CN100381243C - 接合两块分别由铝材料和铁或钛材料制成的板材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用一种焊接填充料的情况下通过一种熔焊-钎焊连接来接合两块分别由一种铝材料和一种铁或钛材料制成的板材(1、2)的方法，其中，在用于形成一个连接焊缝(4)的焊接填充料在熔化条件下进行涂敷之前，铁或钛材料至少在接合区域内设有一个优选以锌或铝为基的涂层。为了实现有利的接合条件，建议，将两块板材(1、2)以一种对接接口的形式进行接合，其中，将用于形成连接焊缝(4)的以铝为基的焊接填充料在一个跨接所述接口的区域内在板材的两侧以一个至少等于由铁或钛材料制成的板材(1)的厚度(d)的三倍的宽度(b)涂敷到由铁或钛材料制成的板材(1)上。

Description

接合两块分别由铝材料和铁或钛材料制成的板材的方法
技术领域
本发明涉及一种在使用一种焊接填充料的情况下通过一种熔焊-钎焊连接来接合两块分别由一种铝材料和一种铁或钛材料制成的板材的方法，其中，用于形成一个连接焊缝的焊接填充料在熔化条件下进行涂敷之前，铁或钛材料至少在接合区域内设有一种优选以锌或铝为基的涂层。
背景技术
在一种铝材料与一种钢材料的热连接过程中，铝材料在接合区域被熔化，使得熔化的铝润湿钢材料并且在冷却之后形成一种材料锁合的连接。而在材料之间的过渡区域内形成了脆性的金属间的金相，该金相决定性地共同决定连接的承载能力。为了保持该金属间金相边的厚度小，必需相应地影响各材料的过渡区域的扩散条件，即通过保持相对高的加热和冷却速度使熔化被限制在相对较短的时间间隔内进行。如果待连接的板材以一个搭接的接口进行布置并且在板材的搭接区域内从钢材料那边用一个发散的激光束进行加热，就可以实现上述条件。搭接的连接接口使得此后形成的接合板材的局部硬度较高。另外，人们还必须预想到由于在钢与铝材料之间的电化学势能差导致在搭接接口的区域中有较高的受腐蚀的倾向，因为即使在铝材料的熔化过程中加入以铝为基的焊接填充料，也不能指望完全封闭搭接区域的分隔线。在接合分别由一种铝材料和一种钛材料制成的板材的过程中也会产生类似的困难，因为在这样的材料结合时也会出现一种脆性的金属间的金相边。
为了基本上防止在一种钢材料和一种铝材料之间的连接焊缝的区域内发生脆性的金属间的金相，最新公知的是(DE 10 017 453 A1)在以锌为基的焊接填充料被涂敷到钢或熔化条件下的铝材之间以前，至少在钢材的接合区域设有一种以锌或铝为基的涂层以便在熔化条件下在钢材料和铝材料之间形成一个连接焊缝。这种焊接填充料与铝材料一起进入到一个熔化冶金的熔焊连接中，并且该焊接填充料被用作为一种焊料用于与钢材料连接，该焊接填充料将不会熔化地与钢材料接触，而是单独地与涂层接触，这样金属间的金相就基本上被抑制，因为所选择的焊接填充料是以锌为基的。但在该公知的接合方法中的缺点是，由焊接填充料形成的连接焊缝仅能够设置在各待接合材料的两个分开的表面区域之间的楔形区域内，并且需要所述焊接填充料是以锌为基的，而锌是完全不同于铝材料的。如果采用了以铝为基的焊接填充料(US 3 202 793 A)，那么就可能防止这一缺点，但是该熔焊-钎焊接口的强度不够，即使在接合区域提供了带有增加强度的贯穿孔的铁板材，使铁板材穿过流过所述贯穿孔的焊接填充料以便改善这种焊接填充料的连接力，情况还是如此。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种用于接合两块分别由一种铁或钛材料和一种铝材料制成的板材的方法，该方法能够在不同材料的板材之间实现一种满足所有载荷要求的、耐用的连接，而不必采用以铝为基的焊接填充料。
从开头所述类型的方法出发，本发明提出一种在使用一种焊接填充料的情况下通过一种熔焊-钎焊连接来接合两块分别由一种铝材料和一种铁或钛材料制成的板材的方法，其中，在用于形成一个连接焊缝的焊接填充料在熔化条件下进行涂敷之前，铁或钛材料至少在接合区域内设有一个涂层，其特征在于：将两块板材以一种对接接口的形式进行接合，其中，将用于形成连接焊缝的以铝为基的焊接填充料在一个跨接所述接口的区域内在板材的两侧以一个至少等于由铁或钛材料制成的板材的厚度的三倍的宽度涂敷到由铁或钛材料制成的板材上。
由于这一措施的结果是使以铝为基的焊接填充料在各板材的两侧跨接在各个板材之间的接口，由所述焊接填充料所形成的连接焊缝在板材的两侧覆盖铁或钛材料的周边区域，这样不仅加大了接合面，而且还意味着一个前提条件，即在接口区域内可以没有裂缝腐蚀发生。由于在铁或钛材料涂层与焊接填充料之间的电化学势能差与在铁或钛材料与铝材料之间的电化学势能差相比明显减小，所以接触腐蚀的可能性也大幅度减小。通过在接合区域内在铁或钛材料的涂层，还减小了形成脆性的金属间金相的可能性。为此，以铝为基的焊接填充料可以由本身已知的方式进行融合以便增加强度，特别是通过跨接两块板材之间的接口的连接焊缝，使支承横截面得到增加，这样根据本发明的连接就会导致高的承载能力。
为了能够通过连接焊缝保证一种满足所有要求的强度，由焊接填充料形成的连接焊缝必须在两侧以一种相应的面积嵌接由铁或钛材料制成的板材的边缘。如果涂敷在由铁或钛材料制成的板材上的焊接填充料的宽度至少等于所述板材的厚度的三倍，就可以保持至少焊缝区域的强度值与相接的板材区域的强度值相同。
为了在不同材料之间达到渐变地承受载荷而避免过高的应力峰值，由铁和钛材料制成的板材可以有利地在接口区域至少在一个板材侧上设置一个斜面，使得铁或钛材料靠着铝材料那边的支承横截面减小，而铝材料的支承横截面相应地增加。但该斜面需要像接合区域的其余部分一样被覆盖上一个以锌、锡或铝为基的涂层，以便确保在铁或钛材料和焊接填充料之间的材料结合。虽然由焊接填充料形成的跨接板材之间的接口区域的连接焊缝导致了在接口区域的凸起，但该在两侧由连接焊缝形成的凸起在随后对接接合的板材的成型中不起任何决定性的作用。该连接焊缝在某些情况下也可通过一种塑性变形而被平整。也可以这样接合两块板材，即它们的表面在一侧被放置在一个共同的平面上，并且涂敷连接焊缝之后在焊缝区域内使两块板材弯曲离开共同表面并且以焊缝凸出部各自的厚度超过共同表面。该措施导致在一侧形成了接合的板材的连续地在连接焊缝上连贯的表面。
由于连接焊缝两侧覆盖铁或钛材料的边缘区域，所以任何裂缝腐蚀的可能性被限制到在铁或钛材料的一侧上的连接焊缝纵向边缘与其涂层之间的过渡区域上。如果涂层材料具有一种有限可溶于铝的性能，则可能会出现涂层材料在过渡区域中在以铝为基的焊接填充料中堆积并且形成腐蚀侵袭的起始点的危险。为了以简单的方式防止这种低程度的危险，在两块板材之间由焊接填充料形成的连接焊缝可以至少在一个板材侧上向涂覆的铁或钛材料的过渡区域中由一个防腐蚀层特别是一个漆层进行覆盖。
借助本发明的焊缝进行接合的分别由一种铁或钛材料和一种铝材料制成的板材毛坯可以在连接焊缝区域内进行成型而不需要对连接焊缝进行过度加载，这样就可以对由这些板材毛坯形成的工件进行简单生产，因为板材毛坯在冷成型之前进行接合并且共同通过冷成型而成型为工件。先决条件是，所需要的力可以通过熔焊-钎焊连接进行传递，以便让接合的板材毛坯可以塑化并且因此产生变形。这要这样达到，即，连接焊缝以一个宽度被涂敷在由铁或钛材料制成的板材毛坯的侧面，该宽度至少等于所述板材毛坯厚度的三倍。这种只用很少的费用就可满足的条件确保了对于连接焊缝的承载能力的临界的正常应力值保持在一个允许的范围内，即使在以铝为基的焊接填充料和由铁或钛材料制成的板材之间的钎焊区域中对接合的板材毛坯进行塑性变形也是如此，这是因为接合表面相应增加的缘故。
虽然跨接板材毛坯之间接口区域的焊接填充料材料的连接焊缝导致了一个在接口区域的凸起，该凸起作为连接焊缝在两侧的结果起不会在随后的对接接合的板材的成型中起任何决定性的作用，因为可以通过成型工具相应的凹陷可以将该连接焊缝的凸起考虑进去。为了减小焊缝的凸起，在对接合的板材毛坯进行共同冷成型之前，可以对在两块板材之间由焊接填充料形成的连接焊缝进行平整。
附图说明
通过附图对本发明的方法进行更详细的描述。
图1两块以本发明的方法进行接合的分别由一种钢材料和一种铝材料制成的板材毛坯的俯视图；
图2沿图1的线II-II的通过在对接的板材毛坯之间的连接焊缝的剖面的放大比例的剖面图；
图3一个对应于图2的视图，具有通过一种塑性变形被平整的连接焊缝；
图4一个根据本发明产生的连接焊缝的一种结构变化形式的同样对应于图2的视图；
图5一个对应于图4的连接焊缝，但是在一次附加成型之后的情况；和
图6由按图1进行接合的板材毛坯通过一种冷成型所产生的工件的放大比例的透示图。
具体实施方式
如图1所清楚看到的那样，为了能够制造在图6中所示的工件，例如一种异型梁，它包括一块冷成型的由一种铁材料制成的板材毛坯1和一块同样冷成型的由一种铝材料制成的板材毛坯2，将从平的板材毛坯1和2出发。所述板材毛坯1和2以对接接口的方式进行接合。为此由铁材料制成的板材毛坯1在形成接缝的边缘的区域内设有两侧的斜面3，如图2所示。与接合区域的其它面积一样，这些斜面3具有一种最好以锌为基的涂层。在待接合的板材毛坯1和2聚在一起之后，在接口区域将一种以铝为基的焊接填充料涂敷到毛坯1和2的两侧上并且借助一种电弧将其熔化，其中，在板材毛坯2的铝材料与形成连接焊缝4的以铝为基的焊接填充料之间产生一种熔化冶金的焊接连接。这种由熔化铝材料而获得的焊接连接由板材毛坯2和连接焊缝4的统一剖面线表示，其中，板材毛坯2的原来的边缘由虚线表示。熔化的焊接填充料是一种用于结合到由铁材料制成的板材毛坯1上的焊料，该焊料不仅被涂敷到两块板材毛坯1和2的直接的接口区域，还跨接所述接口并且在两侧覆盖由铁材料制成的板材毛坯1的边缘。形成焊料的焊接填充料被涂敷在一个覆盖区域，该覆盖区域的宽度b至少是厚度d的三倍。通过结合长度的这样增加，一方面将共同决定连接焊缝的承载能力的在钎焊区的区域内的正常应力限制在一个可接受的量以内，另一方面，将由相当长的腐蚀路径所产生的由腐蚀引起的强度损失保持在接合的板材毛坯1、2的较弱的基础材料的由腐蚀引起的强度损失以下，使得接合区域在工件的整个寿命上具有至少等于两块板材毛坯1、2中的较弱者的强度值的强度值。
在产生出连接焊缝4之后，接合起来的板材毛坯1和2可以设置一个防腐蚀的保护层。为此，可以以传统的方式对板材毛坯进行浸渍涂漆，其中，在连接焊缝4与涂覆过的由钢材料制成的板材毛坯1之间的过渡区域5最好由一个漆层进行覆盖，使得在该过渡区域内可以没有腐蚀发生，而过渡区域的腐蚀随着时间将会直接传播到接口区域那边。
由于为了匹配固有强度而选择使由铝材料制成的板材毛坯的厚度大于由钢材料制成的板材毛坯1的厚度d，连接焊缝4会导致一个在两块板材毛坯1和2之间的连接点的相应凸起。为了在不对两块板材毛坯1和2之间的连接产生任何危害的条件下限制这种凸起，按图3，原来的形状由点划线表示的连接焊缝4可以通过一种塑性变形而得以平整，如实线所示的那样。
根据本发明，在图2和图3中所示的板材毛坯1和2的对称配置对本发明的生产连接焊缝4的方法并不是必需的。板材毛坯1和2的表面例如可以放置在一个共同的表面上，如图4所示。在没有改变基本条件的情况下，这种构造导致不同形状的连接焊缝4。由于在图4的实施例中，在板材毛坯1边缘的与板材毛坯2平齐的那一侧表面上设置一个斜面没有什么意义，所以仅在板材毛坯的相对置的一侧上设有一个斜面3。在这种情况下，推荐在由铝材料制成的板材毛坯2上设置一个导棱6，以便确保有利地形成焊缝。另外，焊缝区域也可按图5进行变形，使得在一个板材侧上获得一个连续地在连接焊缝4上连贯的共同的表面。当板材毛坯在焊缝区域内远离共同表面地弯曲了所述焊缝凸出部超过共同表面的各自的厚度时就可以实现这一点，如图5所示。
在通过一种熔焊-钎焊连接进行接合之后，板材毛坯1和2例如通过弯曲或拉深被共同成型为图6所示的工件。在这些冷变形方法中，板材毛坯1和2的塑性变形所需要的力可以很容易借助于连接焊缝传递。由连接焊缝4造成的凸起可以在接合的、首先为平的板材毛坯1、2的塑性成型过程中通过模具的一种相应的结构例如通过在连接焊缝4区域内的凹陷来加以考虑。所述凸起还可以如图3所示通过塑性变形而被平整。
应该理解的是本发明不局限于图示的实施例。一块由一种钛材料制成的板材毛坯可以用来代替由铁材料制成的板材毛坯1，只要遵守本发明的参数，该钛材料制成的毛坯可以以类似的方式由一种熔焊-钎焊以防腐蚀的方式通过一种以铝为基的焊接填充料与一种铝材料连接。

Claims (9)

1.一种在使用一种焊接填充料的情况下通过一种熔焊-钎焊连接来接合两块分别由一种铝材料和一种铁或钛材料制成的板材的方法，其中，在用于形成一个连接焊缝的焊接填充料在熔化条件下进行涂敷之前，铁或钛材料至少在接合区域内设有一个涂层，其特征在于：将两块板材以一种对接接口的形式进行接合，其中，将用于形成连接焊缝的以铝为基的焊接填充料在一个跨接所述接口的区域内在板材的两侧以一个至少等于由铁或钛材料制成的板材的厚度的三倍的宽度涂敷到由铁或钛材料制成的板材上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在用于形成一个连接焊缝的焊接填充料在熔化条件下进行涂敷之前，铁或钛材料至少在接合区域内设有一个以锌或铝为基的涂层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在接口区域涂敷涂层之前，由铁或钛材料制成的板材至少在一个板材侧上设有一个斜面。
4.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于：在涂敷焊接填充料之后，通过一种塑性变形对在两块板材之间由焊接填充料形成的连接焊缝进行平整。
5.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于：以在一侧位于一个共同的平面上的表面接合所述两块板材，并且涂敷连接焊缝之后在焊缝区域内使两块板材弯曲离开共同表面并且以焊缝凸出部各自的厚度超过共同表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在两块板材之间由焊接填充料形成的连接焊缝至少在一个板材侧上在向涂覆的铁或钛材料的过渡区域中由一个防腐蚀层覆盖。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：至少在一个板材侧上在向涂覆的铁或钛材料的过渡区域中的防腐蚀层是一个漆层。
8.一种制造由接合的冷成型板材毛坯构成的工件的方法，所述板材毛坯分别由一种铝材料和一种铁或钛材料制成，其特征在于：在共同冷成型之前，所述板材毛坯在使用一种以铝为基的焊接填充料情况下通过一种以对接接口形式的熔焊-钎焊连接进行接合，所述焊接填充料在熔化条件下以一个至少等于由铁或钛材料制成的板材毛坯的厚度的三倍的宽度涂敷到铁或钛材料的一个涂层上，用于在由铁或钛材料制成的板材毛坯的两侧形成连接焊缝。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在对接合的板材毛坯共同冷成型之前，对在两块板材毛坯之间由焊接填充料形成的连接焊缝进行平整。
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