DE102012013582A1

DE102012013582A1 - Schweißverfahren

Info

Publication number: DE102012013582A1
Application number: DE102012013582A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dannheisig; Johannes Kraus; Michael Hamers; Jörgen von Bodenhausen; Bernd Gross
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2013-09-12
Also published as: WO2013132029A1; US20150021308A1; EP2822729A1; US9539673B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zwei Teile mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zwei Teile mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden.
Derartige Schweißverfahren sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2007 028 956 A1 , der DE 10 2007 027 226 A1 , der DD 268 418 sowie der EP 0 743 133 A1 , bekannt. Diese Schweißverfahren ermöglichen jedoch kein prozesssicheres Spannen, insbesondere von sehr dünnen Blechen, da es aufgrund deren Flexibilität zu ungewollten Spaltmaß-Schwankungen kommt. Daraus resultieren sehr hohe, ungewollte Ausschussraten. Darüber hinaus kommt es beim thermischen Fügen, z. B. Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, CMT-Lichtbogenschweißen, insbesondere beim Fügen von nicht gleichartigen Materialien, z. B. Aluminium/Stahl, zur Bildung von intermetallischen Phasen in dem Schmelzbad, deren Art und Dicke schwierig zu kontrollieren ist, die aber entscheidenden Einfluss auf die Festigkeit und Dauerfestigkeit der Verbindung haben.
Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren zur Verfügung zu stellen, das sich insbesondere für das Fügen dünner Bleche eignet und mit dem reproduzierbare Verbindungen erzielt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem zwei Teile mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden und bei dem die beiden Teile während des Schweißens durch einen Magnet fixiert werden, wobei das Magnetfeld dieses Magnet die Strömung einer Schmelze in der Schweißnaht beeinflusst.
Erfindungsgemäß werden die zu verbindenden Teile, insbesondere Bleche, während des thermischen. Fügens durch eine magnetische Kraft fixiert, insbesondere zusammengehalten und/oder miteinander verbunden, so dass sich zwischen den zu fügenden Teilen ein geringes, gleichmäßiges Spaltmaß einstellt. Die magnetische Kraft wird vorzugsweise sehr großflächig zur Verfügung gestellt, so dass sich ein gleichbleibendes geringes Spaltmaß zwischen den zu fügenden Teilen einstellt.
Bei dem Magneten, durch den die magnetische Kraft zur Verfügung gestellt wird, kann es sich um einen Permanent- oder einen Elektromagneten handeln. Vorzugsweise wird mindestens ein Elektromagnet eingesetzt, dessen Feldstärke regelbar ist. Für den Fall, dass eines der zu verbindenden Teile ferromagnetische Eigenschaften aufweist, kann dieses Teil von dem Magnet direkt angezogen werden. Das andere zu verbindende Teil wird dann zwischen diesem ferromagnetischen Teil und dem Magneten angeordnet. Für den Fall, dass keines der beiden zu verbindenden Teile ferromagnetische Eigenschaften aufweist, wird vorzugsweise ein ferromagnetisches Spannelement zur Verfügung gestellt, das von dem Magneten angezogen wird und die beiden zu verbindenden Teile zusammenzieht.
Beim thermischen Fügen, insbesondere beim Laserschweißen, entsteht durch die eingebrachte Wärmeenergie oftmals ein sogenanntes Schmelzbad, das in der Regel Schmelze, d. h. flüssiges Metall, beider zu fügender Teile aufweist. Erfindungsgemäß wird das Magnetfeld der Spannvorrichtung nun gleichzeitig dazu eingesetzt, die Strömung in dem Schmelzbad zu beeinflussen und damit die lokale Zusammensetzung und/oder das lokale metallische Gefüge der resultierenden Schweißnaht zu beeinflussen. Beispielsweise kann das Magnetfeld dazu eingesetzt werden, das Schmelzbad zu homogenisieren, und/oder um die Divergenz/Konvergenz zu beeinflussen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Magnetfeld jedoch dazu eingesetzt, einen ganz bestimmten Konzentrations- und/oder Gefügegradienten in dem Schmelzbad und damit in der resultierenden Schweißnaht zu erzielen. Dadurch kann die Qualität, d. h. die lokale chemische Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge, der resultierenden Schweißnaht gezielt beeinflusst werden. Das Magnetfeld dient nicht dazu das Weglaufen der Schmelze zu verhindern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Qualität, d. h. die lokale chemische Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge, der resultierenden Schweißnaht gezielt beeinflusst werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren beim Fügen von sehr dünnen Metallblechen eingesetzt. insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium und Stahl, bestehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sehr gleichmäßige, gut reproduzierbare Verbindungen zwischen den zu fügenden Teilen erzielen.
Vorzugsweise wird das Magnetfeld während des Schweißens verändert. Die Änderung kann dabei die Stärke des Magnetfeldes und/oder dessen Richtung betreffen.
Vorzugsweise erstreckt sich das Magnetfeld über die gesamte Länge der Schweißnaht.
Vorzugsweise wird der Einfluss des Magnetfelds auf die Schmelze erst dann unterbrochen wird, wenn diese hinreichend erstarrt ist, d. h. wenn deren Gefüge soweit erstarrt ist, dass es sich nicht mehr oder nur noch geringfügig verändert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt eine Schweißspannvorrichtung mittels derer ein erstes Teil 2 und ein zweites Teil 3 mit einer Schweißnaht 6 verbunden werden. Bei dem ersten Teil 2 handelt es sich beispielsweise um ein Aluminiumblech und bei dem zweiten Teil 3 um ein Stahlblech. Insbesondere sind die Bleche 2, 3 als sehr dünne Bleche ausgeführt. Diese beiden Bleche werden mit der Spannrichtung 4, die erfindungsgemäß magnetisch vorgesehen ist, vorzugsweise großflächig aneinandergedrückt, so dass beim Schweißen mittels der Schweißeinrichtung 5, beispielsweise dem Laser, nur ein kleiner, gleichmäßiger Schweißspalt vorhanden ist. Die Spannvorrichtung 4 besteht in dem vorliegenden Fall aus einem Magneten, insbesondere einem Elektromagneten, und einem ferromagnetischen Spannstück, das von dem Magneten angezogen wird und dadurch die Teile 2, 3 zusammendrückt. Der Fachmann versteht, dass auf das ferromagnetische Spannstück verzichtet werden kann, wenn eines der Teile 2, 3 ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Durch den Energieeintrag beim Schweißen, beispielsweise durch einen Laser 5, werden das erste und/oder das zweite Teil 2, 3 zumindest teilweise lokal, im Bereich der späteren Schweißnaht, geschmolzen, so dass ein Schmelzbad 6 entsteht. Erfindungsgemäß wird nun das Magnetfeld des Magneten 4 dazu eingesetzt werden, eine Strömung in dem Schmelzbad 6, insbesondere während des Schweißens, zu beeinflussen. Dadurch kann die lokale Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge der resultierenden Schweißnaht beeinflusst werden. Es ist vorzugsweise nicht vorgesehen, dass durch das Magnetfeld ein Verlust des Schweißbades verhindert oder vermindert wird. Das Magnetfeld des Magneten 4 kann während des Schweißvorgangs verändert werden. Beispielsweise kann während des Schweißvorgangs die Stärke des Magnetfeldes vermindert oder erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Schweißspannvorrichtung
2: erstes Teil
3: zweites Teil
4: Magnet
5: Energiestrahl, Laser, Schweißeinrichtung
6: Schmelzbad, Schweißnaht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007028956 A1 [0002]
DE 102007027226 A1 [0002]
DD 268418 [0002]
EP 0743133 A1 [0002]

Claims

Verfahren, bei dem zwei Teile (2, 3) mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (2, 3) während des Schweißens durch einen Magnet (4) fixiert werden und dass das Magnetfeld dieses Magneten (4) die Strömung einer Schmelze in der Schweißnaht (6) beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung die Schmelze homogenisiert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld während des Schweißens verändert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Magnet ein Spalt mit einer konstanten Breite eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetfeld über die gesamte Länge der Schweißnaht erstreckt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Magnetfelds auf die Schmelze erst dann unterbrochen wird, wenn diese hinreichend erstarrt ist.