DE102022124940A1 - Post-welding process - Google Patents
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Abstract
Nachschweißverfahren für Aluminiumbauteile (1, 2), welche mittels einer Ausgangsschweißnaht (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind,wobei das Nachschweißverfahren ein Laserschweißverfahren ist, bei welchem eine Nacharbeits-Schweißzone (4) der Ausgangsschweißnaht (3) mittels eines Lasers (5) erhitzt wird,wobei bei diesem Laserschweißverfahren ein metallischer Nacharbeits-Zusatzwerkstoff in die Nacharbeits-Schweißzone (4) zugeführt wird,wobei der Nacharbeits-Zusatzwerkstoff als einen Bestandteil eine AIMg4,5Mn-Legierung aufweist oder aus dieser besteht, und wobei dieser als Nacharbeits-Schweißdraht (6) ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Nacharbeits-Schweißdraht (6) eine passivierte Oberfläche aufweist.Post-welding process for aluminum components (1, 2), which are cohesively connected to one another by means of an initial weld seam (3), the post-welding process being a laser welding process in which a rework welding zone (4) of the initial weld seam (3) is heated by means of a laser (5). ,wherein in this laser welding process a metallic rework filler material is fed into the rework welding zone (4), the rework filler material having or consisting of an AIMg4.5Mn alloy as a component, and this being used as a rework welding wire (6 ) is formed, characterized in that the rework welding wire (6) has a passivated surface.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schweißverfahren für verschweißte Aluminiumbauteile. Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Fertigungsverfahrens für Kraftfahrzeugbatteriegehäuse erläutert, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen. Ein derartiges Batteriegehäuse weist einen Grundkörper auf, welcher insbesondere auf Grund der komplexen Formgebung und Festigkeitsanforderungen aus Einzelteilen zusammengefügt ist, wobei diese Einzelteile wenigstens teilweise miteinander verschweißt sind und als einen Bestandteil eine Aluminiumlegierung aufweisen oder aus dieser Aluminiumlegierung bestehen. Weiter werden nachdem Fügen wird eine solche Schweißnaht am Batteriegehäuse geprüft und beurteilt. Soweit die Schweißnaht Unregelmäßigkeiten aufweist, wie insbesondere kleine optische oder oberflächige Fehlstellen, kann diese mittels eines Laserschweißverfahrens ausbeziehungsweise nachgebessert werden. Bei Bauteilen mit hohen Anforderungen, wie diese auch bei einem Batteriemodul auftreten können, kann eine derartige Nachbearbeitung, insbesondere bezüglich Festigkeit der Schweißnaht nicht ausreichend sein. Um die Anzahl der Bauteile die als in Ordnung beurteilt werden zu erhöhen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Nachschweißverfahren für verschweißte Aluminiumbauteile anzugeben, mit welchem eine ausreichende Schweißnahtfestigkeit erreichbar ist, diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The invention is explained below using a manufacturing process for motor vehicle battery housings; this is not to be understood as a limitation of the invention to such an application. Such a battery housing has a base body which, in particular due to the complex shape and strength requirements, is assembled from individual parts, these individual parts being at least partially welded together and having an aluminum alloy as a component or consisting of this aluminum alloy. After joining, such a weld seam on the battery housing is checked and assessed. If the weld seam has irregularities, such as small optical or surface defects, these can be repaired using a laser welding process. For components with high requirements, such as those that can occur with a battery module, such post-processing may not be sufficient, particularly with regard to the strength of the weld seam. In order to increase the number of components that are judged to be OK, it is an object of the invention to provide a post-welding method for welded aluminum components with which sufficient weld seam strength can be achieved. This object is achieved by a method according to
Im Sinn der Erfindung ist unter einem Nachschweißverfahren für Aluminiumbauteile ein Verfahren zu verstehen, bei welchem eine Schweißnaht von wenigstens zwei mittels einer dieser miteinander verbundenen Metallteile „nachgearbeitet“ wird, insbesondere werden bei diesem Nacharbeiten Bereiche oder Abschnitte dieser Schweißnaht insbesondere bzgl ihrer Optik oder ihrer mechanischen Eigenschaften verbessert oder wenigstens verändert. Anders gewendet verbindet die nachzuarbeitende Schweißnaht, also die ursprüngliche oder Ausgangsschweißnaht, wenigstens zwei Aluminiumbauteile stoffschlüssig miteinander. In einem Prüfverfahren, dies ist in einem einfachen Fall eine Sichtprüfung beziehungsweise ein anderes geeignetes Verfahren zur Prüfung dieser Schweißnaht, wird die Güte Ausgangsschweißnaht geprüft. Wird ein Abschnitt dieser Ausgangsschweißnaht erkannt, welcher festgelegten Kriterien nicht entspricht oder nicht in ausreichendem Maße entspricht, kann dieser Abschnitt durch das vorgeschlagene Nachschweißverfahren nachbearbeitet werden, so dass auch dieser Abschnitt den festgelegten Kriterien in ausreichendem Maße genügt.In the sense of the invention, a re-welding process for aluminum components is to be understood as a process in which a weld seam of at least two metal parts is “reworked” using one of these interconnected metal parts; in particular, during this reworking, areas or sections of this weld seam, in particular with regard to their appearance or their mechanical properties Properties improved or at least changed. In other words, the weld seam to be reworked, i.e. the original or initial weld seam, connects at least two aluminum components to one another in a materially bonded manner. In a test procedure, which in a simple case is a visual inspection or another suitable procedure for testing this weld seam, the quality of the initial weld seam is checked. If a section of this initial weld seam is identified that does not meet the specified criteria or does not meet them to a sufficient extent, this section can be reworked using the proposed re-welding process so that this section also sufficiently meets the specified criteria.
Es ist weiter vorgeschlagen, dass das Nachschweißverfahren ein Laserschweißverfahren ist, bei welchem eine Nacharbeits-Schweißzone der Ausgangsschweißnaht mittels eines Lasers erhitzt wird. Insbesondere mittels eines Laserschweißverfahrens, bei welchem die Energiezuführung in die Schweißzone mittels wenigstens eines Lasers geschieht, ist insbesondere ein besonders gezielter Eintrag von Energie in die Schweißzone erreichbar und weiter werden damit geringe Spannungen im Bauteil verursacht und ein geringer thermischer Verzug. Im Sinn der Erfindung wird als Nacharbeits-Schweißzone der Bereich der Ausgangsschweißnaht bezeichnet, welcher durch den wenigstens einen Laser thermisch erhitzt ist oder erhitzt wird. Weiter ist es vorgeschlagen, dass bei diesem Nachschweißverfahren ein metallischer Nacharbeits-Zusatzwerkstoff in die Nacharbeits-Schweißzone zugeführt wird. Bezüglich der Zuführung von Zusatzwerkstoff wird bei Schweißverfahren grundsätzlich zwischen sollen unterschieden, bei welchen kein Zusatzwerkstoff zu geführt wird, wobei bei diesen Schweißverfahren lediglich die Schweißzone mittels einer Energiequelle erhitz wird und sich lediglich der Werkstoff der miteinander zu verschweißenden Bauteile stoffschlüssig miteinander verbindet, demgegenüber gibt es auch Schweißverfahren, zu welchen auch das hier vorgeschlagene Nachschweißverfahren gehört, bei welchen zusätzlich zur Erhitzung der Schweißzone auch ein Zusatzwerkstoff in diese zugeführt wird, dabei kann der Zusatzwerkstoff die Werkstoffzusammensetzung der verbundenen Bauteile in der Schweißzone beeinflussen.It is further proposed that the re-welding process is a laser welding process in which a re-work welding zone of the initial weld seam is heated using a laser. In particular, by means of a laser welding process, in which the energy is supplied to the welding zone using at least one laser, a particularly targeted introduction of energy into the welding zone can be achieved and, furthermore, low stresses are caused in the component and a low thermal distortion. In the sense of the invention, the area of the initial weld seam that is or is being thermally heated by the at least one laser is referred to as the rework welding zone. It is further proposed that in this re-welding process a metallic re-work filler material is fed into the re-work welding zone. With regard to the supply of additional material, a basic distinction is made in welding processes between shoulds in which no additional material is supplied, with these welding processes only the welding zone being heated using an energy source and only the material of the components to be welded together being bonded to one another, on the other hand, there are also welding processes, which also include the post-welding process proposed here, in which, in addition to heating the welding zone, a filler material is also fed into it; the filler material can influence the material composition of the connected components in the welding zone.
Bei dem vorgeschlagenen Nachschweißverfahren weist der Nacharbeits-Zusatzwerkstoff, also der Werkstoff, Welcher beim Erhitzen der Nacharbeits-Schweißzone dieser zugeführt wird, als einen Bestandteil eine AIMg4,5Mn-Legierung auf oder dieser Nacharbeits-Zusatzwerkstoff besteht, wenigstens im Wesentlichen, aus einer solchen Legierung. Weiter ist es vorgeschlagen, dass der Nacharbeits-Zusatzwerkstoff als ein Nacharbeits-Schweißdraht ausgebildet ist. Im Sinn der Erfindung ist unter einem Schweißdraht, beziehungsweise einem solchen Nacharbeits-Schweißdraht, ein Draht mit einer geringen Dicke zu verstehen, wobei gering in diesem Sinn weniger als 5 mm Dicke ist. Vorzugsweise weist der Nacharbeits-Schweißdraht einen kreisrunden Querschnitt auf, weiter vorzugsweise ist der Nacharbeits-Schweißdraht roll- beziehungsweise wickelbar und kann somit leicht in einer Schweißanlage aufgenommen werden.In the proposed re-welding process, the re-work filler material, i.e. the material which is supplied to the re-work welding zone when it is heated, has an AIMg4.5Mn alloy as a component or this re-work filler material consists, at least essentially, of such an alloy . It is further proposed that the rework additional material is designed as a rework welding wire. In the sense of the invention, a welding wire, or such a rework welding wire, is to be understood as meaning a wire with a small thickness, with small in this sense being less than 5 mm thick. The rework welding wire preferably has a circular cross section; more preferably, the rework welding wire can be rolled or wound and can therefore be easily picked up in a welding system.
Der Nacharbeits-Schweißdraht weist eine Mantelfläche auf, welche sich aus dessen Querschnitt und einer Längserstreckung des Nacharbeits-Schweißdrahts ergibt. Untersuchungen zeigen, dass bei einer Nacharbeit von Schweißungen mit einem derart gestalteten Nacharbeits-Schweißdraht besonders gute Ergebnisse zu erzielen sind, insbesondere weist eine derart nachgearbeitete Schweißnaht keine oder nur noch geringe Fehlstellen oder Fehler auf und genügt damit den Qualitätsanforderungen an diese.The rework welding wire has a lateral surface, which results from its cross section and a longitudinal extent of the rework welding wire. Studies show that particularly good results can be achieved when reworking welds with a rework welding wire designed in this way; in particular, a weld seam reworked in this way has no or only minor defects or errors and therefore meets the quality requirements for these.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Nacharbeits-Schweißdraht einen kreisrunden Querschnitt. Die Passivierte Mantelfläche des Nacharbeits-Schweißdrahts wird dabei durch die begrenzende Kreislinie dieses Querschnitts und die Längserstreckung des Nacharbeits-Schweißdrahts gebildet. Weiter hat es sich als günstig für die Nacharbeitung einer Ausgangsschweißnaht erwiesen, wenn der Durchmesser dieses kreisrunden Querschnitts derart gewählt ist, dass dieser kleiner ist als 3 mm und größer ist als 0,5 mm. Insbesondere ein derartiger Nacharbeits-Schweißdraht ist einfach zu verarbeiten und weiter ist dieser günstig herzustellen.In a preferred embodiment of the invention, the rework welding wire has a circular cross section. The passivated lateral surface of the rework welding wire is formed by the delimiting circular line of this cross section and the longitudinal extent of the rework welding wire. Furthermore, it has proven to be beneficial for the reworking of an initial weld seam if the diameter of this circular cross section is selected such that it is smaller than 3 mm and larger than 0.5 mm. In particular, such a rework welding wire is easy to process and is also inexpensive to produce.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Nachschweißverfahrens ist die Außenumfangsfläche des Nacharbeits-Schweißdrahts wenigstens teilweise oder vorzugsweise vollständig als passivierte Oberfläche ausgebildet. Grundsätzlich sind unterschiedliche Arten zum Passivieren der Oberfläche von Bauteilen aus einer Aluminiumlegierung bekannt. Untersuchungen zeigen, dass eine verbesserte Nacharbeitsqualität für das Nachschweißen der Ausgangsschweißnaht erreichbar ist, wenn dies mit einem Nacharbeits-Schweißdraht der beschriebenen Ausführung erfolgt.In a preferred embodiment of the proposed rewelding method, the outer circumferential surface of the rework welding wire is at least partially or preferably completely formed as a passivated surface. Basically, different ways of passivating the surface of components made of an aluminum alloy are known. Studies show that improved rework quality can be achieved for rewelding the initial weld seam if this is done with a rework welding wire of the design described.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Passivieren der passivierten Oberfläche des Nacharbeits-Schweißdrahts, insbesondere also der Außenumfangsfläche des Nacharbeits-Schweißdrahts, durch ein Verfahren unter Verwendung beziehungsweise basierend auf Titan (Ti) und Zirkon (Zr) beziehungsweise Titan- und oder ZirkonVerbindungen erreicht, sogenannte Passivierung auf Ti-/Zr-Basis. Weiter vorzugsweise ist das Passivierungsverfahren chromfrei, also ohne Zusatz von Chrom oder ChromVerbindungen. Insbesondere mit einem derart gestalteten Nacharbeits-Schweißdraht sind besonders gute Ergebnisse für das Nacharbeiten der Ausgangsschweißnaht erreichbar.In a preferred embodiment of the invention, the passivation of the passivated surface of the rework welding wire, in particular the outer peripheral surface of the rework welding wire, is achieved by a process using or based on titanium (Ti) and zirconium (Zr) or titanium and/or zirconium compounds, so-called Ti/Zr-based passivation. The passivation process is also preferably chromium-free, i.e. without the addition of chromium or chromium compounds. Particularly with a rework welding wire designed in this way, particularly good results can be achieved for reworking the original weld seam.
Nachfolgend sind einzelne Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei sind auch andere als die dargestellten Kombinationen von Merkmalen grundsätzlich möglich, es zeigt:
-
1 : eine exemplarische Darstellung des Nachschweißens einer Ausgangsschweißnaht, -
2 : eine 3D-Darstellung des Nacharbeits-Schweißdrahts, -
3 : vereinfachter Ablaufplan eines Nachschweißvorgangs.
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1 : an exemplary representation of the re-welding of an initial weld seam, -
2 : a 3D representation of the rework welding wire, -
3 : simplified flow chart of a post-welding process.
In
In
Mit anderen Worten ausgedrückt ist es bisher bekannt bei einer Schweißnaht insbesondere kleine optische/oberflächigen Fehlstellen mittels eines Lasers nachzubessern. Im Kraftfahrzeugbau werden bei der Herstellung von Gehäusen für die Batteriemodule besondere Anforderung an die Festigkeit der Schweißnähte gestellt, derartige oberflächliche Nacharbeiten durch einen Laser sind dafür regelmäßig nicht ausreichend. Die Erfindung schlägt demgegenüber ein Nachschweißverfahren vor, welches eine hohe Festigkeit der nachgebesserten Ausgangsschweißnaht mit einem geringem Temperatureintrag für das Nacharbeiten kombiniert und welches darüber hinaus die zugrundeliegenden Fügepartner, insbesondere Aluminiumbautele, stoffschlüssig verbinden kann.In other words, it is previously known to repair small optical/surface defects in a weld seam using a laser. In motor vehicle construction, special requirements are placed on the strength of the weld seams when producing housings for battery modules; such superficial rework using a laser is usually not sufficient. In contrast, the invention proposes a re-welding process which combines high strength of the improved initial weld seam with a low temperature input for the rework and which In addition, the underlying joining partners, in particular aluminum components, can be cohesively connected.
Das vorgeschlagene Nachschweißverfahren hat einen Laser als Energiequelle für das Erhitzen der Nachschweißzone zum Inhalt, dies führt zu einem lokal begrenzten Temperatureintrag bei der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens. Dabei zeigen Versuche, dass der Einsatz eines Lasers ohne Zusatz eines Zusatzwerkstoffs, wie insbesondere dem Nacharbeits-Schweißdraht, resultierte in einer spröden nachgearbeiteten Ausgangsschweißdraht, welche auch Risse aufweisen kann und damit nicht die Anforderungen genügt.The proposed post-welding method uses a laser as an energy source for heating the post-welding zone, which leads to a locally limited temperature input when using the proposed method. Tests show that the use of a laser without the addition of an additional material, such as in particular the rework welding wire, resulted in a brittle reworked starting welding wire, which can also have cracks and therefore does not meet the requirements.
Durch die Verwendung eines Zusatzwerkstoffs, welcher der erhitzten Nachschweißzone bei der Nacharbeit der Ausgangsschweißnaht zugesetzt wird, ist es ermöglicht die Ausgangsschweißnaht in dem Bereich, in welchem diese nachgearbeitet wird, mit diesem Zusatzwerkstoff legiert. Unter Verwendung eines Nacharbeits-Schweißdrahts mit passivierter Oberfläche ist es ermöglicht, eine nachgearbeitete Ausgangsschweißnaht zu erreichen, welche eine hohe Festigkeit und wenige oder keine Fehlstellen aufweist.By using a filler material, which is added to the heated post-weld zone when reworking the initial weld seam, it is possible to alloy the initial weld seam with this additional material in the area in which it is reworked. Using a rework welding wire with a passivated surface makes it possible to achieve a reworked initial weld that has high strength and few or no defects.
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| R163 | Identified publications notified |