EP3347505A1 - Method for connecting workpieces and connecting pieces produced by this method - Google Patents

Method for connecting workpieces and connecting pieces produced by this method

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Publication number
EP3347505A1
EP3347505A1 EP16774858.1A EP16774858A EP3347505A1 EP 3347505 A1 EP3347505 A1 EP 3347505A1 EP 16774858 A EP16774858 A EP 16774858A EP 3347505 A1 EP3347505 A1 EP 3347505A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpieces
sprayed layer
layer
materials
spraying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16774858.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Krömmer
Martin Hock
Fatih Savgu
Florian Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3347505A1 publication Critical patent/EP3347505A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B23K20/2275—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer the other layer being aluminium
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    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/24—Ferrous alloys and titanium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for joining artver Kunststoffener, not directly welded together materials in which by thermal spraying, in particular by cold spraying, a sprayed layer is produced, which covers at least partially the surface of a first workpiece of a first material, wherein the type of sprayed layer is chosen so that it enters into a cohesive connection with the first material on the physical forces and chemical processes when applying the spray coating.
  • thermal spraying in particular by cold spraying
  • a sprayed layer is produced, which covers at least partially the surface of a first workpiece of a first material, wherein the type of sprayed layer is chosen so that it enters into a cohesive connection with the first material on the physical forces and chemical processes when applying the spray coating.
  • the thermal spraying for coating knows as process variants the autogenous flame spraying or the high-speed flame spraying, the arc spraying, the plasma spraying, the detonation spraying and the
  • Thermal spraying Thermal spraying methods are used in general form, for example in
  • Thermal spraying processes are characterized essentially by the fact that they allow evenly applied coatings.
  • Spray applied coatings can be achieved by varying the
  • Spray materials are adapted to different requirements.
  • Spray materials can be processed in the form of wires, rods or as a powder.
  • a thermal aftertreatment may additionally be provided.
  • thermal spraying process which is also referred to as cold gas spraying. It is a kind
  • Spray method "cold” or a comparatively colder gas used.
  • the gas is heated as in the conventional processes, but only to temperatures below the melting point of the powder particles of the
  • the present invention has for its object to provide a method for joining workpieces, which simplifies the joining of workpieces, cheapened or even made possible.
  • a joining should differ greatly in terms of geometry and / or material (in terms of the
  • the stated object is achieved in that for joining the two workpieces of the second material is welded to the sprayed layer.
  • An essential feature of the invention is that the filler material from which the sprayed layer is made, is in powder form.
  • the cold gas spraying is used as a thermal spraying method, wherein in contrast to conventional explosive plating any thin spray coatings can be applied, whereby material costs and resources can be saved.
  • the different materials can be:
  • Example 1 All black and white compounds not directly weldable materials
  • Example 2 Any type of aluminum-steel compounds, e.g. used in shipbuilding;
  • Example 3 A compound of aluminum and a CrNi material
  • Example 4 A compound of AIMg4.5 and steel
  • Example 5 A compound of AIMg4.5 and stainless steel
  • Example 6 A compound of AIMg4.5 and steel by means of a sprayed layer of nickel or a nickel alloy
  • Example 7 A compound of AIMg4.5 and stainless steel by means of a sprayed layer of nickel or a nickel alloy;
  • Example 8 A compound of AIMg4.5 and steel by means of a sandwich spray layer comprising a Ti / Cu layer and a Ni layer;
  • Example 9 A compound of AIMg4.5 and stainless steel by means of a sandwich sprayed layer comprising a Ti / Cu layer and a Ni layer. Depending on the nature of the first and second material is a suitable
  • Composition of the sprayed layer selected, for example from the group of nickel, titanium, tungsten or copper materials.
  • the workpieces to be joined can differ greatly in terms of their geometry.
  • the inventive method for example, for attaching webs or stiffeners in particular thin-walled
  • Constructions are used with advantage.
  • first sprayed-on layers which have a particularly high adhesive strength and / or a particularly good adhesion to both workpieces or in which the material has a thermal expansion coefficient which approximates the material of the workpiece.
  • first spray coatings are important, for example, if one of the workpieces to be joined consists of glass or ceramic and the connection is to be exposed to temperature changes.
  • Embodiments for producing a sprayed layer according to the invention also apply correspondingly to cases with multiple sprayed layers.
  • the statement that the powder particles of the filler material are not melted in the gas jet should also mean that the particles are not melted in the gas jet substantially. This can be ensured by the fact that the temperature of the gas jet is below the melting point of the powder particles of the filler material. But even at temperatures of the gas jet of 100 K up to 200 K above the melting point of the powder particles of the filler can be prevented due to the extremely short residence time of the particles in the gas jet in the range of milliseconds melting or a melting of the powder particles.
  • the importance of higher gas temperatures or the advantage of heating the gas is that in hotter gases, the speed of sound is higher and thus the
  • Particle velocity is comparatively larger.
  • the cold gas process has a number of advantages over conventional thermal spray processes.
  • the thermal effect and force on the surface of the substrate material is reduced, causing unwanted
  • the layers produced by the cold gas spraying process have no or at least no pronounced texture, i. There is no preference for the individual grains or crystals.
  • the substrate is further not heated by a flame or a plasma, so that no or only extremely small changes to the body and no distortion of workpieces by thermal stresses due to thermal spraying occur. It has been shown that the numerous procedural possibilities of thermal spraying can be used by the cold gas method for the joining of workpieces. The possibilities of using different powder materials and powder mixtures opens up a wide range for
  • cold gas spraying it is advantageously possible to produce sprayed coatings whose properties are very close to the material properties of comparable solid materials from which the sprayed powder used is produced. Therefore, cold gas spraying is also very well suited as a process for additive manufacturing.
  • the quality of joining in the area of the joining zone produced by cold gas spraying is comparable to the quality of a joint made by explosive plating.
  • the gas carrying the pulverulent filler material is also suitable for nitrogen, argon, neon, krypton, xenon, oxygen, a gas containing hydrogen, a carbon-containing gas, in particular carbon dioxide , Water vapor or mixtures of the aforementioned gases and mixtures of these gases with helium.
  • the proportion of helium in the total gas can be up to 90 vol .-%.
  • a helium content of 10 to 50 vol .-% is maintained in the gas mixture.
  • the layers thus produced adhere very well to a wide variety of substrate materials, such as metal, metal alloys, ceramics, glass, plastics and composite materials.
  • the coatings produced by the process according to the invention are of high quality, have an extremely low porosity and have extremely smooth spray surfaces, so that a reworking of the compound is usually unnecessary.
  • the gases used in the invention have a sufficient density and speed of sound to the required high speeds of
  • the gas can be inert and / or reactive Contain gases.
  • the gases mentioned the production of very dense and particularly uniform coatings is possible, which are also characterized by their hardness and strength.
  • the layers have extremely low oxide contents. They have no or at least no pronounced texture, ie there is no preference orientation of the individual grains or crystals.
  • the substrate is further not heated in the cold gas spraying by a flame or a plasma, so that no or only extremely small changes to the body and no distortion of workpieces by thermal stresses due to the thermal spraying occur.
  • the sprayed layer can be formed in multiple layers.
  • the spray coatings can be closed, linear or as a structure on the
  • the first and second workpieces may e.g. tubular, straight, curved or arched be executed.
  • Spray layer of a plurality, in particular of two, three or four, applied in layers and differing from each other in the composition of filler materials, a spray layer thus formed can also be referred to as a multi-layer system. It is thus possible to produce different filler material combinations in the respectively minimum required layer thicknesses.
  • the thickness of the sprayed layer can be up to several millimeters.
  • the one or more materials that make up the sprayed layer are referred to herein as filler metals, as opposed to the first and second
  • Materials from which the workpieces to be joined are made which may also be referred to as basic or solid materials.
  • the first material is selected from the group of aluminum, titanium, magnesium or copper materials.
  • the second material is selected from the group of steel or stainless steel materials.
  • the one or more filler materials from which the sprayed layer is formed is selected according to the requirements described in claim 1 for adhesion to the first material and Verschiana ßbarkeit with the second material.
  • the workpieces to be joined at the junction during application of the spray layer or the sprayed layers touch.
  • the connected workpieces are in direct contact below the sprayed layer or the sprayed layers.
  • the workpieces to be joined at the junction during application of the spray layer or the sprayed layers are arranged at a distance from one another and by the thermal spraying of the gap is filled at the junction. In the workpiece assembly is thus between the connected workpieces filled with the injected filler material or filler materials gap.
  • the gas jet can be heated to a temperature in the range between 30 and 800 ° C, wherein all known powdery spray materials can be used.
  • the invention is particularly suitable for wettable powders of metals, metal alloys, hard materials, ceramics and / or plastics.
  • the temperature of the gas jet in the range between 300 and 500 ° C is selected. These gas temperatures are particularly suitable for the use of reactive gases or reactive
  • Hydrogen mixtures carbon-containing gases or nitrogen-containing gases to mention.
  • a gas jet is used at a pressure of 21 to 50 bar. Above all, working with higher gas pressures brings additional benefits, since the
  • Energy transfer is increased in the form of kinetic energy. Excellent spattering results were achieved, for example, with gas pressures of about 35 bar.
  • the powder particles can be accelerated to a speed of 300 to 1600 m / s. Speeds of the powder particles between 1000 and 1600 m / s, more preferably between 1250 and 1600 m / s, are particularly suitable in the process according to the invention, since in this case the energy transfer in the form of kinetic energy is particularly high.
  • the powders used in the process of the invention preferably have particle sizes of 1 to 100 ⁇ .
  • all suitable materials for carrying out the process according to the invention, all suitable
  • the invention offers a whole series of advantages, of which only a few are to be mentioned here again:
  • the invention makes it possible to produce welded joints in a simple and cost-effective manner, as well as a more compact design and reduction of waste which would result from conventional production of plate couplings ,
  • no unwanted heat input takes place in the first workpiece.
  • FIG. 1 shows a workpiece assembly of two tubes 1 and 2, for example of different materials.
  • the applied spray layer 3 covers in the connection region, the surface of the first tube 1 and the surface of the second tube 2.
  • the spray layer 3 and thus the pipe joint extends over the entire pipe circumference.
  • the spray layer 3 is applied to parts of the surface of the first workpiece 1 and the second workpiece 2, wherein the spray layer 3 is connected to the two workpieces 1 and 2 in different ways:
  • the spray layer 3 connects to the first workpiece 1 cohesively by the cold gas spraying and is welded to the second workpiece 2.
  • the weld 4 is shown symbolically in FIG. 1 with a circle.
  • the reference symbol S denotes the weld joint according to the invention as a whole.
  • FIG. 2 shows another connection made according to the invention of two tubes 1 and 2 with different diameters.
  • the workpiece 2 overlaps the spray layer 3.
  • the type of connections is otherwise analogous to the
  • FIG. 3 shows another compound made in accordance with the invention
  • Workpieces 1 and 2 with a sprayed multi-layer system 3 are two layers.
  • the advantage is that the layer directly joined to the first conversion material 1 (e.g., a Ti / Cu layer) better bonds to the first material 1 (e.g.
  • the second layer e.g., a Ni layer bonds better to the second material 2 (e.g., steel).
  • Multilayer system 3 also adheres to the first layer via the adhesive mechanism produced by the cold gas spraying.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method for joining materials (1, 2) which are of different types and cannot be welded directly to one another, in which method by thermal spraying, in particular by cold gas spraying, a spray coating (3) is produced which at least partially covers the surface of a first workpiece (1) made of a first material (1), wherein the type of spray coating (3) is selected such that the spray coating forms a substance-to-substance bond with the first material (1) by means of the physical forces and chemical operations during application of the spray coating (3), characterized in that for joining the two workpieces (1, 2) the second material (2) is welded to the spray coating (3). The invention further relates to a welded joint piece which is produced by the method according to the invention.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Verbinden von Werkstücken und mit diesem Verfahren hergestellte Method for joining workpieces and produced by this method
Verbindungsstücke  connectors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen artverschiedener, nicht direkt miteinander verschweißbarer Werkstoffe, bei dem durch thermisches Spritzen, insbesondere durch Kaltgasspritzen, eine Spritzschicht hergestellt wird, die zumindest zum Teil die Oberfläche eines ersten Werkstücks aus einem ersten Werkstoff überdeckt, wobei die Art der Spritzschicht so gewählt wird, dass sie mit dem ersten Werkstoff über die physikalischen Kräfte und chemischen Vorgänge beim Auftrag der Spritzschicht eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. In der industriellen Fertigung werden Verbindungen von Werkstücken oder Teilen unterschiedlichster Art und Geometrie benötigt. Die Anforderungen an die Eigenschaften der Verbindungen sind dabei unterschiedlich. Besondere Schwierigkeiten bereitet die Herstellung von Verbindungen von Werkstücken, die sich in der Geometrie und/ oder im Material stark unterscheiden. The invention relates to a method for joining artverschiedener, not directly welded together materials in which by thermal spraying, in particular by cold spraying, a sprayed layer is produced, which covers at least partially the surface of a first workpiece of a first material, wherein the type of sprayed layer is chosen so that it enters into a cohesive connection with the first material on the physical forces and chemical processes when applying the spray coating. In industrial manufacturing, connections of workpieces or parts of various types and geometries are required. The requirements for the properties of the compounds are different. Particular difficulties are encountered in the production of connections of workpieces which differ greatly in geometry and / or material.
Aus der DE-A-15 00 733 ist ein Verfahren zum unlöslichen Verbinden von nicht miteinander verschweißbaren Werkstoffteilen durch Beschichten mittels eines Drahtoder Pulverspritzverfahrens mit und ohne Schutzgasatmosphäre oder mittels eines Plasmaspritzverfahrens mit Schutzgasatmosphäre bekannt. From DE-A-15 00 733 a method for the insoluble bonding of non-weldable material parts by coating by means of a wire or powder injection process with and without a protective gas atmosphere or by means of a plasma spraying process with inert gas atmosphere is known.
Aus der Druckschrift EP 0 91 1 423 B1 ist ein Verfahren zum Verbinden von The document EP 0 91 1 423 B1 discloses a method for connecting
Werkstücken mittel thermischem Spritzen bekannt. Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Fügen artverschiedener Werkstoffe ist das Sprengplattieren, wie es beispielsweise in der Druckschrift EP 1 154 218 B1 beschrieben ist. Workpieces by means of thermal spraying known. Another known method for joining materials of different types is explosive plating, as described, for example, in document EP 1 154 218 B1.
Das thermische Spritzen zum Beschichten kennt als Verfahrensvarianten das autogene Flammspritzen oder das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen, das Detonationsspritzen und das The thermal spraying for coating knows as process variants the autogenous flame spraying or the high-speed flame spraying, the arc spraying, the plasma spraying, the detonation spraying and the
Laserspritzen. Thermische Spritzverfahren werden in allgemeiner Form beispielsweise in Laser spraying. Thermal spraying methods are used in general form, for example in
• Übersicht und Einführung in das "Thermische Spritzen", Peter Heinrich, Linde- Berichte aus Technik und Wissenschaft, 52/1982, Seiten 29 bis 37, oder  • Overview and introduction to the "thermal spraying", Peter Heinrich, Linde reports from technology and science, 52/1982, pages 29 to 37, or
· Thermisches Spritzen - Fakten und Stand der Technik, Peter Heinrich,  · Thermal spraying - Facts and state of the art, Peter Heinrich,
Jahrbuch Oberflächentechnik 1992, Band 48, 1991 , Seiten 304 bis 327, Metall-Verlag GmbH,  Jahrbuch Oberflächentechnik 1992, volume 48, 1991, pages 304 to 327, Metall-Verlag GmbH,
beschrieben. Thermische Spritzverfahren zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, daß sie gleichmäßig aufgetragene Beschichtungen ermöglichen. Durch thermische described. Thermal spraying processes are characterized essentially by the fact that they allow evenly applied coatings. By thermal
Spritzverfahren aufgetragene Beschichtungen können durch Variation der Spray applied coatings can be achieved by varying the
Spritzmaterialien an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden. Die Spray materials are adapted to different requirements. The
Spritzmaterialien können dabei in Form von Drähten, Stäben oder als Pulver verarbeitet werden. Beim thermischen Spritzen kann zusätzlich eine thermische Nachbehandlung vorgesehen sein. Spray materials can be processed in the form of wires, rods or as a powder. During thermal spraying, a thermal aftertreatment may additionally be provided.
Darüber hinaus wurde ein weiteres thermisches Spritzverfahren entwickelt, welches auch als Kaltgasspritzen bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine Art In addition, another thermal spraying process was developed, which is also referred to as cold gas spraying. It is a kind
Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens mit Pulver. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 484 533 B1 beschrieben. Beim Kaltgasspritzen kommt ein Zusatzwerkstoff in Pulverform zum Einsatz. Die Pulverpartikel werden beim Kaltgasspritzen jedoch nicht im Gasstrahl geschmolzen. Vielmehr liegt die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Further development of high-speed flame spraying with powder. This process is described, for example, in European Patent EP 0 484 533 B1. In cold gas spraying, an additional material in powder form is used. The powder particles are melted during cold gas spraying but not in the gas jet. Rather, the temperature of the gas jet is below the
Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes (EP 0 484 533 B1 ) oder aber nur in geringem Maße oberhalb der Schmelztemperatur des Pulvers. Im Melting point of the powder particles of the filler material (EP 0 484 533 B1) or only slightly above the melting temperature of the powder. in the
Kaltgasspritzverfahren wird also ein im Vergleich zu den herkömmlichen Cold gas spraying is thus a compared to the conventional
Spritzverfahren "kaltes" bzw. ein vergleichsweise kälteres Gas verwendet. Gleichwohl wird das Gas aber ebenso wie in den herkömmlichen Verfahren erwärmt, aber lediglich auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Spray method "cold" or a comparatively colder gas used. However, however, the gas is heated as in the conventional processes, but only to temperatures below the melting point of the powder particles of the
Zusatzwerkstoffes oder auf Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes.  Additional material or at temperatures of the gas jet of 100 K up to 200 K above the melting point of the powder particles of the filler material.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken aufzuzeigen, welches das Verbinden von Werkstücken vereinfacht, verbilligt oder überhaupt erst ermöglicht. Insbesondere sollte ein Verbinden von sich in der Geometrie und/oder im Material stark unterscheidenden (hinsichtlich der The present invention has for its object to provide a method for joining workpieces, which simplifies the joining of workpieces, cheapened or even made possible. In particular, a joining should differ greatly in terms of geometry and / or material (in terms of the
Materialzusammensetzung wie auch hinsichtlich der Materialeigenschaften) Material composition as well as regarding the material properties)
Werkstücken ermöglicht werden. Workpieces are made possible.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zum Fügen der beiden Werkstücke der zweite Werkstoff an die Spritzschicht geschweißt wird. The stated object is achieved in that for joining the two workpieces of the second material is welded to the sprayed layer.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Zusatzwerkstoff, aus dem die Spritzschicht hergestellt wird, in Pulverform vorliegt. An essential feature of the invention is that the filler material from which the sprayed layer is made, is in powder form.
Besonders bevorzugt wird das Kaltgasspritzen als thermisches Spritzverfahren eingesetzt, wobei im Gegensatz zum herkömmlichen Sprengplattieren beliebig dünne Spritzschichten aufgebracht werden können, wodurch Werkstoffkosten und Resourcen gespart werden können. Particularly preferably, the cold gas spraying is used as a thermal spraying method, wherein in contrast to conventional explosive plating any thin spray coatings can be applied, whereby material costs and resources can be saved.
Es können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Werkstücke aus unterschiedlichen Werkstoffen verbunden werden. Die unterschiedlichen Werkstoffe können dabei sein: It can be connected by means of the method according to the invention workpieces made of different materials. The different materials can be:
- Metalle oder Metallegierungen mit sehr unterschiedlichem Schmelzpunkt, - metals or metal alloys with very different melting points,
Metalle oder Metallegierungen mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit oder unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten, Metals or metal alloys with different thermal conductivity or different thermal expansion behavior,
Metalle oder Metallegierungen, die beim gemeinsamen Aufschmelzen und der damit verbundenen Durchmischung anschließend beim Abkühlen spröde intermetallische Phasen bilden, welche die Festigkeit der Verbindung beeinflussen,  Metals or metal alloys which, when co-melted and blended together, subsequently form brittle intermetallic phases upon cooling, which influence the strength of the compound,
Metall-Keramikverbindungen.  Metal-ceramic compounds.
Beispiele für Kombinationen von erstem und zweiten Werkstoff: Examples of combinations of first and second material:
Beispiel 1 : Alle schwarz-weiß-Verbindungen nicht direkt schweißbarer Werkstoffe;Example 1: All black and white compounds not directly weldable materials;
Beispiel 2: Jegliche Art von Aluminium-Stahl-Verbindungen, wie sie z.B. im Schiffsbau verwendet werden; Example 2: Any type of aluminum-steel compounds, e.g. used in shipbuilding;
Beispiel 3: Eine Verbindung von Aluminium und einem CrNi-Werkstoff;  Example 3: A compound of aluminum and a CrNi material;
Beispiel 4:Eine Verbindung von AIMg4,5 und Stahl; Example 4: A compound of AIMg4.5 and steel;
Beispiel 5: Eine Verbindung von AIMg4,5 und Edelstahl; Beispiel 6: Eine Verbindung von AIMg4,5 und Stahl mit Hilfe einer Spritzschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung; Example 5: A compound of AIMg4.5 and stainless steel; Example 6: A compound of AIMg4.5 and steel by means of a sprayed layer of nickel or a nickel alloy;
Beispiel 7: Eine Verbindung von AIMg4,5 und Edelstahl mit Hilfe einer Spritzschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung;  Example 7: A compound of AIMg4.5 and stainless steel by means of a sprayed layer of nickel or a nickel alloy;
Beispiel 8: Eine Verbindung von AIMg4,5 und Stahl mit Hilfe einer Sandwich- Spritzschicht aufweisend eine Ti / Cu-Schicht und eine Ni-Schicht; Example 8: A compound of AIMg4.5 and steel by means of a sandwich spray layer comprising a Ti / Cu layer and a Ni layer;
Beispiel 9: Eine Verbindung von AIMg4,5 und Edelstahl mit Hilfe einer Sandwich- Spritzschicht aufweisend eine Ti / Cu-Schicht und eine Ni-Schicht. Abhängig von der Art des ersten und zweiten Werkstoffs wird eine geeignete Example 9 A compound of AIMg4.5 and stainless steel by means of a sandwich sprayed layer comprising a Ti / Cu layer and a Ni layer. Depending on the nature of the first and second material is a suitable
Zusammensetzung der Spritzschicht ausgewählt, zum Beispiel aus der Gruppe von Nickel-, Titan-, Wolfram- oder Kupferwerkstoffen.  Composition of the sprayed layer selected, for example from the group of nickel, titanium, tungsten or copper materials.
Ferner können sich die zu verbindenden Werkstücke hinsichtlich ihrer Geometrie stark unterscheiden. So kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise für das Befestigen von Stegen oder Versteifungen bei insbesondere dünnwandigen Furthermore, the workpieces to be joined can differ greatly in terms of their geometry. Thus, the inventive method, for example, for attaching webs or stiffeners in particular thin-walled
Konstruktionen mit Vorteil eingesetzt werden. Constructions are used with advantage.
Für die überwiegende Zahl der Anwendungen wird es in der Regel genügen, daß lediglich eine Spritzschicht hergestellt wird. Es können aber auch zwei oder mehrere Spritzschichten aufgetragen werden. Dies ist beispielsweise für erste aufgespritzte Schichten sinnvoll, die eine besonders hohe Haftfestigkeit und/oder eine besonders gute Haftung auf beiden Werkstücken besitzen oder bei denen der Werkstoff einen dem Material des Werkstückes angenäherten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Derartige erste Spritzschichten sind beispielsweise von Bedeutung, wenn eines der zu verbindenden Werkstücke aus Glas oder Keramik besteht und die Verbindung Temperaturwechseln ausgesetzt werden soll. Ausführungen zur erfindungsgemäßen Herstellung einer Spritzschicht gelten entsprechend auch für Fälle mit mehreren Spritzschichten. For the vast majority of applications, it will usually suffice that only one sprayed layer is produced. But it can also be applied two or more spray coatings. This is useful, for example, for first sprayed-on layers which have a particularly high adhesive strength and / or a particularly good adhesion to both workpieces or in which the material has a thermal expansion coefficient which approximates the material of the workpiece. Such first spray coatings are important, for example, if one of the workpieces to be joined consists of glass or ceramic and the connection is to be exposed to temperature changes. Embodiments for producing a sprayed layer according to the invention also apply correspondingly to cases with multiple sprayed layers.
In jedem Fall entsteht auf die beschriebene Art und Weise ein Werkstückverbund aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück mit einer Verbindung zwischen beiden Werkstücken aus einer durch thermisches Spritzen erzeugten Spritzschicht oder aus mehreren durch thermisches Spritzen erzeugten Spritzschichten, welche zumindest teilweise eine Oberfläche des ersten Werkstückes und zumindest teilweise eine Oberfläche des zweiten Werkstückes überdeckt bzw. überdecken. In any case arises in the manner described a workpiece composite of a first workpiece and a second workpiece with a connection between the two workpieces of a spray-formed spray layer produced by thermal spraying or of several spray-formed by thermal spraying, which at least partially covers or cover a surface of the first workpiece and at least partially a surface of the second workpiece.
Die Angabe, daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl nicht geschmolzen werden, soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch bedeuten, daß die Partikel im Gasstrahl im wesentlichen nicht angeschmolzen werden. Dies kann dadurch sichergestellt werden, daß die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes liegt. Aber selbst bei Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes kann aufgrund der extrem kurzen Verweilzeit der Partikel im Gasstrahl im Bereich von Millisekunden ein Schmelzen oder auch ein Anschmelzen der Pulverpartikel verhindert werden. Die Bedeutung der höheren Gastemperaturen bzw. der Vorteil der Erwärmung des Gases liegt darin, daß in heißeren Gasen die Schallgeschwindigkeit höher ist und dadurch auch die The statement that the powder particles of the filler material are not melted in the gas jet, in the context of the present invention should also mean that the particles are not melted in the gas jet substantially. This can be ensured by the fact that the temperature of the gas jet is below the melting point of the powder particles of the filler material. But even at temperatures of the gas jet of 100 K up to 200 K above the melting point of the powder particles of the filler can be prevented due to the extremely short residence time of the particles in the gas jet in the range of milliseconds melting or a melting of the powder particles. The importance of higher gas temperatures or the advantage of heating the gas is that in hotter gases, the speed of sound is higher and thus the
Partikelgeschwindigkeit vergleichsweise größer wird. Particle velocity is comparatively larger.
Das Kaltgasverfahren besitzt gegenüber herkömmlichen Verfahren des thermischen Spritzens eine Reihe von Vorteilen. Die thermische Einwirkung und Kraftwirkung auf die Oberfläche des Substratwerkstoffes ist verringert, wodurch ungewollte The cold gas process has a number of advantages over conventional thermal spray processes. The thermal effect and force on the surface of the substrate material is reduced, causing unwanted
Veränderungen der Materialeigenschaften des Substratwerkstoffes verhindert oder zumindest merklich verringert werden können. Ebenso können weitgehend Changes in the material properties of the substrate material can be prevented or at least significantly reduced. Similarly, can largely
Änderungen in der Struktur des Substratwerkstoffes unterbunden werden. Die mit dem Kaltgasspritzverfahren erzeugten Schichten besitzen keine oder zumindest keine ausgeprägte Textur, d.h. es gibt keine Vorzugsorientierung der einzelnen Körner oder Kristalle. Das Substrat wird ferner nicht durch eine Flamme oder ein Plasma erwärmt, so daß keine oder nur extrem geringe Veränderungen am Grundkörper und auch kein Verzug von Werkstücken durch Wärmespannungen infolge des thermischen Spritzens auftreten. Es hat sich gezeigt, daß die zahlreichen verfahrenstechnischen Möglichkeiten des thermischen Spritzens nach dem Kaltgasverfahren für das Verbinden von Werkstücken genutzt werden können. Durch die Möglichkeiten der Verwendung unterschiedliche Pulvermaterialien und Pulvermischungen eröffnet sich eine breite Palette für Changes in the structure of the substrate material can be prevented. The layers produced by the cold gas spraying process have no or at least no pronounced texture, i. There is no preference for the individual grains or crystals. The substrate is further not heated by a flame or a plasma, so that no or only extremely small changes to the body and no distortion of workpieces by thermal stresses due to thermal spraying occur. It has been shown that the numerous procedural possibilities of thermal spraying can be used by the cold gas method for the joining of workpieces. The possibilities of using different powder materials and powder mixtures opens up a wide range for
Werkstückverbindungen. Durch das Kaltgasspritzverfahren ist es vorteilhafterweise möglich, Spritzschichten herzustellen, deren Eigenschaften sehr nahe an den Werkstoffeigenschaften der vergleichbaren massiven Werkstoffe sind, aus denen das verwendete Spritzpulver hergestellt ist. Daher eignet sich Kaltgasspritzen auch sehr gut als Verfahren für additive Fertigung. Workpiece connections. By the cold gas spraying method, it is advantageously possible to produce sprayed coatings whose properties are very close to the material properties of comparable solid materials from which the sprayed powder used is produced. Therefore, cold gas spraying is also very well suited as a process for additive manufacturing.
Die Qualität der Verbindung im Bereich der Fügezone, die durch Kaltgasspritzen hergestellt wird, ist vergleichbar mit der Qualität einer durch Sprengplattieren hergestellten Verbindung. The quality of joining in the area of the joining zone produced by cold gas spraying is comparable to the quality of a joint made by explosive plating.
Erfindungsgemäß kann das Gas für das thermische Spritzen Stickstoff, Helium, Argon, Neon, Krypton, Xenon, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas, Luft, Wasserdampf oder Mischungen der vorgenannten Gase enthalten. Neben den aus der EP 0 484 533 B1 bekannten Gasen Luft und/oder Helium eignen sich auch für das den pulverförmigen Zusatzwerkstoff tragende Gas ein Stickstoff, Argon, Neon, Krypton, Xenon, Sauerstoff, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Wasserdampf oder Mischungen der vorgenannten Gase und Mischungen dieser Gase mit Helium. Der Anteil des Helium am Gesamtgas kann bis zu 90 Vol.-% betragen. Bevorzugt wird ein Heliumanteil von 10 bis 50 Vol.-% im Gasgemisch eingehalten. According to the invention, the gas for thermal spraying nitrogen, helium, argon, neon, krypton, xenon, a hydrogen-containing gas, a carbonaceous gas, in particular carbon dioxide, oxygen, an oxygen-containing gas, air, water vapor or mixtures of the aforementioned gases. In addition to the gases air and / or helium known from EP 0 484 533 B1, the gas carrying the pulverulent filler material is also suitable for nitrogen, argon, neon, krypton, xenon, oxygen, a gas containing hydrogen, a carbon-containing gas, in particular carbon dioxide , Water vapor or mixtures of the aforementioned gases and mixtures of these gases with helium. The proportion of helium in the total gas can be up to 90 vol .-%. Preferably, a helium content of 10 to 50 vol .-% is maintained in the gas mixture.
Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz von unterschiedlichen Gasen zum It has been shown that by the use of different gases for
Beschleunigen und Tragen des pulverförmigen Zusatzwerkstoffes die Flexibilität und Wirksamkeit des Verfahrens wesentlich vergrößert werden kann. Die so hergestellten Schichten haften sehr gut auf den verschiedensten Substratwerkstoffen, beispielsweise auf Metall, Metallegierungen, Keramik, Glas, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beschichtungen sind von hoher Güte, weisen eine außerordentlich geringe Porosität auf und besitzen extrem glatte Spritzoberflächen, so daß sich in der Regel eine Nacharbeitung der Verbindung erübrigt. Accelerating and carrying the powdered filler material, the flexibility and effectiveness of the process can be significantly increased. The layers thus produced adhere very well to a wide variety of substrate materials, such as metal, metal alloys, ceramics, glass, plastics and composite materials. The coatings produced by the process according to the invention are of high quality, have an extremely low porosity and have extremely smooth spray surfaces, so that a reworking of the compound is usually unnecessary.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Gase besitzen eine ausreichende Dichte und Schallgeschwindigkeit, um die erforderlichen hohen Geschwindigkeiten der The gases used in the invention have a sufficient density and speed of sound to the required high speeds of
Pulverpartikel gewährleisten zu können. Das Gas kann dabei inerte und/oder reaktive Gase enthalten. Mit den genannten Gasen ist die Herstellung von sehr dichten und besonders gleichmäßigen Beschichtungen möglich, welche sich außerdem durch ihre Härte und Festigkeit auszeichnen. Die Schichten weisen extrem geringe Oxidgehalte auf. Sie besitzen keine oder zumindest keine ausgeprägte Textur, d.h. es gibt keine Vorzugsorientierung der einzelnen Körner oder Kristalle. Das Substrat wird ferner beim Kaltgasspritzen nicht durch eine Flamme oder ein Plasma erwärmt, so daß keine oder nur extrem geringe Veränderungen am Grundkörper und auch kein Verzug von Werkstücken durch Wärmespannungen infolge des thermischen Spritzens auftreten. Mit besonderem Vorteil kann die Spritzschicht mehrlagig ausgebildet sein. Die Spritzschichten können geschlossen, linienförmig oder als Struktur auf dem To ensure powder particles. The gas can be inert and / or reactive Contain gases. With the gases mentioned, the production of very dense and particularly uniform coatings is possible, which are also characterized by their hardness and strength. The layers have extremely low oxide contents. They have no or at least no pronounced texture, ie there is no preference orientation of the individual grains or crystals. The substrate is further not heated in the cold gas spraying by a flame or a plasma, so that no or only extremely small changes to the body and no distortion of workpieces by thermal stresses due to the thermal spraying occur. With particular advantage, the sprayed layer can be formed in multiple layers. The spray coatings can be closed, linear or as a structure on the
(Grund)Werkstoff aufgebracht werden. (Basic) material to be applied.
Das erste und zweite Werkstück kann z.B. rohrförmig, gerade, gebogen oder gewölbt ausgefürt sein. The first and second workpieces may e.g. tubular, straight, curved or arched be executed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die According to an advantageous embodiment of the present invention, the
Spritzschicht aus mehreren, insbesondere aus zwei, drei oder vier, schichtweise aufgebrachten und sich voneinander in der Zusammensetzung unterscheidenden Zusatzwerkstoffen gebildet, eine so ausgebildete Spritzschicht kann auch als Mehrlagenschichtsystem bezeichnet werden. Es können somit unterschiedliche Zusatzwerkstoff-Kombinationen in den jeweils minimal geforderten Schichtdicken hergestellt werden. Die Dicke der Spritzschicht kann bis zu mehreren Millimetern betragen. Der oder die Werkstoffe, aus denen die Spritzschicht besteht, werden hier als Zusatzwerkstoffe bezeichnet, im Gegensatz zum den ersten und zweiten Spray layer of a plurality, in particular of two, three or four, applied in layers and differing from each other in the composition of filler materials, a spray layer thus formed can also be referred to as a multi-layer system. It is thus possible to produce different filler material combinations in the respectively minimum required layer thicknesses. The thickness of the sprayed layer can be up to several millimeters. The one or more materials that make up the sprayed layer are referred to herein as filler metals, as opposed to the first and second
Werkstoffen, aus denen die zu verbindenden Werkstücke gefertigt sind, welche man auch als Grund- oder Massivwerkstoffe bezeichnen kann.  Materials from which the workpieces to be joined are made, which may also be referred to as basic or solid materials.
Mit besonderem Vorteil wird der erste Werkstoff aus der Gruppe von Aluminium-, Titan-, Magnesium- oder Kupferwerkstoffen ausgewählt. With particular advantage, the first material is selected from the group of aluminum, titanium, magnesium or copper materials.
Mit besonderem Vorteil wird der zweite Werkstoff aus der Gruppe von Stahl- oder Edelstahlwerkstoffen ausgewählt wird. Der oder die Zusatzwerkstoffe, aus denen die Spritzschicht gebildet wird, wird gemäß den in Anspruch 1 beschriebenen Anforderungen an Haftung an den ersten Werkstoff und Verschwei ßbarkeit mit dem zweiten Werkstoff ausgewählt. In Ausgestaltung der Erfindung berühren sich die zu verbindenden Werkstücken an der Verbindungsstelle beim Aufbringen der Spritzschicht bzw. der Spritzschichten. Im so hergestellten Werkstückverbund stehen die verbundenen Werkstücke unterhalb der Spritzschicht bzw. der Spritzschichten in unmittelbarem Kontakt. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die zu verbindenden Werkstücke an der Verbindungsstelle beim Aufbringen der Spritzschicht bzw. der Spritzschichten mit einem Abstand zueinander angeordnet und durch das thermische Spritzen wird der Zwischenraum an der Verbindungsstelle gefüllt. Im Werkstückverbund befindet sich also zwischen den verbundenen Werkstücken ein mit dem gespritzten Zusatzwerkstoff oder Zusatzwerkstoffen gefüllter Zwischenraum. With particular advantage, the second material is selected from the group of steel or stainless steel materials. The one or more filler materials from which the sprayed layer is formed, is selected according to the requirements described in claim 1 for adhesion to the first material and Verschbarkeit ßbarkeit with the second material. In an embodiment of the invention, the workpieces to be joined at the junction during application of the spray layer or the sprayed layers touch. In the workpiece assembly produced in this way, the connected workpieces are in direct contact below the sprayed layer or the sprayed layers. According to another embodiment of the invention, the workpieces to be joined at the junction during application of the spray layer or the sprayed layers are arranged at a distance from one another and by the thermal spraying of the gap is filled at the junction. In the workpiece assembly is thus between the connected workpieces filled with the injected filler material or filler materials gap.
Mit Vorteil kann neben dem Zwischenraum an der Verbindungsstelle auch der angrenzende Oberflächenbereich der Werkstücke beschichtet werden.  Advantageously, in addition to the gap at the junction and the adjacent surface region of the workpieces are coated.
Der Gasstrahl kann auf eine Temperatur im Bereich zwischen 30 und 800 °C erwärmt werden, wobei alle bekannten pulverförmigen Spritzmaterialien eingesetzt werden können. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Spritzpulver aus Metallen, Metalllegierungen, Hartstoffen, Keramiken und/oder Kunststoffen. The gas jet can be heated to a temperature in the range between 30 and 800 ° C, wherein all known powdery spray materials can be used. The invention is particularly suitable for wettable powders of metals, metal alloys, hard materials, ceramics and / or plastics.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Gasstrahles im Bereich zwischen 300 und 500 °C gewählt. Diese Gastemperaturen eignen sich insbesondere für den Einsatz von reaktiven Gasen oder reaktiven In an embodiment of the method according to the invention, the temperature of the gas jet in the range between 300 and 500 ° C is selected. These gas temperatures are particularly suitable for the use of reactive gases or reactive
Gasbestandteilen. Als reaktive Gas oder Gasbestandteile sind insbesondere Gas constituents. As reactive gas or gas components are in particular
Wasserstoffzumischungen, kohlenstoffhaltige Gase oder stickstoffhaltige Gase zu erwähnen. Hydrogen mixtures, carbon-containing gases or nitrogen-containing gases to mention.
Erfindungsgemäß wird ein Gasstrahl mit einem Druck von 21 bis 50 bar eingesetzt. Vor allem das Arbeiten mit höheren Gasdrücken bringt zusätzliche Vorteile, da die According to the invention, a gas jet is used at a pressure of 21 to 50 bar. Above all, working with higher gas pressures brings additional benefits, since the
Energieübertragung in Form von kinetischer Energie erhöht wird. Hervorragende Spritzergebnisse wurden beispielsweise mit Gasdrücken von etwa 35 bar erzielt. Im erfindungsgemäßen Verfahren können die Pulverpartikel auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich dabei insbesondere Geschwindigkeiten der Pulverpartikel zwischen 1000 und 1600 m/s, besonders bevorzugt zwischen 1250 und 1600 m/s, da in diesem Fall die Energieübertragung in Form von kinetischer Energie besonders hoch ausfällt. Energy transfer is increased in the form of kinetic energy. Excellent spattering results were achieved, for example, with gas pressures of about 35 bar. In the process according to the invention, the powder particles can be accelerated to a speed of 300 to 1600 m / s. Speeds of the powder particles between 1000 and 1600 m / s, more preferably between 1250 and 1600 m / s, are particularly suitable in the process according to the invention, since in this case the energy transfer in the form of kinetic energy is particularly high.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Pulver besitzen bevorzugt Partikelgrößen von 1 bis 100 μΐη. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle geeignetenThe powders used in the process of the invention preferably have particle sizes of 1 to 100 μΐη. For carrying out the process according to the invention, all suitable
Vorrichtungen eingesetzt werden, insbesondere gilt dies für die in der EP 0 484 533 B1 beschriebene Vorrichtung. Devices are used, in particular, this applies to the device described in EP 0 484 533 B1.
Die Erfindung bietet eine ganze Reihe von Vorteilen, von denen hier nur einige wenige nochmal erwähnt werden sollen: Die Erfindung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung von Schweißverbindungsstücken sowie eine kompaktere Bauweise und Reduzierung von Verschnitt, der bei einer herkömmlichen Fertigung von Verbindungsstücken aus Platten anfallen würde. Beim Aufbringen der Spritzschicht mittels Kaltgasspritzen findet kein unerwünschter Wärmeeintrag in das erste Werkstück statt. Der Haftmechanismus und die Haftqualität der Spritzschicht zum ersten The invention offers a whole series of advantages, of which only a few are to be mentioned here again: The invention makes it possible to produce welded joints in a simple and cost-effective manner, as well as a more compact design and reduction of waste which would result from conventional production of plate couplings , When applying the spray layer by means of cold gas spraying no unwanted heat input takes place in the first workpiece. The adhesion mechanism and the adhesion quality of the spray coat to the first
Werkstück ist vergleichbar mit einer geschweißten Verbindung (s. hierzu auch Workpiece is similar to a welded connection (see also this
"Kaltgasspritzen - Eine Analyse des Materialverhaltens" von Dr. Tobias Schmidt, Dissertation vorgelegt an der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, 7. Mai 2007). Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn man die Spritzschicht als "Cold Gas Spraying - An Analysis of Material Behavior" by Dr. Ing. Tobias Schmidt, Dissertation submitted at the Helmut Schmidt University Hamburg, May 7, 2007). Further advantages can be achieved by using the sprayed layer as
Konstruktionselement betrachtet. Der Auftrag der Spritzschicht kann in Dicke und Form gezielt erfolgen, die Spritzschicht erhält exakte Grenzen, ohne das Abdeckungen zum nicht zu beschichtenden Teil der Oberfläche des Werkstücks nötig sind. Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.  Considered construction element. The application of the spray layer can be targeted in thickness and shape, the spray layer receives exact limits, without the covers are not necessary to be coated part of the surface of the workpiece. The invention and further details of the invention are explained below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
Hierbei zeigen: eine erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zweier Rohre mit überlappender Spritzschicht; eine andere erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zweier Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser; eine andere erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zweier Werkstücke mit einem aufgespritzten Mehrlagenschichtsystem (gezeigt sind zwei Lagen). Hereby show: a compound produced according to the invention of two tubes with overlapping sprayed layer; another connection made in accordance with the invention of two tubes of different diameters; another compound according to the invention produced two workpieces with a sprayed multi-layer system (shown are two layers).
In Figur 1 ist ein Werkstückverbund zweier Rohre 1 und 2, beispielsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen, dargestellt. Die aufgebrachte Spritzschicht 3 überdeckt im Verbindungsbereich die Oberfläche des ersten Rohres 1 und die Oberfläche des zweiten Rohres 2. Die Spritzschicht 3 und damit die Rohrverbindung erstreckt sich über den ganzen Rohrumfang. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Spritzschicht 3 auf Teile der Oberfläche des ersten Werkstücks 1 und des zweiten Werkstücks 2 aufgebracht, wobei die Spritzschicht 3 mit den beiden Werkstücken 1 und 2 auf unterschiedliche Weise verbunden wird: Die Spritzschicht 3 verbindet sich mit dem ersten Werkstück 1 stoffschlüssig durch das Kaltgasspritzen und wird mit dem zweiten Werkstück 2 verschweißt. Die Schweißnaht 4 ist in der Figur 1 mit einem Kreis symbolisch dargestellt. Das Bezugszeichen S kennzeichnet das erfindungsgemäße Schweißverbindungsstück als Ganzes. FIG. 1 shows a workpiece assembly of two tubes 1 and 2, for example of different materials. The applied spray layer 3 covers in the connection region, the surface of the first tube 1 and the surface of the second tube 2. The spray layer 3 and thus the pipe joint extends over the entire pipe circumference. In this embodiment, the spray layer 3 is applied to parts of the surface of the first workpiece 1 and the second workpiece 2, wherein the spray layer 3 is connected to the two workpieces 1 and 2 in different ways: The spray layer 3 connects to the first workpiece 1 cohesively by the cold gas spraying and is welded to the second workpiece 2. The weld 4 is shown symbolically in FIG. 1 with a circle. The reference symbol S denotes the weld joint according to the invention as a whole.
Figur 2 zeigt eine andere erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zweier Rohre 1 und 2 mit unterschiedlichem Durchmesser. Hier überlappt das Werkstück 2 die Spritzschicht 3. Die Art der Verbindungen ist ansonsten analog zum dem FIG. 2 shows another connection made according to the invention of two tubes 1 and 2 with different diameters. Here, the workpiece 2 overlaps the spray layer 3. The type of connections is otherwise analogous to the
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 . Embodiment of Figure 1.
Figur 3 zeigt eine andere erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zweier FIG. 3 shows another compound made in accordance with the invention
Werkstücke 1 und 2 mit einem aufgespritzten Mehrlagenschichtsystem 3 (gezeigt sind zwei Lagen). Hier ist der Vorteil, dass die direkt mit dem ersten Wersktoff 1 verbundene Lage (z.B. eine Ti / Cu-Schicht) besser am ersten Werkstoff 1 (z.B. Workpieces 1 and 2 with a sprayed multi-layer system 3 (shown are two layers). Here, the advantage is that the layer directly joined to the first conversion material 1 (e.g., a Ti / Cu layer) better bonds to the first material 1 (e.g.
AIMg4,5) haftet und sich die zweite Lage (z.B. eine Ni-Schicht) besser mit dem zweiten Werkstoff 2 (z.B. Stahl) verschweißen lässt. Die in Klammern gesetzten AIMg4.5) and the second layer (e.g., a Ni layer) bonds better to the second material 2 (e.g., steel). The brackets
(Zusatz)werkstoffe sollen hier lediglich als ein Beispiel für eine erfolgreiche Kombination unter vielen angeführt werden. Die zweite Lage des (Additional) materials are just as an example of a successful Combination can be cited among many. The second location of the
Mehrlagenschichtsystems 3 haftet ebenfalls über den durch das Kaltgasspritzen erzeugten Haftmechanismus an der ersten Lage. Multilayer system 3 also adheres to the first layer via the adhesive mechanism produced by the cold gas spraying.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Fügen artverschiedener, nicht direkt miteinander verschweißbarer Werkstoffe (1 , 2), bei dem durch thermisches Spritzen, insbesondere durch Kaltgasspritzen, eine Spritzschicht (3) hergestellt wird, die zumindest zum Teil die Oberfläche eines ersten Werkstücks (1 ) aus einem ersten Werkstoff (1 ) überdeckt, wobei die Art der Spritzschicht (3) so gewählt wird, dass sie mit dem ersten Werkstoff (1 ) über die physikalischen Kräfte und chemischen Vorgänge beim Auftrag der Spritzschicht (3) eine stoffschlüssige Verbindung eingeht, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fügen der beiden Werkstücke (1 , 2) der zweite Werkstoff (2) an die Spritzschicht (3) geschweißt wird. 1 . Method for joining material-different, not directly to each other weldable materials (1, 2), in which by thermal spraying, in particular by cold spraying, a sprayed layer (3) is produced, at least in part the surface of a first workpiece (1) made of a first material (1) covered, wherein the type of sprayed layer (3) is selected such that it enters into a cohesive connection with the first material (1) via the physical forces and chemical processes during application of the sprayed layer (3), characterized in that Joining the two workpieces (1, 2) of the second material (2) to the sprayed layer (3) is welded.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzschicht (3) mehrlagig ausgebildet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the sprayed layer (3) is formed in multiple layers.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Spritzschicht (3) aus mehreren, insbesondere aus zwei, drei oder vier, schichtweise aufgebrachten und sich voneinander in der Zusammensetzung unterscheidenden Zusatzwerkstoffen gebildet wird.  Spray layer (3) of a plurality, in particular of two, three or four, applied in layers and from each other in the composition distinguishing filler materials is formed.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff (1 ) aus der Gruppe von Aluminium-, Titan-, Magnesiumoder Kupferwerkstoffen ausgewählt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first material (1) is selected from the group of aluminum, titanium, magnesium or copper materials.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff (2) aus der Gruppe von Stahl- oder 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second material (2) from the group of steel or
Edelstahlwerkstoffen ausgewählt wird.  Stainless steel materials is selected.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die zu 6. The method according to claim 1, characterized in that the
verbindenden Werkstücken (1 , 2) an der Verbindungsstelle beim Aufbringen der Spritzschicht (3) berühren.  connecting workpieces (1, 2) at the junction during application of the sprayed layer (3) touch.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Werkstücken (1 , 2) an der Verbindungsstelle beim Aufbringen der Spritzschicht (3) mit einem Abstand zueinander angeordnet sind und durch das thermische Spritzen der Zwischenraum an der Verbindungsstelle gefüllt wird. 7. The method according to claim 1, characterized in that the workpieces to be joined (1, 2) at the connection point during application of the spray layer (3) are arranged at a distance from each other and is filled by the thermal spraying of the gap at the junction.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem 8. The method according to claim 3, characterized in that in addition to the
Zwischenraum an der Verbindungsstelle auch der angrenzende  Interspace at the junction also the adjacent one
Oberflächenbereich der Werkstücke (1 , 2) beschichtet wird.  Surface area of the workpieces (1, 2) is coated.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gasstrahles beim thermischen Spritzen im Bereich zwischen 30 und 800 °C liegt. 9. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature of the gas jet during thermal spraying in the range between 30 and 800 ° C.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel beim thermischen Spritzen auf eine Geschwindigkeit von 300 bis10. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the powder particles during thermal spraying to a speed of 300 to
1600 m/s beschleunigt werden. 1600 m / s are accelerated.
1 1 . Schweißverbindungsstück (S), dadurch gekennzeichnet, dass es mit dem 1 1. Welding connector (S), characterized in that it is connected to the
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gefertigt ist.  Method according to one of claims 1 to 10 is made.
12. Schweißverbindungsstück (S) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Werkstoff (1 ), einen davon artverschiedenen, nicht direkt mit dem ersten Werkstoff (1 ) verschweißbaren zweiten Werkstoff (2), eine Spritzschicht (3), die mit dem ersten Werkstoff (1 ) stoffschlüssig verbunden ist, und eine 12. welding connection piece (S) according to claim 1 1, characterized in that there is a first material (1), one of them kindverschiedenen, not directly with the first material (1) weldable second material (2), a sprayed layer (3) with the first material (1) is integrally connected, and a
Schweißnaht (4) aufweist, durch die die Spritzschicht (3) und der zweite Werkstoff (2) verbunden bzw. gefügt sind.  Weld seam (4) through which the sprayed layer (3) and the second material (2) are joined or joined.
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