DE102011012940A1

DE102011012940A1 - Method for joining motor vehicle chassis components involves performing brazing or cold metal transfer welding soldering to steel component and light alloy made component so that steel component is joined to light alloy made component

Info

Publication number: DE102011012940A1
Application number: DE102011012940A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Eipper Konrad
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-06

Abstract

The steel component (14,16) such as support component is joined to light alloy made component (18) such as cast component by brazing or cold metal transfer welding soldering. The steel component is galvanized in the connection region (20) to light alloy made component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen zweier Bauteile nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for joining two components according to the preamble of patent claim 1.

Im Zuge moderner Leichtbaubestrebungen werden im Kraftwagenbau zunehmend Karosseriebauteile aus Leichtmetalllegierungen, insbesondere aus Aluminiumlegierungen verwendet. Gleichzeitig finden in besonders stabilitätsrelevanten Regionen der Kraftwagenkarosserie noch immer Stahlbauteile Anwendung. Im Karosseriebau ergibt sich somit das Problem, dass Bauteile aus unterschiedlichen Metallen, die deutlich unterschiedliche Schmelzpunkte und andere physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen, gefügt werden müssen. Dies findet üblicherweise durch die Verwendung von Überlappflanschen statt, an welchen die Karosseriebauteile durch Klebverbindungen oder mechanische Fügeverfahren wie Nieten oder Clinchen gefügt werden.In the course of modern lightweight construction efforts, body parts made of light metal alloys, in particular of aluminum alloys, are increasingly used in motor vehicle construction. At the same time, steel components are still used in particularly stability-relevant regions of the motor vehicle body. In body construction, this results in the problem that components made of different metals, which have significantly different melting points and other physico-chemical properties, must be joined. This usually takes place through the use of overlap flanges to which the body components are joined by gluing or mechanical joining methods such as riveting or clinching.

Auch die Verwendung so genannter Tailored-Blanks, also von Blechbauteilen, die bereichsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ist bekannt. Hierdurch können Karosseriebauteile realisiert werden, die beispielsweise in gewichtsrelevanten Bereichen aus Aluminiumlegierungen und in steifigkeitsrelevanten Bereichen aus Stahl bestehen. Durch die geeignete Gestaltung solcher Tailored-Blanks kann sichergestellt werden, dass die Verbindung zwischen einzelnen Karosseriebauteilen ohne Hybridnähte auskommt.Also, the use of so-called tailored blanks, ie of sheet metal components, which are partially made of different materials, is known. As a result, body components can be realized, which consist, for example, in weight-related areas of aluminum alloys and in stiffness-relevant areas of steel. The appropriate design of such tailored blanks can ensure that the connection between individual body components does not require any hybrid seams.

Die Verwendung von Überlappflanschen in Kombination mit durchsetzenden Fügeverbindungen oder Verklebungen führt nachteiliger Weise zu einem erhöhten Bauraumbedarf und zu einem erhöhten Gewicht der Karosserie. Auch die Verwendung von Tailored-Blanks ist nicht immer ideal, da je nach Gestaltungsanforderungen stellenweise auch homogene Bauteile verbaut werden müssen, die den gewünschten Verzicht auf Hybridfügenähte nicht immer ermöglichen. Auch hier sind daher bauraum- und gewichtsaufwendige Flanschverbindungen notwendig.The use of overlap flanges in combination with intersecting joints or bonds leads disadvantageously to increased space requirements and increased weight of the body. The use of tailored blanks is not always ideal, because depending on the design requirements in places homogeneous components must be installed, which does not always allow the desired renouncement of hybrid seams. Here, too, space-consuming and weight-consuming flange connections are necessary.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches ein besonders bauraum- und gewichtssparendes Fügen von Karosseriebauteilen ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to provide a method according to the preamble of claim 1, which allows a particularly space-saving and weight-saving joining of body parts.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Bei einem solchen Verfahren zum Fügen zweier Bauteile wird ein erstes Bauteil aus einem Stahl mit einem zweiten Bauteil aus einer Aluminiumlegierung gefügt, wobei die beiden Bauteil auf Stoß durch Schweißlöten gefügt werden. Durch das Schweißlöten können haltbare Fügeverbindungen zwischen Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien geschaffen werden. Da die Fügeverbindung auf Stumpfstoß erfolgt, kann auf Flanschbereich verzichtet werdet, so dass der Fügebereich der beiden Bauteile besonders wenig Bauraum benötigt. Durch den Verzicht auf einen Flansch wird zudem Gewicht eingespart.In such a method for joining two components, a first component made of a steel with a second component made of an aluminum alloy is added, wherein the two components are joined in shock welding soldering. By welding braids durable connections between components made of different materials can be created. Since the joint connection is made on butt joint, can be dispensed flange area, so that the joining area of the two components requires very little space. By eliminating a flange weight is also saved.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das erste Bauteil als Blechbauteil, insbesondere als Trägerteil für eine Kraftwagenkarosserie in Blechschalenbauweise, und das zweite als Gussbauteil bereitgestellt ist. Dies ermöglicht die Kombination von im Leichtmetalldruckguss gefertigten Strukturbauteilen oder Knotenelementen mit üblichen Stahlträgern in Blechbauweise. Hierdurch kann eine Karosserie geschaffen werden, die sowohl bezüglich ihres Gewichts als auch bezüglich ihrer Steifigkeit optimiert ist. Die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigte Karosserie ist somit besonders leicht, stabil und gleichzeitig bauraum- und gewichtssparend.According to the invention, it is provided that the first component is provided as a sheet metal component, in particular as a carrier part for a motor vehicle body in sheet metal shell construction, and the second as a cast component. This makes it possible to combine structural components or nodal elements produced in light metal diecasting with conventional sheet-metal steel supports. In this way, a body can be created, which is optimized both in terms of their weight and in terms of their rigidity. The body produced by a method according to the invention is thus particularly lightweight, stable and at the same time space and weight saving.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Bauteile durch ein Kaltmetalltransfer-Schweißverfahren (CMT) gefügt. Hierbei wird das Aluminiumbauteil im Fügebereich zunächst auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes erwärmt. Anschließend werden die zu verbindenden Bauteile in Kontakt miteinander gebracht und anschließend erwärmte Bereiche wieder abgekühlt. Analog zu einem Lötverfahren wird auf diese Weise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken erzeugt. Hierdurch können besonders feste und haltbare Nähte zwischen den beiden Karosseriebauteilen geschaffen werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the two components are joined by a cold metal transfer welding process (CMT). In this case, the aluminum component is first heated in the joining region to a temperature above its melting point. Subsequently, the components to be connected are brought into contact with each other and then heated areas are cooled again. Analogous to a soldering process, a cohesive connection between the two workpieces is produced in this way. As a result, particularly strong and durable seams between the two body parts can be created.

Vorzugsweise ist das zweite Bauteil als Federbeindom bereitgestellt. Hierdurch kann eine konventionelle Vorderwagenstruktur, deren Längsträger in der ersten und zweiten Längsträgerebene aus Stahl in Blechschalenbauweise gefertigt ist, mit Leichtmetall-Federbeindomen bereitgestellt werden, ohne dass eine aufwendige Verbindungs- und Fügetechnik notwendig wird.Preferably, the second component is provided as a spring leg. In this way, a conventional front end structure whose longitudinal member is made in the first and second longitudinal beam level of steel in sheet metal shell construction, be provided with light metal Federbeindomen, without a complex connection and joining technology is necessary.

Eine besonders gute und korrosionsbeständige Verbindung ergibt sich, wenn das erste Bauteil vor dem Fügen zumindest im Verbindungsbereich noch verzinkt wird.A particularly good and corrosion-resistant connection results when the first component is still galvanized before joining at least in the connection area.

Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine perspektivische Ansicht einer nach einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigten Vorderwagenstruktur einer Kraftwagenkarosserie.In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. The sole FIGURE here shows a perspective view of a front end structure of a motor vehicle bodywork produced according to an embodiment of a method according to the invention.

Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorderwagenstruktur einer Kraftwagenkarosserie erstreckt sich von einer Stirnwand 12 ab in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne. Die Vorderwagenstruktur 10 umfasst Längsträger 14 einer unteren Längsträgerebene sowie Längsträger 16 einer oberen Längsträgerebene. Die Längsträger 14, 16 sind in der üblichen Blechschalenbauweise aus gepressten Stahlblechen gefertigt. Die Längsträger 14, 16 der beiden Längsträgerebenen tragen die Dämpferdome 18, in denen die Federbeine bzw. Dämpfer der Achse montiert werden. Die Dämpferdome 18 sind als Aluminiumdruckgussbauteile gefertigt.One in total with 10 designated front end structure of a motor vehicle body extends from an end wall 12 off in the vehicle longitudinal direction forward. The front end structure 10 includes side members 14 a lower longitudinal member level and side members 16 an upper side rail level. The side members 14 . 16 are manufactured in the usual sheet metal shell construction from pressed steel sheets. The side members 14 . 16 The two longitudinal support levels carry the damper dome 18 in which the struts or dampers of the axle are mounted. The damper dome 18 are manufactured as die-cast aluminum components.

Um ein besonders einfaches Fügen der Längsträger 14, 16 an die Dämpferdome 18 zu ermöglichen, werden die Längsträger 14, 16 mit den Dämpferdomen 18 durch das Kaltmetalltransferschweißen verbunden. Hierzu wird in jeweiligen Nahtbereichen 20 das Aluminium der Dämpferdome 18 über seine Schmelztemperatur 18 hinaus erhitzt und in der Folge mit den Längsträgern 14, 16 in Kontakt gebracht. Das schmelzflüssige Aluminium der Dämpferdome 18 geht nun eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Stahl der Längsträger 14, 16 ein, wobei sich eine flanschfreie und besonders korrosionsbeständige Verbindung ergibt.To a particularly simple joining of the side members 14 . 16 to the damper dome 18 to enable the side members 14 . 16 with the damper domes 18 connected by the cold metal transfer welding. For this purpose, in respective seam areas 20 the aluminum of the damper dome 18 about its melting temperature 18 heated out and in the sequence with the side rails 14 . 16 brought into contact. The molten aluminum of the damper dome 18 Now goes a material connection with the steel of the side members 14 . 16 a, which results in a flange-free and particularly corrosion-resistant compound.

Eine besonders hohe Verbindungsqualität kann hierbei erzielt werden, wenn in den Verbindungsbereichen 20 noch zusätzliche Formschlusselemente in das Stahlblech der Längsträger 14, 16 eingebracht werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Löcher, Verprägungen, Nuten, Sicken oder dergleichen handeln. Das erhitzte Aluminium der Dämpferdome 18 dringt in diese Formschlusselemente ein, so dass sich zusätzlich zum Stoffschluss zwischen den Federbeindomen 18 und den Längsträgern 14, 16 ein Formschluss ergibt, der idealerweise noch hinterschnittig ist. Eine weitere Verbesserung der Fügequalität kann ferner durch ein Verzinken des Stahlblechs der Längsträger 14, 16 erzielt werden. Hierdurch werden eine besonders hohe Schweißqualität und eine korrosionssichere Verbindung erzielt.A particularly high connection quality can be achieved here, if in the connection areas 20 additional additional form-locking elements in the steel sheet of the longitudinal members 14 . 16 be introduced. These may be, for example, holes, stampings, grooves, beads or the like. The heated aluminum of the damper dome 18 penetrates into these interlocking elements, so that in addition to the material connection between the Federbeindomen 18 and the side members 14 . 16 gives a positive fit, which is ideally still undercut. A further improvement of the joint quality can also be achieved by galvanizing the steel sheet of the longitudinal members 14 . 16 be achieved. As a result, a particularly high welding quality and a corrosion-resistant connection are achieved.

Durch den besonders geringen Wärmeeintrag beim Kaltmetalltransferschweißen werden zudem bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Dämpferdomen 18 und den Längsträgern 14, 16 Spritzer vermieden und Verzüge der Bauteile 14, 16, 18 minimiert.Due to the particularly low heat input during cold metal transfer welding, moreover, in the production of the connection between the damper domes 18 and the side members 14 . 16 Splashes avoided and distortions of the components 14 . 16 . 18 minimized.

Neben der Verwendung von Aluminiumlegierungen ist das Verfahren darüber hinaus zum Verbinden von Stahlbauteilen mit Bauteilen aus Magnesiumlegierungen oder andere Leichtmetallen geeignet.In addition to the use of aluminum alloys, the method is also suitable for joining steel components with components made of magnesium alloys or other light metals.

Claims

Method for joining two components ( 14 . 16 . 18 ), in which a first component ( 14 . 16 ) of a steel with a second component ( 18 ) is joined from a light metal alloy to impact welding soldering, characterized in that the first component ( 14 . 16 ) as a sheet metal component, in particular as a carrier part for a motor vehicle body in sheet metal shell construction, and the second component ( 18 ) is provided as a cast component.

Method according to claim 1, characterized in that the two components ( 14 . 16 . 18 ) are joined by cold metal transfer welding.

Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the second component ( 18 ) is provided as a spring leg.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first component ( 14 . 16 ) at least in the connection area ( 20 ) to the second component ( 18 ) is galvanized.