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6.2 Theoretisches Prozesskraftmodell für das Rührreibschweißen
6.2.3 Entwicklung von theoretischen Prozesskraftgleichungen
6.2.3.1 Prozesskraftverläufe bei glatter Pinoberfläche
Ziel ist die Entwicklung theoretischer Prozesskraftgleichungen aus den Erkenntnissen
des Werkstoffflusses um das Schweißwerkzeug. Dafür werden nur die
Erkenntnisse herangezogen, die nach Abschnitt 6.2.2 als gesichert angesehen
werden können. In einem ersten Schritt soll deshalb auf die Berücksichtigung des
Einflusses der Pinkonturierung verzichtet werden. Die folgenden Betrachtungen
können so aus einem dreidimensionalen in einen zweidimensionalen Fall überführt
werden und vereinfachen sich damit stark. Der grundsätzliche, periodische
Ablauf des Schweißprozesses ändert sich dadurch nicht, wie die nachfolgenden
Untersuchungen verdeutlichen werden.
Abbildung 6-6 zeigt den Kraftverlauf und die darin enthaltenen Spektralanteile
für das Rührreibschweißen mit einem herkömmlichen, konturierten Pin (siehe
Abbildung 5-5). Abbildung 6-7 offenbart die Unterschiede bei der Verwendung
eines glatten Pins für denselben Schweißvorgang. Für die statischen Kraftanteile
sind vor allem in und quer zur Vorschubrichtung deutliche Diskrepanzen zu beobachten.
So steigen die mittleren Beträge dieser Kräfte um ca. 90 % (Fx) bzw.
60 % (Fy) an. Die dynamischen Anteile reduzieren sich dagegen auf im Schnitt
ca. 42 % der Vergleichswerte. Die spektrale Zusammensetzung mit einem dominierenden
Anteil der Drehfrequenz und der zweiten Vielfachen bleibt erhalten.
Nachstehende Schlussfolgerungen können aus diesen Messungen abgeleitet werden:
Die grundsätzlichen Werkstofftransportmechanismen bleiben auch beim
Schweißen mit glattem Pin erhalten.
Durch die glatte Oberfläche wird jedoch deren Größenordnung bzw. das
Verhältnis der unterschiedlichen Transportmechanismen zueinander (siehe
Abbildung 6-5, (a) und (b)) beeinflusst, was sich in reduzierten Kraftschwankungen
äußert.
Der aktive Materialtransport um das Werkzeug herum wird durch den
glatten Pin verringert. Da bei gleichen Schweißparametern die gleiche
Menge an Werkstoff durch die Vorschubbewegung verdrängt werden
muss, erhöht sich demnach der Anteil des Werkstoffs, der um das Werk-
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