DE102010021075A1 - Method for the connection of two workpieces, which dispose over materials having different melting points, comprises producing a material-consistent connection between the workpieces by cold metal transfer welding - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, die über unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisende Werkstoffe verfügen, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken hergestellt wird, indem wenigstens das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisende Werkstück zeitweise zumindest bereichsweise auf eine Temperatur oberhalb des niedrigeren Schmelzpunktes erwärmt wird und die beiden Werkstücke in Kontakt miteinander gebracht werden.The invention relates to a method for joining two workpieces which have different melting points having materials, in which a cohesive connection between the two workpieces is made by at least the lower melting point workpiece temporarily at least partially heated to a temperature above the lower melting point and the two workpieces are brought into contact with each other.
Aus dem Stand der Technik sind Verbindungen mit so genannten Hybridnähten bekannt, mit denen Werkstücke, die unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, miteinander verbunden werden. Oftmals handelt es sich hierbei, insbesondere im Fahrzeugbau, um Verbindungen zwischen Stahl- und Aluminiumbauteilen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den zu verbindenden Werkstücken besteht hierbei darin, dass die Werkstoffe, aus denen die Werkstücke bestehen, unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen. So ist der Schmelzpunkt von Aluminium deutlich geringer als der aller üblicherweise verwendeten Stahlsorten. Bei der Herstellung entsprechender Verbindungen wird das Leichtmetall, insbesondere das Aluminium, aufgeschmolzen und es wird eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Stahl erzeugt, die einer Lötverbindung entspricht.From the state of the art, connections with so-called hybrid seams are known with which workpieces which have different materials are connected to one another. Often these are, in particular in vehicle construction, connections between steel and aluminum components. An essential difference between the workpieces to be joined is that the materials that make up the workpieces have different melting points. Thus, the melting point of aluminum is significantly lower than that of all commonly used steel grades. In the production of appropriate compounds, the light metal, in particular the aluminum, melted and it is produced a cohesive connection with the steel, which corresponds to a solder joint.
Die Belastbarkeit einer derartigen Naht ist im Wesentlichen von der Oberfläche der Stahl-Blechplatine abhängig, mit der ein Leichtmetallbauteil verbunden werden soll. In diesem Zusammenhang sind aus dem Stand der Technik stumpfe und angespitzte Blechkanten bekannt, die im Wege einer stoffschlüssigen Verbindung an entsprechend geeigneten Aluminiumbauteilen befestigt werden. Durch das Anspitzen der Blechkante wird die Kontaktfläche zwischen den zu verbindenden Stahl- und Aluminiumbauteilen gegenüber Verbindungen mit nicht angespitzten Stahlblechkanten vergrößert.The load capacity of such a seam is essentially dependent on the surface of the steel sheet metal plate with which a light metal component is to be connected. In this context, blunt and sharpened sheet metal edges are known from the prior art, which are fastened by means of a material connection to suitably suitable aluminum components. The sharpening of the sheet metal edge increases the contact area between the steel and aluminum components to be connected with respect to connections with non-sharpened sheet steel edges.
Zur Herstellung der zuvor erwähnten Hybridnähte eignet sich beispielsweise das Cold Metal Transfer® Verfahren, wie es von der Firma Fronius eingesetzt wird. Hierbei wird das Bauteil, das einen Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt aufweist, zunächst in dem für die Herstellung einer Hybridnaht vorgesehenen Bereich auf eine Temperatur oberhalb der Schmelzpunkttemperatur erwärmt. Ferner werden die zu verbindenden Bauteile in Kontakt mit einander gebracht und abschließend der erwärmte Bereich wieder abgekühlt. Analog zu einem Lötverfahren wird auf diese Weise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen zwei Werkstücken erzeugt, die über Werkstoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkttemperaturen verfügen.For the preparation of the aforementioned hybrid seams, for example, the Cold Metal Transfer ® method, as used by Fronius. In this case, the component having a material with a lower melting point is first heated to a temperature above the melting point temperature in the region provided for the production of a hybrid seam. Further, the components to be connected are brought into contact with each other and finally the heated area is cooled again. Analogous to a soldering process, a cohesive connection between two workpieces is produced in this way, which have materials with different melting point temperatures.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen Werkstücken, die unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, insbesondere Werkstoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, derart weiterzubilden, das eine höhere Nahtfestigkeit gegenüber einer reinen stoffschlüssigen Verbindung erzielt wird. Vor allem die Verbindung zwischen Stahl- und Leichtmetallwerkstücken, wie etwa Aluminiumwerkstücken, soll mit Hilfe des anzugebenden Verfahrens im Hinblick auf die Nahtfestigkeit verbessert werden.Starting from the known prior art, the invention has the object, a compound between workpieces, which have different materials, in particular materials with different melting points, further develop such that a higher seam strength is achieved over a pure cohesive connection. In particular, the connection between steel and light metal workpieces, such as aluminum workpieces is to be improved by means of the method to be specified in terms of seam strength.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine erfindungsgemäß ausgeführte Verbindung ist darüber hinaus im Anspruch 10 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The object underlying the invention is achieved by means of a method according to
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, die über unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisende Werkstoffe verfügen, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken durch Kaltmetalltransferschweißen hergestellt wird, derart weitergebildet worden, dass im Kontaktbereich der beiden Werkstücke wenigstens eines der Werkstücke derart geformt wird, dass zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken hergestellt wird. Bei diesen Schweißverfahren wird wenigstens das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisende Werkstück zeitweise zumindest bereichsweise auf eine Temperatur oberhalb des niedrigeren Schmelzpunktes erwärmt wird und die beiden Werkstücke in Kontakt miteinander gebracht werdenAccording to the invention, a method for joining two workpieces which have materials having different melting points, in which a cohesive connection between the two workpieces is produced by cold metal transfer welding, has been developed such that at least one of the workpieces is formed in the contact region of the two workpieces such that In addition, a positive connection between the two workpieces is made. In this welding process, at least the workpiece having the lower melting point is at least partially heated at least in regions to a temperature above the lower melting point and the two workpieces are brought into contact with each other
Der wesentliche Gedanke der Erfindung beruht somit darin, zusätzlich zu der bei Hybrid-Nähten üblicherweise vorgesehenen stoffschlüssigen Verbindung zwischen unterschiedlichen Werkstoffen eine formschlüssige Verbindung zwischen den zu verbindenden Werkstücken vorzusehen. Auf diese Weise wird die Nahtfestigkeit erhöht und ein Lösen der Verbindung zuverlässig erschwert.The essential idea of the invention is therefore based on providing a positive connection between the workpieces to be joined, in addition to the material-fit connection between different materials usually provided for hybrid seams. In this way, the seam strength is increased and a release of the compound reliably difficult.
Um eine entsprechende zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken, die unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, auszubilden, sind verschiedene technische Ausführungsformen denkbar, die jeweils alternativ oder sich ergänzend eingesetzt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt wenigstens eines der Werkstücke über eine Umformung oder Prägung, die im Kontaktbereich mit dem anderen Werkstück die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung ermöglicht.In order to form a corresponding additional form-fitting connection between workpieces which have different materials, various technical embodiments are conceivable, which can each be used alternatively or in addition. In a preferred embodiment, at least one of the workpieces has a deformation or embossing, which allows the formation of a positive connection in the contact area with the other workpiece.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu ist es ferner denkbar, in dem jeweils anderen Werkstück entsprechende Gegenkonturen, beispielsweise in Form von Ausnehmungen und/oder Bohrungen vorzusehen. Eine ganz spezielle Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht in diesem Zusammenhang vor, dass ein Stahlblech bzw. eine Stahlplatine in dem mit einem Aluminiumbauteil zu verbindenden Kontaktbereich über geeignete Umformungen wie etwa gebogene Bereiche, Nuten, Prägungen und oder Ausnehmungen verfügt, in die nach Fertigstellung der Verbindung das Aluminiumwerkstück über eine geeignete Gegenkontur formschlüssig eingreift. Eine ganz spezielle Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kontur sowie die Gegenkontur der beiden Werkstücke in einem Arbeitsgang, vorzugsweise nahezu gleichzeitig in beide Werkstücke, eingebracht werden. Alternatively or in addition thereto, it is further conceivable to provide corresponding counter contours in the respective other workpiece, for example in the form of recesses and / or bores. A very specific development of the method according to the invention provides in this context that a steel plate or a steel plate in the contact area to be connected to an aluminum component has suitable deformations such as curved areas, grooves, embossments and / or recesses in the after completion of the connection the aluminum workpiece via a suitable mating contour engages positively. A very specific development of the invention provides that the contour and the mating contour of the two workpieces in a single operation, preferably almost simultaneously introduced into both workpieces.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit einerseits im Kontaktbereich zumindest zweier Werkstücke Mittel hergestellt, die eine formschlüssige Verbindung der Werkstücke ermöglichen, andererseits wird mittels einer thermischen Behandlung des Werkstücks, das einen Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt, insbesondere ein Leichtmetall, aufweist, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den zu verbindenden Werkstücken erzeugt. Vorzugsweise wird das zu erwärmende Werkstück vornehmlich in dem für einen Kontakt mit dem anderen Werkstück vorgesehenen Bereich über die Schmelzpunkttemperatur erwärmt.With the method according to the invention, on the one hand, means are produced in the contact region of at least two workpieces, which enable a positive connection of the workpieces, on the other hand, a material connection between them is obtained by means of a thermal treatment of the workpiece, which has a material with a lower melting point, in particular a light metal generated to be joined workpieces. Preferably, the workpiece to be heated is heated above the melting point temperature primarily in the region intended for contact with the other workpiece.
Neben dem zuvor beschriebenen Verfahren und den dazugehörigen speziellen Ausführungsformen betrifft die Erfindung außerdem eine Verbindung zwischen zwei Werkstücken, die Werkstoffe unterschiedlicher Schmelzpunkttemperatur aufweisen, die sich vor allem dadurch auszeichnet, dass sowohl eine stoffschlüssige als auch eine formschlüssige Verbindung zwischen den Werkstücken vorgesehen ist.In addition to the method described above and the associated specific embodiments, the invention also relates to a connection between two workpieces having materials of different melting point temperature, which is characterized in particular by the fact that both a cohesive and a positive connection between the workpieces is provided.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:In the following the invention with reference to specific embodiments without limitation of the general inventive concept is explained in more detail with reference to figures. Showing:
In
Zur Erzeugung der dargestellten Verbindung ist das Aluminiumblech
In Ergänzung zu der zuvor beschriebenen Lösung zeigt
Die in den
Wird nunmehr das für die Verbindung mit dem Stahlblech
Abschließend zeigt
Mit den zuvor erläuterten Herstellungsverfahren sowie den auf diese Weise hergestellten Verbindungen
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DE102010021075A DE102010021075A1 (en) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | Method for the connection of two workpieces, which dispose over materials having different melting points, comprises producing a material-consistent connection between the workpieces by cold metal transfer welding |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3202521B1 (en) * | 2016-02-02 | 2020-05-27 | Punker GmbH | Method of joining for manufacturing an assembly of metallic parts and corresponding ventilator wheel |
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2010
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