DE102019215050B4 - Process for producing a laser soldered connection between coated sheet steel components - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Laserlötverbindung (3) zwischen beschichteten Stahlblechbauteilen (1, 2) umfassend die Schritte:- Bereitstellen eines ersten beschichteten Stahlblechbauteils (1) und eines zweiten beschichteten Stahlblechbauteils (2),- Verbinden der beiden Stahlblechbauteile (1, 2) durch Laserlöten mittels eines Zusatzmaterials (5) entlang mindestens einer Lötfuge (4),wobei das erste und das zweite Stahlblechbauteil (1.1, 2.1) mit einem zinkbasierten Überzug (1.2, 2.2) beschichtet ist, wobei der Überzug (1.2, 2.2) neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Magnesium mit einem Gehalt von 0,3 bis zu 5 Gew.-% und optional Aluminium mit einem Gehalt bis zu 5 Gew.-% enthält,dadurch gekennzeichnet, dassbeim Laserlöten zumindest vorlaufend vor dem Einbringen und Aufschmelzen des Zusatzmaterials (5) die Lötfuge (4) thermisch beaufschlagt wird, wobei ein Laser verwendet wird, wobei eine Laserstrahlung (6) ausgehend vom Laser derart auf das Zusatzmaterial (5) gerichtet wird, dass ein Teil der Strahlung (6) vom Zusatzmaterial zum Aufschmelzen des Zusatzmaterials (5) und Ausbilden der Lötverbindung (3) absorbiert wird und ein Teil der Strahlung (6.1) von dem Zusatzmaterial (5) vorlaufend auf die Lötfuge (4) zur Vorwärmung der Lötfuge (4) reflektiert wird.Method for producing a laser soldered connection (3) between coated sheet steel components (1, 2) comprising the steps: - providing a first coated sheet steel component (1) and a second coated sheet steel component (2), - connecting the two sheet steel components (1, 2) by laser soldering by means of an additional material (5) along at least one solder joint (4), the first and the second sheet steel component (1.1, 2.1) being coated with a zinc-based coating (1.2, 2.2), the coating (1.2, 2.2) containing zinc and unavoidable Contaminants contain additional elements such as magnesium with a content of 0.3 up to 5% by weight and optionally aluminum with a content of up to 5% by weight, characterized in that during laser soldering, at least initially before the introduction and melting of the additional material (5 ) the soldering joint (4) is thermally applied, a laser being used, with laser radiation (6) starting from the laser being directed onto the additional material (5) in such a way that part of the radiation (6) travels from the additional material to melt the additional material ( 5) and forming the solder joint (3) is absorbed and part of the radiation (6.1) is reflected by the additional material (5) onto the solder joint (4) to preheat the solder joint (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Laserlötverbindung zwischen beschichteten Stahlblechbauteilen umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines ersten beschichteten Stahlblechbauteils und eines zweiten beschichteten Stahlblechbauteils, - Verbinden der beiden Stahlblechbauteile durch Laserlöten mittels eines Zusatzmaterials entlang mindestens einer Lötfuge. Die Erfindung betrifft ferner eine lasergelötete Verbindung zwischen einem ersten beschichteten Stahlblechbauteil und einem zweiten beschichteten Stahlblechbauteil.
- - providing a first coated sheet steel component and a second coated sheet steel component, - connecting the two sheet steel components by laser soldering using an additional material along at least one solder joint. The invention also relates to a laser-soldered connection between a first coated sheet steel component and a second coated sheet steel component.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, beschichtete Stahlbleche mit zinkbasierten Überzügen im Automobilkarosseriebau zu verwenden, welche eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und das Umformverhalten im Presswerk zu optimieren, wurden Beschichtungssysteme auf Zinkbasis mit Zusätzen von Magnesium und Aluminium entwickelt, vgl.
Der Vorteil beim (Laser-)Löten im Vergleich zum (Laser-)Schweißen ist, dass das Grundmaterial (Blech) nicht aufschmilzt, was sonst zu einer höheren Korrosionsanfälligkeit führen würde. Beschichtungssysteme auf Zinkbasis mit Zusätzen von Magnesium und Aluminium sind wie Beschichtungssysteme rein auf Zinkbasis zwar gut schweißbar, haben aber beim Laserlöten den Nachteil, dass die Zusätze (Mg und AI) im Überzug während des Ausbildens einer Laserlötnaht beim Verbinden zweier Bleche die Diffusion erschweren und es dadurch zu einem verringerten Anbindungsquerschnitt kommen kann, insbesondere keine vollständige Anbindung der Laserlötnahtwurzel gewährleistet werden kann. Ein verringerter Anbindungsquerschnitt kann dazu führen, dass die im Einzelfall gewünschte bzw. durch den Kunden geforderte Festigkeit nicht erreicht wird. Dieser Effekt tritt beim Laserlöten von rein auf Zinkbasis beschichteten Stahlblechbauteilen nicht auf, sodass das gewünschte Festigkeitsniveau in der Laserlötverbindung sichergestellt werden kann, insbesondere eine im Wesentlichen vollständige Anbindung der Laserlötnahtwurzel gewährleistet werden kann.The advantage of (laser) soldering compared to (laser) welding is that the base material (sheet metal) does not melt, which would otherwise lead to a higher susceptibility to corrosion. Zinc-based coating systems with additions of magnesium and aluminum are, like coating systems purely based on zinc, easily weldable, but have the disadvantage with laser brazing that the additives (Mg and Al) in the coating make diffusion more difficult during the formation of a laser brazing seam when connecting two sheets and it this can lead to a reduced connection cross-section, in particular a complete connection of the laser soldering seam root cannot be guaranteed. A reduced connection cross-section can mean that the strength desired in individual cases or required by the customer is not achieved. This effect does not occur when laser soldering sheet steel components coated purely on a zinc basis, so that the desired level of strength in the laser soldered joint can be ensured, in particular a substantially complete connection of the laser soldered seam root can be guaranteed.
Um ein vergleichbares Festigkeitsniveau wie bei Beschichtungssystemen rein auf Zinkbasis zu erhalten, könnte dieser Effekt durch konstruktive Maßnahmen bei der Auslegung und der Fügesituation der beschichteten Stahlblechbauteile kompensiert werden, zum Beispiel durch zusätzliche Fügepunkte, Verlegen der Laserlötverbindung in weniger beanspruchte Bereiche, etc.In order to obtain a level of strength comparable to that of purely zinc-based coating systems, this effect could be compensated for by structural measures in the design and the joining situation of the coated sheet steel components, for example by additional joining points, relocating the laser soldered joint to less stressed areas, etc.
Sollten diese konstruktiven Maßnahmen jedoch aus technischen, zum Beispiel Package-Restriktionen, oder optischen Gründen für den Kunden nicht möglich sein, besteht hier ein Optimierungsbedarf hinsichtlich der Laserlöteignung von Beschichtungssystemen auf Zinkbasis mit Zusätzen von Magnesium und optional Aluminium.However, if these constructive measures are not possible for the customer for technical reasons, e.g. package restrictions, or optical reasons, there is a need for optimization with regard to the laser soldering suitability of zinc-based coating systems with additives of magnesium and optionally aluminum.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Laserlötverbindung zwischen beschichteten Stahlblechbauteilen anzugeben, mit welchem eine ausreichende Festigkeit in der Laserlötverbindung bereitgestellt werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a method for producing a laser-soldered connection between coated sheet steel components, with which sufficient strength can be provided in the laser-soldered connection.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This problem is solved by a method with the features of
Die Erfinder haben festgestellt, dass die für die Verbindungs- und/oder Diffusionsprozesse erforderliche Energie (Laserleistung) beim standardmäßig eingesetzten Laserlötverfahren, wie in der
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Stahlblechbauteil mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, wobei der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Magnesium mit einem Gehalt von 0,3 bis zu 5 Gew.-% und optional Aluminium mit einem Gehalt bis zu 5 Gew.-% enthält, und dass beim Laserlöten zumindest vorlaufend vor dem Einbringen und Aufschmelzen des Zusatzmaterials die Lötfuge thermisch beaufschlagt wird.According to the invention it is provided that the first and the second sheet steel component is coated with a zinc-based coating, the coating in addition to zinc and unavoidable impurities additional elements such as magnesium with a content of 0.3 to 5 wt .-% and optionally aluminum with a content contains up to 5 wt.
Ein vergleichbares Verfahren ist beispielhaft aus dem Artikel „Two-beam laser brazing of thin sheet steel for automotive industry using Cu-base filler material“, C. Mittelstädt et al. bekannt. Dieser Artikel zielt auf eine Laserlötverbindung von pressgehärteten, mit einem AlSi-Überzug versehenen Mangan-Bor-Stähle ab, um eine Fügeverbindung zwischen pressgehärteten Bauteilen bereitzustellen, durch welche die mittels Presshärten eingestellten Eigenschaften der Bauteile nicht nachteilig beeinflusst werden.A comparable method is exemplified in the article "Two-beam laser brazing of thin sheet steel for automotive industry using Cu-base filler material", C. Mittelstädt et al. known. This article aims at a laser brazing connection of press-hardened manganese-boron steels provided with an AlSi coating in order to provide a joint connection between press-hardened components which does not adversely affect the properties of the components adjusted by means of press-hardening.
Das erste und zweite Stahlblechbauteil ist mit zinkbasiertem Überzug beschichtet, welcher vorzugsweise durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist, wobei der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Magnesium mit einem Gehalt von 0,3 bis zu 5 Gew.-% und optional Aluminium mit einem Gehalt bis zu 5 Gew.-% enthält. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ein verbesserter Korrosionsschutz ist sichergestellt, wenn der Überzug Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% enthält. Aluminium kann zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-% zugegeben werden, um insbesondere eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu vermeiden. Sowohl Magnesium wie auch Aluminium können jeweils insbesondere auf einen maximalen Gehalt von 4 Gew.-%, vorzugsweise auf 3 Gew.-% beschränkt sein. Besonders bevorzug kann der Gehalt von Magnesium und Aluminium in Summe mindestens 1 Gew.-% und maximal 5 Gew.-% betragen.The first and second sheet steel component is coated with a zinc-based coating, which is preferably applied by hot-dip coating, the coating containing zinc and unavoidable impurities, additional elements such as magnesium with a content of 0.3 to 5% by weight and optionally aluminum with a content contains up to 5% by weight. Sheet steel with a zinc-based coating has very good cathodic protection against corrosion, which has been used in automobile construction for years. Improved protection against corrosion is ensured if the coating contains magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, preferably at least 0.9% by weight. Aluminum can be added in addition to magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular to improve bonding of the coating to the steel sheet and in particular to improve diffusion of iron from the steel sheet into the coating during heat treatment of the coated steel sheet in the essential to avoid. Both magnesium and aluminum can be limited to a maximum content of 4% by weight, preferably 3% by weight. Particularly preferably, the total content of magnesium and aluminum can be at least 1% by weight and at most 5% by weight.
Die Dicke des Überzugs kann zwischen 1,5 und 15 µm, insbesondere zwischen 2 und 12 µm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 µm betragen. Unterhalb der Mindestgrenze kann kein ausreichender kathodischer Korrosionsschutz gewährleistet werden und oberhalb der Höchstgrenze können Fügeprobleme beim Verbinden des Stahlblechs respektive eines daraus gefertigten Stahlblechbauteils mit einem anderen Bauteil auftreten.The thickness of the coating can be between 1.5 and 15 μm, in particular between 2 and 12 μm, preferably between 3 and 10 μm. Below the minimum limit, adequate cathodic protection against corrosion cannot be guaranteed, and above the maximum limit, joining problems can occur when connecting the sheet steel or a sheet steel component made from it to another component.
Das erste und das zweite Stahlblechbauteil werden mittels Laserlöten miteinander verbunden. Vor der Verbindung werden die Stahlblechbauteile nach Bedarf und Anforderung ausgerichtet und zueinander positioniert, dass sie zwischen sich im zu verbindenden Bereich mindestens eine Lötfuge ausbilden, in welcher durch Energieeinwirkung und Zuführen eines Zusatzmaterials eine Lötverbindung und somit eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Stahlblechbauteilen hergestellt wird.The first and the second sheet steel component are connected to one another by means of laser brazing. Before the connection, the sheet steel components are aligned as required and positioned relative to each other so that they form at least one solder joint between them in the area to be connected, in which a soldered connection and thus a material connection between the sheet steel components is produced by the action of energy and the supply of additional material.
Unter „thermisch beaufschlagt“ im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass die Lötfüge vorlaufend zum eigentlichen Laserlötprozess mit einer Energie (Vorwärmenergie) beaufschlagt wird, die mindestens 15% der Energie (Verbindungsenergie) entspricht, die zum Aufschmelzen des Zusatzmaterials und Ausbilden einer Lötverbindung erforderlich ist. Zur Verbesserung und/oder Stabilisierung des Laserlötprozesses kann die Vorwärmenergie insbesondere mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% der Verbindungsenergie betragen.“Thermally applied” within the meaning of the invention is to be understood that the soldered joint is charged with energy (preheating energy) in advance of the actual laser soldering process, which corresponds to at least 15% of the energy (connection energy) that is required to melt the additional material and form a soldered connection is. To improve and/or stabilize the laser soldering process, the preheating energy can be at least 20%, preferably at least 30%, preferably at least 40% of the connection energy.
Bedingt durch die im Vorlauf thermische Beaufschlagung der Lötfuge können die im zinkbasierten Überzug enthaltenen Zusätze wie Magnesium und optional Aluminium im Gefüge des Überzugs beeinflusst werden, sodass im anschließenden Laserlötprozess diese Zusätze die Diffusionsprozesse nicht negativ beeinflussen und damit eine vollständige Anbindung des Laserlötnahtquerschnitts sichergestellt werden kann.Due to the thermal loading of the solder joint in advance, the additives contained in the zinc-based coating, such as magnesium and optionally aluminum, can be influenced in the structure of the coating, so that these additives do not negatively influence the diffusion processes in the subsequent laser soldering process and thus a complete connection of the laser soldered seam cross-section can be ensured.
Das Zusatzmaterial wird bevorzugt als Zusatzdraht zugeführt und besteht aus einer kupferbasierten Zusammensetzung. Der Vorschub des Zusatzdrahtes wird insbesondere zwischen 2 und 10 m/min eingestellt, vorzugsweise zwischen 3 und 9 m/min, bevorzug zwischen 3,5 und 8,5 m/min. Der Zusatzdraht kann einen Durchmesser zwischen 1,0 und 1,6 mm aufweisen.The filler material is preferably supplied as filler wire and consists of a copper-based composition. The advance of the additional wire is set in particular between 2 and 10 m/min, preferably between 3 and 9 m/min, preferably between 3.5 and 8.5 m/min. The filler wire can have a diameter between 1.0 and 1.6 mm.
Die Laserleistung zum Ausbilden einer Lötverbindung wird insbesondere zwischen 1,8 und 10 kW eingestellt, vorzugsweise zwischen 2 und 7 kW, bevorzugt zwischen 2,1 und 5 kW.The laser power for forming a soldered connection is set in particular between 1.8 and 10 kW, preferably between 2 and 7 kW, preferably between 2.1 and 5 kW.
Die Geschwindigkeit zum Ausbilden einer Lötverbindung wird insbesondere zwischen 1,5 und 10 m/min eingestellt, vorzugsweise zwischen 2 und 8 m/min, bevorzugt zwischen 2,1 und 7 m/min.The speed for forming a soldered connection is set in particular between 1.5 and 10 m/min, preferably between 2 and 8 m/min, preferably between 2.1 and 7 m/min.
Weiterhin erfindungsgemäß wird ein Laser verwendet, wobei eine Laserstrahlung ausgehend vom Laser derart auf das Zusatzmaterial gerichtet wird, dass ein Teil der Strahlung (Verbindungsenergie) vom Zusatzmaterial zum Aufschmelzen des Zusatzmaterials und Ausbilden der Lötverbindung absorbiert wird und ein Teil der Strahlung (Vorwärmenergie) von dem Zusatzmaterial vorlaufend auf die Lötfuge zur Vorwärmung der Lötfuge reflektiert wird. Anhand von Simulationen und/oder „trial and error“-Versuchen kann die notwendige Laserleistung und der notwendige Winkel, der die beiden Teilaufgaben erfüllt, ermittelt werden.Furthermore, according to the invention, a laser is used, with laser radiation from the laser being directed onto the additional material in such a way that part of the radiation (joining energy) is absorbed by the additional material to melt the additional material and form the soldered connection and part of the radiation (preheating energy) is reflected from the filler material in advance onto the solder joint to preheat the solder joint. Using simulations and/or "trial and error" tests, the necessary laser power and the necessary angle that fulfills the two subtasks can be determined.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.Further advantageous configurations and developments emerge from the following description. One or more features from the claims, the description and the drawing can be combined with one or more other features from them to further refine the invention. One or more features from the independent claims can also be linked by one or more other features.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das erste beschichte Stahlblechbauteil mit einem Höhenversatz zum zweiten beschichteten Stahlblechbauteil positioniert.According to one embodiment, the first coated sheet steel component is positioned with a height offset relative to the second coated sheet steel component.
Gemäß einer Ausgestaltung besteht das erste und/oder das zweite Stahlblechbauteil aus einem Kohlenstoffstahl mit einer Zugfestigkeit Rm bis maximal 600 MPa, insbesondere bis maximal 500 MPa, vorzugsweise bis maximal 400 MPa. Die Zugfestigkeit des ersten und/oder zweiten Stahlblechbauteils bezieht sich auf den Endzustand bzw. Einbauzustand der Stahlblechbauteile. Der Kohlenstoffstahl ist ein kalt umformbarer Stahl, insbesondere ein Tiefziehstahl, BH-Stahl (bake-hardening) oder IF-Stahl (interstitial free). Das erste und/oder zweite Stahlblechbauteil kann eine Dicke bis maximal 2 mm, insbesondere bis maximal 1,5 mm, vorzugsweise bis maximal 1 mm, bevorzugt bis maximal 0,8 mm aufweisen.According to one embodiment, the first and/or the second sheet steel component consists of a carbon steel with a tensile strength Rm of up to a maximum of 600 MPa, in particular up to a maximum of 500 MPa, preferably up to a maximum of 400 MPa. The tensile strength of the first and/or second sheet steel component relates to the final state or installed state of the sheet steel components. Carbon steel is a steel that can be cold-formed, in particular a deep-drawing steel, BH steel (bake-hardening) or IF steel (interstitial free). The first and/or second sheet steel component can have a thickness of up to a maximum of 2 mm, in particular a maximum of 1.5 mm, preferably a maximum of 1 mm, preferably a maximum of 0.8 mm.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung eine lasergelötete Verbindung zwischen einem ersten beschichteten Stahlblechbauteil und einem zweiten beschichteten Stahlblechbauteil, wobei das erste und das zweite Stahlblechbauteil mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, wobei der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Magnesium mit einem Gehalt von 0,3 bis zu 5 Gew.-% und optional Aluminium mit einem Gehalt bis zu 5 Gew.-% enthält, wobei die lasergelötete Verbindung zwischen den Stahlblechbauteilen eine vollständige Anbindung des Lasernahtquerschnitts aufweist.According to a second teaching, the invention relates to a laser-soldered connection between a first coated sheet steel component and a second coated sheet steel component, the first and the second sheet steel component being coated with a zinc-based coating, the coating containing additional elements such as magnesium in addition to zinc and unavoidable impurities from 0.3 up to 5% by weight and optionally aluminum with a content of up to 5% by weight, the laser-soldered connection between the sheet steel components having a complete connection of the laser seam cross section.
Unter „vollständige Anbindung“ des Lasernahtquerschnitts im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass eine Laserlötnaht im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen durchgehend lunker- und/oder porenfrei zur angrenzenden Oberfläche des mindestens einen Stahlblechbauteils, vorzugsweise zu den angrenzenden Oberflächen der Stahlblechbauteile ausgebildet ist. Insbesondere sind Abweichungen im Rahmen der Toleranz zulässig."Complete connection" of the laser seam cross-section within the meaning of the invention is to be understood as meaning that a laser-soldered seam, viewed in cross-section, is essentially free of cavities and/or pores to the adjoining surface of the at least one sheet steel component, preferably to the adjoining surfaces of the sheet steel components. In particular, deviations within the scope of the tolerance are permissible.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die lasergelötete Verbindung als Bördelnaht oder Kehlnaht ausgebildet. Eine Bördelnaht kommt beispielsweise im Bereich einer Dachkonstruktion im Automobilkarosseriebereich zur Anwendung. Eine Kehlnaht kommt beispielsweise im Bereich eines bewegten, insbesondere großflächigen Karosserieteils im Automobilkarosseriebereich zur Anwendung, vorzugsweise an einer Tür, Motorhaube oder Heckklappe.According to a preferred embodiment, the laser-soldered connection is designed as a flanged seam or a fillet seam. A flanged seam is used, for example, in the area of a roof structure in the automobile body area. A fillet weld is used, for example, in the area of a moving, in particular large-area, body part in the automobile body area, preferably on a door, engine hood or tailgate.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
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1 : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, -
2 : eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels, -
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, -
4 eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels und -
5a, b : jeweils einen Ausschnitt eines Schliffbildes einer lasergelöteten Verbindung gemäß dem Stand der Technik (a) und einer lasergelöteten Verbindung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (b).
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1 : a schematic representation of a first embodiment of the invention, -
2 : a schematic representation of an alternative embodiment, -
3 a schematic representation of a second embodiment of the invention, -
4 a schematic representation of a further alternative embodiment and -
5a, b : each a section of a micrograph of a laser-soldered connection according to the prior art (a) and a laser-soldered connection according to an embodiment of the invention (b).
Die in den
Die in den
Der Unterschied zwischen der Ausführung gemäß des Standes der Technik und der erfindungsgemäßen Ausführung ist deutlich in dem Schliffbild zu erkennen.
In einer Untersuchung wurden mehrere Proben aus unterschiedlich beschichteten Stahlblechbauteilen mittels unterschiedlichen Laserlötverfahren mit Zusatzmaterial jeweils über eine Laserlötverbindung in Form einer Bördelnaht gemäß der
Da Proben 1 bis 7 bis zum Versagen (Reißen) beansprucht wurden, bedeutet +, dass die Probe in einem der Stahlblechbauteile versagt hat und nicht in der Laserlötverbindung, sodass eine ausreichende Festigkeit in der Laserlötnaht eingestellt werden konnte. - bedeutet ein Versagen in der Laserlötverbindung, was nicht zufriedenstellend war, vgl. Proben 2 und 3. Bei den Proben 5 und 7 bezieht sich die erste Laserleistung auf die Verbindungsenergie und die zweite Laserleistung auf die Vorwärmeenergie.Since
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1851352B1 (en) | 2005-02-22 | 2017-09-06 | Thyssenkrupp Steel Europe AG | Coated steel plate |
JP2007152381A (en) | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Daihatsu Motor Co Ltd | Method and device for laser brazing |
DE112015004546T5 (en) | 2014-10-03 | 2017-06-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Roof construction for a vehicle and method of making the roof structure of the vehicle |
DE102018120523A1 (en) | 2017-08-24 | 2019-02-28 | GM Global Technology Operations LLC | Laser beam soldering of metallic workpieces with a relative movement between the laser beam and the flux-cored wire |
Non-Patent Citations (1)
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MITTELSTÄDT, Christoph [et al.]: Two-beam laser brazing of thin sheet steel for automotive industry using cu-base filler material. In: Physics Procedia, Vol. 56, 2014, S. 699-708. - ISSN 1875-3884 (P); 1875-3892 (E). DOI: 10.1016/j.phpro.2014.08.077. URL: https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S1875389214002223?token=4618A61B59DBC24CF5A41C14523B7670F236AF9F20D6CB5FB3CA72525128EAC17C118A495F7F800495BE5BA3BC69DA32 [abgerufen am 2019-11-14] |
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