用于将包含钢的构件与包含铝的构件相接合的方法技术

为了这样进一步改进用于将包含铝的第一构件与被涂层且包含钢的第二构件相接合的方法，使得制造速度可以更快并且所产生的构件复合体的强度得到改善，本发明专利技术建议，旋转的工具部件并不完全穿过第一构件。

Method for joining a component containing steel with a component comprising an aluminum

In order to further improve this method for the first component will contain aluminum and steel coating and contains second components together, making complex component speed can be faster and the strength is improved, the invention, tool rotating parts are not completely through the first component.

【技术实现步骤摘要】
用于将包含钢的构件与包含铝的构件相接合的方法
本专利技术涉及一种用于通过摩擦点焊将第一构件与至少一个第二构件相接合的方法，其中，第一构件包含铝或者由铝制成，其中，第二构件具有涂层和包含钢的基体。此外，本专利技术涉及一种用于借助摩擦点焊将第一构件与至少一个第二构件相接合的装置。本专利技术还涉及一种由至少一个第一构件和第二构件构成的构件复合体。
技术介绍
在汽车的开发中，车身中的较轻设计越来越重要。为此，各不相同的材料配合实现了多样的车身结构，尽管对车辆安全性和乘客舒适度的要求不断提升，这些车身结构仍能使汽车更轻。为此的前提条件是用于连接由不同材料制成的车身部件的特殊适配的连接技术。例如已知的是，以混合构造方式由钢、高强度钢、铝、热塑性塑料、镁以及纤维复合材料制造车身。由钢制成的车身通常借助经典的焊接方法，例如电阻点焊和MAG焊接(熔化极活性气体保护电弧焊)相互连接。用于连接不同材料配合(例如包含钢的部件与包含铝的部件)的接合技术按照已知方式以机械的和热学的接合方法为基础。除了不同材料之间的连接形成的基本任务，还力求能够用一种技术加工范围尽可能宽的接合任务，以便由此降低生产资料或生产设备的多样性。搅拌摩擦焊接(FSW)和搅拌摩擦点焊(FSSW)提供的优点是将相对工艺可靠的相同和不同类型的材料相互连接。在此，搅拌摩擦焊接和搅拌摩擦点焊原则上基于摩擦焊接的原理，但是待连接的构件相对彼此不运动，而是通过尤其耐磨损的旋转的工具产生摩擦能量。已知的解决方案规定，通过搅拌摩擦焊接产生线性连接以及借助搅拌摩擦点焊产生点状连接。当在铝和钢之间点状地连接时，由于整体式工具的负压在铝构件中留下了孔(端孔)。所留下的孔不利于这些区域的强度和腐蚀。此外，通常在焊接销的区域内形成金属间的相(Fe2Al5和Fe4Al13)。事后需要密封所产生的孔，以便保护构件复合体不受腐蚀，这由于材料和附加的制造时间造成了提高的成本。由端孔造成的较小强度在现有技术中通常通过提高焊点数量来补偿。在DE19955737A1中描述了一种用于按照搅拌摩擦焊接方法连接至少两个相邻的工件的方法。工具具有旋转驱动的销状的凸起，其在旋转时与待连接构件之间的连接区域接触地使连接区域至少部分地塑化。在DE102008063277A1中描述了一种用于将第一金属带的带末端与第二金属带的带起点相连的方法，其中，带末端与带起点通过形成重叠而叠置地定位，并且在重叠区域中的多个焊点处相互焊接。利用焊头通过摩擦点焊设置焊点，所述焊头具有旋转的销或者销状突起和围绕销或者销状突起旋转的套筒，其中，销和/或套筒通过旋转和由此产生的摩擦热使带末端和带起点区域性地塑化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，建议一种用于借助摩擦点焊将至少两个构件相接合的方法以及装置，其中，制造时间相比已知方法尽可能的短并且由此制造的构件复合体的强度相比已知方法得到改善。该技术问题按本专利技术通过一种用于通过摩擦点焊将第一构件与至少一个第二构件相接合的方法解决，其中，第一构件包含铝或者由铝制成，其中，第二构件具有基体，所述基体包含钢或者由钢制成，并且其中，第二构件具有涂层。按照本专利技术的方法至少具有以下步骤：a)将第一构件布置在第二构件上；并且b)在接合部位的区域内将接合装置的工具放在第一构件的第一表面上或者放在布置于第一构件上的其它构件上；并且c)使工具的至少一个工具部件、例如工具销或者围绕工具销布置的工具套筒这样旋转，使得旋转的工具部件与第一构件摩擦。在此，工具部件一直旋转，直至第一构件的材料在接合部位的区域内至少部分地塑化并且旋转的工具部件以一定的进入深度进入第一构件。按照本专利技术重要的是，在此这样控制步骤c)，使得所述进入深度小于第一构件的厚度，并且由此使旋转的工具部件并不完全穿过第一构件。优选地，第一构件和第二构件扁平地设计。也可以接合或者连接多于两个构件。例如可以在第一构件上布置其它构件。通过按照本专利技术的方法将全部三个构件(第一构件、第二构件和其它构件)相互连接。在这种情况下，在步骤c)中，旋转的工具部件首先完全穿过所述其它构件并且以一定进入深度进入第一构件。原则上可以设置任意多的其它构件。按照本专利技术，进入深度指的是旋转的工具部件运行到第一构件中的深度。第二构件的涂层形成了第二构件的第一表面。第二构件通过涂层贴靠在第一构件上。因此，涂层布置在第一构件和第二构件的基体之间。所述涂层优选包含锌。两个构件的叠置理解为两个构件优选平面地叠置，不是并排地布置。摩擦点焊理解为一种借助旋转工具部件的摩擦焊接。因此，两个待连接的构件并不是相对彼此摩擦。接合装置的工具优选由工具销和沿周向围绕工具销布置的工具套筒构成，所述工具销特别优选地设计为圆柱形。通过相对第一构件的摩擦产生摩擦热，其中，第一构件的材料在接合部位的区域内至少部分地塑化。旋转的工具部件(工具销或者工具套筒)进入第一构件的塑化材料或者形成的熔池中。另一工具部件同样可以旋转，但不进入第一构件中。塑化理解为从固态向可变形或可流动状态的过渡。通过所产生的热，第一构件的铝材料可以形成与第二构件的涂层材料的连接并且由此形成反应层。因为进入深度小于第一构件的厚度，所以工具部件不与第二构件接触。在已知的方法中，旋转的工具部件完全穿过第一构件并且部分地进入第二构件，使得第一构件的材料以及第二构件的材料塑化。在按照本专利技术的方法中，热量引入受到限制，尽管如此，铝材料仍被搅拌并且第二构件的涂层材料形成与第一构件的铝材料的连接。有利地在步骤c)中规定，与旋转运动同时地在工具部件上施加基本上垂直于第一构件的第一表面指向的压力。通过压力与摩擦热的组合，特别优选地限制了热量引入，由此使第二构件的基体的钢材料不被穿透并且尽管如此铝材料仍与第二构件的涂层材料、例如锌在反应层中形成连接。在此，接合方法有利地规定，锌没有从侧向流走，而是进入第一构件的铝材料中形成合金。此外优选规定，所述进入深度相当于第一构件的厚度的至少20％，特别优选至少30％。所述进入深度优选最大相当于第一构件的厚度与10μm之差。特别优选地，所述进入深度最大相当于第一构件的厚度与20μm之差。因此有利地规定，旋转的工具部件与第二构件的第一表面或涂层的距离不小于10μm或者特别优选地不小于20μm。有利地在步骤c)中，工具部件以500转/分钟至5000转/分钟之间的转速旋转，特别优选以1000转/分钟至3500转/分钟之间的转速旋转。也优选地规定，在步骤c)中，工具部件以0.25mm/s至20mm/s之间的速度、特别优选以0.5mm/s至10mm/s之间的速度进入第一构件的塑化材料中。旋转的工具部件进入第一构件的速度按照本专利技术也称为进入速度。所述进入速度定义出工具部件沿垂直于第一构件的第一表面的方向的运动速度。有利地，所述旋转的并且进入第一构件中的工具部件设计为工具销或者设计为围绕工具销布置的工具套筒。例如在工具销旋转期间，可以在步骤c)中使工具销进入第一构件的材料，其中，使工具套筒远离第一构件的第一表面运动，以形成用于容纳第一构件的塑化材料的自由空间。在此优选也使工具套筒旋转。工具销和工具套筒可以沿相同的方向或者沿相反的方向旋转。备选地，在工具套筒旋转期间，在步骤c)中使工具套筒进入第一构件的材料，其中，使工具销远离第一构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过摩擦点焊将第一构件(10)与至少一个第二构件(11)相接合的方法，其中，第一构件(10)包含铝或者由铝制成，其中，第二构件(11)具有包含钢的基体(20)和涂层(21)，其中，所述方法至少具有以下步骤：a)将第一构件(10)布置在第二构件(11)上；并且b)在接合部位(12)的区域内将接合装置(100)的工具(13)放在第一构件(10)的第一表面(10a)上或者放在布置于第一构件(10)上的其它构件上；并且c)使工具(13)的至少一个工具部件这样旋转，使得工具部件与第一构件(10)摩擦，直至第一构件(10)的材料在接合部位(12)的区域内至少部分地塑化并且工具部件以进入深度(19)进入第一构件(10)；其特征在于，所述进入深度(19)小于第一构件(10)的厚度(18)。

【技术特征摘要】
2015.09.11 DE 102015217460.31.一种用于通过摩擦点焊将第一构件(10)与至少一个第二构件(11)相接合的方法，其中，第一构件(10)包含铝或者由铝制成，其中，第二构件(11)具有包含钢的基体(20)和涂层(21)，其中，所述方法至少具有以下步骤：a)将第一构件(10)布置在第二构件(11)上；并且b)在接合部位(12)的区域内将接合装置(100)的工具(13)放在第一构件(10)的第一表面(10a)上或者放在布置于第一构件(10)上的其它构件上；并且c)使工具(13)的至少一个工具部件这样旋转，使得工具部件与第一构件(10)摩擦，直至第一构件(10)的材料在接合部位(12)的区域内至少部分地塑化并且工具部件以进入深度(19)进入第一构件(10)；其特征在于，所述进入深度(19)小于第一构件(10)的厚度(18)。2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，与旋转运动(22)同时地在工具部件上施加基本上垂直于第一构件(10)的第一表面(10a)指向的压力(23)。3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进入深度(19)相当于第一构件(10)的厚度(18)的至少20％，优选至少30％。4.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述进入深度(19)最大相当于第一构件(10)的厚度(18)与10μm之差，优选最大相当于第一构件(10)的厚度(18)与20μm之差。5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，工具部件以500转/分钟至5000转/分钟之间的转速旋转，优选以1000转/分钟至3500转/分钟之间的转速旋转。6.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，工具部件以0.25mm/s至20mm/s之间的速度、优选以0.5mm/s至10mm/s之间的速度进入第一构件(10)并且使所述第一构件(10)的材料塑化。7.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述工具部件设计为工具销(14)或者设计为围绕工具销(14)布置的工具套筒(15)。8.按权利要求7所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：D凯尔，A哈姆斯，C利迪克，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE