DE10035351A1

DE10035351A1 - Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, und Verfahren zum Verschweißen desselben

Info

Publication number: DE10035351A1
Application number: DE10035351A
Authority: DE
Inventors: Jean-Charles Nogues; Klaus E Jost
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: DE10035351C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, mit einer Oberflächenbeschichtung (9), welche zumindest im Bereich der Schweißflächen (7) vorgesehen ist und aus Titan, Chrom oder Aluminium oder aus einer überwiegend Titan und/oder Chrom und/oder Aluminium enthaltenden Legierung besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbol zen für das Bolzenschweißen, und ein Verfahren zum Verschweißen eines derar tigen Schweißteils.

Aluminiumschweißteile finden in jüngerer Zeit vor allem im Kraftfahrzeugbau immer häufiger Verwendung. Derartige Schweißteile werden dabei meist mit Hilfe eines Bolzenschweißverfahrens mit dem Werkstück, beispielsweise einer Kraftfahrzeugkarosserie, verschweißt. Unter "Aluminium" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur reines Aluminium, sondern auch Legierungen verstanden, deren Hauptkomponente Aluminium darstellt. Häufig verwendete Legierungselemente sind beispielsweise Silizium, Magnesium, Kupfer, Mangan, Chrom und Zink, wobei der gesamte Gewichtsanteil dieser Legierungselemente in der Legierung nicht über 10% liegt.

Problematisch bei derartigen Aluminiumschweißteilen ist die Affinität des Alu miniums zu Sauerstoff. Diese führt zur Bildung einer Oxidschicht, wenn ein Aluminiumschweißteil bis zu dessen Verschweißen über längere Zeit gelagert werden muss. Reine Aluminiumschweißteile können bisher, selbst bei Lagerung in einer Vakuumverpackung, nur über einen Zeitraum von ca. sechs Monaten (Schweißeignungszeit) ohne weitere Nachbehandlung verschweißt werden.

Um die Bildung einer Oxidschicht zu verhindern, ist es bei Schweißteilen aus Stahl bekannt, das Schweißteil mit einer Zinn/Zink-Schicht zu versehen. Dies führt zwar zu einer Vermeidung einer Oxidschicht, auch bei längerer Lagerung des Schweißteils ohne Luft-/Sauerstoffabschluss, jedoch ist es erforderlich, die Zinn/Zink-Beschichtung im Bereich der zu verschweißenden Flächen vor dem Schweißvorgang zu entfernen. Andernfalls würden die Materialien der Zinn/Zink-Oberflächenbeschichtung den Schweißprozess negativ beeinflussen. Das in Bezug auf den Schweißvorgang zeitnahe Entfernen der Zinn/Zink-Schicht im Bereich der zu verschweißenden Flächen erfolgt beispielsweise durch einen Schleifvorgang. Dieser Arbeitsschritt ist jedoch mit einem entsprechenden Auf wand und Kosten verbunden.

Im Zusammenhang mit normalen Schweißbolzen aus Stahl ist es aus der US-A- 2 858 414 bekannt, den Bolzen mit Aluminium zu beschichten, wobei das Alu minium der Beschichtung als Flussmittel zur positiven Beeinflussung des Schweißvorgangs dient. An Stelle von Aluminium kann nach der Offenbarung der US-A-2 858 414 jedes andere elektrisch leitfähige Flussmaterial verwendet werden.

Es ist des Weiteren in Verbindung mit Stahlbolzen bekannt, die Bolzenoberflä che mit Ausnahme der zu verschweißenden Flächen mit Titan zu beschichten. Hierdurch wird erreicht, dass sich beim Lackieren des Werkstücks mit aufge schweißten Bolzen Farbe auf der beschichteten Bolzenoberfläche ablagert.

Ausgehend von dem eingangs zitierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Aluminiumschweißteil zu schaffen, welches eine ver besserte Schweißeignungszeit aufweist und welches ohne zusätzlichen Aufwand mit hoher Schweißqualität verschweißbar ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Verschweißen eines derartigen Schweißteils zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 4.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Beschichtung zumindest der zu verschweißenden Flächen eines Aluminiumschweißteils mit einer Schicht aus Titan, Chrom oder Aluminium oder aus einer überwiegend Titan und/oder Chrom und/oder Aluminium enthaltenden Legierung die Lagerfähigkeit bzw. die Schweißeignungszeit wesentlich verbessert. Darüber hinaus hat sich überra schender Weise gezeigt, dass sich eine derartige Beschichtung auch positiv auf das Schweißergebnis auswirkt. Unter Verwendung einer derartigen Beschichtung lässt sich eine Schweißverbindung mit hoher Festigkeit und geringerer Porosität im Schweißbereich herstellen.

Erstaunlicherweise gilt dies auch für eine Aluminiumschicht auf einem Alumini umschweißteil. Offenbar wirkt sich das Vorsehen einer Aluminiumschicht auch dann positiv auf das Schweißergebnis aus, wenn das Schweißteil bereits aus Aluminium besteht. Die Verbesserung der Schweißeignungszeit resultiert mögli cherweise aus der hohen Homogenität und glatten Oberfläche der Beschichtung.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht selbstverständlich nicht nur im Bereich der zu verschweißenden Flächen vorgesehen sein, sondern auf der gesamten Oberfläche des Schweißteils.

Die Beschichtung kann durch Aufsprühen, Aufdampfen oder Galvanisieren auf gebracht werden. In jüngerer Zeit wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem selbst Aluminium galvanisch auf einen Träger aufgebracht werden kann, das ebenfalls verwendet werden kann.

Ein derartiges Schweißteil kann, anders als die bisher verwendeten Zinn/Zink beschichteten Aluminiumschweißteile verschweißt werden, ohne dass die zuvor im Bereich der zu verschweißenden Flächen aufgebrachte Beschichtung entfernt werden muss. Selbstverständlich kann das Verschweißen eines derartigen Schweißteils in an sich bekannter Weise unter Verwendung von Schutzgas erfol gen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen in der Bolzenschweißtechnik üblichen Kragenbol zen aus Aluminium.

Der Kragenbolzen 1 weist einen Befestigungbereich 3 auf, der zur Halterung eines beispielsweise auf den Befestigungsbereich aufsteckbaren Befestigungsteils (nicht dargestellt) dient. Selbstverständlich kann der Befestigungsbereich 3 auch eine Gewinde aufweisen, auf das ein Befestigungsteil aufgeschraubt werden kann.

Unterhalb eines Kragens 5 im unteren Bereich des Kragenbolzens 1 ist ein Schweißbereich 7 ausgebildet, der in Form eines Kegels ausgebildet ist. Der Schweißbereich 7 und die Umfangsfläche des Kragens 5 ist mit einer Beschich tung 9 versehen, die aus Titan, Chrom oder Aluminium oder einer Legierung dieser Materialen bestehen kann. Die Dicke der Beschichtung 9 ist zumindest so gewählt, dass die Oberfläche des Schweißbereichs vollständig dicht abgeschlos sen ist, so dass Oxidationsprozesse der "inneren" Aluminiumoberfläche des Schweißbereichs vermieden werden.

Die maximale Dicke der Beschichtung 9 ist so zu wählen, dass das durch den Schweißprozess beim Verschweißen des Bolzens 1 in die Schmelze eingetragene Beschichtungsmaterial den gewünschten vorteilhaften Effekt hinsichtlich der Festigkeit und Qualität der Schweißstelle bewirkt.

Erstaunlicherweise haben nicht nur die Beschichtungsmaterialien Titan und Chrom einen die Schweißeignungszeit gegenüber der üblicherweise verwendeten Zinn/Zink-Beschichtung verlängernden Effekt, sondern auch eine Beschichtung des Aluminiumbolzens mit Aluminium. Dies gilt auch für den überraschenden Effekt einer Verbesserung der Festigkeit und Qualität der Schweißung im Ver gleich zu bekannten, mit Zinn/Zink beschichteten Bolzen.

Die Beschichtung 9 muss zur Durchführung des Schweißvorgangs - anders als die bei Aluminiumbolzen bekannte Zinn/Zink-Schicht - im Schweißbereich 7 bzw. im Bereich der zu verschweißenden Oberflächen nicht entfernt werden. Vielmehr muss die Beschichtung erhalten bleiben, um die gewünschten positiven Effekte hinsichtlich der Schweißqualität zu erreichen.

Claims

1. Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzen schweißen

a) mit einer Oberflächenbeschichtung (9)

dadurch gekennzeichnet,

a) dass die Oberflächenbeschichtung (9) zumindest im Bereich der Schweißflächen (7) vorgesehen ist und aus Titan, Chrom oder Alumi nium oder aus einer überwiegend Titan und/oder Chrom und/oder A luminium enthaltenden Legierung besteht.

2. Aluminiumschweißteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (9) auf der gesamten Oberfläche des Alumi niumschweißteils (1) vorgesehen ist.

3. Aluminiumschweißteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (9) aufgesprüht, aufgedampft oder gla vanisch aufgebracht ist.

4. Verfahren zum Verschweißen von Aluminiumschweißteilen mit einem Werkstück, vorzugsweise mittels eines Bolzenschweißverfahrens, dadurch gekennzeichnet,

a) dass ein Aluminiumschweißteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird,
b) wobei der Schweißvorgang unter Belassen der Oberflächenbeschich tung (9) des Aluminiumschweißteils (1) durchgeführt wird.

5. Schweißverfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißstelle während des Schweißvorgangs mit Schutzgas umgeben wird.