kann es durch den fehlenden Werkstofftransport zur
Nahtwurzel (c) zu Nahtfehlern im Wurzelbereich kommen (LORRAIN ET AL.
2010).
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