Rührreibschweißen von Aluminium nach ISO 25239:2020(de)

Courtesy of TWI Ltd

Viele Unternehmen haben die Entwicklung, Überarbeitung und Aktualisierung der ISO 25239 zum Rührreibschweißen von Aluminium unterstützt und aktiv in der Kommission C-III-B-WGB1 des IIW mitgewirkt, die die englischsprachige Entwürfe der ISO/DIS 25239-1 bis -5 im Mai 2019 an alle IIW-Mitglieder verteilt hat. Dies ist die erste Überarbeitung dieser Norm seit ihrer Erstausgabe im Jahr 2010.

Die fünf Teile der neuen Norm wurden im Juni 2020 auf Englisch und im Dezember 2020 auf Deutsch veröffentlicht. Die elektronischen und gedruckten Versionen sind über folgende Webseiten erhältlich:

• Deutsch: www.beuth.de/de/...query=DIN+EN+25239
     
• Englisch: www.iso.org/search.html?q=25239

Die Norm wurde vom IIW „International Institute of Welding“ in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee CEN/TC 121 „Schweißen und verwandte Verfahren“ erarbeitet, dessen deutsches Sekretariat von DIN verwaltet wird. Das zuständige deutsche Normungsgremium ist der Arbeitsausschuss NA 092-00-27 AA „Rührreibschweißen (DVS AG V 11.2)“ im DIN-Normenausschuss Schweißen und verwandte Verfahren (NAS). Die Ansprechpartner sind Marcus Pommert (DIN, Telefon: +49 30 2601-2844) und Ass. jur. Marcus Kubanek (DVS, Telefon: +49 211 1591 120) sowie die Obmänner Dipl.-Ing. Heinrich Masny (MT Aerospace AG) und Dr.-Ing. Axel Meyer (Riftec GmbH).

Kostengünstige Ausdrucke

Kostengünstige Ausdrucke der englischsprachigen Version von ISO 25239:2020 sind in der Tschechischen Republik erhältlich:

AluStir bestellte das komplette Paket an einem Wochenende. Das Paket wurde am Montag um 7:25 Uhr versandt und mit einer Tracking-Nummer versehen. Es wurde von GLS in der Tschechischen Republik am Montag um 7.40 Uhr abgeholt und am Donnerstag um 11.32 Uhr bei AluStir abgeliefert. Die Ausdrucke waren in Frischhaltefolie eingewickelt und in einem Kartonumschlag verpackt.

Kostenlose Einblicke

Detaillierte Einblicke in die englischsprachige und in die Inhaltsverzeichnisse der deutschsprachigen Norm sind zur Zeit kostenlos über folgende Links abrufbar:

Teil 1 definiert die Begriffe, die beim Rührreibschweißen verwendet werden sollten, sortiert nach dem Alphabet.

Im Vergleich zur inzwischen zurückgezogenen DIN EN ISO 25239-1:2012-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• Neue Definitionen für Verformung des Verbindungsbereichs, Bediener, Eintauchphase, Schweißwurzelfehler, Werkzeug mit feststehender Schulter und Temperatursteuerung wurden hinzugefügt
     
• Die Definitionen von unvollständige Durchschweißung, Mehrlagenschweißen, schweißtechnische Fertigungsprüfung und Einlagenschweißen wurden entfernt
     
• Die Norm wurde redaktionell überarbeitet.

Auf Deutsch erlaubt der Beuth-Verlag einen kostenlosen Einblick in das Inhaltsverzeichnis. Die vollständige englischsprachige Version von Teil 1 einschließlich  Abbildungen ist kostenlos erhältlich unter:   

Teil 2 befasst sich mit der Ausführung der Schweißverbindungen. Er beschreibt unter der Überschrift "Anforderungen an die Ausführung" die Verbindungsarten wie "Stumpfstöße" und "Überlappstöße" sowie weitere wesentliche Informationen und die "Maße des geschweißten Bauteils", wie im Inhaltsverzeichnis aufgelistet.

Im Vergleich zur inzwischen zurückgezogenen DIN EN ISO 25239-2:2012-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• Der halbe Überlappstoß wird beschrieben
     
• Bild 2 wurde korrigiert
     
• Die Norm wurde redaktionell überarbeitet.    

Teil 3 beschreibt die Qualifizierung von Schweißern, die komplizierter ist als die eines Fräsmaschinenbedieners. Er legt Anforderungen an die Prüfung von Bedienern von Schweißmaschinen und anderen Einrichtungen für das Rührreibschweißen von Aluminium fest. 

Die Norm beschreibt die Anforderungen und die Prüfbescheinigung (d.h. das Zertifikat). Es geht um Schweißerqualifikation, wesentliche Variablen und Bereiche der Qualifikation, Qualifizierungsmethoden, Prüfschweißungen und den Prüfbericht.

Anhang A beschreibt die erforderlichen Kenntnisse der Schweißanlage und ihrer Bedienung und Anhang B Kenntnisse der Schweißtechnik. Schließlich wird in Anhang C ein Beispiel einer Eignungsprüfungsbescheinigung für FSW-Schweißer beigefügt.

Im Vergleich zur inzwischen zurückgezogenen DIN EN ISO 25239-3:2012-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• Die Bewertungsgruppen nach ISO 25239-5 wurden bei der Qualifizierung von Bedienern von Schweißeinrichtungen berücksichtigt
     
• Die Definitionen für Prüfung und Bewertungsgruppen von Prüfschweißungen wurden aktualisiert
     
• ZfP (Zerstörungsfreie Prüfung) wird nicht mehr als Alternative zur Biegeprüfung akzeptiert, um einen Bediener von Schweißeinrichtungen zu qualifizieren
     
• Die Gültigkeitsdauer der Qualifizierung eines Bedieners von Schweißeinrichtungen wurde auf drei Jahre verlängert mit einer möglichen Verlängerung um weitere drei Jahre
     
• Anhang A wurde umformuliert, um den Fokus auf die Kenntnis bezüglich der Schweißeinrichtung und deren Betrieb zu richten
     
• Anhang B wurde umformuliert, um den Fokus auf die Kenntnis bezüglich der Schweißtechnologie zu richten
     
• Anhang C wurde an die verlängerte Gültigkeit der Qualifizierung angepasst.

Teil 4 beschreibt die "Spezifikation und Qualifizierung von Schweißverfahren" und definiert den "technischen Inhalt einer pWPS", d. h. einer vorläufigen Schweißanweisung. Der "Anhang A Beispiel eines Formblattes für eine vorläufige Schweißanweisung (pWPS) und Schweißanweisung (WPS)" und "Anhang D Beispiel eines Formblattes für ein Schweißanweisungsqualifizierungsprotokoll (WPQR)" sind besonders nützlich, wenn ein Unternehmen die Details der verwendeten Werkzeugkonstruktion und Schweißparameter nicht offenlegen möchte. Dieser Teil enthält auch "Anhang B Zerstörungsfreie Prüfung" und "Anhang C Hammer-S-Biegeprüfung von Überlappschweißungen."

Für die "Qualifizierung auf der Grundlage einer Schweißverfahrensprüfung" bzw. für die "Qualifizierung auf der Grundlage einer Vorproduktionsschweißprüfung" deckt die Norm z. B. die folgenden Aspekte ab:

• Prüfstücke
     
• Untersuchung und Prüfung von Prüfstücken
     
• Umfang der Qualifizierung
      
• Protokoll der Schweißverfahrensprüfung

Im Vergleich zur inzwischen zurückgezogenen DIN EN ISO 25239-4:2012-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• Alternative Prozessregelungsverfahren (z. B. Temperaturregelung) wurden einbezogen
     
• Die Formulierung des Abschnitts zum thermischen Management und Wärmebehandlungen wurde korrigiert
     
• Die Definition für die Entnahme von Proben wurde für alle Prüfstücke angepasst und die Abbildungen wurden entsprechend überarbeitet
      
• Die Anforderung, dass sich die Oberfläche der Proben beim Querzugversuch im Schweißzustand befinden muss, wurde entfernt
     
• In Tabelle 3 wurde eine neue Anforderung an den Mindestzugfestigkeitsgrad für wärmebehandelbare Legierungen mit einer Einschweißtiefe kleiner 5 mm hinzugefügt
      
• Die pWPS muss nun nach den in ISO 25239-5 festgelegten Bewertungsgruppen qualifiziert werden
      
• Bewertungsgruppen wurden in der WPQR-Vorlage in Anhang D einbezogen.

Teil 5 ist wohl der wichtigste Teil der Norm und wird regelmäßig bei der Vergabe von Aufträgen an Maschinenhersteller und Lohnfertiger verwendet. Er beschreibt in zwölf Abschnitten die Qualitätsanforderungen sowie die Anforderungen an Schweißpersonal, Inspektions- und Prüfpersonal, Ausrüstung und FSW-Werkzeuge.

Es ist eine schriftliche Schweißanweisung zu erstellen, die z. B. die Schweißnahtvorbereitung und -anpassung, die Vorwärmung und Zwischenlagentemperaturregelung, das Verfahren für Heftschweißungen, falls sie verwendet werden, das Rührreibschweißen und die Wärmebehandlung nach dem Rührreibschweißen umfasst.

Wie bei anderen Schweißverfahren auch, die Erfordernisse für Inspektion und Prüfung und Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit.

Die nützlichste Tabelle befindet sich in Anhang A und fasst Fehler, Prüfung und Untersuchung, Akzeptanzstufen und ISO 6520-1 Referenznummern zusammen. Den Inhalt dieser Tabelle zu verstehen, ist der Schlüssel zum Erfolg für die Beurteilung und Verbesserung der Schweißnahtqualität - und wenn etwas schief geht, enthält sie unstrittige Informationen über Fehler, die akzeptiert werden können und solche, die zurückgewiesen werden müssen. Die wichtigsten Anforderungen werden in den folgenden Abschnitten zusammengefasst.

Im Vergleich zur inzwischen zurückgezogenen DIN EN ISO 25239-5:2012-03 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

• In Anhang A wurde das Konzept dreier verschiedener Bewertungsgruppen für die Bewertung der Schweißqualität hinzugefügt
     
• Folgende Unregelmäßigkeiten wurden zu Tabelle A.1 hinzugefügt: Winkelversatz, Verformung des Verbindungsbereiches, Hohlraum an der Oberfläche, Feststoffeinschluss, Verbindungsreste und mehrfache Unregelmäßigkeiten
     
• Die Anforderungen an das Personal, das die Zerstörungsfreie Prüfung und die Sichtprüfung durchführt, wurden in Übereinstimmung mit ISO 17637 gebracht.

Für die normgerechte Durchführung des Rührreibschweißens in der handwerklichen oder industriellen Produktion ist die Beschaffung und das Verständnis der Norm ISO 25239 heutzutage unerlässlich. Diese Norm definiert die FSW-spezifischen Begriffe und erklärt in allgemeinverständlicher Sprache die wichtigsten Anforderungen. 

Hersteller müssen für die Planung. Durchführung und Überwachung der FSW-Produktion nach den festgelegten Anforderungen ausreichendes fachkundiges Personal einsetzen. Die Bediener von Schweißeinrichtungen müssen nach ISO 25239-3 qualifiziert sein. Alle Qualifizierungsunterlagen müssen auf dem neuesten Stand gehalten werden. 

Hersteller müssen für die Planung, Durchführung und Überwachung der Inspektion und Prüfung der FSW-Produktion nach den festgelegten Anforderungen ausreichendes fachkundiges Inspektions- und Prüfpersonal einsetzen. 

Die Sichtprüfung und die makroskopische Prüfung sind die wichtigsten Methoden der zerstörungsfreien Prüfung von Rührreibschweißnähten. Das Personal für die zerstörende und zerstörungsfreie Prüfung muss für die eingesetzten Prüfverfahren ausgebildet sein. Personal für die zerstörungsfreie Prüfung und die Sichtprüfung muss nach ISO 9712 oder ISO 20807 qualifiziert sein. Wenn der Einsatz eines Prüfverfahrens festgelegt wird, das derzeit nicht in ISO 9712 oder ISO 20807 enthalten ist, ist der Hersteller verantwortlich für die Entwicklung des Ausbildungsprogramms, einer Prüfung, der schriftlichen Praxis und der praktischen Demonstration. die den Anforderungen von ISO 9712 oder ISO 20807 entsprechen. Dies soll das Personal befähigen, die geforderte Prüfung durchzuführen. 

Das für die Produktion verwendete Rührreibschweißwerkzeug muss vor dem Einsatz dauerhaft gekennzeichnet werden. Es muss vor Schweißbeginn sauber und ausreichend frei von Verunreinigungen (z. B. Öl, Schmierfett oder Schmutz) sein, die schädliche Auswirkungen auf die Schweißnaht haben könnten. Die korrekte Werkzeuggeometrie ist für das Herstellen einer einwandfreien Rührreibschweißnaht entscheidend. Da sich das Rührreibschweißwerkzeug bei Gebrauch abnutzt, muss es in angemessenen Abständen und nach einem schriftlichen Prüfplan auf Abnutzung untersucht werden. 

Die Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit einer Schweißnaht auf eine WPS und auf den jeweiligen Bediener der FSW-Maschine müssen während des gesamten Herstellungsprozesses sichergestellt werden.

In der normativ gültigen Tabelle A.1 des Anhang A der ISO 25239-5 werden die Unregelmäßigkeiten, Prüfung und Untersuchung, Abnahmekriterien und Bezugsnummern nach DIN EN ISO 6520-1:2007-11 aufgelistet (Schweißen und verwandte Prozesse - Einteilung von geometrischen Unregelmäßigkeiten an metallischen Werkstoffen - Teil 1: Schmelzschweißen). Auf sie wird bei der Lieferantenbewertung und Auftragsvergabe für das Rührreibschweißen von Einzelteilen, Prototypen und Serienbauteilen oft unverändert oder mit zu erfüllenden Einschränkungen Bezug genommen. 

Die in der Norm definierten Abnahmekriterien von „d ≤ 0,2 s oder 4 mm, je nachdem welcher Wert geringer ist,“ entsprechen erfahrungsgemäß nicht in allen Fällen den Qualitätsanforderungen des Kunden. Bei einem Blech mit 8 mm Dicke wäre nach Norm nämlich über die gesamte Schweißnahtlänge eine maximale Ausdehnung der Schlauchpore von 1,6 mm in Querrichtung zur Schweißverbindung zulässig, obwohl das bei crashrelevanten oder schwingungsbelasten Bauteilen eine signifikante Schwächung darstellen würde. Bei dünnen Blechen ist in vielen Fällen bereits eine weniger als 3 mm  zu hohe Wurzelüberhöhung nicht akzeptabel. Darauf kann z.B. in der Bauvorschrift, in der Zeichnung oder im Vertrag hingewiesen werden.

• Aus geschichtlichen Gründen wird der Werkzeuggestaltung und Werkzeugmaterialwahl viel zu wenig Aufmerksamkeit beigemessen, weil die Verfasser der Norm ihr proprietäres Know-How nicht preisgeben wollen.
     
• Hinweise zu Arbeitssicherheit, Risikobewertung und FMEA (Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse, FMEA) fehlen
    
• In Teil 4 werden die Begriffe "Spezifikation von Schweißverfahren" und "Entwicklung von Schweißverfahren" nur unzureichend voneinander unterschieden.
     
• Die aufgelisteten "Verbindungen zu anderen Normen" sind unzureichend. Insbesondere fehlen Hinweise auf ISO 3834, die Druckbehälterrichtlinie und die DVS-Merkblätter. 

• Folgende Verfahrensvarianten werden nur unzureichend beschrieben:
     
• • Mikro-Rührreibschweißen zum Fügen von Dünnblechen und Folien, die weniger als 1 mm dick sind
      
  • CoreFlow™ zum Erstellen von Kühlkanälen unter der Werkstückoberfläche
       
  • Thermal Stir Welding mit einem rotierenden Stift zwischen zwei nicht-rotierenden Schultern und möglicherweise zusätzlicher Wärmeeinbringung durch Ultraschall, Induktion oder Widerstandserwärmung  
       
• In ISO 25239-1:2020(en) wird in Ausnahmefällen, wie z.B. in Bild 6a und in Bild 7b, eine Werkzeug-Drehung im Uhrzeigersinn gezeigt und in den meisten anderen Bildern die Werkzeug-Drehung im Gegenuhrzeigersinn. 
      
• Der Preis von 392,20 € für den pdf-Download des fünfteiligen deutschsprachigen Gesamtpakets (77,30€  + 63,90 €  + 77,30 € +96,40 € +77,30 €) entspricht in Zeiten des E-Books und Internets nicht mehr den Kaufgewohnheiten gelegentlicher Anwender des Verfahrens. Das Herunterladen der kostenlosen englischsprachigen Version von Teil 1 und die kostenpflichtige Beschaffung von Teil 5 bzw. die Teilnahme an einer entsprechenden Schulung sind daher im ersten Schritt empfehlenswert. 

• DIN EN ISO 25239-1:2020-12: Rührreibschweißen - Aluminium - Teil 1: Begriffe (ISO 25239-1:2020); Deutsche Fassung EN ISO 25239-1:2020.
     
• DIN EN ISO 25239-2:2020-12: Rührreibschweißen - Aluminium - Teil 2: Ausführung der Schweißverbindungen (ISO 25239-2:2020); Deutsche Fassung EN ISO 25239-2:2020.
     
• DIN EN ISO 25239-3:2020-12: Rührreibschweißen - Aluminium - Teil 3: Qualifizierung der Bediener (ISO 25239-3:2020); Deutsche Fassung EN ISO 25239-3:2020.
     
• DIN EN ISO 25239-4:2020-12: Rührreibschweißen - Aluminium - Teil 4: Spezifikation und Qualifizierung von Schweißverfahren (ISO 25239-4:2020); Deutsche Fassung EN ISO 25239-4:2020.
     
• DIN EN ISO 25239-5:2020-12: Rührreibschweißen - Aluminium - Teil 5: Qualitäts- und Prüfungsanforderungen (ISO 25239-5:2020); Deutsche Fassung EN ISO 25239-5:2020.
  
  
• Axel Meyer und Corinna Rohland: Rührreibschweissen: Wissenswertes zur aktualisierten DIN EN ISO 25239.
  
  
• Update für die DIN EN ISO 25239 „Rührreibschweißen – Aluminium“ - Home of Welding (home-of-welding.com).
     
• DIN EN ISO 6520-1:2007-11: Schweißen und verwandte Prozesse - Einteilung von geometrischen Unregelmäßigkeiten an metallischen Werkstoffen - Teil 1: Schmelzschweißen.