Rührreibschweißen für Hochleistungsanwendungen

Wir eröffnen neue Wege für anspruchsvolle Anwendungen

Rührreibschweißen für den Energiesektor und Hochleistungsanwendungen bedeutet: Schweißbarkeit von hochfesten Materialien und artfremden Werkstoff-Kombinationen, Gewährleistung optimaler Schweißnahteigenschaften verbunden mit durchgängiger Qualitätssicherung. Mit unserem Know-how und unserer Technologie entwickeln wir für Sie neue Lösungen für komplexe Aufgabenstellungen.

Herausforderungen im Energiesektor und bei Hochleistungsanwendungen

Wenn Schmelzschweißverfahren an ihre Grenzen stoßen

Werkstoffe, die im Energiesektor und in Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden, weisen häufig eine eingeschränkte Schweißbarkeit auf und erfordern den Einsatz kostenintensiver Schweißzusatzwerkstoffe. Bei diesen hochfesten Materialien und artfremden Werkstoffkombinationen stoßen konventionelle Schmelzschweißverfahren häufig an ihre technologischen Grenzen.

Viele im Energiesektor und in Hochleistungsanwendungen eingesetzte Komponenten bestehen aus hochfesten Werkstoffen, wie z.B. hochlegierte Stähle, amorphe Metalle, austenitische UFG-Stähle, oder aus artfremden Materialkombinationen. Diese Materialien reagieren äußerst empfindlich auf hohe Wärmeeinbringung und schnelle Abkühlraten und weisen zudem hohe Eigenspannungen auf. Mögliche Folgen sind Gefügeänderungen im Wärmeeinflussbereich, Schrumpfspannungen sowie Rissbildung oder Versprödung in der Schweißnaht. Konventionelle Schmelzschweißverfahren bieten für diese Herausforderungen keine oder nur unzureichende Lösungen.

Im Gegensatz dazu zeichnet sich das Rührreibschweißen durch einen kontrollierten Wärmeeintrag aus, bei dem kein Aufschmelzen des Werkstoffes stattfindet, und das Risiko schweißbedingter Fehler daher erheblich reduziert wird. Gleichzeitig lassen sich sehr gute mechanische Eigenschaften der Schweißverbindung erzielen, während der Bedarf an Nacharbeit minimiert wird.

Wenn Anforderungen an Schweißnähte über das normale Maß hinausgehen

Anspruchsvolle Einsatzbedingungen wie extreme Umgebungstemperaturen oder korrosive Medien stellen besonders hohe Anforderungen an Schweißnähte. Dichtheit, mechanische Eigenschaften und eine hohe Lebensdauer der Schweißverbindung sind dabei entscheidende Kriterien, um Folgeschäden sowie kostenintensive Reparaturen nachhaltig zu vermeiden.

Die Anwendungsfelder stellen häufig äußerst hohe Anforderungen an die Belastbarkeit und Dauerhaltbarkeit von Komponenten und deren Schweißverbindungen. Extreme Umgebungstemperaturen, hohe Drücke – etwa bei Tiefseeanwendungen –, saure oder anderweitig korrosive Medien wie H₂S oder Meerwasser, radioaktive Strahlung sowie der Transport von Wasserstoff erfordern Schweißnähte mit sehr guten mechanischen Eigenschaften und hoher Dichtheit. Darüber hinaus muss eine lange Lebensdauer der Verbindungen gewährleistet sein, da Wartung, Reparatur oder der Austausch der Komponenten aufgrund des oft erschwerten Zugangs zu den Installationen mit erheblichem Aufwand und damit hohen Kosten verbunden ist.

Das Rührreibschweißen hat sich in diesem Zusammenhang als ein geeignetes Fügeverfahren erwiesen, mit dem eine verfeinerte Mikrostruktur der Verbindungen erreicht werden kann. Dadurch kommt es seltener zu Versprödung oder Korrosion und gleichzeitig ist eine höhere Dichtheit der Schweißnähte gegeben. Zudem lassen sich mittels Rührreibschweißen im Vergleich zu konventionellen Schweißmethoden bessere mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise eine höhere Festigkeit oder Härte, erzielen.

Wenn Qualitätssicherung übermäßigen Einsatz erfordert

Bei Schweißprozessen, die noch immer auf manuelle Tätigkeiten angewiesen sind oder unter anspruchsvollen Bedingungen – etwa an geografisch abgelegenen Einsatzorten – stattfinden müssen, sind Themen wie eine zuverlässige Reproduzierbarkeit in der Fertigung oder eine effiziente Qualitätssicherung oftmals nur schwierig und aufwendig zu realisieren.

Eine durchgängige und wirksame Qualitätssicherung ist ein zentraler Bestandteil jeder Fertigung, da sie gewährleistet, dass Bauteile die technischen Anforderungen sowie geltende Sicherheitsstandards zuverlässig erfüllen. Sie ermöglicht es, Fehler frühzeitig zu erkennen und Ausschuss sowie Nacharbeit zu minimieren, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden.

Insbesondere Fertigungsprozesse mit einem großen Anteil an manuellen Arbeitsschritten stellen hohe Anforderungen an eine zulässige Reproduzierbarkeit und die konsequente Einhaltung von Qualitätsstandards und sind daher oft mit erhöhtem Aufwand verbunden. Zudem müssen Arbeitsprozesse teilweise in geografisch exponierten oder logistisch schwer zugänglichen Regionen – etwa auf Bohrinseln oder in Krisengebieten – durchgeführt werden, wo die Arbeitsbedingungen für das eingesetzte Personal häufig nicht optimal sind.

Hier bietet das Rührreibschweißen durch seinen vollautomatisierten Prozess eine geeignete Lösung, da es den Einsatz personeller Ressourcen in potenziell gefährlichen Umgebungen deutlich reduzieren kann. Darüber hinaus ermöglichen integrierte Sensorik und Datenanalysen eine lückenlose Qualitätsüberwachung sowie ein kontinuierliches In-line-Monitoring.

Wenn Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit keinen Widerspruch darstellen sollen

Eine nachhaltige Produktion gewinnt in der heutigen Zeit zunehmend an Bedeutung, da sie eine zentrale Voraussetzung dafür ist, auch zukünftigen Generationen eine lebenswerte Umwelt zu sichern. Gleichzeitig ist es unerlässlich, Produktionsprozesse kosteneffizient zu gestalten, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben.

Ein hoher Energiebedarf, der Einsatz von Zusatzwerkstoffen sowie umfangreiche Nacharbeiten führen bei konventionellen Schweißverfahren – insbesondere bei anspruchsvollen Werkstoffen und Anwendungen – zu steigenden Kosten, einem erhöhten Ressourcenverbrauch und einer ungünstigen CO₂-Bilanz. Darüber hinaus sind auch soziale Aspekte zu berücksichtigen, etwa die hohen Anforderungen an Gesundheit und Sicherheit der Schweißer. Vor diesem Hintergrund gestaltet sich der Übergang zu nachhaltigeren und zugleich kosteneffizienteren Arbeitsweisen häufig als herausfordernd.

Das Rührreibschweißen bietet hier deutliche Vorteile, da viele dieser Faktoren reduziert oder vollständig vermieden werden können. Das „Single-Pass“-Verfahren ermöglicht es, mit nur einem Schweißvorgang eine durchgängige Schweißnaht zu erzeugen, was zu einer verkürzten Taktzeit und damit zu einem geringeren Energieeinsatz bzw. Kosten führt. Darüber hinaus tragen der Verzicht auf Zusatzwerkstoffe, ein geringerer Ausschuss sowie deutlich reduzierte Lärm- und Schweißrauchemissionen zu einer wesentlich verbesserten CO₂-Bilanz und einer erhöhten Arbeitssicherheit bei. Gleichzeitig ergeben sich daraus auch signifikante wirtschaftliche Vorteile.

Unsere Lösungen & Stärken

Optimale mechanische Eigenschaften für hochfeste Werkstoffe und artfremde Kombinationen

Beim Rührreibschweißen wird verfahrensbedingt eine verfeinerte Mikrostruktur der Schweißverbindung erreicht. Dies führt zu optimalen mechanischen Eigenschaften für Verbindungen von hochfesten Werkstoffen wie z.B. Pipelinestählen, rostfreien Stählen, Nickel-Basis-Legierungen, Kupfer & Kupfer-Legierungen etc. und artfremden Kombinationen.

Die mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Stahlsorten und Nickel-Basis-Legierungen werden maßgeblich von den jeweiligen Schweißbedingungen beeinflusst. Ein zu hoher Wärmeeintrag oder eine zu schnelle Abkühlung kann zu Härteschwankungen, Gefügeinhomogenitäten und Rissbildung führen. Das Rührreibschweißen (FSW) arbeitet mit niedrigen Prozesstemperaturen und ermöglicht dadurch eine gezielte Kornverfeinerung u.a. bei hochfesten Stählen, während der Ausscheidungszustand von z.B. Nickel-Basis-Legierungen erhalten bleibt.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit wie z.B. von Kupfer dagegen erschwert das Fügen mit konventionellen Schmelzschweißverfahren. Typische Probleme wie Schweißfehler, Porosität und Kornvergröberung führen häufig zu verminderten mechanischen Eigenschaften und reduzierter elektrischer Leitfähigkeit. Das Rührreibschweißen arbeitet lediglich bei 50–80 % der Schmelztemperatur und erzielt dadurch eine fehlerfreie Nahtqualität mit einem verfeinerten Gefüge. Die industriellen Anwendungen von FSW bei Kupfer sind jedoch oft durch geringe Schweißgeschwindigkeiten und lange Taktzeiten begrenzt. Hierbei bieten wir eine ganzheitliche Lösung aus Schweißwerkzeug und Maschine, die das Fügen von Reinkupfer und Kupferlegierungen von dicken Wandstärken ermöglicht und auch auf artfremde Kombinationen mit Stahl und Aluminium erweitert werden kann. Dabei können bei optimaler Qualität im Stumpf- und Überlappstoß Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/min erreicht werden.

Durchgängige Schweißnahtqualität durch Hybridregelung von Schweißparametern

Die Maschinensteuerung ermöglicht den Einsatz einer Kombination aus Temperatur- und Drehmomentregelung, die eine kontinuierliche Schweißqualität sicherstellt und mechanische Eigenschaften gezielt steuern lässt.

Um die benötigte Schweißqualität zu garantieren, bieten wir Drehmoment- und Temperaturregelung an. Dabei kann je nach Werkstoff unmittelbar die resultierende Mikrostruktur der Schweißnaht bestimmt werden. Dies ermöglicht nicht nur eine Anpassung der mechanischen Eigenschaften abhängig von ihren Anforderungen, sondern garantiert auch eine lückenlose Qualitätssicherung. Die Temperaturregelung verwendet eine durchgängige Steuerung der Schweißparameter abhängig von der festgelegten Temperatur. Diese wird mittels der Kombination unterschiedlicher Temperaturmessgeräte in die fertige Maschine integriert. So lassen sich Prozessschwankungen ausgleichen, Materialschädigungen vermeiden und reproduzierbare, hochfeste Schweißverbindungen sicherstellen.

Vollautomatisierte Maschinen für nahtlose Qualitätskontrolle und In-line Monitoring

Vollautomatisierte FSW-Maschinen sind für einen CNC-geführten, reproduzierbaren Schweißprozess ausgelegt. Die Verwendung klar definierter Regelgrößen für die Prozessführung, wie z.B. Axialkraft, Position, Drehzahl, Drehmoment und Temperatur, minimiert den Einfluss der Bedienerqualifikation. Die kontinuierliche Datenerfassung bildet die Grundlage für qualifizierte Prozesse, eine nachvollziehbare Qualitätskontrolle und einen stabilen Mehrschicht- oder Dauerbetrieb.

Vollautomatisierte FSW-Maschinen sind als CNC-geführte Systeme mit eindeutig definierten Prozessparametern ausgelegt. Der Schweißprozess wird über die maßgeblichen Regelgrößen Axialkraft, Position bzw. Drehzahl, Drehmoment sowie Temperatur geführt und kontinuierlich überwacht. Dadurch werden reproduzierbare Prozessbedingungen erreicht, wobei der Einfluss des Bedieners auf das Schweißergebnis auf ein Minimum reduziert ist. Das Verfahrensprinzip ist unempfindlich gegenüber typischen externen Störeinflüssen und arbeitet ohne Lichtbogen, Spritzer oder schweißtypische Emissionen. Übliche Oberflächenverunreinigungen können innerhalb definierter Grenzen toleriert werden, und die Anforderungen an die exakte Positionierung der Fügeteile sind im Vergleich zu hochenergetischen Verfahren geringer, was den Vorbereitungs- und Rüstaufwand reduziert. Die Positionierung und das Anfahren der Schweißnaht erfolgen reproduzierbar und ohne manuelle Korrekturen.

Der Schweißprozess erfordert während des Betriebs keine manuelle Nähe zum Werkzeug und ist in klar definierten, sicheren Betriebsarten organisiert. Nebenzeiten werden unter anderem durch den Wegfall von Heftoperationen und Zusatzwerkstoffen reduziert. Werkzeugstandzeiten lassen sich auf Basis der überwachten Prozessparameter abschätzen und in die Instandhaltungsplanung integrieren. Die kontinuierliche Erfassung und Speicherung aller relevanten Prozessgrößen bilden die Grundlage für eine digitale Schweißnaht-Dokumentation und unterstützen qualifizierte Prozesse gemäß gängigen Anforderungen an WPS und WPQR. Auf dieser Basis kann der Umfang nachgelagerter Prüfungen reduziert und gezielt auf prozesskritische Bereiche ausgerichtet werden.

Das prozessrelevante Know-how ist im Maschinen- und Regelungssystem hinterlegt, während der Bediener primär überwachende und organisatorische Aufgaben übernimmt. Dies reduziert die Abhängigkeit von hochqualifiziertem Schweißpersonal, erleichtert die Einsatzplanung und unterstützt einen stabilen Betrieb im Mehrschicht- oder Dauerbetrieb.

Mit FSW verbinden wir Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit

Hohe Schweißgeschwindigkeiten, wenig Pre- & Post-Processing und das autogene Verfahren, d.h. Vermeidung von Schweißzusatzwerkstoffen garantieren eine wirtschaftliche und nachhaltige Fertigung.

Das Rührreibschweißen weist im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Nachhaltigkeit auf. Dazu zählen ein deutlich geringerer Energieeinsatz, ein reduzierter Bedarf an Vor- und Nachbehandlungen (z.B. Wärmebehandlungen oder Oberflächenversiegelungen), ein effizienterer Materialeinsatz sowie eine geringere Ausschussquote. Zudem wird auf gefährliche Zusatzwerkstoffe verzichtet, während Lärm- und Schweißrauchemissionen erheblich reduziert und die Lebensdauer der Schweißnähte verlängert wird.

Diese Faktoren führen zu einer deutlich verbesserten CO₂-Bilanz und einer erhöhten Arbeitssicherheit. Gleichzeitig ergeben sich durch die Reduktion von Material- und Energieressourcen (bis zu 60% weniger Energieaufwand), die höheren Schweißgeschwindigkeiten, den hohen Automatisierungsgrad und die daraus resultierende Prozessstabilität auch Kosteneinsparungen und damit signifikante wirtschaftliche Vorteile. Damit stellt das Rührreibschweißen eine attraktive und zukunftsweisende Alternative für eine Vielzahl von Schweißanwendungen dar.

Friction Stir Welding of Steel

Friction Stir Welding of Copper

Circumferential FSW of Steel

Unsere Produkte & Dienstleistungen

Turnkey-Systeme für Rührreibschweißen

Komplettlösungen aus einer Hand: von der Maschine, über maßgeschneiderte Werkzeuge bis zur Integration in Ihre Fertigungslinie. Unsere Systeme sind sofort serienreif, zuverlässig und wirtschaftlich – QS-Software, Spanntechnik und Schweißprozess inklusive.

Alles aus einer Hand

Unsere FSW-Maschinen sind weit mehr als reine Schweißanlagen – sie sind vollintegrierte, kundenspezifisch ausgelegte Produktionslösungen. Als Turnkey-Systeme umfassen sie Maschinen, Spanntechnik, Werkzeuge, Prozessführung und Qualitätssicherung aus einer Hand. Das Maschinenspektrum reicht von 3-Achs-Maschinen für lineare und 2D-konturierte Schweißanwendungen bis hin zu Systemen für Rohrschweißprozesse in den Lagen 1G bis 5G, einschließlich orbitaler Ausführungen. Ergänzt werden die Anlagen durch speziell entwickelte Spann- und Vorrichtungskonzepte, die Bauteile auch unter hohen Prozesskräften und bei komplexen Geometrien sicher, flexibel und reproduzierbar fixieren.

Ebenso entscheidend ist die Auslegung der FSW-Prozessführung als Gesamtsystem. Auf dieser Basis kommen maßgeschneiderte Werkzeuge und abgestimmte Prozessparameter zum Einsatz, die eine gleichbleibende Schweißnahtqualität bei planbaren Werkzeugstandzeiten ermöglichen. Dadurch entstehen stabile und beherrschte Prozesse für die Herstellung belastbarer Verbindungen bei kurzen Neben- und Taktzeiten. Das Ergebnis sind serienreife Komplettlösungen, die sich nahtlos in bestehende Fertigungsumgebungen integrieren lassen und von Beginn an produktiv eingesetzt werden können.

Serienmäßig sind unsere Systeme mit der Quality-Software STIRlytics ausgestattet. Sie ermöglicht die kontinuierliche Überwachung aller relevanten Schweißparameter, die Analyse der Prozessdaten sowie die frühzeitige Erkennung von Abweichungen und Optimierungspotenzialen. Jeder Fertigungsschritt wird vollständig dokumentiert, sodass eine durchgängige Rückverfolgbarkeit jeder einzelnen Schweißnaht gewährleistet ist. Dadurch sichern Sie reproduzierbare Qualität, reduzieren den Ausschuss und minimieren die Nacharbeit. Gleichzeitig wird Ihre Serienproduktion planbar, effizient und zuverlässig, ohne Kompromisse bei Performance oder Sicherheit einzugehen.

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MaXstir FSW-Werkzeuge

FSW-Werkzeuge, die langlebig, präzise und auf Ihre Bauteile abgestimmt sind. Optimiert für höchste Standzeiten, minimale Ausschussraten und reproduzierbare Qualität.

Präzision aus Leidenschaft

Wir entwickeln und fertigen maßgeschneiderte FSW-Werkzeuge, die perfekt auf Ihre Bauteile und Fertigungsprozesse abgestimmt sind. Jedes Werkzeug entsteht mit höchster Präzision, durchdachter Materialauswahl, standardisierten Wärmebehandlungen und fundierter Konstruktion. So gewährleisten wir maximale Prozesssicherheit, konstante Nahtqualität und eine lange Standzeit – selbst bei anspruchsvollen Serien und hohen Taktzahlen. Unsere Inhouse-Qualifizierung stellt sicher, dass jedes Werkzeug den hohen Anforderungen der Praxis standhält. Das Ergebnis sind Werkzeuge, die zuverlässig, wiederholbar und bewährt sind – ein wesentlicher Baustein für effiziente und fehlerfreie Serienproduktion.

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Dienstleistungen von A bis Z

Stirtec bietet alles rund ums Rührreibschweißen - von Design und Qualifizierung, Bemusterungen, Schulungen bis hin zu Service & Support, remote oder vor Ort. Wir begleiten Sie von der Idee bis zur Serie – effizient, sicher und wirtschaftlich.

Wir begleiten Sie in jeder Projektphase

Wir begleiten Sie umfassend in allen Projektphasen – von der ersten Konzeptentwicklung über Machbarkeits- und Bemusterungsprojekte bis hin zur laufenden Serienproduktion. Dabei stellen wir sicher, dass Ihre FSW-Prozesse von Anfang an effizient, stabil und reproduzierbar laufen. Unser Leistungspaket umfasst die Schweißnahtqualifizierung und Schweißverfahrensprüfungen nach ISO-Standards, praxisnahe FSW-Schulungen und Workshops für Ihre Mitarbeiter sowie umfassenden Service- und Supportleistungen. So sichern wir die Qualität, Planbarkeit und Effizienz Ihrer Fertigung, minimieren Ausfallzeiten und begleiten Ihre Projekte zuverlässig – vom ersten Schritt bis zum produktiven Serienbetrieb.

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