CN102844140B - 用于材料锁合的拼接的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于材料锁合地将两个具有不同熔点的板材(1和2)拼接的装置和方法，在这两个板材中，一个端部板材(1)具有轻金属材料，尤其是铝材料，以及另一个连接板材(2)具有铁材料和/或钛材料，其中，在连接板材(2)的接合棱边(3)的向彼此倾斜地分布的接合面(3′、3″)中的至少一个上至少部分设置有优选基于锌或铝的涂层(9)，在这种方法中，两个板材(1和2)相碰地在使用基于轻金属，尤其是基于铝的附加材料(5)的情况下沿它们共同的接合部位熔焊钎焊地被拼接。为了建立有利的方法条件而提出，在拼接之前在端部板材(1)的接合棱边(4)上加工有凹槽(10)，该凹槽用于容纳连接板材(2)的已涂层的接合棱边(3)的至少一部分，其中，在拼接时至少部分地在凹槽(10)的将连接板材部分的涂层(9)遮盖的凹槽侧边(11或12)上进行熔焊钎焊。

Description

用于材料锁合的拼接的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于材料锁合地将两个具有不同熔点的板材拼接的方法，在这两个板材中，一个端部板材具有轻金属材料，尤其是铝材料，以及另一个连接板材具有铁材料和/或钛材料，其中，在连接板材的接合棱边的向彼此倾斜地分布的接合面中的至少一个上，至少部分地设置优选基于锌或铝的涂层，在这种方法中，两个板材相碰地在使用基于铝的附加材料的情况下沿它们共同的接合部位熔焊钎焊地拼接。

背景技术

为了能将钢板和铝板彼此材料锁合地拼接，由现有技术(WO2004030856A1和WO2006012659A1)公知，在钢板的经切削的接合棱边上设置涂层，以便因此能将通过熔焊钎焊方法(Schweiβ-)熔化的铝在增大的连接长度上涂敷到钢板上。在铝熔化且在钢侧形成熔焊钎焊连接的公知的熔焊钎焊方法中，钢板的经切削的接合棱边与铝板的钝的接合棱边碰上，按此然后在使用附加材料的情况下将两个板材彼此熔焊钎焊地拼接。现在已经证明，对焊缝的质量和熔焊钎焊方法的处理可靠性而言决定性的是连接长度、接合棱边的涂层以及在这种关联中到拼接区域的热量输入的或者说热量输入的温度。因此应当一方面使连接长度很长，以便能够指望焊缝或连接有较高的负荷，这要求针对宽的拼接区域有比较高的温度，但另一方面则应当使在拼接区域中的温度较低，以便由此对抗由于金属混合连接引起的相边缘(Phasensaum)的增长，以便由此不必忍受强度变小。这些相互作用的标准因此大多导致在处理可靠性与强度之间的折中，由此大多不可能达到高强度，尤其是在应当处理薄的板材时，此时特别是必须注意在拼接区域中的温度。

此外由现有技术(EP0288884B1)公知极为多种多样的槽造型和弹簧造型，它们可以设置在两个不同材料的板材之间。槽用于能将板材简单地彼此定心或在焊缝区域中不是必须将相碰的板材显著弯曲，当应当用激光焊接仪建立材料锁合的连接时。针对用于将钢板和铝板拼接的熔焊钎焊方法的理论或对这些板材之间很难建立的连接的改良在EP0288884B1中无法获悉。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，基于前述现有技术建立一种熔焊钎焊方法，用该熔焊钎焊方法可以以简单的方式达到很高的处理可靠性连同很高的连接强度。此外，该方法应当能快速建立材料锁合的连接。

本发明由此解决所述技术问题，即，在拼接之前，在端部板材的接合棱边上加工凹槽，用来容纳连接板材的已涂层的接合棱边的至少一部分，其中，在拼接时至少部分地在凹槽的遮盖连接板材部分的涂层的凹槽侧边上进行熔焊钎焊。

若在拼接之前在端部板材的接合棱边上加工凹槽，用来容纳连接板材的已涂层的接合棱边的至少一部分，其中，在拼接时至少部分地在凹槽的遮盖连接板材部分的涂层的凹槽侧边上进行熔焊钎焊，那么由此不仅可以实现板材彼此间的现有技术中的简单的定位，而且由此也可以特别是改善在板材之间的熔焊钎焊连接的强度。就是说这个优点不仅通过板材的相互啮合体现，而且尤其通过在拼接期间对连接板材的涂层的保护体现，因为这个涂层被凹槽侧边遮盖以及因而可以保护其不受焊枪的电弧损害。例如可以这样使涂层的汽化变得困难，从而使拼接区域具有很高的处理可靠性，尽管板材之间的连接长度较长。甚至可以因此实现很高的熔焊钎焊速度，因为涂层例如通过热量输入或通过焊枪的焊接弧的等离子相互作用而可以被保护不受损害。但板材的这种“相互啮合”尤其被证明在减少相边缘方面是有利的。就是说通过这种布置基于板材间改良后的热过渡，也可以降低在拼接区域内的温度，这甚至在薄的板材中也可以实现较高的焊缝强度。按本发明的方法因此不仅快速且处理可靠，而且可以广泛应用以及可以同时建立和保证很高的连接强度，即使当例如钢板和铝板或板材应当与铝合金牢牢地连接时。通常要提到的是，这种凹槽可以在板材内例如铣削、切割、冲压或烧蚀。可以考虑v形、u形、半圆形或类似设计的凹槽。此外，也可以考虑连接板材上的膜的形式的涂层。

若这样在端部板材中加工凹槽，使得凹槽的两个凹槽侧边在拼接时部分遮盖连接板材的接合棱边的两个接合面，那么涂层在两个接合棱边侧上可以以简单的方式防止在拼接时汽化。此外，两个凹槽侧边可以负责提高连接长度，尤其是在拼接时减少必须引入拼接区域的钎料。

当凹槽压入到端部板材的接合棱边中时，待引入的钎料还可以进一步减少，因为轻金属材料，特别是铝材料在拼接区域中不会，如其例如在铣削方法中公知的那样，质量变小。此外，在这个方法中可以避免切屑的堆积以及因而也取消了对凹槽的后处理。

当端部板材的接合棱边为了两个凹槽侧边而被开槽以及这些凹槽侧边中的至少一个为了凹槽而弯曲时，产生了有利的方法条件。这种弯曲可以例如在切割方法之后实施。除了轻金属材料在拼接区域中没有质量变小外，由此也产生了至少部分弹性的容纳部，该容纳部可以依随连接板材的接合棱边的轮廓。由此可以例如建立在板材之间的尤其是贴靠的过渡，这会导致有利的方法条件。

若连接板材的接合棱边被压入凹槽，以便使该凹槽至少部分扩宽，那么可以创造出用于给凹槽定型的简化的方法条件，因为例如不必特别注意连接板材的几何棱边的设计。就是说可以与接合棱边的形状相应地发生凹槽的校正，从而甚至制造公差也能以简单的方式不对连接和处理可靠性造成重要影响。就是说凹槽始终贴靠着连接板材成型，因而始终地并且也能以简单的方式地确保一种特别的焊缝过渡。

若将波形的分布加工到连接板材的接合面中，那么能通过熔焊钎焊方法达到的强度还能得到进一步提高，因为除了连接长度延长外还产生了不同的接触角。

当为了拼接而将相碰的板材夹紧到能冷却的且彼此间隔的夹爪中时，能够达到恒定的方法条件。尤其是通过夹爪的冷却可以在拼接器件使其温度保持恒定，因而在拼接时能预计到参数变化。

当为了建立共同的拼接区域而在两个凹槽侧边上同时进行熔焊钎焊时，产生了有利的方法条件。因此不仅能调整在两个侧边侧上的相同的焊接参数，由此可以实现焊缝几何形状的较为对称的设计，而且也能为了提高强度而降低在拼接区域中的温度。就是说，相对单侧的热量输入来说，在两侧到接合部位的热量输入能够负责使拼接区域中热量损失减少，因而总体上尽管有相同的过程条件仍能预计到相边缘的减少，本发明的特征尤其在此。要补充的是，在拼接区域内温度降低的基础上，薄的板材也能彼此连接。

按本发明的方法可以有利地以如下方式用于建立工件，即，将两个具有不同熔点的板材材料锁合地拼接，其中一个端部板材具有轻金属材料，尤其是铝材料，另一个连接板材则具有铁材料和/或钛材料。通常要提到的是，铝板可以由最为极多种不同的铝合金制成。使用5xxx、6xxx和7xxx的合金系列被证明是有利的。钢板可以尤其是TRIP(相变诱发塑性)钢、TWIP(孪生诱发塑性)钢、DP(双相)钢或CP(复相)钢，或由其它高强度的合金制成。

此外被证明对熔焊钎焊方法有利的是使用具有轻金属材料的、尤其是铝材料的板材，该板材具有用于容纳碰上的连接板材的已涂层的接合棱边的凹槽，该凹槽具有弯曲的凹槽侧边。就是说，通过这种容纳不仅能保护涂层，而且也能实现碰上的板材之间的特别的热量过渡，因为凹槽侧边至少可以局部地确保板材的贴靠。

此外，本发明所要解决的技术问题是建立一种结构简单的装置，用该装置可以实现用于拼接板材的特殊的方法条件。

本发明由此解决该技术问题，即，至少两个分别布置在对置的板材侧的焊枪用它们的电弧对准接合部位的共同的拼接区域。

若至少两个分别布置在对置的板材侧的焊枪用它们的电弧对准接合部位的共同的拼接区域，那么可以在拼接区域中以结构上简单的方式形成均匀的熔焊钎焊条件，由此可以达到较高的连接强度。

当电弧对准端部板材的凹槽侧边时，这种连接强度还可以进一步提高。

附图说明

在附图中例如借助多个实施例详细示出发明主题。附图中：

图1示出按现有技术的待拼接的接合部位；

图2示出针对按本发明的用于拼接的方法的按本发明的接合部位；

图3示出相对图2有所改变的接合部位；

图4是按图2和3所示的接合部位的另一种备选的设计方案；

图5a和5b示出一种用于实施按本发明的方法的装置；

图6是熔焊钎焊连接的示意性剖视图；以及

图7和8是按两个实施例的熔焊钎焊连接的剖视图。

具体实施方式

按图1示出了公知的用于将两个熔点不同的板材1和2材料锁合地拼接的方法。因此端部板材1具有铝材料或铝合金以及连接板材2具有钢材料。在连接板材2上公知设有切削的接合棱边3，该接合棱边形成向彼此倾斜的接合面3′和3″，亦即v形收尾。接合棱边3与端部板材1碰上，更确切地说与端部板材的钝的接合棱边4碰上。在相碰的板材1和2拼接时，现在在使用附加材料5的情况下(附加材料5在图6中仅示意性地示出)，其中提高了在熔焊钎焊方法之后在拼接区域6中的质量，将附加材料引入这个拼接区域6，这由焊接装置7实现。这个焊接装置7现在借助熔焊钎焊方法在图1所示的相碰的板材1与2之间建立材料锁合的连接。通常在此要提到的是，轮廓分布极不同的板材1、2接下来不是强制性地必须具有直线的棱边。连接板材2的接合棱边3也不必是连续存在的，其中，端部板材1可以在其接合棱边4上具有一些区域，这些区域不具有凹槽。

现在已证明适用的是，不仅由于连接材料或附加材料5的引入增加而使在板材1与2之间的连接受到不利影响，而且在熔焊钎焊时也证明为有问题的是，通过焊接装置7的电弧8可能损坏连接板材2的涂层9。但这个涂层9对熔焊钎焊方法的可实施性和处理可靠性尤为重要，尤其是因为用此在功能上确保了连接板材2与端部板材1的和/或附加材料5的材料的浸润。这些困难尤其在要求板材1与2之间的连接长度很长时以及在薄的板材1和2中对材料锁合连接的价值是决定性的。

按照本发明由此改善熔焊钎焊方法，即，这样将凹槽10加工到端部板材1中，使得这个凹槽可以容纳连接板材2的涂层后的接合棱边3的至少一些部分，这由图2可知。若现在进一步在拼接时至少部分地通过遮盖连接板材部件的涂层9的凹槽10的凹槽侧边11进行熔焊钎焊，那么涂层9至少可以被保护免受焊接装置7的电弧8的直接加载。处在上方的凹槽侧边11因此保护这个用作浸润层的涂层9，这不仅确保在端部板材1与连接板材2之间的连接长度提高，而且也可以确保一种特别是处理可靠的熔焊钎焊方法。

两个凹槽侧边11和12部分遮盖连接板材2的经切削的接合棱边3的两个接合面3′,3″，这可以有利地减轻在连接板材2的背离电弧8的接合棱边3″上的浸润层的汽化。在这个区域中为了更高的处理可靠性，也可以考虑较为牢固的熔焊钎焊连接。

当端部板材1沿其端侧例如通过切割方法或冲压方法被开槽以及然后v形弯曲时，可以用简单的方式制造凹槽10。此外，由此可以减少钎料消耗，因为端部板材1的材料可以无切削地提供给拼接区域6，这在图3中可以看作凹槽10的备选设计方案。凹槽侧边11和12在此弯曲地示出。

但此外也由此产生了用于定位板材1和2的特殊的方法条件，因为凹槽侧边11和12可以定心地作用。此外，凹槽侧边可以通过其弹性特性完全负责在拼接区域中的无缝过渡，这会导致由以下方式改善材料锁合的连接，即，在将连接板材2压入v形的凹槽10时，这个凹槽10至少部分扩宽，这些扩宽可能性被虚线地表示。

此外，从凹槽侧边11和12的两个侧面用各一个焊接装置7实施热量输入，以便不仅在拼接时同时使用在两个接合面3′，3″上的涂层9，而且也能防止涂层的汽化，由此也提高了处理可靠性，所述汽化在现有技术中的单侧热量输入时会不利地出现。

在图4中进一步相对于按图2和3的实施方式示出了连接板材2的接合棱边3的一种特殊的分布。接合面13和14连同设置在接合面上的涂层9波形地向彼此分布。因此可以有利地在板材1与2之间产生加大的连接长度，其中，几乎每个连接角都可以通过例如可能是凸起的波形的分布产生，以便例如因而提高熔焊钎焊连接的强度。

用于实施所述方法的装置15按图5a和5b以简化的视图示出。按图5a的侧视图示出了两个焊枪7，所述焊枪沿着两个板材1和2的接合部位导引。为此目的，焊枪在仅示意性示出的运动轴线上通过控制装置16导引。两个实施成夹持器的能移动的且也能冷却的夹爪17和18将板材1和2夹紧并且用于板材1和2的取向和相碰。如前所述，用焊枪7的电弧8建立起两个板材1和2的材料锁合的拼接，其中，针对特别理想化的方法条件而言，至少两个各布置在对置的板材侧面19和20上的焊枪7用其电弧8对准接合部位的共同的拼接区域6。

对这种装置15和按本发明的方法而言，尤其是厚度为0.5mm至3mm，优选0.6mm至2mm，优先0.7mm至1.5mm的钢板和厚度为1mm至5mm，优选1mm至3mm，优先1mm至2.5mm的铝板被证实是有利的。此外，用所示装置15可以达到每分钟形成60mm至300cm的焊缝，而不必因此忍受连接强度的减弱。但同样也可以毫无问题地用所述方法连接厚度为10mm至20mm的更厚的板材。此外，用按本发明的方法可以有利地减少由于不同的板材厚度导致的超高，其中，因此也额外地可以通过连接面积的加大而使强度提高。此外，在厚的板材中，不一定必须从两侧同步地在连接部位上熔焊钎焊，而是可以每一侧都能单独熔焊钎焊。就是说连接板材或钢板的提高的板材厚度可以有利地减小涂层的汽化风险。要补充的是，在较厚的板材中，可能出现附加材料的供给变少。

例如现在按图7中示出的在实施成连接板材2的DX54+Z140材质的厚度为1mm的钢板与实施成端部板材1的AW6016材质的板材厚度为1.2mm的铝板之间的熔焊钎焊连接21。按照本发明，由此可以实现Rp0.2屈服极限为132Mpa或Rm抗拉强度239Mpa(分别关于铝横截面积)。

按图8中示出的熔焊钎焊连接22设置在实施成连接板材2的DX54+Z140材质的厚度为1.2mm的钢板和实施成端部板材1的AW6181材质的板材厚度为1.5mm的铝板之间。在此可以实现Rp0.2屈服极限为126Mpa或Rm抗拉强度210Mpa(分别关于铝横截面积)。

Claims (14)

1.一种用于材料锁合地将两个具有不同熔点的板材拼接的方法，在两个板材中，一个端部板材具有轻金属材料，以及另一个连接板材具有铁材料和/或钛材料，其中，在所述连接板材的接合棱边的向彼此倾斜地分布的接合面中的至少一个上至少部分设置有涂层，在所述方法中，两个板材相碰地在使用基于轻金属的附加材料的情况下沿两个板材共同的接合部位熔焊钎焊地被拼接，其特征在于，在拼接之前在所述端部板材(1)的接合棱边(4)上加工凹槽(10)，所述凹槽用于容纳所述连接板材(2)的已涂层的接合棱边(3)的至少一部分，其中，在拼接时至少部分地在所述凹槽(10)的、将所述连接板材部分的涂层(9)遮盖的凹槽侧边上进行熔焊钎焊。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述端部板材(1)中以如下方式来加工凹槽(10)，使所述凹槽的两个凹槽侧边(11、12)在拼接时部分遮盖所述连接板材(2)的接合棱边(3)的两个接合面(3′、3″)。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述凹槽(10)被压入所述端部板材(1)的接合棱边中。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述端部板材(1)的接合棱边(4)为了两个所述凹槽侧边(11、12)被开槽以及这些凹槽侧边(11、12)中的至少一个为了所述凹槽(10)而被弯曲。

5.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连接板材(2)的接合棱边(3)被压入所述凹槽(10)中，以便至少部分扩宽所述凹槽(10)。

6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连接板材(2)的接合面(13、14)构造为波形。

7.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了拼接，相碰的所述板材(1、2)被夹紧到能冷却的以及彼此相间隔的夹爪(17、18)中。

8.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了建立共同的拼接区域(6)，在两个凹槽侧边(11、12)上同时进行熔焊钎焊。

9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轻金属材料是铝材料。

10.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于轻金属的附加材料是基于铝的附加材料。

11.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述涂层是基于锌或铝的涂层。

12.按权利要求5所述的方法，其特征在于，所述凹槽(10)是v形的。

13.一种工件，其带有具有不同熔点的板材(1、2)，这些板材中，一个端部板材(1)具有轻金属材料，以及另一个连接板材(2)具有铁材料和/或钛材料，其中，两个板材(1、2)通过按权利要求1至12之一所述的方法被材料锁合地拼接。

14.按权利要求13所述的工件，其特征在于，所述轻金属材料是铝材料。