CN103521937B - 借助电阻焊与摩擦焊的组合接合两个接合对象 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于借助电阻焊将第一接合对象(1)与第二接合对象(3)接合的方法，包括：借助摩擦焊将焊接衬垫(5)与第一接合对象(1)接合，通过第二接合对象(3)向焊接衬垫(5)内产生电流(7)并由此借助电阻焊将焊接衬垫(5)与第二接合对象(3)接合。

Description

借助电阻焊与摩擦焊的组合接合两个接合对象
技术领域
本发明涉及一种用于借助电阻焊将第一接合对象与第二接合对象接合的方法以及两个接合对象之间依据本方法的永久连接。
背景技术
借助焊接接合对象的接合是已知的。通过产生热量可以按区域熔化至少一个接合对象，从而形成接合对象的永久连接。在称为电阻焊的方法中，公知借助通过电流产生用于熔化接合对象的热量。此外在称为摩擦焊的方法中，公知借助摩擦产生所需的热量。此外，公知使用接合辅助手段，特别是那种为产生永久焊接连接同样共同熔化的接合辅助手段。与此不同的公知钎焊法，其中接合对象本身不熔化，但在它们之间加入可液化的焊料，其在凝固后保留在接合对象之间保留的接合缝内并在接合对象之间传递相应的连接力。DE102 51 414A1涉及一种用于点焊或通过电阻或感应加热钎焊通过金属材料形成的部件，特别是板材件的方法以及用于实施该方法的接合辅助件。在此方面，点焊所需的热量导入在取决于所要焊接的或所要钎焊的部件之间加入的接合辅助件的截面轮廓情况下，通过控制改变电流强度和接合力确定。接合辅助件特别是环形并夹入板材件之间。
DE44 44 461A1涉及一种用于焊接铝板的超声波和电阻压焊的组合方法。通过超声波焊接与电阻压焊的组合破坏和减少焊接时干扰的氧化层。
DE10 2007 036 416A1涉及一种由钢制成的辅助接合件，用于将铝板与钢材件通过电阻焊进行连接，具有可以穿过铝板并在其自由端上可与钢材件焊接的杆，并具有径向超出杆的头，该头在安装在远离钢材件的面上的状态下紧贴在铝板上并在其上面可以施加焊接电极。杆具有尖端，杆利用该尖端可以穿破或压透铝板。DE10 2006 056 489A1涉及一种将钢结构件与铝结构件连接的方法，具有以下步骤：提供钢结构件、通过向钢结构件上喷射铝颗粒在钢结构件上涂覆铝层并通过熔焊法将铝结构件与铝层焊接。细的铝颗粒以非常高的速度喷射到钢结构件上。由于铝颗粒的高动能(genetischenEnergie)，这些铝颗粒与钢结构件以及彼此焊接，由此形成牢固附着的铝层。随后借助熔焊法将铝结构件与铝层焊接。DE10 2009 000 892A1涉及一种用于产生涂层和/或在不使用焊剂的情况下借助薄膜状材料钎焊连接的方法。薄膜状钎焊材料借助超声波压焊法涂覆到所要接合的部件的一个或两个表面上。涂覆的部件利用涂覆的面，或只要仅涂覆一面就利用涂覆的面和所要连接的接合对象的接合面彼此相对定位，并且通过输送热量、特别是通过电阻或感应过程、激光器、电子束或电弧工艺焊接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于在使用接合辅助手段和焊接工艺的情况下，将第一接合对象与第二接合对象接合的可选择的技术方案，特别提供一种接合不同的接合对象，特别是其中具有至少一个氧化层的不同接合对象的可能性。
所述技术问题通过一种用于借助电阻焊将第一接合对象与第二接合对象接合的方法解决，其包括借助摩擦焊将焊接衬垫与第一接合对象接合，通过第二接合对象向焊接衬垫内产生电流，并借助电阻焊将焊接衬垫与第二接合对象接合。这一点可以在充分利用摩擦焊的优点情况下进行，特别是在此方面可以进行接合对象一个表面的活化或分解。具有优点的是，焊接衬垫随后可以借助电阻焊与第二接合对象接合。具有优点的是，由此具有不同的材料和/或表面的接合对象可以通过焊接衬垫进行连接。具有优点的是，最终的接合借助两种不同的焊接方法并通过焊接衬垫进行。焊接衬垫在此方面可以具有优点地这样选择，使其在相应的焊接方法和相应的接合对象方面保证良好的可焊接性。具有优点的是，本来对于电阻焊按趋势并不适用的接合对象，可以利用焊接衬垫按照传统的方式借助电阻焊与适用电阻焊的接合对象连接。
该方法的一种实施方式具有的优点是，氧化层可以穿破，由此具有优点地提高第一接合对象与焊接衬垫的可焊接性。
该方法的另一种实施方式具有的优点是，接合对象尽管具有不同的材料，仍可以通过焊接衬垫永久地相互连接。
该方法的另一种实施方式具有优点的是，所有金属材料，特别是铝材、镁材和/或钛材均可以接合。
该方法的另一种实施方式具有的优点是，焊接衬垫这样配合，使其可与第二接合对象的钢材焊接。具有优点的是，为此焊接衬垫适用于与钢材电阻焊接，特别是具有钢材。具有优点的是，这样借助焊接衬垫在接合对象之间产生永久连接，特别是尽管材料不同。特别是铝材与钢材之间可以进行具有优点的连接。
按照该方法的另一种实施方式，借助超声波焊接可以在具有氧化层的第一接合对象与焊接衬垫，特别是同样具有钢材的焊接衬垫之间进行特别良好且能够过程可靠地制造的连接。
该方法的另一种实施方式具有的优点是，借助电阻点焊在接合对象之间可以取得简单和迅速产生的连接。特别是可以这样取得的永久连接具有有益的延展失效。
该方法的另一种实施方式具有的优点是，焊接衬垫集中流经电阻焊所需的电流。具有优点的是，这样可以有针对性地进行焊接衬垫和/或第二接合对象所要求的局部熔化。
该方法的另一种实施方式具有的优点是，借助盘形的焊接衬垫可以提供良好的接合面。
所述技术问题还通过第一接合对象与第二接合对象的永久连接结构解决，包括：
-焊接衬垫与第一接合对象之间借助摩擦焊制造的第一部分连接结构，
-焊接衬垫第二接合对象之间借助电阻焊制造的第二部分连接结构，
该永久连接结构特别是按前述方法制造。这样形成前面介绍的优点。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节来自后面参照附图详细介绍实施例的说明书。相同的、相似的和功能相同的部件具有相同的附图标记。在附图中：
图1-4示出用于第一接合对象与第二接合对象接合的方法不同的步骤；
图5示出第一接合对象与第二接合对象之间借助图1-4所示的方法产生的永久连接的宏观磨片；
图6示出不同焊接衬垫的俯视图；
图7示出不同焊接衬垫，特别是图6所示焊接衬垫的侧视图。
具体实施方式
图1-4示出用于第一接合对象1与第二接合对象3接合的方法不同的步骤。
图1和2中首先示出借助这里为超声波焊接的摩擦焊将焊接衬垫5与第一接合对象1接合。
正如图1所示，借助超声振荡单元19将超声振荡单元行程17和超声振荡单元力15导入焊接衬垫5。焊接衬垫5由此借助超声波焊接与第一接合对象1永久连接。
第一接合对象1特别是具有氧化层9，该氧化层借助超声波焊接具有优点地可以穿破。
正如从图2所看到的那样，由于超声波焊接在焊接衬垫5与第一接合对象1之间形成第一部分连接11。特别是为此焊接衬垫5至少部分设置在第一接合对象1内。
为借助超声振荡单元19传递超声振荡单元力15和/或超声振荡单元行程17，第一接合对象1借助底模21支承。为相对于第一接合对象1定位底模21，该第一接合对象特别是具有标记23。作为选择或附加，标记23可以借助超声波焊接，特别是借助底模21加工到第一接合对象1内。
图3和4中示出焊接衬垫5与第二接合对象3的电阻焊接，特别是电阻点焊。
借助焊接电极29将电极力25和电极行程27传递到接合对象1和3上。此外，借助焊接电极29将通过电流7导过接合对象1和3以及焊接衬垫5。
正如从图4所看到的那样，由此在焊接衬垫5与第二接合对象3之间形成图4中虚线所示的第二部分连接13。
依据图4可以看出，第一接合对象1与第二接合对象3借助具有第一部分连接11和第二部分连接13的连接永久连接。
从图3可以看出，在导入电极力25、电极行程27以及通过电流7之前接合对象1与3之间保留粘接间隙33。依据本发明的一种观点，粘接间隙33在导入电极力25以及电极行程27之前具有粘接剂，从而接合对象1和3作为对焊接连接的附加通过粘接连接借助处于粘接间隙33内的粘接剂连接。
图5示出图4所示接合对象1与3之间焊接连接的宏观磨片。可以看出，焊接衬垫5与第二接合对象3之间形成第二部分连接13的焊接核心31。具有优点的是，电极力25、电极行程27以及通过电流7这样设置数值，使第二接合对象3以及焊接衬垫5为形成焊接核心31按区域熔化。
图6示出不同焊接衬垫5的不同几何形状的俯视图。优选焊接衬垫5设计为盘形，这一点在图6的左侧视图中可以看出。特别是焊接衬垫5同时圆盘形构成。特别是圆盘形，特别是长方盘形，特别是正方盘形，特别是八角盘形，特别是椭圆盘形。
图7示出其他焊接衬垫5，特别是图6所示焊接衬垫5可能的侧视图。
在图7左侧的视图中，以侧视图示出优选盘形的焊接衬垫5。特别是焊接衬垫5的侧视图为椭圆形、圆形、八角形、四角形。
具有优点的是，通过电流7可以这样设定数值，使仅焊接衬垫5和第二接合对象3熔化，而第一接合对象1不熔化。
特别是第一接合对象1具有铝材和第二接合对象3具有钢材。特别是焊接衬垫5也具有钢材，其在电阻焊，特别是电阻点焊方面与第二接合对象3的钢材相配合。
特别是焊接衬垫5借助摩擦焊，特别是超声波焊接以预先确定的和/或可以预先确定的高度埋入第一接合对象1内。具有优点的是，由此可以调整焊接衬垫5保留的剩余高度，这种剩余高度特别具有优点地可以作为通过电流7的电流集中器作用，特别是用于焊接凸起焊接的一种焊接凸起。具有优点的是，焊接衬垫5的高度可以这样选择，使局部熔化特别是达不到焊接核心31、第一接合对象1。
此外具有优点的是，可以调整特别是可以具有用于产生附加粘接连接的粘接剂的粘接间隙33。
具有优点的是，第一接合对象1与第二接合对象3之间的连接分两级产生，即首先借助摩擦焊和然后借助电阻焊进行。具有优点的是，焊接衬垫5高度熔化，从而具有优点地在电极力25和/或电极行程7的通过电流7的公差方面产生高度的过程安全性。
具有优点的是，焊接衬垫5可以作为可以比较方便制造的钢材件，特别是作为所谓的轧边钢构成。
具有优点的是，通过比较高的温度可以消除和/或破坏第一接合对象1和/或第二接合对象3上的涂层。特别是可以穿破和/或破坏至少一个接合对象1和/或3上事先涂覆的粘接层。特别是第一接合对象1的氧化层可以借助摩擦焊，特别是超声波焊接穿破和/或破坏。
具有优点的是，第一接合对象1内焊接衬垫5的埋入深度至少为0.1mm，特别是0.2mm-0.4mm。具有优点的是，通过埋入深度可以影响后面的电阻焊，特别是电阻点焊，特别是连接强度。
具有优点的是，焊接衬垫5在电阻焊，特别是电阻点焊方面必须根据两种材料确定。
具有优点的是，焊接衬垫5具有这样大的高度，使其可以形成焊接核心31。具有优点的是，这种连接具有高强度和连接的可延展性，特别是第二部分连接13的不可延展性。
具有优点的是，焊接衬垫5在大范围内在化学上和/或几何形状上可与接合对象1和3，特别是第二接合对象3配合，特别是借助电阻焊，特别是电阻点焊。
具有优点的是，借助焊接衬垫5的埋入和/或借助底模21的压入可以在第一接合对象1内加工出具有优点的标记23。具有优点的是，由此可以为随后的电阻焊，特别是电阻点焊更好地找到接合部位。
焊接衬垫5与第一接合对象1的超声波焊接特别是在28μm，特别是20-35μm的振幅和2000N，特别是1800-2200N的压紧力和约0.2mm，特别是0.1-0.5mm的埋入深度下实施。特别是埋入深度范围在0.1-0.6mm。特别是焊接衬垫5具有圆盘形的造型，高度t=1.5mm，特别是1.0mm-1.8mm以及直径5mm，特别是4mm-8mm。
在这样确定焊接衬垫5的尺寸时，通过电流7的电流时间在200到600ms之间，特别是50到800ms之间。通过电流7的焊接电流在7到14kA之间，特别是9到12kA之间(原文此处多了一个zwischen9)。电极力25特别是4kN，特别是在2到8kN之间，特别是在3到7kN之间，特别是在3.5到6kN之间。
为产生第二部分连接13，特别是熔化焊接衬垫5和第二接合对象3以形成焊接核心31。
特别是第二接合对象3具有A1Si层，该层具有优点地可以借助电阻焊，特别是电阻点焊穿破。特别是第一接合对象1具有A1氧化层，该层具有优点地可以借助摩擦焊，特别是超声波焊接断开。
特别是焊接衬垫5的高度为0.2-2mm。特别是焊接衬垫5可以完全埋入第一接合对象1内，优选在0mm到2mm之间。特别是超声振荡单元行程17的振幅为28μm。特别是超声振荡单元力15为2.3kN，特别是4kN。
具有优点的是，接合对象1与3之间可以在第一接合对象1具有铝材和第二接合对象3具有钢材的情况下产生连接。特别是第一接合对象1具有可以借助摩擦焊，特别是超声波焊接与焊接衬垫5永久连接的铝材、钛材和/或镁材。具有优点的是，焊接衬垫5形成本身不能连接的和/或至少非要借助电阻焊才能连接的接合对象之间的缓冲层。具有优点的是，除了电阻焊外，还可以进行接合对象1和3的粘接。具有优点的是，借助焊接衬垫5的埋入深度可以调整粘接间隙33的高度。具有优点的是，焊接衬垫5可以消除事先涂覆在接合对象1和3之一上的粘接层并形成焊接点，特别是形成焊接凸起31。具有优点的是，焊接衬垫5高度熔化，特别是这样高度熔化，使其熔化温度高于接合对象1和3的相应熔化温度，特别是需要时局部地和按要求烧掉粘接层。
具有优点的是，焊接衬垫5可以作为有利的板材件，特别是作为板坯件和/或作为标准件制造。
具有优点的是，接合对象1和3借助组合的焊接过程相互永久连接，其中，焊接衬垫5可与接合对象1和3的相应材料相配合，其中，具有优点的是接合对象1和3上可能存在的层无需事先活化和/或利用和/或除层，其中，具有优点的是借助电阻焊和/或电阻焊的温度可以进行相应层的穿破、穿断和/或烧掉。具有优点的是，通过释放更高的温度形成一种可以再现和牢固的连接过程。接合辅助手段复杂的涂层施工没有必要。确切地说，将焊接衬垫5简单用于在接合对象1与3之间产生永久连接是足够的。
第二接合对象3特别是具有高强度钢22MnB5+AS，其中，第一接合对象1具有铝材和/或镁材。具有优点的是，这样借助焊接衬垫5可以产生混合连接。具有优点的是，这样特别是用于汽车制造的轻型结构件可以借助极其不同的材料制造。具有优点的是，借助超声波焊接可以避免金属间相或至少降低最低值。具有优点的是，在超声波焊接时可以使用这样低的接合温度，从而无论是焊接衬垫5还是第一接合对象1，均不超过固相线。具有优点的是，第二接合对象3尽管比较粗糙的表面和/或借助表面上压制硬度产生稳定的层，但仍可借助电阻焊接合。具有优点的是，焊接衬垫5提供对此适用的特别是与第二接合对象3类型相似的接合对象。焊接衬垫5具有可与第一接合对象1，特别是铝基材和第二接合对象3的钢材，特别是钢材22MnB5+AS相比的焊接特性。
超声振荡单元行程17由超声振荡单元的振幅和二次行程组成。随后如图3和4所示，可以按照公知的方式穿破必要时第二接合对象3上存在的FeAlSi层，由此可以产生特别是焊接核心31的如图4中虚线所示的固定的第二部分连接13。具有优点的是，相应的电阻点焊过程可以利用传统的设备技术实现。
焊接衬垫5可以借助超声波焊接特别是点状地、缝状地和/或扭曲地与第一接合对象1，特别是第一接合对象1的铝材连接。利用第一接合对象1的超声波焊接在此方面作为随后电阻点焊过程的所谓辅助接合过程使用。具有优点的是，通过加入焊接衬垫5可以断开和/或破坏第一接合对象1上可能存在的氧化层9。焊接衬垫5与第一接合对象1之间的连接机理特别是以配合和接近接合面、扩散过程和/或原子结合力(ADB)的有效性为基础。
具有优点的是，随后作为主接合过程利用传统的电阻焊，特别是电阻点焊。作为选择或补充，也可以设想导致焊接核心31形成的图5中作为宏观磨片示出的其他热焊接过程。
特别是第一接合对象1与第二接合对象3之间的连接可以作为铝合金，特别是EN AW-5754、AW-6016和钢材，特别是22MnB5的混合连接实施。特别是附加可以进行接合对象1和3的粘接，所谓的点焊粘接。特别是接合对象1和3可以具有不同的基材和/或不同的半成品，特别是板-板、板-螺栓、板-型材和/或类似的材料。
焊接衬垫5的输送可与公知的过程相应进行，特别是借助输送膜和/或传送带和/或空气软管和/或料仓和/或运输轨道和/或类似的装置进行。
焊接衬垫5可以借助焊接过程影响接合对象1和3的冶金状态。
两级焊接法特别是可以作为沿粘接间隙33粘接的固定法使用。粘接和焊接法可以彼此补充。
具有优点的是，第一部分连接11和/或第二部分连接13上不产生和作用临界金属相。具有优点的是，接合对象1与3之间连接的部分连接11和13的强度很高和特别是具有优点地具有延展失效。特别是不存在附加件的结构，特别是由于埋入焊接衬垫5和随后由于熔化焊接衬垫5形成焊接核心31。
特别是接合部位可以借助标记23标注。特别是通过图6和7中所示焊接衬垫5的尺寸和/或形状可以调整和/或预先规定焊接连接的强度。特别是借助焊接衬垫5的构成也可以影响和/或调整过程参数，如通过电流7、超声振荡单元力15、超声振荡单元行程17、电极力25以及电极行程27。焊接衬垫5特别适用于第一接合对象1，特别是铝材的超声波焊接和电阻点焊适用于第二接合对象3，特别是具有涂层的淬火钢材。
焊接衬垫5的形状和几何尺寸可以改变，特别优选与接合对象1和3配合的焊接和有利于粘接过程的焊接和/或确定材料适合粘接的特性，特别是淬火板材的普通钢和/或铝。优选焊接衬垫5具有图5和7中各自左侧所示的盘形造型。具有优点的是，这种造型可以简单制造，特别是可以采用标准件。
具有优点的是，具有不同的表面，如粗糙度、表面涂层，接合状态的接合对象可以被如冷变形、冷固化、硬度接合，其中，对超声振荡单元的可容纳性得到改进。
附图符号
1 接合对象
3 接合对象
5 焊接衬垫
7 通过电流
9 氧化层
11 部分连接
13 部分连接
15 超声振荡单元力
17 超声振荡单元行程
19 超声振荡单元
21 底模
23 标记
25 电极力
27 电极行程
29 焊接电极
31 焊接核心
33 粘接间隙

Claims (12)

1.一种用于借助电阻焊将第一接合对象(1)与第二接合对象(3)接合的方法，包括以下方法步骤：
借助摩擦焊将焊接衬垫(5)与第一接合对象(1)接合，
通过第二接合对象(3)使焊接衬垫(5)内产生电流(7)并由此
借助电阻焊将焊接衬垫(5)与第二接合对象(3)接合。
2.按权利要求1所述的方法，其中，第一接合对象(1)具有氧化层(9)，所述方法因此还包括以下方法步骤：
-借助摩擦焊穿破第一接合对象(1)的氧化层(9)并使之无害。
3.按权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二接合对象(1、3)具有不同的材料。
4.按权利要求1所述的方法，其中，第一接合对象(1)具有从下列材料中选取的材料：
-铝材，
-镁材，
-钛材，
-铜材。
5.按权利要求1所述的方法，其中，第二接合对象(3)具有金属材料，借助电阻焊能够将焊接衬垫(5)与该金属材料焊接。
6.按权利要求5所述的方法，其中，所述金属材料是钢材。
7.按权利要求1所述的方法，包括：
-摩擦焊作为超声波焊接实施。
8.按权利要求1所述的方法，包括：
-电阻焊作为电阻点焊实施。
9.按权利要求1所述的方法，包括：
-电阻焊作为电阻凸焊实施，其中，焊接衬垫(5)形成焊接凸起。
10.按权利要求1所述的方法，其中，焊接衬垫(5)为盘形。
11.第一接合对象(1)与第二接合对象(3)的永久连接结构，按权利要求1至6和8至10之一所述的方法制造，其包括：
-焊接衬垫(5)与第一接合对象(1)之间借助摩擦焊制造的第一部分连接结构(11)，
-焊接衬垫(5)与第二接合对象(3)之间借助电阻焊制造的第二部分连接结构(13)。
12.第一接合对象(1)与第二接合对象(3)的永久连接结构，按权利要求7所述的方法制造，其包括：
-焊接衬垫(5)与第一接合对象(1)之间借助超声波焊接制造的第一部分连接结构(11)，
-焊接衬垫(5)与第二接合对象(3)之间借助电阻焊制造的第二部分连接结构(13)。
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