DE102011115654B4

DE102011115654B4 - Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien und Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien

Info

Publication number: DE102011115654B4
Application number: DE102011115654.6A
Authority: DE
Inventors: Seiji Sasabe; Tsuyoshi Matsumoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: DE102011115654A1; JP2012071341A; CN102430871A; KR20120033270A; US8907246B2; KR101462715B1; KR20130060245A; JP5291067B2; CN102430871B; US20120074111A1

Abstract

Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien zur Verwendung beim Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial, wobei der Draht mit Flussmittelkern eine zylindrische Hülle, die eine Aluminiumlegierung umfasst, die Si in einer Menge von 1,5 bis 2,5 Massenprozent und Zr in einer Menge von 0,05 bis 0,25 Massenprozent enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist, und eine Flussmittelfüllung innerhalb dieser Hülle aufweist, die Cäsiumfluorid in einer Menge von 20 bis 60 Massenprozent enthält, und wobei der Anteil des Flussmittels 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien zur Verwendung beim Schweißen von verschiedenartigen Materialien, wie z. B. von Transportmaschinen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, und Komponenten für Baumaterialien und dergleichen, sowie ein Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien und ein Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien unter Verwendung dieses Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, insbesondere einen Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, der zur Verwendung beim Verschweißen von Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem verzinkten Stahlblech geeignet ist, ein Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien und ein Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien.
Bisher werden in Transportmaschinen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, Stahlmaterialien als Materialien für Fahrzeugkarosserien und dergleichen verwendet. Da Stahlmaterialien, die als Komponenten von Transportmaschinen und dergleichen verwendet werden, während des Gebrauchs Regenwasser und dergleichen ausgesetzt sind, wird auf deren Oberflächen eine Rostschutzverzinkung durchgeführt. Demgemäß wird durch einen auf der verzinkten Oberfläche gebildeten Oxidfilm ein Wasserbeständigkeitseffekt bereitgestellt, während Zink selbst dann bezogen auf Eisen bevorzugt korrodiert wird (Opferschutz), wenn Risse, kleine Löcher oder dergleichen auf der Oberfläche eines Stahlmaterials vorliegen.
In letzter Zeit wurde im Hinblick auf den Umweltschutz die Erforschung und Entwicklung von Hybridkraftfahrzeugen, Elektrokraftfahrzeugen und dergleichen rasch vorangetrieben und eine Gewichtsverminderung von Fahrzeugkarosserien und dergleichen dieser Kraftfahrzeuge ist zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und für andere Zwecke erforderlich. Darüber hinaus wurde für eine Gewichtsverminderung von Fahrzeugkarosserien und anderen Teilen das Ausbilden eines Teils von Stahlmaterialien, die als Materialien verwendet werden, aus Aluminium oder Aluminiumlegierungsmaterialien (nachstehend werden Aluminium oder Aluminiumlegierungsmaterialien zusammen als Aluminiumlegierungsmaterialien bezeichnet) untersucht.
Daher erfordert die Erzeugung von Fahrzeugkarosserien und dergleichen ein Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen einem Stahlmaterial und einem Aluminiumlegierungsmaterial. Beispiele für Techniken zum Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen einem Stahlmaterial und einem Aluminiumlegierungsmaterial umfassen ein Verfahren des Verbindens von Basismaterialien durch MIG-Schweißen oder Laserschweißen, während ein Draht mit Flussmittelkern zugeführt wird (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2008-068290 A ).
In diesem Stand der Technik ist die Zusammensetzung der Außenhülle des Drahts mit Flussmittelkern als Si: 1 bis 13% festgelegt und ein Flussmittel auf Fluoridbasis, das kein Chlorid enthält, ist in der Außenhülle in einem Anteil von 0,3 bis 20 Massenprozent eingebracht.
Darüber hinaus wurde zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit einer verbundenen Struktur von verschiedenartigen Materialien ein Füllmetall vorgeschlagen, bei dem die enthaltene Si-Menge 1,5 bis 6,0% beträgt, und wobei ferner Zr als ein Additivbestandteil in einer Menge von 0,1 bis 0,2 Massenprozent enthalten ist (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2006-224145 A ).
MIG(Metall-Inertgas: MIG)-Schweißen ist ein Verfahren, bei dem ein Inertgas, wie z. B. Argon oder Helium, in die Umgebung einer zu verbindenden Stelle als ein Schutzgas zugeführt wird und ein Lichtbogen zwischen einem Schweißdraht und der Stelle, an der ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial verbunden werden sollen, erzeugt wird. Das MIG-Schweißen ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißvorgang in einem Zustand ohne Luftzutritt durchgeführt wird, so dass das Schweißen ohne Beeinflussung durch Sauerstoff in der Luft abläuft. Im Gegensatz dazu umfasst das Laserschweißen das Zuführen eines Schweißdrahts zu einem Verbindungsabschnitt, während dieser Schweißdraht und der Verbindungsabschnitt mit Laserlicht bestrahlt werden, so dass der Schweißdraht und der Verbindungsabschnitt durch das Laserlicht thermisch verschmolzen werden.
Der vorstehend genannte Stand der Technik weist jedoch die folgenden Probleme auf: In einer Struktur, wie z. B. einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs, wirken in dem Fall, bei dem ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial stoßverschweißt werden, Zugspannungen zwischen Basismaterialien, wenn eine äußere Kraft auf den verschweißten Verbindungsabschnitt ausgeübt wird. Ferner wirkt in dem Fall, bei dem z. B. ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial überlappen gelassen und verschweißt werden und wenn eine äußere Kraft auf den verschweißten Verbindungsabschnitt ausgeübt wird, eine Zugspannung zwischen den Basismaterialien und gleichzeitig wirkt auf die Schweißgrenzfläche eine Ablösespannung, welche die zwei Basismaterialien voneinander weg zieht. Wenn verschiedenartige Materialien verschweißt werden, ist daher für den verschweißten Verbindungsabschnitt nicht nur eine Zugscherfestigkeit, sondern auch eine hohe Ablösefestigkeit erforderlich. Wenn jedoch ein Stahlmaterial und ein Aluminiumlegierungsmaterial durch Schweißen wie in einem herkömmlichen Fall verbunden werden, wird an dem verbundenen Abschnitt eine sehr spröde intermetallische Verbindung erzeugt, die das Problem verursacht, dass die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit des verbundenen Abschnitts geringer sind als in dem Fall, bei dem die gleichen Komponententypen verschweißt werden.
Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, bei dem ein Schweißen von verschiedenartigen Materialien unter Verwendung des in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2008-068290 A beschriebenen Drahts mit Flussmittelkern durchgeführt wird, die Erzeugung dieser sehr spröden intermetallischen Verbindung unterdrückt werden und die Dicke der Schicht der intermetallischen Verbindung kann vermindert werden.
Zwar wird die Zugscherfestigkeit nach dem Schweißen in einem Bereich erhöht, bei dem die Menge des Si, das in dem Füllmetall enthalten ist, hoch ist, jedoch wird die Ablösefestigkeit in nachteiliger Weise vermindert. Obwohl die Ablösefestigkeit in einem Bereich mit einer geringen Menge von Si verbessert wird und ein Ablösen in der Schicht der intermetallischen Verbindung nicht stattfindet, treten darüber hinaus jedoch in dem verschweißten Abschnitt (verschweißten Metallabschnitt) aufgrund der Wärmeschrumpfung des verschweißten Abschnitts in nachteiliger Weise Risse auf, wenn ein großer Unterschied bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Aluminiummaterial und dem Stahlmaterial vorliegt (beispielsweise in dem Fall, bei dem die Dicke des Aluminiummaterials größer ist als diejenige des Stahlmaterials, usw.).
Im Gegensatz dazu ist es wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2006-224145 A auch möglich, die Menge von Si in einem festen Füllmetall bei einem relativ niedrigen Niveau von 1,5 bis 6% zu halten und gegebenenfalls ferner Zr als optionalen Bestandteil zuzusetzen.
Die Bildung einer Schicht einer intermetallischen Verbindung kann jedoch dann, wenn die Si-Menge relativ hoch ist, oder abhängig von den Hauptzusammensetzungen und dem Anteil des Flussmittels in dem Draht mit Flussmittelkern nicht wirksam unterdrückt werden und eine hohe Ablösefestigkeit kann nicht erhalten werden.
EP 1 997 579 A1 betrifft einen Draht mit Flussmittelkern zum Verbinden von verschiedenartigen Materialien, der ein Flussmittel, das zum Verbinden von verschiedenartigen Materialien, einschließlich ein Aluminiumelement oder ein Aluminiumlegierungselement und ein Stahlelement, verwendet wird, und eine Aluminiumlegierungshülle, deren Inneres mit dem Flussmittel gefüllt ist, umfasst, wobei das Flussmittel eine Fluoridzusammensetzung aufweist, die Aluminiumfluorid enthält.
US 2008/0193792 A1 betrifft einen Schweißfülldraht auf Aluminiumbasis, der eine Aluminiumlegierung umfasst, die 0,3 bis 6 Gew.-% Titan enthält, wobei ein erster Teil des Titans in der Form von TiB₂-Teilchen, TiC-Teilchen oder einer Kombination davon vorliegt, und ein zweiter Teil des Titans in der Form von freiem Titan vorliegt, wobei der Gehalt an gesamtem freien Titan des Drahts 0,05 bis 2,5 Gew.-% beträgt.
US 2,043,855 A betrifft einen Schweißstab, der aus Aluminium besteht, das mindestens ein nicht-flüchtiges Kornfeinungselement, das aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Cr, Zr, Mo, W und U, ausgewählt ist, in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 0,75% enthält.
WO 02/43913 A1 betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Metallgegenständen, bei dem ein erster Metallgegenstand mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, im folgenden A-Teil genannt, mit einem zweiten Metallgegenstand mit einem höheren Schmelzpunkt, im folgenden S-Teil genannt, verbunden wird, wobei der A-Teil über einen Wärmeeinbringungsprozess in einem Verbindungsbereich an- bzw. aufgeschmolzen wird, wogegen der S-Teil, insbesondere eine Oberfläche des S-Teils, im Verbindungsbereich nicht bzw. nur geringfügig an- bzw. aufgeschmolzen wird.
Im Hinblick auf derartige Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, ein Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien und ein Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien bereitzustellen, die dann, wenn Aluminium oder ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial verschweißt werden, die Zugscherfestigkeit eines verschweißten Verbindungsabschnitts und die Ablösefestigkeit einer Grenzfläche eines verschweißten Abschnitts verbessern können und einen verschweißten Metallabschnitt bereitstellen können, der frei von Rissen ist.
Der erfindungsgemäße Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien ist ein Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien zur Verwendung beim Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial,
wobei der Draht mit Flussmittelkern eine zylindrische Hülle, die aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt ist, die Si in einer Menge von 1,5 bis 2,5 Massenprozent und Zr in einer Menge von 0,05 bis 0,25 Massenprozent enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist, und eine Flussmittelfüllung innerhalb dieser Hülle aufweist, die Cäsiumfluorid in einer Menge von 20 bis 60 Massenprozent enthält, und
wobei der Anteil des Flussmittels 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien umfasst die Verwendung des vorstehend beschriebenen Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, das Bilden eines Verbindungsabschnitts durch Aluminium oder ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial und das Verbinden des Aluminiums oder des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Zuführen des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, während dieser Verbindungsabschnitt mit Laserlicht bestrahlt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien umfasst die Verwendung des vorstehend beschriebenen Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, das Bilden eines Verbindungsabschnitts durch Aluminium oder ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial, das Bilden eines Lichtbogens zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, das Zuführen eines Schutzgases um den Lichtbogen und gleichzeitig das Verbinden des Aluminiums oder des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials.
In dem Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung sind die Mengen von Cäsiumfluorid, das in dem Flussmittel enthalten ist, und von Si, das in der Hülle enthalten ist, in geeigneter Weise festgelegt. Daher kann die Verwendung des Drahts beim Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien oder beim MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial die Zugscherfestigkeit eines verschweißten Verbindungsabschnitts und die Ablösefestigkeit einer Grenzfläche eines verschweißten Abschnitts verbessern.
Da Zr in einer vorgegebenen Menge als ein essentieller Bestandteil zusätzlich zu Si zugesetzt ist, kann ein verschweißter Metallabschnitt frei von Rissen sein, selbst wenn der Unterschied bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Stahlmaterial und dem Aluminiummaterial aufgrund des Kornfeinungseffekts von Zr groß ist. Darüber hinaus verbessert der Zusatz von Zr die Verbindungsfestigkeit verglichen mit einem Füllmetall, bei dem nur Si zugesetzt ist.
Da ferner der Anteil des Flussmittels in geeigneter Weise festgelegt ist, kann der Reduktionseffekt des Flussmittels effektiv erhalten werden und die Zugscherfestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts sowie die Ablösefestigkeit an der Schweißnahtgrenzfläche können weiter effektiv verbessert werden. Es sollte beachtet werden, dass der Reduktionseffekt des Flussmittels vermutlich derart ist, dass beim Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien oder beim MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial die Reduktion und die Entfernung eines Oxidfilms auf der Oberfläche von Aluminium und einer Verzinkungsschicht und eines Oberflächenoxidfilms des Stahlmaterials aufgrund der Aktivierung des Flussmittels durch die Schweißwärme erleichtert werden. Auf diese Weise treten beim Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien oder beim MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien durch das Entfernen von plattierten Schichten von Basismaterialien, die verbunden werden sollen, und von Oxidfilmen auf den Oberflächen der Basismaterialien neu erzeugte metallische Grenzflächen auf den äußersten Schichten der Basismaterialien auf. Daher werden die Basismaterialien fest miteinander verbunden und die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts werden verbessert. Wenn das Stahlblech ein nicht-verzinktes Stahlblech ist, kann der Oxidfilm auf der Oberfläche des Stahlblechs durch eine vorgegebene Menge des Flussmittels, das eine vorgegebene chemische Zusammensetzung aufweist, unterdrückt werden. Als Ergebnis werden die Basismaterialien aus Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial fest miteinander verbunden und die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts werden verbessert.
Gemäß dem Verfahren zum Laserschweißen oder MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung können beim Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial die Zugscherfestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts und die Ablösefestigkeit an der Grenzfläche des verschweißten Abschnitts verbessert werden und Risse in einem geschmolzenen Metallabschnitt, die auftreten, wenn der Unterschied bei der Wärmeausdehnung zwischen einem Stahlmaterial und einem Aluminiummaterial groß ist, können verhindert werden.
Ferner vermindert in dem Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines Halbleiterlasers als eine Laserquelle die Unebenheit einer geschmolzenen Raupe, wodurch eine ansprechende und einwandfreie Schweißstruktur erhalten wird.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Überlappschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Stoßschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Überlappschweißen durch das Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Stoßschweißen durch das Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
5A bis 5D sind Zeichnungen, die ein Beispiel des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien veranschaulichen,
6 ist eine Zeichnung, die einen Zugscherfestigkeitstest eines Verbindungsabschnitts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und
7 ist eine Zeichnung, die einen Ablösefestigkeitstest einer Grenzfläche eines geschweißten Abschnitts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Überlappschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Stoßschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und die 5A bis 5D sind Zeichnungen, die ein Beispiel des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien veranschaulichen. Wenn ein Überlappschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wie es in der 1 gezeigt ist, wird z. B. ein Aluminiumlegierungsmaterial 2 auf der Seite des Laserlichts angeordnet und ein blechartiges Aluminiumlegierungsmaterial 2 und ein Stahlmaterial 3 werden überlappen gelassen. Ein Überlappungsabschnitt 4 des Aluminiumlegierungsmaterials 2 und des Stahlmaterials 3 wird mit Laserlicht bestrahlt, während dem Überlappungsabschnitt 4 ein Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien 1 zugeführt wird, um ein Laserschweißen durchzuführen, wodurch das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 verbunden werden. Wenn ein Stoßschweißen durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wie es in der 2 gezeigt ist, werden das blechartige Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 auf Stoß zusammengebracht und ein Stoßabschnitt 6 davon wird mit Laserlicht bestrahlt, während dem Stoßabschnitt 6 der Draht mit Flussmittelkern 1 zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien zugeführt wird, um ein Laserschweißen durchzuführen. Geeignete Laserlicht-emittierende Vorrichtungen umfassen YAG-Laser, CO₂-Laser und Faserlaser, Halbleiterlaser und verschiedene andere Vorrichtungen, von denen ein Halbleiterlaser bezüglich des Aussehens der Schweißraupe am meisten bevorzugt ist.
Beispiele für geeignete Materialien des Aluminiumlegierungsmaterials 2 umfassen die JIS A 1000-Reihe, A 2000-Reihe (Legierung auf Al-Cu-Basis), A 3000-Reihe (Legierung auf Al-Mn-Basis), A 4000-Reihe (Legierung auf Al-Si-Basis), A 5000-Reihe (Legierung auf Al-Mg-Basis), A 6000-Reihe (Legierung auf Al-Mg-Si-Basis) und A 7000-Reihe (Legierung auf Al-Zn-Mg-Basis, Legierung auf Al-Zn-Mg-Cu-Basis). Darüber hinaus kann ein Blechmaterial als Aluminiumlegierungsmaterial 2 verwendet werden, das z. B. eine Dicke von 0,5 bis 4,0 mm aufweist.
Beispiele für verwendbare Stahlmaterialien umfassen SPCC (kaltgewalztes Blech aus kohlenstoffarmem Stahl), Stahl mit hoher Zugfestigkeit und verschiedene andere Stahlmaterialien. Insbesondere ist ein bevorzugtes Stahlmaterial ein verzinktes Stahlblech, das durch Feuerverzinken verarbeitet worden ist (GA-Stahlblech, GI-Stahlblech). Als Stahlmaterial 3 kann z. B. ein Blechmaterial mit einer Dicke von 0,5 bis 4,0 mm verwendet werden, wobei die Dicke von derjenigen des Aluminiumlegierungsmaterials 2 verschieden sein kann.
Der Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien 1 ist beispielsweise, wie es in den 5A bis 5D gezeigt ist, eine zylindrische Hülle 1a, die aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die mit einem Flussmittel 1b gefüllt ist, und der Außendurchmesser des Drahts 1 beträgt z. B. 0,8 bis 1,6 mm. In der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil des Flussmittels 1b in dem Draht 1 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts. Darüber hinaus enthält das Flussmittel 1b der vorliegenden Erfindung Cäsiumfluorid in einer Menge von 20 bis 60 Massenprozent.
Die Aluminiumhülle 1a der vorstehend genannten Drähte mit Flussmittelkern enthält Si in einer Menge von 1,5 bis 2,5 Massenprozent und Zr in einer Menge von 0,05 bis 0,25 Massenprozent, wobei der Rest aus einer Aluminiumlegierung gebildet wird, die Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen umfasst. Beispiele für unvermeidbare Verunreinigungen in dieser Aluminiumhülle 1a umfassen Mg, Mn und Fe und deren enthaltene Mengen sind jeweils 0,1 Massenprozent oder weniger der Gesamtmasse der Hülle.
Die Gründe für die Beschränkung der Zahlenwerte der chemischen Zusammensetzung des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
„Menge von in dem Flussmittel enthaltenen Cäsiumfluorid: 20 bis 60 Massenprozent der Gesamtmasse des Flussmittels”
Cäsiumfluorid wirkt dahingehend, die Erzeugung einer sehr spröden intermetallischen Verbindung zwischen einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem verzinkten Stahlmaterial während des Laserschweißens zu unterdrücken. Wenn die Menge des in dem Flussmittel enthaltenen Cäsiumfluorids weniger als 20 Massenprozent beträgt, ist der Effekt der Unterdrückung der Erzeugung der sehr spröden intermetallischen Verbindung gering, was zu einer verminderten Zugscherfestigkeit und Ablösefestigkeit führt. Wenn andererseits die Menge des in dem Flussmittel enthaltenen Cäsiumfluorids mehr als 60 Massenprozent beträgt, ist der Verbesserungseffekt der Funktion zur Unterdrückung der Erzeugung der sehr spröden intermetallischen Verbindung gesättigt, während eine Erhöhung der Menge des enthaltenen teuren Cäsiums die Herstellungskosten des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien erhöht. Daher ist in der vorliegenden Erfindung die Menge von Cäsiumfluorid, das in dem Flussmittel enthalten ist, auf 20 bis 60 Massenprozent der Gesamtmasse des Flussmittels festgelegt. Als Beispiele für Bestandteile in dem Flussmittel, die von Cäsiumfluorid verschieden sind, können Aluminiumfluorid, Kaliumfluorid, Kaliumaluminiumfluorid, Lanthanfluorid und dergleichen zweckmäßig in Kombination enthalten sein. Aluminiumfluorid, Kaliumfluorid und Kaliumaluminiumfluorid sind sogenannte Fluoridverbindungen auf Kaliumaluminiumbasis, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie Funktionen wie z. B. die Entfernung eines Aluminiumoxidfilms, die Förderung des Schmelzens des Drahts bei einem niedrigen Schmelzpunkt, das Sicherstellen einer Benetzbarkeit und einer Barriere zur Unterdrückung einer Diffusion an der Grenzfläche zwischen dem Stahlmaterial und dem Aluminiummaterial aufweisen.
„Menge von Si, die in der Aluminiumlegierung enthalten ist, welche die Hülle bildet: 1,5 bis 2,5 Massenprozent, Menge des enthaltenen Zr: 0,05 bis 0,25 Massenprozent”
Si, das in der Aluminiumlegierung enthalten ist, welche die Hülle bildet, ist ein Bestandteil, der zur Verbesserung der Zugscherfestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts essentiell ist. Wenn die Menge des in der Aluminiumlegierung enthaltenen Si weniger als 1,5 Massenprozent beträgt, wird die Ablösefestigkeit bis zu einem bestimmten Grad verbessert, jedoch ist der Effekt der Verbesserung der Zugscherfestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts unzureichend. Wenn die Menge von Si weniger als 1,5% beträgt, ist es darüber hinaus unwahrscheinlich, dass an der Grenzfläche des verbundenen Abschnitts (spröde intermetallische Verbindung) ein Reißen auftritt, wobei jedoch dann, wenn der Unterschied bei der Wärmeausdehnung zwischen dem Stahlmaterial und dem Aluminiummaterial groß ist, Aluminium in dem verschweißten Metallabschnitt für Risse empfindlicher wird und Risse nicht an der Grenzfläche des verbundenen Abschnitts auftreten, sondern in einem verschweißten Metallabschnitt.
Wenn die Menge des in der Aluminiumlegierung enthaltenen Si andererseits höher als 2,5 Massenprozent ist, vermindert eine reduzierte Zähigkeit von Abschnitten in der Nähe des verbundenen Abschnitts die Ablösefestigkeit. Daher wird in der vorliegenden Erfindung die Menge des in der Aluminiumlegierung, welche die Hülle bildet, enthaltenen Si auf 1,5 bis 2,5 Massenprozent eingestellt, und ferner wird der Aluminiumlegierung eine vorgegebene Menge Zr zugesetzt.
Demgemäß beträgt bei einer Menge von Si, die 1,5 bis 2,5% beträgt, die Menge des enthaltenen Zr, bei der Risse in dem verschweißten Metallabschnitt verhindert werden können und die Ablösefestigkeit verbessert werden kann, 0,05 bis 0,25 Massenprozent. Mehr bevorzugt beträgt die Menge des enthaltenen Zr 0,07 bis 0,20 Massenprozent.
Es sollte beachtet werden, dass in der Hülle ferner Mn, Mg oder Fe als unvermeidbare Verunreinigungen jeweils in einer Menge von 0,1 Massenprozent oder weniger der Gesamtmasse der Hülle enthalten sein können.
„Anteil des Flussmittels: 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts”
Das Flussmittel hat einen reduzierenden Effekt auf das Aluminiumlegierungsmaterial und das Stahlmaterial. Wenn der Anteil des Flussmittels geringer als 5 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts ist, ist der reduzierende Effekt des Flussmittels vermindert und die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit werden vermindert. Wenn der Anteil des Flussmittels andererseits höher als 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts ist, wird die reduzierende Wirkung übermäßig stark und die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit werden vermindert. Daher ist der Anteil des Flussmittels in der vorliegenden Erfindung auf 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts festgelegt.
Es sollte beachtet werden, dass in den vorstehend beschriebenen chemischen Zusammensetzungen des Flussmittels der von den angegebenen Bestandteilen verschiedene Rest im Wesentlichen aus KAlF zusammengesetzt ist, so dass ein Flussmittel auf KAlF-Basis als eine Hauptzusammensetzung eingesetzt wird. Beispiele für solche Flussmittel auf KAlF(Kaliumaluminiumfluorid)-Basis umfassen solche, die 75 Massenprozent KAlF₄ und 25 Massenprozent K₃AlF₆ enthalten. Alternativ gibt es andere Flussmittel, welche diese Verbindungen auf Kaliumaluminiumfluoridbasis enthalten, die teilweise durch K₂AlF₆ ersetzt sind. Ferner können auch Flussmittel einbezogen werden, die kein Al enthalten, wie z. B. KF. Demgemäß steht „ein Flussmittel, das im Wesentlichen aus KAlF zusammengesetzt ist” für eine Verbindung, die K, Al und F in einer Gesamtmenge von 95% oder mehr enthält. „Ein Flussmittel, das im Wesentlichen aus KAlF zusammengesetzt ist” kann andere Fluoride, wie z. B. KF, enthalten.
Das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien unter Verwendung des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien dieser Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. Als erstes wird ein Verbindungsabschnitt durch das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 gebildet. Wenn der Verbindungsabschnitt beispielsweise durch Überlappschweißen gebildet wird, wie es in der 1 gezeigt ist, werden das blechartige Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 überlappen gelassen und beispielsweise wird das Aluminiumlegierungsmaterial 2 auf der Seite des Laserlichts angeordnet. Auf diese Weise führt das Anordnen des Aluminiumlegierungsmaterials 2 auf der Seite des Laserlichts dazu, dass das Aluminiumlegierungsmaterial 2, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, früher schmilzt als das Stahlmaterial 3. Ferner kann das Stahlmaterial 3, das unterhalb des Aluminiumlegierungsmaterials 2 angeordnet ist, teilweise geschmolzen werden, so dass ein Tropfen des geschmolzenen Metalls von einem Schmelzbad effektiver verhindert werden kann und ein Überlappschweißen gleichmäßiger durchgeführt werden kann als in dem Fall, bei dem das Stahlmaterial 3 auf der Seite des Laserlichts angeordnet ist und einem Überlappschweißen unterzogen wird. Wenn der Verbindungsabschnitt durch Stoßschweißen erzeugt wird, wie es in der 2 gezeigt ist, werden das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 auf Stoß angeordnet.
Anschließend wird in einem Zustand, bei dem der zu verschweißende Verbindungsabschnitt in einer Schutzgasatmosphäre von z. B. Helium und Argon angeordnet ist, die Fokuslage von Laserlicht eingestellt und das Laserlicht wird auf die Umgebung des Überlappungsabschnitts 4 oder des Stoßabschnitts 6 der Basismaterialien gerichtet. Der Draht mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien wird dann der Umgebung des Überlappungsabschnitts 4 oder des Stoßabschnitts 6 der Basismaterialien zugeführt. Wenn das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 durch Überlappschweißen verbunden werden, kann das Aluminiumlegierungsmaterial 2 aktiv geschmolzen werden, da das Aluminiumlegierungsmaterial 2 auf der Seite des Laserlichts angeordnet ist. Der Oberflächenoxidfilm auf der Oberfläche des Stahlmaterials 3 wird dann durch das Flussmittel reduziert und die Stahlgrenzfläche wird mit dem geschmolzenen Metall der Aluminiumlegierung in Kontakt gebracht, so dass das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 durch Lötschweißen verbunden werden. Es sollte beachtet werden, dass das Lötschweißen zwischen dem Aluminiumlegierungsmaterial 2 und dem Stahlmaterial 3 das Schmelzen des Aluminiumlegierungsmaterials 2, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, und das Verbinden des Aluminiumlegierungsmaterials 2 mit dem Stahlmaterial 3 unter Verwendung der geschmolzenen Aluminiumlegierung als Füllmaterial bedeutet. Wenn das Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial durch Stoßschweißen verbunden werden, werden das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 durch Lötschweißen durch Zuführen des Drahts mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien zu dem Stoßabschnitt 6, Einstellen der Fokuslage des Laserlichts auf den Stoßabschnitt 6 und Bestrahlen des Stoßabschnitts 6 mit Laserlicht in der Fokuslage verbunden. Demgemäß kann ein Durchbrand des geschmolzenen Metalls verhindert werden.
Das Aluminiumlegierungsmaterial 2, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wird durch Einstrahlen von Laserlicht zuerst geschmolzen. Dann wird das Stahlmaterial 3 geschmolzen, wobei die Oberflächenschicht auf dem Stahlblech zuerst geschmolzen wird. Danach wird der Draht mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien, der durch Einstrahlen von Laserlicht ebenfalls geschmolzen worden ist, in diese geschmolzenen Metallzusammensetzungen zugeführt.
Die Strahlungsposition des Laserlichts wird dann entlang einer Schweißlinie bewegt, wodurch in einem Zustand, bei dem die geschmolzene Aluminiumlegierungszusammensetzung, Plattierungszusammensetzungen, wenn das Stahlmaterial plattiert ist, die Stahlzusammensetzungen und die Zusammensetzungen des Drahts mit Flussmittelkern gemischt werden und sich das geschmolzene Metall hinter der Strahlungsposition des Laserlichts entlang der Schweißrichtung unter Bildung einer Raupe nach und nach verfestigt. Dabei wird zwischen dem Aluminiumlegierungsmaterial 2 und dem Stahlmaterial 3, die verbunden werden sollen, eine intermetallische Verbindung erzeugt. Der Draht mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien dieser Ausführungsform weist eine darin enthaltene Menge von Cäsiumfluorid auf, die so festgelegt ist, dass sie einen geeigneten Wert aufweist.
Daher ist die Menge der in dem verschweißten Abschnitt erzeugten intermetallischen Verbindung z. B. mit FeAl, Fe₃Al und dergleichen, welche die Sprödigkeit nicht vermindern, größer als mit dem sehr spröden FeAl₃ oder Fe₂Al₅. Daher können die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts für die Erstgenannten verbessert werden.
Darüber hinaus ist in dem Draht mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien die in der Aluminiumhülle 1a enthaltene Si-Menge so festgelegt, dass sie in einem geeigneten Bereich liegt, und daher kann die Zugscherfestigkeit verbessert werden, ohne die Ablösefestigkeit des verschweißten Verbindungsabschnitts zu vermindern.
Ferner weist der Draht mit Flussmittelkern 1 zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien dieser Ausführungsform einen Anteil des Flussmittels 1b auf, der so festgelegt ist, dass er in einem geeigneten Bereich liegt, und daher kann die reduzierende Wirkung des Flussmittels ohne verminderte Zugscherfestigkeit und Ablösefestigkeit effektiv erhalten werden.
Wie es bereits erwähnt worden ist, ist es in dieser Ausführungsform, wenn das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 durch Überlappschweißen verbunden werden, erwünscht, dass das Aluminiumlegierungsmaterial 2 dem Laserlicht ausgesetzt ist. In der vorliegenden Erfindung sind jedoch die Strahlungsposition des Laserlichts und die Zuführungsposition des Drahts mit Flussmittelkern 1 nicht beschränkt, solange die Basismaterialien miteinander verschmolzen werden können und eine geeignete Menge des Drahts mit Flussmittelkern 1 in das Schmelzbad des geschmolzenen Metalls durch Schmelzen des Drahts zugeführt werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien beschrieben. Der Schweißdraht, der beim MIG-Schweißen verwendet wird, ist mit dem Schweißdraht 1 identisch, der in dem Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien verwendet wird. Darüber hinaus sind die Bedingungen und dergleichen für das MIG-Schweißen denjenigen ähnlich, wie sie beim normalen MIG-Schweißen verwendet werden. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Schweißverfahren in dem Fall eines Überlappschweißens veranschaulicht. Als erstes wird durch das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das Stahlmaterial 3 ein Verbindungsabschnitt gebildet. Wenn der Verbindungsabschnitt durch Überlappschweißen erzeugt wird, wie es in der 3 gezeigt ist, werden das blechartige Aluminiummaterial 2 und das Stahlmaterial 3 überlappen gelassen und beispielsweise wird das Aluminiumlegierungsmaterial 2 auf der Seite eines Brenners 7 angeordnet. Auf diese Weise kann durch Anordnen des Aluminiumlegierungsmaterials 2 auf der Seite des Brenners 7 das Aluminiumlegierungsmaterial 2, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, früher geschmolzen werden als das Stahlmaterial 3 und anschließend kann das Stahlmaterial 3, das unterhalb des Aluminiumlegierungsmaterials 2 angeordnet ist, teilweise geschmolzen werden. Daher kann ein Tropfen des geschmolzenen Metalls von dem Schmelzbad effektiver verhindert werden und ein Überlappschweißen kann problemloser durchgeführt werden als in dem Fall, bei dem das Stahlmaterial 3 auf der Seite des Brenners 7 angeordnet ist, um ein Überlappschweißen durchzuführen.
Wenn der Verbindungsabschnitt durch Stoßschweißen erzeugt wird, wie es in der 4 gezeigt ist, werden das Aluminiummaterial 2 und das Stahlmaterial 3 auf Stoß angeordnet. In beiden Fällen von 3 und 4 wird ein Inertgas, wie z. B. ein Argongas oder ein Heliumgas, der Umgebung des Schweißdrahts 1 zugeführt, der von dem Brenner 7 dem Verbindungsabschnitt und dem Schmelzbad zugeführt wird, so dass verhindert wird, dass Sauerstoff in der Luft in das Schmelzbad eintritt, und eine Oxidation des geschmolzenen Metalls unterdrückt wird.
Das Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien unter Verwendung dieses Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung weist auch Effekte auf, die denjenigen ähnlich sind, die durch das Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien unter Verwendung des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
Beispiele
Nachstehend werden Beispiele, welche die Effekte des Drahts mit Flussmittelkern zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien der vorliegenden Erfindung zeigen, durch einen Vergleich mit Vergleichsbeispielen spezifisch beschrieben. Ein Blechmaterial (z. B. Breite: 100 mm, Länge: 300 mm), das eine AA6022-Legierung (Legierung der JIS A 6000-Reihe) umfasst und eine Blechdicke von 1,0 mm aufweist, wurde als Aluminiumlegierungsmaterial 2 verwendet. Darüber hinaus wurden ein kaltgewalztes Stahlblech mit dem Gütegrad 980 MPa mit einer Blechdicke von 1,4 mm (z. B. Breite: 100 mm, Länge: 300 mm) und zwei Arten von Stahlblechen, die durch Behandeln des gleichen Stahlblechs durch Feuerverzinken erhalten worden sind, als Stahlmaterial 3 verwendet. Als zu schweißende Testmaterialien wurden Aluminiumlegierungsmaterialien 2 und Stahlmaterialien 3, bei denen es sich um unverarbeitete Blechmaterialien handelt, und gebogene Blechmaterialien verwendet, die um 90 Grad an Positionen in einem geeigneten Abstand von deren Kanten gebogen waren (bei den Aluminiumlegierungsmaterialien 2 10 mm von deren Kanten, bei den Stahlmaterialien 3 60 mm von deren Kanten).
Danach werden das Aluminiumlegierungsmaterial 2 und das verzinkte Stahlmaterial 3 überlappen gelassen, das Aluminiumlegierungsmaterial 2 wird auf der Seite des Laserlichts angeordnet, wie es in der 1 gezeigt ist, und die Umgebung des Überlappungsabschnitts 4 wurde in einer Schutzgasatmosphäre angeordnet. Als Schutzgas wurde ein Argongas verwendet. Laserlicht wurde auf den Überlappungsabschnitts 4 eingestrahlt, während jeder der Drähte mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien (Durchmesser 1,2 mm) der Beispiele und Vergleichsbeispiele dem Überlappungsabschnitt 4 zugeführt wurde, so dass ein Laserschweißen durchgeführt wurde. Die auf den Überlappungsabschnitt 4 eingestrahlten Laser waren ein YAG(Yttrium-Aluminium-Granat)-Laser des kontinuierlichen Oszillationstyps („continuous wave oscillation”) (Laserausgangsleistung: 4,0 kW) und ein Halbleiterlaser (Laserausgangsleistung: 4,0 kW). Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1,2 m/min mit dem YAG-Laser, während sie 1,5 m/min mit dem Halbleiterlaser betrug. Darüber hinaus betrug die Drahtzuführungsgeschwindigkeit 4,8 m/min mit dem YAG-Laser, während sie 3 m/min mit dem Halbleiterlaser betrug.
Wenn Blechmaterialien als zu verschweißende Komponenten verwendet wurden, wie es in der 6 gezeigt ist, wurden sie so angeordnet, dass die Länge des Überlappungsabschnitts 4 der überlappenden Komponenten 50 mm betrug. Darüber hinaus wurden die Komponenten 2 und 3, wenn gebogene Blechmaterialien als zu verschweißende Komponenten verwendet wurden, wie es in der 7 gezeigt ist, so angeordnet, dass die Biegungspositionen der Komponenten 2 und 3 zusammenfielen und die Länge des Überlappungsabschnitts 4 der Komponenten 10 mm betrug.
Bezüglich der Drähte mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, die für die in diesem Beispiel angegebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele eingesetzt worden sind, sind die chemischen Zusammensetzungen der Hülle, die chemischen Zusammensetzungen des Flussmittels und die Anteile des Flussmittels in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Darüber hinaus sind die Gegenwart oder die Abwesenheit von Rissen in dem verschweißten Metallabschnitt, wenn ein Schweißen unter Verwendung dieser Drähte durchgeführt worden ist, die Zugscherfestigkeit und die Ablösefestigkeit in den nachstehenden Tabellen 2 bis 5 gezeigt. Die Tabellen 2 und 4 zeigen die Ergebnisse in dem Fall, bei dem ein YAG-Laser zum Schweißen eines nicht-verzinkten Stahlblechs verwendet worden ist, während die Tabellen 3 und 5 die Ergebnisse in dem Fall zeigen, bei dem ein Halbleiterlaser zum Schweißen eines nicht-verzinkten Stahlblechs verwendet worden ist.
Die zu verschweißende Aluminiumlegierung ist AA6022. Das zu verschweißende Stahlmaterial ist in den Tabellen 1 und 2 ein nicht-verzinktes Stahlblech, während es in den Tabellen 3 und 4 GA980 ist. Die Dicke des Aluminiumlegierungsmaterials beträgt 1,0 mm und die Dicke des Stahlmaterials beträgt 1,4 mm. In dem Fall des YAG-Lasers betrug die Ausgangsleistung 4 kW, die Schweißgeschwindigkeit betrug 1,2 m/min und die Drahtzuführungsgeschwindigkeit betrug 4,8 m/min. In dem Fall des Halbleiterlasers betrug die Ausgangsleistung 4 kW, die Schweißgeschwindigkeit betrug 1,5 m/min und die Drahtzuführungsgeschwindigkeit betrug 3 m/min.

Gemäß der Tabelle 1 wurde die Menge des als ein Bestandteil des Flussmittels enthaltenen CsF variiert, jedoch umfasste der Rest dieses Flussmittels im Wesentlichen ein Flussmittel auf KAlF(Kaliumaluminiumfluorid)-Basis. Beispiele für solche Flussmittel auf KAlF-Basis umfassen solche, die 75 Massenprozent KAlF₄ und 25 Massenprozent K₃AlF₆ enthalten. Alternativ gibt es auch Flussmittel, in denen diese Verbindungen auf Kaliumaluminiumfluorid-Basis teilweise durch K₂AlF₆ ersetzt sind. Ferner können in manchen Fällen auch Verbindungen einbezogen werden, die kein Al enthalten, wie z. B. KF. Demgemäß steht ein Flussmittel, das im Wesentlichen aus KAlF zusammengesetzt ist, für eine Verbindung, welche die drei Elemente K, Al und F umfasst, und eine Verbindung, die aus den zwei Elementen K und F zusammengesetzt ist, oder für Gemische dieser Verbindungen. Es sollte beachtet werden, dass die Angabe „Sp.” in der Tabelle 1 eine Spurenmenge bezeichnet. Tabelle 1

	Hülle (Massenprozent)		Flussmittel (Massenprozent)
	Si	Zr	CsF	Anteil
Vergleichsbeispiel 1	1,45	Sp.	30	10
Vergleichsbeispiel 2	1,45	0,2	30	10
Vergleichsbeispiel 3	1,50	Sp.	30	10
Beispiel 1	1,50	0,2	30	10
Vergleichsbeispiel 4	1,75	Sp.	30	10
Beispiel 2	1,75	0,07	30	10
Beispiel 3	1,75	0,1	30	10
Beispiel 4	1,75	0,25	30	10
Vergleichsbeispiel 5	1,75	0,3	30	10
Vergleichsbeispiel 6	2,0	Sp.	30	10
Beispiel 5	2,0	0,07	30	10
Beispiel 6	2,0	0,1	30	10
Beispiel 7	2,0	0,25	30	10
Vergleichsbeispiel 7	2,0	0,3	30	10
Vergleichsbeispiel 8	2,50	Sp.	30	10
Beispiel 8	2,50	0,2	30	10
Vergleichsbeispiel 9	2,75	Sp.	30	10
Vergleichsbeispiel 10	2,75	0,2	30	10
Vergleichsbeispiel 11	2,0	0,25	15	10
Vergleichsbeispiel 12	2,0	0,25	65	10
Vergleichsbeispiel 13	2,0	0,25	30	3
Vergleichsbeispiel 14	2,0	0,25	30	25
Beispiel 9	2,50	0,2	30	10
Beispiel 10	1,50	0,2	30	10
Vergleichsbeispiel 15	2,00	0,25	-	0

Tabelle 2 AA6022 – Nicht-verzinktes Stahlblech YAG-Laser

	Risse in verschweißtem Metallabschnitt	TSS	PS	Gesamtbewertung
Vergleichsbeispiel 1	E	195	32	schlecht
Vergleichsbeispiel 2	D	189	33	schlecht
Vergleichsbeispiel 3	D	188	27	schlecht
Beispiel 1	B	205	21	gut
Vergleichsbeispiel 4	D	199	24	schlecht
Beispiel 2	B	203	25	gut
Beispiel 3	B	211	38	hervorragend
Beispiel 4	B	211	29	gut
Vergleichsbeispiel 5	B	197	14	schlecht
Vergleichsbeispiel 6	C	212	13	schlecht
Beispiel 5	A	211	38	hervorragend
Beispiel 6	A	213	35	hervorragend
Beispiel 7	B	213	18	gut
Vergleichsbeispiel 7	B	198	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 8	B	213	13	schlecht
Beispiel 8	A	216	38	hervorragend
Vergleichsbeispiel 9	B	210	9	schlecht
Vergleichsbeispiel 10	B	213	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 11	B	187	11	schlecht
Vergleichsbeispiel 12	B	191	10	schlecht
Vergleichsbeispiel 13	B	195	8	schlecht
Vergleichsbeispiel 14	B	180	7	schlecht
Beispiel 9	B	202	17	gut
Beispiel 10	B	202	18	gut
Vergleichsbeispiel 15	A	97	3	schlecht

Tabelle 3 AA6022 – Nicht-verzinktes Stahlblech Halbleiterlaser

	Risse in verschweißtem Metallabschnitt	TSS	PS	Gesamtbewertung
Vergleichsbeispiel 1	E	186	34	schlecht
Vergleichsbeispiel 2	E	191	29	schlecht
Vergleichsbeispiel 3	E	187	27	schlecht
Beispiel 1	B	205	22	gut
Vergleichsbeispiel 4	D	202	25	schlecht
Beispiel 2	B	204	26	gut
Beispiel 3	B	206	27	gut
Beispiel 4	B	208	24	gut
Vergleichsbeispiel 5	B	189	11	schlecht
Vergleichsbeispiel 6	C	209	15	schlecht
Beispiel 5	A	210	25	gut
Beispiel 6	A	211	40	hervorragend
Beispiel 7	B	212	35	hervorragend
Vergleichsbeispiel 7	B	196	13	schlecht
Vergleichsbeispiel 8	B	211	11	schlecht
Beispiel 8	A	208	23	gut
Vergleichsbeispiel 9	B	208	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 10	B	207	8	schlecht
Vergleichsbeispiel 11	B	174	21	schlecht
Vergleichsbeispiel 12	B	123	20	schlecht
Vergleichsbeispiel 13	B	158	9	schlecht
Vergleichsbeispiel 14	B	168	1	schlecht
Beispiel 9	B	202	17	gut
Beispiel 10	B	207	16	gut
Vergleichsbeispiel 15	A	102	3	schlecht

Tabelle 4 AA6022 – GA980 YAG-Laser

	Risse in Al im verschweißten Metallabschnitt	TSS	PS	Gesamtbewertung
Vergleichsbeispiel 1	E	192	31	schlecht
Vergleichsbeispiel 2	D	187	34	schlecht
Vergleichsbeispiel 3	D	191	26	schlecht
Beispiel 1	B	205	21	gut
Vergleichsbeispiel 4	D	202	24	schlecht
Beispiel 2	B	203	22	gut
Beispiel 3	B	208	25	gut
Beispiel 4	B	207	22	gut
Vergleichsbeispiel 5	B	190	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 6	C	204	9	schlecht
Beispiel 5	B	212	30	hervorragend
Beispiel 6	A	215	32	hervorragend
Beispiel 7	B	211	22	gut
Vergleichsbeispiel 7	B	189	11	schlecht
Vergleichsbeispiel 8	B	210	9	schlecht
Beispiel 8	A	213	25	gut
Vergleichsbeispiel 9	B	212	8	schlecht
Vergleichsbeispiel 10	B	214	10	schlecht
Vergleichsbeispiel 11	B	191	3	schlecht
Vergleichsbeispiel 12	B	190	9	schlecht
Vergleichsbeispiel 13	B	180	8	schlecht
Vergleichsbeispiel 14	B	180	2	schlecht
Beispiel 9	B	203	17	gut
Beispiel 10	B	205	16	gut
Vergleichsbeispiel 15	A	70	1	schlecht

Tabelle 5 AA6022 – GA980 Halbleiterlaser

	Risse in Al im verschweißten Metallabschnitt	TSS	PS	Gesamtbewertung
Vergleichsbeispiel 1	E	187	29	schlecht
Vergleichsbeispiel 2	E	192	31	schlecht
Vergleichsbeispiel 3	D	192	28	schlecht
Beispiel 1	B	203	21	gut
Vergleichsbeispiel 4	D	201	24	schlecht
Beispiel 2	B	204	25	gut
Beispiel 3	B	207	28	gut
Beispiel 4	B	210	24	gut
Vergleichsbeispiel 5	B	195	14	schlecht
Vergleichsbeispiel 6	C	214	13	schlecht
Beispiel 5	A	214	21	gut
Beispiel 6	A	214	31	hervorragend
Beispiel 7	B	213	22	gut
Vergleichsbeispiel 7	B	198	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 8	B	213	11	schlecht
Beispiel 8	A	214	23	gut
Vergleichsbeispiel 9	B	212	9	schlecht
Vergleichsbeispiel 10	B	213	12	schlecht
Vergleichsbeispiel 11	B	185	5	schlecht
Vergleichsbeispiel 12	B	189	6	schlecht
Vergleichsbeispiel 13	B	179	4	schlecht
Vergleichsbeispiel 14	B	180	3	schlecht
Beispiel 9	B	201	16	gut
Beispiel 10	B	202	17	gut
Vergleichsbeispiel 15	A	98	0	schlecht

Das in der 6 gezeigte Blechmaterial und das in der 7 gezeigte gebogene Blechmaterial wurden durch Überlappschweißen unter Verwendung der Drähte mit Flussmittelkern dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele verbunden. Die Zugscherfestigkeit (TSS) und die Ablösefestigkeit (PS) des verschweißten Abschnitts 5 wurden gemessen.
Bewertung der Zugscherfestigkeit
Die Zugscherfestigkeit wurde unter Verwendung eines Blechmaterials bewertet, das einem Überlappschweißen unterzogen worden ist, wie es in der 6 gezeigt ist. Das Blechmaterial wurde nach dem Schweißen zu einem JIS Nr. 5-Prüfkörper verarbeitet, wie es in JIS Z 2201-1998 festgelegt ist. Dabei wurde der verschweißte Abschnitt 5 so eingestellt, dass er sich in der Mitte des parallelen Abschnitts befand. Jedes der Blechmaterialien wurde dann mit einem Zugtestgerät (von Shimadzu Corporation hergestellt, uniaxiales Testgerät RS-2) in die Richtung des Pfeils in der 6 gezogen und die Zugscherfestigkeit des verschweißten Abschnitts 5 wurde gemessen. Die Zugscherfestigkeit des verschweißten Abschnitts 5 ist wie in dem Fall, bei dem der Draht mit Flussmittelkern von jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele zur Durchführung des Schweißens verwendet worden ist, in den Tabellen 2 bis 5 gezeigt.
Bewertung der Ablösefestigkeit
Die Ablösefestigkeit wurde unter Verwendung eines gebogenen Blechmaterials bewertet, nachdem es einem Überlappschweißen unterzogen worden ist, wie es in der 7 gezeigt ist. Das Blechmaterial wurde nach dem Schweißen zu einem 25 mm breiten Streifen verarbeitet. Jedes der Blechmaterialien wurde dann mit einem Zugtestgerät (von Shimadzu Corporation hergestellt, uniaxiales Testgerät RS-2) in die Richtung des Pfeils in der 7 gezogen und die Ablösefestigkeit des verschweißten Abschnitts 5 wurde gemessen. Die Ablösefestigkeit des verschweißten Abschnitts 5 ist wie in dem Fall, bei dem jeder der Drähte mit Flussmittelkern der Beispiele und Vergleichsbeispiele zur Durchführung des Schweißens verwendet worden ist, auch in den Tabellen 2 bis 5 gezeigt.
Bei der Bewertung von Rissen wurde das Testmaterial als A bewertet, wenn kein Riss gefunden wurde, als B, wenn kein Riss, jedoch Cokristalle an Korngrenzen vorlagen, als C, wenn ein Riss, der zu einer Korngrenze äquivalent war, vorlag, als D, wenn Risse, die zu mehreren Korngrenzen äquivalent waren, vorlagen, und als E, wenn große Risse erzeugt worden sind. Bei der Gesamtbewertung wurde jeder der Prüfkörper der Beispiele und Vergleichsbeispiele als hervorragend bewertet, wenn die Zugscherfestigkeit 210 [N/mm] oder mehr betrug, die Ablösefestigkeit 30 [N/mm] oder mehr betrug und kein Riss vorlag (A), als gut, wenn die Zugscherfestigkeit 200 [N/mm] oder mehr betrug, die Ablösefestigkeit 15 [N/mm] oder mehr betrug und kein Riss vorlag, jedoch Cokristalle an Korngrenzen erzeugt worden sind (B), als schlecht, wenn die Zugscherfestigkeit weniger als 200 [N/mm] betrug oder die Ablösefestigkeit weniger als 15 [N/mm] betrug oder ein Riss, der zu einer einzelnen Korngrenze äquivalent war (C), oder Risse, die zu mehreren Korngrenzen äquivalent waren (D), vorlagen, oder große Risse (E) erzeugt worden sind.
Wie es in den Tabellen 2 bis 5 gezeigt ist, liegen in den Beispielen 1 bis 10 in beiden Fällen des YAG-Lasers und des Halbleiterlasers das Cäsiumfluorid im Flussmittel, der Anteil des Flussmittels und die Mengen von Si und Zr in der Hülle innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung und folglich waren deren Zugscherfestigkeit und Ablösefestigkeit verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 14 verbessert, die nicht in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, und es wurde kein Riss in deren verschweißten Metallabschnitten erzeugt. Darüber hinaus wurden in dem Fall des Halbleiterlasers einheitlichere und ansprechendere Raupen gebildet als in dem Fall des YAG-Lasers.

Claims

Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien zur Verwendung beim Verbinden von verschiedenartigen Materialien zwischen Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial und einem Stahlmaterial, wobei der Draht mit Flussmittelkern eine zylindrische Hülle, die eine Aluminiumlegierung umfasst, die Si in einer Menge von 1,5 bis 2,5 Massenprozent und Zr in einer Menge von 0,05 bis 0,25 Massenprozent enthält, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen ist, und eine Flussmittelfüllung innerhalb dieser Hülle aufweist, die Cäsiumfluorid in einer Menge von 20 bis 60 Massenprozent enthält, und wobei der Anteil des Flussmittels 5 bis 20 Massenprozent der Gesamtmasse des Drahts beträgt.
Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien, bei dem der Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien nach Anspruch 1 verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Verbindungsabschnitts durch Aluminium oder ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial und Verbinden des Aluminiums oder des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials durch Zuführen des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, während dieser Verbindungsabschnitt mit Laserlicht bestrahlt wird.
Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien nach Anspruch 2, bei dem das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial und das Stahlmaterial überlappen gelassen werden, so dass das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial auf der Seite des Laserlichts angeordnet sind, und das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial und das Stahlmaterial durch Überlappschweißen verbunden werden.
Verfahren zum Laserschweißen von verschiedenartigen Materialien nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Laserschweißen durch einen Halbleiterlaser durchgeführt wird.
Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien nach Anspruch 1, Bilden eines Verbindungsabschnitts durch Aluminium oder ein Aluminiumlegierungsmaterial und ein Stahlmaterial, und Bilden eines Lichtbogens zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Draht mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien, Zuführen eines Inertgases um den Lichtbogen und gleichzeitig Verbinden des Aluminiums oder des Aluminiumlegierungsmaterials und des Stahlmaterials.
Verfahren zum MIG-Schweißen von verschiedenartigen Materialien nach Anspruch 5, bei dem das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial und das Stahlmaterial überlappen gelassen werden, so dass das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial auf der Seite des Drahts mit Flussmittelkern zum Schweißen von verschiedenartigen Materialien angeordnet sind, und das Aluminium oder das Aluminiumlegierungsmaterial und das Stahlmaterial durch Überlappschweißen verbunden werden.