DE102019003104A1

DE102019003104A1 - Method for producing a welded connection between a workpiece and an aluminum welding stud adjoining it

Info

Publication number: DE102019003104A1
Application number: DE102019003104.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hader
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Werkstück und einem an diesem anschließenden Schweißbolzen aus Aluminium. Bei einem Verfahren, bei welchem ein rissfreier Schweißbereich am Werkstück und eine homogene Schweißnaht zwischen dem Schweißbolzen und dem Werkstück erhalten wird, erfolgt die Schweißung mit einem Schweißbolzen (1), der im Kopfbereich (5) einen Sektor (7) mit einem hochlegierten Zusatzwerkstoff aufweist, wobei mittels des Zusatzwerkstoffes die Aluminiumschmelze während des Schweißvorganges auflegiert wird.

The invention relates to a method for producing a welded joint between a workpiece and an adjoining welding stud made of aluminum. In a method in which a crack-free weld area on the workpiece and a homogeneous weld between the weld stud and the workpiece is obtained, the welding is performed with a weld stud (1) having a sector (7) with a high-alloy filler material in the head region (5) , wherein by means of the filler material, the aluminum melt is alloyed during the welding process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Werkstück und einem an diesem anschließenden Schweißbolzen aus AluminiumThe invention relates to a method for producing a welded joint between a workpiece and an adjoining welding stud made of aluminum

Aus der DE 100 35 351 A1 sind ein Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, und ein Verfahren zum Verschweißen desselben bekannt. Der Aluminiumbolzen ist im Bereich der Schweißflächen mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, welche aus Titan, Chrom oder Aluminium oder aus einer überwiegend Titan und/oder Chrom und/oder Aluminium enthaltenden Legierung besteht. Hierdurch soll eine verbesserte Schweißeignung des Aluminiumschweißteils erreicht werden, wobei dieser ohne zusätzlichen Aufwand bei hoher Schweißqualität verschweißbar sein soll.From the DE 100 35 351 A1 For example, an aluminum welding member, particularly aluminum bolts for stud welding, and a method for welding the same are known. The aluminum bolt is provided in the region of the welding surfaces with a surface coating which consists of titanium, chromium or aluminum or of an alloy containing predominantly titanium and / or chromium and / or aluminum. As a result, an improved weldability of the aluminum welding part to be achieved, which is to be welded without additional effort at high welding quality.

Beim Hubzündungsschweißverfahren kommt es in Abhängigkeit von Bolzen- und Werkstückwerkstoff zu Heißrissen innerhalb der Schweißverbindung und der Grundwerkstoffe in variierender Ausprägung, insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken.In the case of a lift-and-lift welding process, hot cracks within the welded joint and the base materials in varying degrees, in particular with thin-walled workpieces, occur as a function of the bolt and workpiece material.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein rissfreier Schweißbereich am Werkstück und eine homogene Schweißnaht zwischen dem Schweißbolzen und dem Werkstück erhalten werden.The object of the invention is to provide a method with which a crack-free welding area on the workpiece and a homogeneous weld between the welding stud and the workpiece are obtained.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.

Die Aufgabe ist mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass die Schweißung mit einem Schweißbolzen erfolgt, der im Kopfbereich einen Sektor mit einem hochlegierten Zusatzwerkstoff aufweist, wobei mittels des Zusatzwerkstoffes die Aluminiumschmelze während des Schweißvorganges auflegiert wird. Durch die lokale Einbringung des hochlegierten Zusatzwerkstoffs erfolgt eine markante Verbesserung der Schweißnahteigenschaften, was zur Reduzierung des Rissaufkommens im Werkstück und somit zu einer Steigerung der Schweißqualität führt.The object is achieved by a method in that the welding is carried out with a welding bolt, which has a sector with a high-alloy filler material in the head region, wherein the aluminum melt is alloyed by means of the filler material during the welding process. The local incorporation of the high-alloy filler material results in a marked improvement in the weld seam properties, which leads to a reduction in the amount of cracking in the workpiece and thus to an increase in the quality of the weld.

Vorteilhafterweise wird die Verschweißung mittels eines Hubzündungsverfahrens durchgeführt. Somit wird eine Bolzenschweißverbindung mit hoher Güte auch bei Verwendung heißrissgefährdeter Werkstoffkombinationen erzielt.Advantageously, the welding is carried out by means of a Hubzündungsverfahrens. Thus, a stud welding connection with high quality is achieved even when using Heißrissgefährdeter material combinations.

In einer Ausgestaltung wird der Zusatzwerkstoff bei der Herstellung des Schweißbolzens in diesen integriert. Dadurch wird gewährleistet, dass eine Auflegierung der Aluminiumschmelze während des Schweißvorganges erfolgt.In one embodiment, the filler material is integrated in the production of the welding bolt in this. This ensures that alloying of the aluminum melt takes place during the welding process.

In einer Alternative wird der Zusatzwerkstoff nach Herstellung des Schweißbolzens, jedoch vor dem Schweißvorgang auf diesen aufgebracht. Dies führt ebenfalls zur Steigerung der Schweißnahtgüte, da die Auflegierung der Aluminiumschmelze während des Schweißvorganges erfolgt.In one alternative, the filler material is applied after the welding bolt, but before the welding process on this. This also leads to an increase in the weld quality, since the alloying of the aluminum melt takes place during the welding process.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. Described and / or illustrated features may form the subject of the invention itself or in any meaningful combination, optionally also independent of the claims, and in particular may also be the subject of one or more separate application / s. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel für einen Schweißbolzen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Ausführungsbeispiel für eine homogene Schweißnaht zwischen dem Schweißbolzen gemäß 1 und einem Werkstück,
3 eine Prinzipdarstellung einer Rückseite des mit dem Schweißbolzen verschweißten Werkstückes

Show it:

1 an exemplary embodiment of a welding bolt for carrying out the method according to the invention,
2 an embodiment of a homogeneous weld between the welding bolt according to 1 and a workpiece,
3 a schematic representation of a back of the welded to the welding bolt workpiece

In 1 ist ein Schweißbolzen 1 dargestellt, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Der Schweißbolzen 1 besteht aus einem Schaft 3, an welchem ein Kopf 5 ausgebildet ist, der einen Sektor 7 mit einem hochlegierten Zusatzwerkstoff aufweist. Dieser Sektor 7 ist vorteilhafterweise an der Spitze des kegelförmigen Kopfes 5 ausgebildet, welcher im Schweißvorgang dem Werkstück direkt gegenüber liegt. Der Sektor 7 mit dem hochlegierten Zusatzwerkstoff wird bei der Herstellung des Schweißbolzens 1 in diesen eingebracht und ist somit integraler Bestandteil des Schweißbolzens 1. Während der Schweißbolzen 1 aus Aluminium besteht, kann als hochlegierter Zusatzwerkstoff beispielsweise AISi10 verwendet werden.In 1 is a welding stud 1 represented as used for carrying out the method according to the invention. The welding bolt 1 consists of a shaft 3 on which a head 5 is trained, the one sector 7 having a high alloy filler. This sector 7 is advantageously at the top of the conical head 5 formed, which lies directly opposite the workpiece in the welding process. The sector 7 with the high-alloy filler material is used in the production of the welding bolt 1 introduced into this and is thus an integral part of the welding bolt 1 , During the welding stud 1 made of aluminum, for example AISi10 can be used as a high-alloy filler material.

In einer Alternative wird der Schweißbolzen 1 zunächst aus Aluminium hergestellt. Nach Herstellung des Schweißbolzens 1 wird ein Sektor des Kopfes 5 vor dem Schweißvorgang mit dem hochlegierten Zusatzwerkstoff versehen.In an alternative, the welding stud becomes 1 initially made of aluminum. After production of the welding bolt 1 becomes a sector of the head 5 provided with the high-alloy filler before the welding process.

Der beschriebene Schweißbolzen 1 wird mittels eines Hubzündungsschweißverfahrens mit einem Werkstück 9 verschweißt. In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schweißergebnisses gezeigt. Mittels des hochlegierten Zusatzwerkstoffs wird eine sich aus dem Kopf 5 bildende Aluminiumschmelze während des Schweißvorganges auflegiert, was zu einer homogenen Schweißnaht 11 ohne Risse führt. The described welding bolt 1 is by means of a Hubzündungschweißverfahrens with a workpiece 9 welded. In 2 an embodiment of a welding result is shown. By means of the high-alloyed filler material, one gets out of the head 5 aluminum alloy melt alloyed during the welding process, resulting in a homogeneous weld 11 without cracks.

Eine Prinzipdarstellung einer Rückseite 13 des Werkstücks 9 ist in 3 dargestellt. Dort ist ersichtlich, dass ein Rissaufkommen selbst bei rissgefährdeten Werkstoffen mittels des beschriebenen Verfahrens unterbunden wird.A schematic diagram of a backside 13 of the workpiece 9 is in 3 shown. There it can be seen that a crack occurrence is prevented even with materials susceptible to cracking by the method described.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description of the figures enable one skilled in the art to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example as to the function or arrangement of individual elements recited in an exemplary embodiment, without Protected area, which is defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the description.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10035351 A1 [0002]

Claims

A method for producing a welded connection between a workpiece and an adjoining welding stud made of aluminum, characterized in that the welding is carried out with a welding stud (1) having in the head region (5) a sector (7) with a high-alloy filler material, by means of the filler material, the aluminum melt is alloyed during the welding process.

Method according to Claim 1 characterized in that the welding is carried out by means of a Hubzündungschweißverfahrens.

Method according to Claim 1 , characterized in that the welding is carried out by means of a tip ignition welding process.

Method according to Claim 1 . 2 or 3 characterized in that the filler material is integrated in the production of the welding bolt (1) in this.

Method according to Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that the filler material after production of the welding bolt (1), however, applied to this before the welding process.