用于制造整体接头的方法及结构元件技术

本发明专利技术提出一种用于制造在第一部件(1)的轻金属和第二部件(2)的钢材之间整体接头的方法，在方法中，使用利用锌基填充材料的保护气连接工艺，以及所述保护气连接工艺的电弧(3)至少也到达第二部件的钢材，其中，在邻接钢材的连接区域内制造一种包括由钢和轻金属构成的至少一种金属间相(7)的相焊缝(6)。热引入以这种方式实现：至钢材的接头为钎焊连接部，且在连接合工艺期间，固化的金属间相(7)的至少一部分从第二部件(2)的钢材在由焊接填料构成的焊料基体(8)的熔化物中开始，且至少一种金属间相(7)被嵌入在焊料基体(8)中。此外，提出一种通过方法生产的结构元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造在由轻金属组成的第一部件和由钢材构成的第二部件之间整体接头的方法，还涉及一种根据权利要求6的前序所述的结构元件。
技术介绍
在轻金属和钢材之间的钎焊连接在机动车结构中特别受关注。轻金属用于降低重量，而特别是在与稳定性相关的车身区域中仍然需要钢材。在前言中提到的类型的方法及结构件从DE102011012939A1中已知，据此，由钢材构成的部件被连接至由铝轻金属构成的部件。在这种情况下，使用钎焊连接，其中铝部件在接合区域中被加热至其熔点以上的温度，且随后与由钢构成的部件接触。整体的钎焊连接部在钢材和铝之间形成。此外公开，实施作为连接工艺的冷金属过渡焊接工艺(Kaltmetalltransfer-Schweiβprozess)。此外还提出，为了提供耐腐蚀连接，在连接工艺之前对钢材部件进行镀锌。EP1806200A1公开一种用于将铝部件与钢部件整体连接的方法，其中，锌层在铝部件和/或钢部件的连接侧上形成，且两个部件被设置以便与位于两个部件之间的锌层重叠。然后，例如电阻焊接、激光焊接、电子束焊接或电弧焊接可用作连接工艺。锌与铝焊接接合，而钢部件与锌形成钎焊连接部。通常，在由铝或铝合金构成的部件和钢部件之间的热连接导致相焊缝的形成，相焊缝包括由铁和铝的各种化合物构成的一种或多种金属间相。即使在钢材中不产生焊接熔池，即在钎焊连接的情况下，在与钢部件的界面处出现的金属间相，由于它们的硬度和抗拉强度低具有脆性性能，因此会损害连接的机械性能。因为这个问题，现有技术通过在连接工艺期间将尽可能小的将热量引入钢材中，尽可能地努力抑制金属间相的形成。为了这个目的，当使用保护气体焊接工艺时，现有技术尽可能地努力不使电弧与由钢材构成的部件接触，其结果是，特别地针对焊枪管理和引入能量提供狭窄的工艺窗口。在文献中提到在大多数情况下，作为相焊缝的还可允许的最大厚度的10μm值。如果超过这个值，则即使当接头经受低的机械载荷时，可能会发生脆性破坏。因此，形成的金属间相焊缝的大小对于在钢和轻金属之间制造的接头的机械技术性能至关重要。因为到目前仍然很难控制金属间相的形成，所以在工业生产加工中尚未使用钢材和铝材的热连接。相焊缝的厚度只能通过破坏性的测试方法来确定，这使工业质量保证更复杂。US2011/0020666A1公开一种根据权利要求1的前序的用于将由轻金属特别是铝构成的第一部件和由加入锌基填充材料的铁基材料构成的第二部件连接的方法，以及根据权利要求6的前序所述的结构元件。首先，在其中指定为第一至第三实施例的变型中，公开了为提高铁基部件和连接层之间的连接部的强度，将铁基部件加热至其熔点以上的温度。在锌基填充材料不包含任何硅的实施例中，形式为Al-Fe-Zn系的金属间连接层应在铁基部件和包括锌基填充材料的连接层之间的过渡部处形成。金属间连接层的层延展性高，因此，铁基部件和连接层之间的连接部的强度可得到提高。在说明的示例性实施例中，大部分保持紧凑的金属间连接层在每种情况下直接邻接铁基部件。由此，金属间连接层对接头的质量继续具有显著的影响。在前述的美国文件中，在第二至第四实施例中提出的可能填充材料是锌-硅基金属，在这种情况下，据说不形成金属间连接层。在第四实施例中，铁基部件以及铝基部件都未被熔化。这显然避免了对铁基部件进行激光辐射。此外，在这种情况下，均匀的金属间连接层在铁基部件和设置在部件之间的连接层之间形成。然而，如果硅作为添加剂在锌基填充材料中使用，则不会形成这种类型的金属间连接层。对于能量的引入，US2011/0020666A1公开了激光辐射的使用。它仅涉及使用包括硅的锌基填充材料的第二实施例，其中没有形成金属间连接层，尤其提出使用TIG方法或MIG方法作为激光辐射的替换物。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种有可能实现接头的可靠性提高的前言中提到类型的的方法。另一目的是提供一种具有可靠接头的前言中提到类型的结构元件。关于方法，这个目的通过权利要求1表征特征实现。本方法的有利实施例从从属权利要求2至5变得显而易见。令人惊讶地已经发现，考虑到在保护气连接工艺中，在由钢材构成的部件中引入较高的热量，相焊缝破碎并被填充材料的熔融锌熔体或含锌熔体渗透。因此，电弧还必须被引导至钢材。甚至有利的是，电弧的攻击表面主要设置在钢材上。尽管如此，纯钎焊连接部应利用钢材形成，然而，在US2011/0020666A1给出的现有技术中，每个示例性实施例提供焊接连接部在填充材料和铁基部件之间产生，因为根据教导，熔化对铁基部件有影响。在US2011/0020666A1中公开的第四实施例的情况下，虽然在铁基部件未熔化的情况下实现行连接工艺，但是在这种情况下，激光束明显未指向铁基部件。在这种情况下，热引入以掺入至少主要由锌组成的下面被称为钎焊基体的延展性基体中这种方式实现。在热连接工艺期间，在金属间相中经常出现裂纹被避免或包含于延展性的基体熔化物中并可被封闭。这引起由金属间相造成的对接头强度的损害的急剧地下降。同时，与现有技术相比，工艺窗口明显扩大，这确保可再现性程度高。与现有技术的各种方法相反，根据本专利技术的方法，电弧可以和应当直接作用在由钢材构成的第二部件上。因此，为了避免电弧和钢材之间的接触，炬(Brenner)不必再精确地引导至轻金属部件的边缘(如在现有技术中是常见和普遍的问题)。另外，为了尽最大可能地避免形成金属间相，在现有技术中，尽可能对引入到工艺区能量的数量进行限制，而对于本专利技术的方法则不需要进行限制。因此，根据本专利技术的方法允许增加在连接工艺中使用的电流和电压的余地。因此，本方法有可能用于大量生产。有可能无需通过破坏性测试确定金属间相焊缝的厚度，这使得在工业生产中有可能使用由钢材和轻金属构成的部件的热连接。对于锌基填充材料，有可能无需钢材的镀锌层。然而，根据本专利技术的方法也可用于与由镀锌钢材构成的部件的接头的情况中，这可促进熔化物对钢材的润湿性能对于连接工艺，有可能采用保护气焊接工艺，诸如例如MAG或MIG，特别是低能量短弧工艺。填充材料来源于方法的丝电极。不管这被指定为焊接方法的事实，不必形成焊接接头。钎焊连接部总是被设置在与钢材的边界处。轻金属可与钎焊材料钎焊连接，也可选地焊接连接。通常期望的是钎焊连接。根据本专利技术的方法以这种方式执行：热量引入以在连接工艺期间，固化金属间相的至少一部分从第二部件的钢材分离的方式实现。分离在利用填充材料形成焊料基体的熔化物中实现。这不仅导致金属间相的破裂，而且导致从钢材分离，使得金属间相可至少部分通过焊料基体的基体材料渗入，其结果是接头的机械性能得到进一步提高。分离过程还可以重复地实现。因此，在分离一种或多种固化金属间相的第一层之后，有可能形成金属间相的另外层，然后这层以固化的形式再次分离并通过锌熔化物渗入。另外，已经确定，金属间相可以越来越小的结构分布在焊料基体内，这导致进一步提高连接部的拉伸强度。金属间相在焊料基体中的分布结构大概取决于由填充材料及如果有的话，第一部件的轻金属材料构成的熔池的存在持续时间。随着持续时间的增加，金属间相具有更长的破裂时间，且例如由于熔化池运动和/或通过扩散工艺分布在焊料基体中。熔池在接头的具体位置处的存在持续时间可例如受到连接工艺参数例如连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造在第一部件(1)的轻金属和第二部件(2)的钢材之间接头的方法，在所述方法中，使用利用锌基填充材料的保护气连接工艺，以及所述保护气连接工艺的电弧(3)至少也到达所述第二部件(2)的钢材，其中，在邻接所述钢材的连接区域内制造包括由铁和轻金属构成的至少一种金属间相(7)的相焊缝(6)，其特征在于，热引入以这种方式实现：所述钢材的接头为钎焊连接部，且在连接工艺期间，所述固化的金属间相(7)的至少一部分从所述第二部件(2)的钢材分离从由所述填充材料形成的焊料基体(8)的熔化物中开始，且所述至少一种金属间相(7)被嵌入所述焊料基体(8)内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 DE 102014104711.71.一种用于制造在第一部件(1)的轻金属和第二部件(2)的钢材之间接头的方法，在所述方法中，使用利用锌基填充材料的保护气连接工艺，以及所述保护气连接工艺的电弧(3)至少也到达所述第二部件(2)的钢材，其中，在邻接所述钢材的连接区域内制造包括由铁和轻金属构成的至少一种金属间相(7)的相焊缝(6)，其特征在于，热引入以这种方式实现：所述钢材的接头为钎焊连接部，且在连接工艺期间，所述固化的金属间相(7)的至少一部分从所述第二部件(2)的钢材分离从由所述填充材料形成的焊料基体(8)的熔化物中开始，且所述至少一种金属间相(7)被嵌入所述焊料基体(8)内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一部件(1)包括至少在所述连接区域内的铝或铝合金。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述锌基填充材料包括铝。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二部件(2)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：马提亚·安格豪森，乌维·赖斯根，
申请(专利权)人：马提亚·安格豪森，乌维·赖斯根，
类型：发明
国别省市：德国;DE