DE102007014852B4

DE102007014852B4 - Method for producing a seam-shaped solder joint and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: DE102007014852B4
Application number: DE102007014852A
Authority: DE
Inventors: Michael Schick; Ralf Wacker
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: DE102007014852A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer nahtförmigen Lötverbindung von Blechbauteilen, wobei die Verbindung durch Widerstandserwärmen der Blechbauteile im Bereich der Fügenaht erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Fügenaht (12, 16) und durch Zwischenpositionierung einer den Kontakt der Blechbauteile (9, 10; 17, 18) fördernden Spannvorrichtung (14, 15) voneinander beabstandet, an den Endbereichen der Fügenaht (12) Pole (7, 8) unterschiedlicher Polung, in der Weise angeordnet werden, dass ein zur Widerstandserwärmung der Blechbauteile (9, 10; 17, 18) erforderlicher Stromfluss (13) entlang der Fügenaht (12; 16) vonstatten geht.A method for producing a seam-shaped soldered connection of sheet metal components, the connection being made by resistance heating of the sheet metal components in the area of the joint, characterized in that the contact between the sheet metal components (9, 10; 17, 18) along the joint (12, 16) and by intermediate positioning ) conveying clamping device (14, 15) spaced from each other, at the end regions of the joint seam (12) poles (7, 8) of different polarity, are arranged in such a way that a resistance heating of the sheet metal components (9, 10; 17, 18) is required Current flow (13) takes place along the joint seam (12; 16).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer nahtförmigen Lötverbindung von Blechbauteilen, wobei die Verbindung durch Widerstandserwärmen der Blechbauteile im Bereich der Fügenaht erfolgt.The invention relates to a method for producing a seam-shaped solder joint of sheet metal components, wherein the connection is made by resistance heating of the sheet metal components in the region of the joint seam.

Derartige Lötverbindungen sind bekannter Stand der Technik, wie sich beispielsweise anhand der DE 197 14 755 C2 ergibt. Dort wird ein Lötverfahren vorzugsweise zur Verbindung von Blechbauteilen aus Feinblechen aus artgleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen durch partielles Löten mittels konduktiver Widerstandserwärmung unter Verwendung pulverförmiger Lote beschrieben.Such solder joints are known in the art, as can be seen for example from the DE 197 14 755 C2 results. There, a soldering method is preferably described for the connection of sheet metal components made of thin sheets of similar or different materials by partial soldering by means of conductive resistance heating using powdered solders.

Eine derartige Verbindungstechnik wird, wie beispielsweise auch das Laserlötverfahren, im Automobilbau bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien dort eingesetzt, wo die Verbindungsstellen sichtbar sind. Damit lassen sich nämlich weitgehend Werkstoff-Oberflächenschädigungen und damit zwangsläufig einhergehende zusätzliche Arbeitsschritte vermeiden.Such a connection technique is, as for example, the laser soldering used in automotive in the production of vehicle bodies where the joints are visible. Thus, it is possible to largely avoid material surface damage and thus inevitably associated additional work steps.

Anders verhält es sich beispielsweise dann, wenn Blechbauteile mittels einer Vielzahl von Verfahrensvarianten des Widerstandspunktschweißens verbunden werden. Diese Verfahren haben allesamt den Nachteil, dass bei artgleichen Fügeparametern in der Regel beidseitig Elektrodeneindrücke vorhanden sind, die auf Sichtflächen meist eine Nacharbeit erforderlich machen.The situation is different, for example, when sheet metal components are connected by means of a plurality of process variants of resistance spot welding. All of these methods have the disadvantage that with similar joining parameters, electrode impressions are generally present on both sides, which usually require reworking on visible surfaces.

Es ist zwar auch bekannt, nahtförmige Verbindungen zwischen Blechbauteilen mittels Rollennahtschweißen bei ein- oder beidseitiger Elektrodenanordnung zu erzeugen. Die Probleme sind jedoch im weitesten Sinne mit denen beim Punktschweißen beschriebenen vergleichbar. Vergleichbare Probleme ergeben sich auch bei anderweitigen im Karosseriebau gebräuchlichen Verbindungstechniken, wie beispielsweise Stanznieten und Clinchen.Although it is also known to produce seam-like connections between sheet metal components by means of roll seam welding with single or double-sided electrode arrangement. However, the problems are broadly comparable to those described in spot welding. Comparable problems also arise in other common in bodywork connection techniques, such as punch riveting and clinching.

Gemäß US 5,504,296 A wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Aluminiumbauteile im Bereich der späteren Verbindung erwärmt und aneinander gepresst werden, wobei vorher im Überlappungsbereich ein pulverförmiges Lot-Flussmittel-Gemisch platziert wird. Über entlang der Fügenaht sich bewegende Heizelemente wird so eine nahtförmige Lötverbindung hergestellt. Ein sich dabei ergebendes Problem bezüglich Erzeugung transportsicherer punkt- oder nahtförmiger Zusatzwerkstoff-Depots greift die DD 274 775 A1 auf und schlägt für das Widerstandslöten im Fahrzeugbau zur Erhöhung der Prozessicherheit vor, Nuten in die Fügepartner einzuarbeiten, die als Flussmitteldepots dienen. Auch in der DE 1 814 801 A wird ein Verfahren zum Widerstandsschweißen und -Löten von beschichteten Blechen beschrieben, wobei mittels einer Elektrode über eine entschichtete Schweißstelle eines beschichteten, anzuschweißenden Bleches ein Vorwärmstrom über Kabel zum Gegenpol der Elektrode geleitet wird und durch einen nachfolgenden, von diesem Blech über entschichtete Innenflächen eines Dekorbleches zu diesem fließenden Schweißstrom die Verschweißung von zwei Blechen ohne Beschädigung einer äußeren Dekorbeschichtung erfolgen kann. Die Entschichtungen können dabei auch streifenförmig sein, um damit eine Nahtverschweißung zu erzielen. Entsprechend kann die Elektrode als Elektroden-Leiste ausgeführt sein.According to US 5,504,296 A a method is proposed in which aluminum components are heated in the region of the subsequent connection and pressed against each other, wherein a powdered solder-flux mixture is placed in the overlap area beforehand. About along the joining seam moving heating elements so a seam-shaped solder joint is produced. A resulting problem with regard to production safe transport point or seam-shaped filler depots attacks the DD 274 775 A1 For resistance brazing in vehicle construction, in order to increase process reliability, it is proposed to incorporate grooves in the joining partners, which serve as flux depots. Also in the DE 1 814 801 A describes a method for resistance welding and soldering of coated sheets, wherein a preheating is conducted via cable to the opposite pole of the electrode by means of an electrode over a de-layered weld of a coated, to be welded sheet and by a subsequent, of this sheet on entschichtete inner surfaces of a decorative sheet This flowing welding current, the welding of two sheets can be done without damaging an outer decorative coating. The decoating can also be strip-shaped in order to achieve a seam weld. Accordingly, the electrode can be designed as an electrode strip.

Von vorstehend behandeltem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verfahrensvariante zur Herstellung einer nahtförmigen Lötverbindung von Blechbauteilen zur Verfügung zu stellen, bei der die Verbindung durch Widerstandserwärmung der Blechbauteile im Bereich der Fügestelle erfolgt.From the above-discussed prior art, the object of the invention is to provide a further method variant for producing a seamless solder joint of sheet-metal components, in which the connection is made by resistance heating of the sheet-metal components in the area of the joint.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Patentanspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Verfahrensdurchführung ist in Anspruch 2 angegeben.According to the invention this object is achieved by claim 1. An apparatus for carrying out the method is specified in claim 2.

An sich ist bereits aus der DE 28 36 731 A1 ein großflächiges Widerstandslöten mit Aufsetzelektroden bekannt geworden, wobei vier voneinander unabhängig gefederte Elektroden elektrisch voneinander getrennt an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind und jeweils zwei diagonal gegenüberliegende Elektroden über eine Leistungsdiode so an einer Transformatorwicklung hängen, dass wechselweise über den diagonalen Stromweg jeweils nur die positiven bzw. negativen Halbwellenströme fließen. Dabei fließt Strom entlang einer kurzen Flächenerstreckung des Blechbauteiles, dies allerdings nur im notwendigen Umfang, um ein punktuell aufzulötendes Bauteil befestigen zu können.In itself is already out of the DE 28 36 731 A1 a large-scale resistance soldering with Aufsetzelektroden has become known, with four independently spring-loaded electrodes are electrically separated from each other at the corners of a rectangle and hang two diagonally opposite electrodes via a power diode to a transformer winding that alternately via the diagonal current path only the positive or . Negative half-wave currents flow. In this case, current flows along a short surface extension of the sheet metal component, but only to the extent necessary to attach a selectively aufzulötendes component can.

Aus der DE 10 2004 060 704 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung einer elektrischen Maschine aus Wicklungsformteilen hervor, wobei zur Herstellung einer punktuellen Lötverbindung an einer isolierten Oberseite eines Wicklungsformteiles eng beieinander liegend zwei Lötelektroden unterschiedlicher Polung ansetzen.From the DE 10 2004 060 704 A1 goes out a process for producing a winding of an electrical machine from winding moldings, wherein for the preparation of a punctiform solder joint on an insulated upper side of a winding mold part close together two solder electrodes of different polarity begin.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Widerstandslötverfahren eignet sich insbesondere zum Verbinden von Stahlblechen, beschichtet oder unbeschichtet, sowie Aluminiumblechen und auch Hybridverbindungen (z. B. Alu-Stahl). Im Fügebereich (Fügenaht) können Flussmittel als niedrig schmelzendes Metall (Stab, Draht oder Folie) oder Lotpasten mit vorzugsweise einem Schmelzpunkt zwischen 200°C und 400°C zum Einsatz kommen. Insbesondere bei verzinkten Stahlblechen soll die Löttemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Zinkschicht (419,5°C) liegen, während sie bei Verbinden von Aluminiumblechen auch ohne Weiteres etwas höher liegen kann. Ist die Widerstandslötverbindung bzw. ist der so hergestellte Bauteileverbund einer späteren thermischen Belastung unterworfen, beispielsweise eine Kataphorese-Tauchlackierung bei Fahrzeugkarosserien (ca. 200°C), so versteht sich, dass die Löttemperatur oberhalb dieser thermischen Beanspruchungstemperatur liegen muss. Für die Widerstandserwärmung wird bevorzugt eine konstante Leistungsregelung verwendet. Dabei hat sich eine Leistung in der Größenordnung von 2–3 KW, vorzugsweise 2,3 KW als vorteilhaft erwiesen. Für die unterschiedlichen Blechstärken bei beispielsweise verzinkten Stahlblechen wird mit entsprechend angepasster Bestromungszeit gearbeitet. Diese Bestromungszeit liegt etwa bei zwei Sekunden bei Blechdicken von 0,6 mm der zu verbindenden Bauteile und etwa bei vier Sekunden im Falle unterschiedlich dicker (1,5 mm und 0,6 mm) Bauteile.The resistance soldering method proposed according to the invention is particularly suitable for joining steel sheets, coated or uncoated, as well as aluminum sheets and also hybrid joints (eg aluminum steel). In the joint area (joint seam) flux can be used as a low-melting metal (rod, wire or foil) or solder pastes, preferably with a melting point between 200 ° C and 400 ° C. In particular, in galvanized steel sheets, the soldering temperature should be below the melting temperature of the zinc layer (419.5 ° C), while it may also be slightly higher when connecting aluminum sheets. If the resistance soldering connection or the component assembly produced in this way is subjected to a later thermal load, for example cataphoresis dip painting in vehicle bodies (about 200 ° C.), it is understood that the soldering temperature must be above this thermal stressing temperature. For resistance heating, a constant power control is preferably used. In this case, a power in the order of 2-3 KW, preferably 2.3 KW has proved to be advantageous. For the different sheet thicknesses, for example, galvanized steel sheets is worked with a correspondingly adapted energization time. This energization time is about two seconds for sheet thicknesses of 0.6 mm of the components to be connected and about four seconds in the case of different thickness (1.5 mm and 0.6 mm) components.

Die großflächige Verbindung des Widerstandslötens hat auch insofern Vorteile, als keine Spannungsspitzen direkt neben der Fügestelle auftreten.The large-area connection of the resistance brazing also has advantages in that no voltage peaks occur directly next to the joint.

Vielmehr liegt, ähnlich einer Klebeverbindung, eine gleichmäßige Spannungsverteilung vor, dies jedoch mit wesentlich höherer Festigkeit.Rather, similar to an adhesive bond, a uniform stress distribution, but with much higher strength.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben und in der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:The invention is described below with reference to embodiments and illustrated in the accompanying drawings. Showing:

1 in schematisierter Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lötverfahrens, 1 a schematic representation of an apparatus for performing the soldering method according to the invention,

2 eine Verfahrensvariante unter Verwendung flüssigen Lotes und 2 a variant of the method using liquid solder and

3 eine Ansicht mit den wesentlichen an den zu verbindenden Blechbauteilen angreifenden Komponenten. 3 a view with the essential attacking on the sheet metal components to be connected components.

Gemäß 1 ist eine der Strom- bzw. Spannungsversorgung dienende Einheit 1 vorgesehen, an die über Leitungen 2, 3 ein Transformator 4, z. B. ein wassergekühlter Mittelfrequenztransformator, angeschlossen ist. Stromstärke und Dauer der Strombeaufschlagung können über die genannte Einheit 1 eingestellt werden. An den Transformator 4 sind, zunächst gebündelt, später verzweigend, zwei Kupferleitungen 5, 6 angeschlossen, wobei die eine Kupferleitung 5 in ein erstes Polpaar 7 und die andere Kupferleitung 6 in ein davon beabstandetes zweites Polpaar 8 mündet. Diese Polpaare 7, 8 dienen auch dazu, wie auch 3 zeigt, zwei miteinander zu verbindende Blechbauteile 9, 10 zu spannen, wobei vor dem Zusammenführen der beiden Blechbauteile 9, 10 und dem Anlegen der Polpaare 7, 8 entlang der nahtförmigen Fügestelle 12 (Fügenaht) vorzugsweise zunächst ein Flussmittel und danach in geeigneter Weise ein Lot 11 aufgebracht wird. Dabei kann es sich beispielsweise um Lotpaste aber auch um ein drahtförmiges Lot handeln.According to 1 is a power supply unit 1 provided to the over lines 2 . 3 a transformer 4 , z. B. a water-cooled medium-frequency transformer is connected. Amperage and duration of the current load can over the mentioned unit 1 be set. To the transformer 4 are, initially bundled, later branching, two copper cables 5 . 6 connected, the one copper line 5 in a first pole pair 7 and the other copper wire 6 in a second pole pair spaced therefrom 8th empties. These pole pairs 7 . 8th serve too, as well 3 shows, two to be joined sheet metal components 9 . 10 to tension, being before the merging of the two sheet metal components 9 . 10 and the application of pole pairs 7 . 8th along the seam-like joint 12 Preferably, first a flux and then a solder as appropriate 11 is applied. This may be, for example, solder paste but also a wire-shaped solder.

Bei Bestromung entsteht entlang der Fügenaht 12 ein die Blechbauteile 9, 10 in für das Herstellen der Lötverbindung erforderlichem Maße erwärmender Stromfluss 13.When energized occurs along the joint seam 12 a the sheet metal components 9 . 10 in heating current required for making the solder joint 13 ,

Wie aus 3 ersichtlich ist zwischen den beiden Polpaaren 7, 8 eine aus geeigneten Spannbacken 14, 15 bestehende zusätzliche Spannvorrichtung vorgesehen, die entlang der Fügenaht 12 für einen die Ausbildung der Lötverbindung begünstigenden innigen Kontakt der beiden Blechbauteile 9, 10 sorgt und aus den elektrischen Strom nicht leitenden Materialien besteht.How out 3 it can be seen between the two pole pairs 7 . 8th one of suitable jaws 14 . 15 existing additional clamping device provided along the joint seam 12 for a formation of the solder joint favoring intimate contact of the two sheet metal components 9 . 10 ensures and consists of the electric current non-conductive materials.

Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 gezeigt. Dabei sind wiederum zwei über die bereits genannten Polpaare 7, 8 bzw. über zusätzliche Spannbacken 14, 15 zusammengehaltene Blechbauteile 17, 18 vorgesehen, die über eine in die Zeichenebene hineinreichende Fügenaht verbunden werden sollen, wobei die Blechbauteile 17, 18 mit ihren unteren Endabschnitten in eine Wanne 19 hineinragen und dabei in Kontakt mit darin enthaltenem flüssigen Lot 20 treten. Aufgrund der Bestromung der Blechbauteile 17, 18 über die Polpaare 7, 8 und der damit einhergehenden Erwärmung im Bereich der Fügenaht 16 sowie aufgrund eines definierten Lotspaltes in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm steigt das Lot 20 durch Kapillarwirkung nach oben und bildet so die Fügenaht 16 aus. Ist die Fügenaht 16 durchgängig gefüllt, kann die Bestromung beendet werden.Another possibility for carrying out the method according to the invention is in 2 shown. Again, there are two above the already mentioned pole pairs 7 . 8th or via additional clamping jaws 14 . 15 held together sheet metal components 17 . 18 provided, which are to be connected via a reaching into the plane of joining seam, wherein the sheet metal components 17 . 18 with their lower end portions in a tub 19 protrude and thereby in contact with liquid solder contained therein 20 to step. Due to the energization of the sheet metal components 17 . 18 over the pole pairs 7 . 8th and the associated heating in the area of the joint seam 16 as well as due to a defined Lotspaltes in the order of 0.1 to 0.2 mm, the solder increases 20 by capillary action upwards, thus forming the joint seam 16 out. Is the seam 16 filled continuously, the energization can be stopped.

Claims

Method for producing a seam-shaped solder joint of sheet metal components, wherein the Connection takes place by resistance heating of the sheet metal components in the region of the joint seam, characterized in that along the joint seam ( 12 . 16 ) and by intermediate positioning of a contact of the sheet metal components ( 9 . 10 ; 17 . 18 ) promoting tensioning device ( 14 . 15 ) spaced from each other, at the end portions of the joint seam ( 12 ) Pole ( 7 . 8th ) of different polarity, are arranged in such a way that for resistance heating of the sheet metal components ( 9 . 10 ; 17 . 18 ) required current flow ( 13 ) along the seam ( 12 ; 16 ) is going on.

Apparatus for carrying out the method according to claim 1 for the production of a seam-shaped solder joint of sheet metal components, wherein the connection takes place by resistance heating of the sheet metal components in the region of the joint seam, characterized in that at the end regions of the joint seam (FIG. 12 . 16 ) from a power supply unit ( 1 ) supplied pairs of poles ( 7 . 8th ) on the sheet metal components to be joined ( 9 . 10 ; 17 . 18 ) and that in addition between the pole pairs ( 7 . 8th ) additional jaws ( 14 . 15 ) of electrically non-conductive material, the sheet metal parts ( 9 . 10 ; 17 . 18 ) tighten.