DE10035351C2 - Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, und Verfahren zum Verschweißen desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, und ein Verfahren zum Verschweißen eines derartigen Schweiß­ teils.

Aluminiumschweißteile finden in jüngerer Zeit vor allem im Kraftfahrzeugbau immer häufiger Verwendung. Derartige Schweißteile werden dabei meist mit Hilfe eines Bol­ zenschweißverfahrens mit dem Werkstück, beispielsweise einer Kraftfahrzeugkarosse­ rie, verschweißt. Unter "Aluminium" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur reines Aluminium, sondern auch Legierungen verstanden, deren Hauptkom­ ponente Aluminium darstellt. Häufig verwendete Legierungselemente sind beispiels­ weise 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 Aluminiums zu Sauerstoff. Diese führt zur Bildung einer Oxidschicht, wenn ein Aluminium­ schweißteil bis zu dessen Verschweißen über längere Zeit gelagert werden muss. Reine Aluminiumschweißteile können bisher, selbst bei Lagerung in einer Vakuumverpa­ ckung, 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. An­ dernfalls würden die Materialien der Zinn/Zink-Oberflächenbeschichtung den Schweiß­ prozess negativ beeinflussen. Das in Bezug auf den Schweißvorgang zeitnahe Entfernen der Zinn/Zink-Schicht im Bereich der zu verschweißenden Flächen erfolgt beispielswei­ se durch einen Schleifvorgang. Dieser Arbeitsschritt ist jedoch mit einem entsprechen­ den Aufwand 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 Aluminium 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 Bolzenoberfläche mit Ausnahme der zu verschweißenden Flächen mit Titan zu beschichten. Hierdurch wird erreicht, dass sich beim Lackieren des Werkstücks mit aufgeschweißten Bolzen Farbe auf der beschichteten Bolzenoberfläche ablagert.

Es ist zudem bekannt, ein Anschweißteil aus Aluminium im Bereich der Anschweißflä­ che mit einer Titan enthaltenden Beschichtung zu versehen, um den Schweißprozess positiv zu beeinflussen DE 198 56 613 A1. Hierdurch lässt sich eine hochwertige Schweißverbindung erreichen, wobei die zum Anschweißen des Bolzens notwendige Energie verringert werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass Titan als Beschichtungs­ material relativ teuer ist.

Aus der DE 43 17 217 A1 ist ein Verfahren zur Vorbehandlung von Oberflächen aus Aluminium oder seinen Legierungen vor einer zweiten, permanentkorrosionsschützen­ den Konversionsbehandlung, vorzugsweise einer Chromatierung, einer chromfreien Konversionsbehandlung mit reaktiven organischen polymeren und/oder mit Verbindungen der Elemente Titan, Zirkon und/oder Hafnium, oder eine Phosphatierung mit saue­ ren Zinkhaltigen Phosphatierbädern bekannt. Hierdurch wird eine Verbesserung der Verschweißbarkeit der entsprechend behandelten Aluminiumteile erreicht.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Aluminiumschweißteil zu schaffen, welches eine verbesserte Schweißeignungszeit aufweist und welches ohne zusätzlichen Aufwand mit hoher Schweißqualität verschweißbar und kostengünstig herstellbar 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 Alumini­ um oder aus einer überwiegend Aluminium enthaltenden Legierung die Lagerfähigkeit bzw. die Schweißeignungszeit wesentlich verbessert. Darüber hinaus hat sich überra­ schenderweise 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 Schweißbe­ reich herstellen.

Erstaunlicherweise gilt dies auch für eine Aluminiumschicht auf einem Aluminium­ schweißteil. Offenbar wirkt sich das Vorsehen einer Aluminiumschicht auch dann posi­ tiv auf das Schweißergebnis aus, wenn das Schweißteil bereits aus Aluminium besteht. Die Verbesserung der Schweißeignungszeit resultiert möglicherweise 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 Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehen kann. Die Dicke der Beschichtung 9 ist zumindest so gewählt, dass die Oberfläche des Schweißbereichs vollständig dicht abgeschlossen ist, so dass Oxidations­ prozesse 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 wie im Stand der Technik bekannt, die Be­ schichtungsmaterialien Titan und Chrom einen die Schweißeignungszeit gegen­ über der üblicherweise verwendeten Zinn/Zink-Beschichtung verlängernden Effekt, sondern auch eine Beschichtung des Aluminiumbolzens gemäß der Erfin­ dung mit Aluminium. Dies gilt auch für den überraschenden Effekt einer Verbes­ serung der Festigkeit und Qualität der Schweißung im Vergleich 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 (5)

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 Aluminium oder aus einer überwiegend Aluminium 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 gal­ 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.