Verfahren zum Verbinden eines Leichtmetall-, insbesondere Aluminiumteils, mit einem Stahlteil durch Schweissen In der Technik ist bisher noch kein Verfahren bekannt geworden, mit dem es gelingt, ein Leichtme tallteil durch Schweissen mit einem Stahlteil zu ver binden.
Die Erfindung schliesst diese Lücke in sehr einfacher und wirksamer Weise dadurch, dass das Stahlteil mindestens an der Verbindungsstelle mit dem Leichtmetallteil verzinkt wird und die Verbin dung des Stahlteils, z. B. einer Stahlleiste, mit dem Leichtmetallteil durch Schutzgas-Lichtbogenschweis- sung mit blankem Leichtmetall-Schweissdraht erfolgt, wobei der Lichtbogen mit dem Leichtmetallteil auf recht erhalten wird.
Die auf diese Weise hergestellte Verbindung ist insofern als eine echte Lichtbogen-Schweissverbin- dung anzusehen, als einmal hierfür kein Flussmittel benötigt wird und zum anderen blanker Schweiss- draht entsprechend dem Grundmaterial des Leicht metallteiles verwendet werden kann. Dabei legieren sich die Komponenten des Schweissdrahtes offenbar den Komponenten der miteinander zu verbindenden Teile an.
Für die erfindungsgemässe Verbindung eignen sich sowohl Aluminium als auch alle unter dem Sam melbegriff Leichtmetall bekannten Aluminium-Le gierungen und als Stahl alle verzinkbaren Arten des Eisens. Hierzu gehört beispielsweise auch der durch Glühfrischen oder Tempern erzeugte schmiedbare Guss oder Temperguss.
Vorteilhaft kann die Verzinkung des Stahlteiles oder der Stahlleiste nach dem Tauchverfahren erfol gen (Feuerverzinkung), und es hat sich gezeigt, dass bei einer auf diese Weise hergestellten Verzinkung eine besonders gute Haftung der Schweissnaht am Stahlteil erzielt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch so durchgeführt werden, dass zwischen das Leichtme- tallteil und das mit diesem zu verbindende Stahlteil eine Stahlleiste gelegt wird, die mindestens an dem dem Leichtmetallteil zugewandten Rand verzinkt ist und dass die Leiste mit diesem Rand an das Leicht metallteil angeschweisst und mit dem anderen Rand, vorzugsweise ebenfalls durch Schweissung, mit dem Stahlteil verbunden wird. In diesem Fall braucht nur die Stahlleiste, nicht jedoch das Stahlteil selbst ver zinkt zu werden. Dies ist insofern von Vorteil, als sich die Leiste in vielen Fällen leichter und mit gerin gerem Zinkaufwand als das Stahlteil verzinken lässt.
Bei Verbindung der Stahlleiste mit dem Leicht metallteil durch eine doppelseitige Schweissnaht ist die Leiste vorteilhaft so ausgebildet, dass sie einen schmalen, rechteckigen Querschnitt besitzt und an der Schweisskante mit dem Leichtmetallteil Löcher oder Aussparungen aufweist, die einen so grossen Querschnitt haben und in so geringem Abstand von- einander angeordnet sind, dass sowohl das Zink als auch das Leichtmetall auf der dieser Schweissnaht gegenüberliegenden Seite gegen Oxydation geschützt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die beiderseitigen Schweissnähte fest und homogen mit der Stahlleiste verbinden.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausfüh rungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 im Schnitt und Fig. 2 in Draufsicht ein mit einem Leichtmetall blech durch Stumpfschweissung verbundenes Stahl blech, Fig. 3 im Schnitt ein mit einem Leichtmetallblech durch Kehlnahtschweissung verbundenes Stahlblech, Fig. 4 im Schnitt und Fig.5 in Draufsicht ein Aluminiumrohr in Schweissverbindung mit einem Winkelstahl, Fig.
6 ein mit einem Aluminiumblech ver- schweisstes Stahlblech in Ansicht und Fig. 7 bis 9 Querschnitte einer solchen Schweiss- verbindung bei Verwendung verschiedenartiger Stahlleisten.
Für die Stumpfschweissung eines Stahlbleches mit einem Leichtmetallblech nach Fig. 1 und 2 wur den ein 2 mm starkes, feuerverzinktes Stahlblech (Kesselblech) 1 in der Grösse 100 x 100 mm und ein Leichtmetallblech 2 gleicher Grösse und Stärke in der Legierung AIMg 3 (halbhart) verwendet. Das Kesselblech 1 wurde mit der verzinkten Kante 3 im Abstand a von etwa 2 mm parallel an die Kante 4 des Leichtmetallbleches angelegt. Die Verbindung der beiden Bleche erfolgte durch Schutzgas-Lichtbogen- schweissung nach dem Argonarc -Verfahren.
Der Schweissbrenner war mit einer Düse Nr. 6 bestückt und der Schweisstransformator. auf etwa 70 A einge stellt. Als Schweissdraht wurde AlSi 5 mit 3 mm Durchmesser benutzt. Der Argonverbrauch betrug konstant 6 Liter je Minute. Die Brenndüse wurde so entlang der Naht geführt, dass der Lichtbogen nur mit dem Leichtmetallblech gebildet wurde. Die Breite b der l-förmigen Schweissnaht 5 betrug etwa 8 mm und ihre Höhe h beiderseits je etwa 1 mm. Die Ober fläche der Schweissnaht glich im Aussehen der einer normalen Lichtbogenschweissnaht.
Die zusammengeschweissten Bleche wurden nach dem Erkalten einer Biegeprobe unterworfen und da bei, wie in Fig. 1 strichpunktiert wiedergegeben, um etwa 180 umgebogen. Irgendwelche Bruch- bzw. Rissbildungen oder Ablöseerscheinungen an der Schweissnaht wurden nicht festgestellt.
Die Kehlnahtschweissung nach Fig. 3 wurde mit Blechen 1 und 2 durchgeführt, welche die gleichen Eigenschaften und Abmessungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel besassen. Dabei wurde das feuerverzinkte Stahl- oder Kesselblech 1 durch eine doppelseitige leichte Kehlnaht 6 mit je einem Radius von etwa 8 mm senkrecht und mittig stossend auf das Leichtmetallblech 2 aufgebracht. Der Schweissvor- gang selbst erfolgte sinngemäss in der oben beschrie benen und in Fig. 3 veranschaulichten Weise.
In die ser Figur ist der Schweissbrenner 7 in der Zündstel- lung wiedergegeben. Bei dem eigentlichen Schweiss- vorgang wurde der Brenner näher an die Stosstelle der Bleche gerückt; jedoch immer, noch in einem so grossen Abstand entlang dem Kesselblech geführt, dass der Lichtbogen nur mit dem Leichtmetallblech aufrechterhalten blieb. Die so hergestellte Kehlnaht entsprach in ihrem Aussehen ebenfalls einer norma len Leichtmetallschweissnaht.
Nach dem Erkalten wurde eine Hälfte des Leicht- metallbleches 2 eingespannt und das Stahlblech 1 dann, wie in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet, um 90 umgebogen. Auch hierbei wurden weder Bruch- oder Rissbildungen noch Ablöseerscheinungen der Schweissnaht festgestellt.
In Fig. 4 und 5 stellen 8 ein Aluminiumrohr und 9 einen Winkelstahl aus normalem Walzprofil dar. Zwischen diesen Teilen ist eine im Querschnitt recht eckige Stahlleiste 10 angeordnet, de ebenfalls aus normalem Walzprofil besteht und - wie in Fig.4 durch die dick ausgezogene Linie 11 angedeutet - an dem dem Aluminiumrohr zugewandten Rand ver zinkt ist. An diesem Rand ist die Stahlleiste durch eine doppelseitige Kehlnaht 12 an das Aluminium rohr angeschweisst. An dem anderen Rand ist die Stahlleiste ebenfalls durch eine doppelseitige Kehl- naht 13 mit dem Winkelstahl verschweisst.
Da es sich hier um die Verschweissung zweier Stahlteile handelt, erfolgt die Herstellung der Kehlnähte 13 in her kömmlicher Weise, z. B. durch Lichtbogenschweis- sung.
Die Stahlleiste kann z. B. durch Walzen oder Zie hen hergestellt und durch entsprechende Profilgebung leicht den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden. So ist beispielsweise für die Verbindung eines Alumi- niumbleches mit einem Stahlblech eine Stahlleiste 14 geeignet, wie sie in den Fig. 6 und 7 in Ansicht und im Querschnitt wiedergegeben ist. Diese Leiste ist einerseits durch eine X-Naht 15 mit dem Stahlblech 16 und andererseits durch eine mittels Schutzgas- Lichtbogenschweissung hergestellte (-Stumpfnaht 17 mit dem Aluminiumblech verbunden.
Zu diesem Zweck ist die Leiste 14 im Bereich 18, der von der 1 -Naht 17 bedeckt wird, verzinkt. Weiterhin ist die Leiste derart ausgebildet, dass sie an dem dem Alu miniumblech zugewandten Rand einen etwa W-för- migen Querschnitt besitzt. Durch diese Querschnitts form ist sehr vorteilhaft dafür gesorgt, dass die Leiste der 1 -Naht eine grosse Oberfläche bietet. Schliesslich weist die Leiste in der durch den W-förmigen Quer schnitt gebildeten Zunge 19 eine Reihe von Löchern 20 auf.
Diese besitzen einen so grossen Durchmesser und sind in einem so geringen Abstand voneinander angeordnet, dass beim Aufbringen des ersten Wulstes der 1 -Naht 17 ständig eine derartige Menge Schutz gas, wie z. B. Argon, durch die Löcher hindurchtritt, dass das Zink und das Aluminiumblech 21 auf der rückwärtigen Seite gegen Oxydation geschützt sind. Hierdurch ist insbesondere gewährleistet, dass die Zinkschicht auf dieser Seite der Leiste vollständig erhalten bleibt und unbeschädigt für das Aufbringen des zweiten Wulstes der (-Naht zur Verfügung steht. Man erhält dadurch eine 1 -Naht 17, die beiderseits innig mit der Stahlleiste verbunden ist.
Dabei ist durch die Löcher 20 noch der weitere Vorteil gege ben, dass durch diese hindurch die beiderseitigen Wülste der (-Naht miteinander verschmelzen und so ihrerseits einen guten Zusammenhang aufweisen.
Das Verschmelzen der beiderseitigen Wülste durch die Löcher 20 hindurch bringt ausserdem den Vorteil mit sich, dass die Schweissverbindung der Leiste 14 mit dem Aluminiumblech 21 eine hohe Zugfestigkeit besitzt. Unter der Einwirkung von Zug kräften werden nämlich die einzelnen Zapfen, welche die Löcher 20 ausfüllen und die beiden Wülste der [-Naht miteinander verbinden, auf Abscheren beanr spracht, und diese Scherbeanspruchung trägt mit dazu bei, dass die Schweissnaht 17 hohe Zugkräfte aufnehmen kann.
Damit sich das Schweissmaterial auch innerhalb der Löcher fest mit der Leiste verbin det, erfolgt das Verzinken der Leiste vorteilhaft erst, nachdem sie mit den Löchern versehen worden ist.
Die Grösse der Löcher richtet sich vor allem nach der Breite des von der l-Naht 17 bedeckten Berei ches 18 der Stahlleiste. Beträgt die Breite dieses Be reiches beispielsweise 10 mm, so wählt man den Durchmesser der Löcher zweckmässig zu etwa 3 bis 6 mm. Bei grösseren Breiten des erwähnten Bereiches 18 kann man den Durchmesser der Löcher entspre chend vergrössern. Andererseits empfiehlt es sich jedoch, auch bei kleineren Breiten des Bereiches 18 als etwa 10 mm, den Durchmesser der Löcher nicht kleiner als etwa 2 mm zu wählen. Den gegenseitigen Abstand 22 der Löcher bemisst man zweckmässig ungefähr gleich deren Durchmesser.
Durch den W-förmigen Querschnitt der Stahllei ste an dem dem Aluminiumblech zugewandten Rand werden, wie gesagt, die Verbindungsflächen der Stahlleiste mit der 1 -Naht vergrössert. Ein, weiterer Vorteil dieser Querschnittgestaltung ist dadurch ge geben, dass die Leiste im Bereich der Löcher verhält- nismässig dünn ist und die Löcher somit nur eine ge ringe Länge aufweisen. Beim Ziehen der ersten Schweissnaht bieten die Löcher daher dem Durchtritt des Schutzgases nur wenig Widerstand.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei einer verhält- nismässig dicken Stahlleiste genügend Schutzgas durch die Löcher auf die gegenüberliegende Seite der Stahlleiste gelangt, um hier das Zink und das Alumi niumblech gegen Oxydation zu schützen.
An Stelle der, Löcher 20 können, wie Fig. 6 zeigt, an der Kante der Stahlleiste, die dem Aluminium blech zugewandt ist, auch Aussparungen 23 vorgese hen sein. In den Fällen, in denen die Schweissverbin dung auf Zug beansprucht ist, erhalten die Ausspa rungen vorteilhaft einen sich zur Schweisskante hin verjüngenden, beispielsweise, wie gezeichnet, schwal benschwanzförmigen Querschnitt. Unter der Einwir kung von Zugkräften treten dann an den schrägen Flanken der Aussparungen ebenfalls Scherkräfte auf, wodurch die Schweissverbindung eine erhöhte Zugfe stigkeit erhält. Wo es auf eine besonders hohe Zugfe stigkeit nicht so sehr ankommt, können die Ausspa rungen auch einen rechteckigen, z.
B. quadratischen, oder einen sich zur Schweisskante hin erweiternden Querschnitt haben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 ist zwischen dem Aluminiumblech 21 und dem Stahl blech 16 eine Stahlleiste 24 angeordnet, die sich von der vorbeschriebenen lediglich dadurch unterschei det, dass sie zum Zwecke der Oberflächenvergrösse rung in dem Bereich 18 stufenförmig abgesetzt ist. Auch hiermit ist der Vorteil verbunden, dass die Löcher 20 (oder die Aussparungen 23) nur eine kurze Länge besitzen und demgemäss dem Durchtritt des Schutzgases einen geringen Widerstand bieten. Eine für viele Fälle hinreichende Oberflächen vergrösserung der Stahlleiste im Bereich 18 kann auch schon dadurch erzielt werden, dass die Stahllei ste hier schneidenartig abgeschrägt ist.
Insbesondere bei einer solchen Abschrägung ist es nützlich, die an sich ebenen Schrägflächen mit Riefen zu versehen. Durch derartige Riefen, die leicht mit Hilfe von Rän- del- oder Kordelrädern eingedrückt werden können, erhält man eine zusätzliche Oberflächenvergrösse- rung. Ausserdem werden auf diese Weise die Schräg flächen aufgerauht und zerklüftet. Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch die Zugfestigkeit der Schweissverbindung gesteigert wird.
Während es sich bei den oben beschriebenen Stahlleisten um gewalzte oder gezogene Profile han delt, zeigt Fig. 9 eine Stahlleiste, die aus einem U förmigen Grundkörper, insbesondere einem U-förmig gebogenen Blechstreifen 25 und einem zwischen des sen Schenkeln durch Schweisspunkte 26 befestigten Flachstahl 27 zusammengesetzt ist. Statt durch Punktschweissen kann die Befestigung des Flachstah les auch auf andere Weise, z. B. durch Nieten, erfol gen.
Das Flacheisen ist so bemessen, dass es etwas über die Schenkel des Blechstreifens vorsteht, und weist in dem vorstehenden Teil eine Reihe von Löchern 28 auf. Nach dem Zusammenbau der Leiste wird sie in dem durch die dick ausgezogene Linie an gedeuteten Bereich 29 verzinkt. Auf diese Weise er hält man eine Stahlleiste, die leicht hergestellt werden kann und ausserdem den Vorteil aufweist, dass sie an dem Rand, mit dem sie an das Aluminiumblech an- geschweisst ist, stufenförmig abgesetzt ist und somit hier eine grosse Oberfläche besitzt.
Die Stahlleisten gemäss den Fig. 7 und 9 brau chen nicht die gleiche Dicke wie die miteinander zu verbindenden Bleche zu haben, sondern können auch etwas dicker oder dünner als diese sein. Dies ist inso fern von Vorteil, als man nicht für jede Blechstärke eine entsprechend dicke Leiste auf Lager zu halten braucht, viehmehr ein- und dieselbe Leiste für ver schieden starke Bleche verwenden kann.
Wenn ein Leichtmetallblech unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Stahlleiste, mit einem Stahlblech verbunden werden soll, empfiehlt es sich, insbesondere wenn höhere Anforderungen an die Festigkeit der Schweissverbindung gestellt werden, die Schweisskante des Stahlbleches entsprechend den Fig. 7 und 8 auszubilden und mit Löchern zu verse hen.