利用热喷涂层的多级接合工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种用于以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种不可焊接材料接合的方法，其中使用两个步骤的顺序，包括在不可焊接材料的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将喷涂层与施加层片材接合的第二步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用热喷涂层的多级接合工艺本专利技术适用于所有现有技术不可焊接材料结合。在这种情况下，不可焊接材料结合被定义为以搭接构造布置的至少两种片材的异种材料结合，其中该材料中的至少一种材料必须是金属材料。将金属热喷涂层以明确限定的厚度、表面粗糙度和过渡电阻施加在不可焊接材料的表面上，此处该不可焊接材料为非金属材料或表现出焊接缺陷的金属材料。然后在第二步骤中，接着进行焊接工艺，其中仅将热喷涂金属层和金属材料之间的接触区域焊接在一起。在材料工程的各个领域中，存在着如何在具有异种接合的多材料设计中使用不同材料的问题。现有技术没有可用的热焊接方法，只能使用粘结和机械接合。利用本专利技术，可以使用廉价且循环时间快的电阻点焊。在下文中指出那些现有技术不可焊接异种材料结合中的一些材料结合以及如何利用本专利技术将它们焊接在一起的方式。欧洲专利申请EP17157773.7涉及一种以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种材料接合的方法，其中使用两个步骤的顺序，包括在(不锈)钢基底的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将喷涂层与施加铝片焊接在一起的第二步骤，在整个材料构造中没有脆性金属间相。德国专利申请102004025493和102004025492涉及用于接合部件的方法、接合元件和用于接合部件的部件。将两个或更多个接合部件、尤其是金属片材和/或塑料片材通过接合元件接合在一起。当接合该元件时，该元件可用作铆钉或螺栓。待接合的部件设置有开口，具体地，设置有可将接合元件插入其中的孔。这些部件彼此定位，然后通过对接合元件进行钎焊来接合。有利的是，它可以用作传统的焊接或传统的焊枪，但是其中钎焊所需的热量输入比焊接低得多。通过本专利技术，例如在建筑或设计应用中，可以将金属与玻璃或丙烯酸玻璃焊接在一起。为了实现这种金属热喷涂层，必须将金属施加在玻璃的后接触表面侧。理想地，但不是必须地，热喷涂层具有与金属材料相关的相似或接近相似的合金。然后在第二步骤中，可利用电弧焊接或电子束焊接工艺以搭接构造将金属材料与施加在金属热喷涂层上的玻璃焊接在一起。电阻焊工艺是不可能的，因为玻璃起到绝缘材料的作用。当将金属材料与木材、塑料或纤维复合材料如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、陶瓷纤维、天然纤维或钢纤维焊接在一起时，由如上所述的一系列步骤组成的相同类型的特征也成功地起作用。金属热喷涂层必须以喷涂元件和非金属表面的接触温度低于短期250℃、更优选低于190℃的方式施加在塑料或纤维复合材料(基质材料)的表面上。另一个优选的设计示例是将钢/聚合物复合结构(即夹层结构)与金属材料焊接。通常，聚合物或塑性材料的芯材厚度比薄金属外层厚得多。因此，在搭接构造中进行电弧或激光焊接工艺期间，存在微结构被破坏的问题，即该结构以及聚合物的特性因该现象将被破坏。利用本专利技术的工艺步骤，可以在夹层结构的金属外层上添加第一金属热喷涂层，其将在以下实际焊接过程中用作热缓冲，使得聚合物芯材料不会过热超过临界值。利用本专利技术，不仅可以产生一种利用热喷涂层的多级接合工艺的可焊接性，该热喷涂层用于与跟非金属材料接合的金属材料结合。还可以解决针对焊接金属材料的现有技术问题，其中必须避免特定的温度范围，以免以不利的方式改变目标源的微结构。在下文指出这些特征中的一些。可以避免易受热裂影响的材料(如奥氏体镍合金不锈钢或镍基合金)中的热裂纹。热裂被定义为在高温(高于1050℃)下，应变大小和应变率超过特定阈值时发生的材料偏析。通过在危险材料的表面(焊接接触方向)施加金属热喷涂层，可以影响危险材料区域的最终应变和应力(以及变形)，并降低该区域的局部温度。热喷涂层必须是异种合金，不像锰合金奥氏体或铬合金铁素体钢那样容易热裂。危险金属不直接与接合伙伴焊接。接合仅发生在热喷涂层和接合伙伴之间。有热裂危险的材料/片材仅作为温度低于1000℃的热影响区。这适用于搭接构造中的所有焊接工序。液体金属脆化是一个问题，其中液体金属渗入固体金属并因此出现晶间裂纹。该问题在如铝与镓的材料结合、可热成形的镀锌钢、不锈钢、奥氏体钢或与镀锌材料或硬钎焊材料焊接在一起的多相钢的文献中是熟知的。如果将非临界金属合金作为层来热喷涂在危险的固体金属的表面上，则锌或硬钎在焊接或硬钎焊期间不能作为液体金属渗透固体金属的表面和晶界。该工艺适用于搭接构造中的所有焊接工艺，如电弧焊、电子束焊或电阻焊以及硬钎焊。对于汽车结构应用，该该工艺可进一步与混合接合工艺结合。混合接合工艺的特征在于以连续或同时的方式使用至少两个接合工序。此类混合接合工艺是点焊粘结，其中首先通过在处于搭接构造的两个片材之间施加未固化的粘合剂来产生第一粘结。然后在第二步骤中，进行电阻点焊，在现有粘合连接之外添加材料锁定连接。另一种类型的混合接合工艺是将粘结与机械接合(如压接、铆接或钉固)相结合。另外，可将两个热接合工艺结合为混合接合工艺：激光束焊接与GMAW工艺结合称为“GMAW-激光-混合”。例如，非临界金属合金是单相铁素体铬合金不锈钢，在与镀锌碳钢进行常规焊接之前，将其作为热喷涂层施加在奥氏体不锈钢上。利用本专利技术的方法，也可能以积极的方式影响易碎金属如铁素体稳定的(Ti、Nb)不锈钢的热影响区中的晶粒生长。通常，熔融焊接期间基体材料的热影响区中的温度导致晶粒生长。由于较粗的晶粒导致较高的淬透性，热影响区的硬度显著增加，并表现出脆性、快速失效、较低的功率传输和较低的疲劳性能。通过在此类危险金属的表面上热喷涂非危险金属合金，根据热喷涂层厚度的不同，较低的硬度可以增加直至完全避免硬度增加。此类较不易碎的金属层可为奥氏体不锈钢。对于不稳定或未定义为ELC(超低碳)并因此易受晶间腐蚀(IC)影响的不锈钢，本专利技术可以使用热喷涂层来避免IC。利用稳定层，可以将未与接合伙伴直接焊接的IC危险基底材料的温度降低到350℃以下。因此，临界M23C6偏析不能以临界方式形成，因为必要的临界起始温度和时间将降低。未被稳定的铬合金钢如1.4016因此是可焊接的。1000℃以上的固溶退火以及随后的作为后处理的水淬火不再必要。此外，该热喷涂层像用于腐蚀介质的屏障一样起作用。该原理也可用于避免应力腐蚀开裂，使得例如，由于焊缝、热喷涂层的原因，必要的腐蚀介质不会侵蚀受力区域中的基体材料。利用本专利技术的方法，还可以避免碳含量大于0.2％C的可硬化高碳合金钢、马氏体钢和不锈钢的冷裂纹危险。利用热喷涂层，可硬化的基材仅作为T<700℃的低温热影响区受影响。还可避免延迟的氢影响的冷裂纹。可以以相同的方式降低双相不锈钢的475℃脆化。综合本专利技术的方法，可以在搭接构造中避免舍弗勒图指出的不同危险。利用本专利技术的方法，还可以避免搭接构造中的焊缝不规则性或内部缺陷，如气孔、(收缩)空腔、缺乏熔合或冶金引起的微裂纹。一个示例是在对航空航天应用进行焊接过程中镁对气孔的危害。通过使用另一种金属合金或钎焊材料，可在没有不期望的气孔率的情况下实现搭接。使搭接能够适于航空航天应用的另一种可能是利用活性气体焊接钛。现有技术在焊接期间，钛与活性气体(CO2、O2)接触后会发生脆化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种不可焊接材料接合的方法，其特征在于，使用两个步骤的顺序，包括在不可焊接材料(1)的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将所述喷涂层(2)与施加层片材(3)接合的第二步骤。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 EP 17209825.31.一种用于以搭接构造利用热接合工艺将彼此不可直接焊接的至少两种不可焊接材料接合的方法，其特征在于，使用两个步骤的顺序，包括在不可焊接材料(1)的表面上施加热机械或机械表面保护层的第一步骤以及使用热接合工艺将所述喷涂层(2)与施加层片材(3)接合的第二步骤。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面保护层是通过热喷涂方法实施的。


3.根据前述权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述热喷涂层(2)是基于金属的合金或者金属与碳化物的结合。


4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热喷涂层(2)通过像粘合焊接、点焊、凸焊或滚缝焊接之类的电阻焊接方法与所述施加片材(3)焊接在一起。


5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述热喷涂层(2)的厚度与达到的点焊(4)直径之比小于或等于0.25mm。


6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·欣德根，斯蒂芬·林德纳，
申请(专利权)人：奥托库姆普联合股份公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI