DE102021106257A1

DE102021106257A1 - Blechmetallrohling und Baugruppe mit Oxidentfernungszone

Info

Publication number: DE102021106257A1
Application number: DE102021106257.8A
Authority: DE
Inventors: James J. Evangelista; Michael Telenko; Ruth M. Sierra
Original assignee: Grouper Blanking LLC
Current assignee: TWB LLC
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US20210283711A1; CN113414487A

Abstract

Eine geschweißte Rohlingbaugruppe (10) weist Aluminium-basierte Blechmetallrohlinge (12, 14), die mittels einer Rührreibschweißnaht (16) verbunden sind, und eine Oxidentfernungszone (24) auf einer Oberfläche (26, 28, 30) von zumindest einem der Rohlinge auf. Die durchschnittliche Dicke einer Oxidschicht (22) in der Oxidentfernungszone ist geringer als woanders entlang der Oberfläche. Die Schweißnaht ist zumindest teilweise in der Oxidentfernungszone angeordnet und ist im Wesentlichen frei von Oxidresten (18). Ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe weist das Entfernen von zumindest einem Abschnitt einer Oxidschicht auf einem Aluminium-basierten Blechmetallrohling auf, um die Oxidentfernungszone auszubilden, dann das Verbinden der Rohlinge miteinander an der Oxidentfernungszone mit einer Schweißnaht. Ein Oxidnachwachstum in der Oxidentfernungszone kann minimiert und/oder vermieden werden durch Schweißen innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach der Oxidentfernung, Steuerung der lokalen Umgebung zwischen der Oxidentfernung und dem Schweißen, und/oder Nutzung eines Oxidationshemmers.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Blechmetallrohlinge, geschweißte Rohlingbaugruppen, geformte Blechmetallkomponenten und dazugehörige Verfahren, insbesondere in Bezug auf Aluminium-basierte Blechmetalle.
Hintergrund
Rührreibschweißen ist ein Metallverbindungsvorgang, der nützlich zum Verbinden von Metallen mit relativ geringen Schmelzpunkten ist, wie etwa Aluminiumlegierungen. Aluminiumlegierungen sind eine Familie von Materialien, die häufig durch Rührreibschweißen in Anwendungen wie etwa dem Schiffbau, der Luftfahrt, und der Zugkonstruktion, verbunden werden. Diese Anwendungen werden typischerweise das Verbinden von relativ dicken Platten von Metall, die nicht einem Formvorgang nach dem Schweißen unterzogen sind. Ein maßgeschweißter Rohling erfüllt keine dieser Kriterien. Solch ein Rohling wird lediglich zu dem Zweck hergestellt, in eine dreidimensionale Form geformt zu werden, nachdem seine individuellen Blechmetallteile zusammengeschweißt sind. Dies stellt das Rührreibschweißen vor neuen Herausforderungen.
Kurzdarstellung
Eine geschweißte Rohlingbaugruppe weist Aluminium-basierte Blechmetallrohlinge auf, die mittels einer Rührreibschweißnaht verbunden sind, und eine Oxidentfernungszone auf einer Oberfläche von zumindest einem der Rohlinge auf. Die durchschnittliche Dicke einer Oxidschicht in der Oxidentfernungszone ist geringer als woanders entlang der Oberfläche. Die Schweißnaht ist zumindest teilweise in der Oxidentfernungszone angeordnet und ist im Wesentlichen frei von Oxidresten. Ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe weist das Entfernen zumindest einem Abschnitt einer Oxidschicht auf einem Aluminium-basierten Blechmetallrohling auf, um die Oxidentfernungszone auszubilden, dann das Verbinden der Rohlinge miteinander an der Oxidentfernungszone mit einer Schweißnaht. Ein Oxidnachwachstum in der Oxidentfernungszone kann minimiert und/oder vermieden werden durch Schweißen innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach der Oxidentfernung, Steuerung der lokalen Umgebung zwischen der Oxidentfernung und dem Schweißen, und/oder Nutzung eines Oxidationshemmers.
Ausführungsformen einer geschweißten Rohlingbaugruppe weisen einen ersten Aluminium-basierten Blechmetallrohling, einen zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohling, eine Oxidschicht, die auf zumindest einer Oberfläche des ersten und/oder des zweiten Blechmetallrohlings ausgebildet ist, und eine Oxidentfernungszone, die auf der zumindest einen Oberfläche des ersten und/oder des zweiten Blechmetallrohlings angeordnet ist. Eine durchschnittliche Dicke der Oxidschicht ist geringer in der Oxidentfernungszone als woanders auf der zumindest einen Oberfläche des ersten oder des zweiten Blechmetallrohlings. Die Baugruppe weist eine Rührreibschweißnaht auf, die den ersten und den zweiten Blechmetallrohling verbindet. Die Rührreibschweißnaht ist zumindest teilweise in der Oxidentfernungszone angeordnet und ist im Wesentlichen frei von Oxidresten.
In einigen Ausführungsformen ist die durchschnittliche Dicke der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone 10 Nanometer oder weniger.
In verschiedenen Ausführungsformen weist zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling auf:

eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung, in der Magnesium oder Zink in einer Menge größer als jegliches andere Nichtaluminiumelement vorhanden ist,
eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung Magnesium in einer Menge größer als 2,8 Gew.-% aufweist;
eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Zink in einer Menge größer als 0,5 Gew.-% aufweist;
an Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Silizium in einer Menge größer als 0,8 Gew.-% aufweist.

In einigen Ausführungsformen weist die Oxidschicht eine erste Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone und eine zweite Zusammensetzung woanders auf der zumindest einen Oberfläche von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling auf, wobei eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der ersten Zusammensetzung geringer als eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der zweiten Zusammensetzung ist.
In einigen Ausführungsformen weist zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohlingen eine Basismetallschicht auf, die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Aluminium und zumindest einem Nichtaluminiumelement aufweist, wobei eine Menge des Nichtaluminiumelemente geringer an einer Schnittstelle zwischen der Basismetallschicht und der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone als woanders innerhalb einer Dicke der Basismetallschicht ist.
In einigen Ausführungsformen ist eine geformte Blechmetallkomponente aus der geschweißten Rohlingbaugruppe geformt und weist des Weiteren eine Biegung auf, entlang der oder an der die Rührreibschweißnaht plastisch deformiert wurde.
Ausführungsformen eines Aluminium-basierten Blechmetallrohlings zur Nutzung bei der Herstellung einer geschweißten Rohlingbaugruppe weist einen Basismetallschicht, die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung aufweist, eine Oxidschicht, die auf zumindest einem Abschnitt einer ersten Primäroberfläche, auf zumindest einem Abschnitt einer zweiten Primäroberfläche und auf zumindest einem Abschnitt einer beschnittenen Kante ausgebildet ist. Die erste und die zweite Primäroberfläche sind auf entgegengesetzten Seiten des Blechmetallrohlings angeordnet, und die beschnittene Kante erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Primäroberfläche erstreckt. Der Rohling weist eine Oxidentfernungszone auf, die benachbart zu der beschnittenen Kante ist, und weist einen Innenbereich auf, der benachbart zu der Oxidentfernungszone ist. Die Oxidschicht weist eine erste durchschnittliche Dicke in der Oxidentfernungszone und eine zweite durchschnittliche Dicke in den Innenbereich auf, wobei die erste durchschnittliche Dicke geringer als die zweite durchschnittliche Dicke ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung Magnesium oder Zink in einer Menge größer als jegliches anderes Nichtaluminiumelement auf.
In einigen Ausführungsformen weist die erste durchschnittliche Dicke 10 Nanometer oder weniger auf.
In einigen Ausführungsformen weist die Oxidschicht eine erste Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone und eine zweite Zusammensetzung in dem Innenbereich auf, wo eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der ersten Zusammensetzung geringer als eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der zweiten Zusammensetzung ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung Aluminium und zumindest ein anderes Nichtaluminiumelement auf, wobei eine Menge des Nichtaluminiumelemente geringer an einer Schnittstelle zwischen der Basismetallschicht und der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone ist als in dem Innenbereich.
In einigen Ausführungsformen weist der Blechmetallrohling des Weiteren einen Oxidationshemmer auf, der die Oxidentfernungszone überlagert. Der Oxidationshemmer kann eine entfernbare Schicht eines Materials sein, das ein Öl, ein Fett, ein Wachs, ein Polymer, ein abziehbarer Film oder jegliche Kombination davon, aufweist.
Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe weisen das Bereitstellen eines ersten Aluminium-basierten Blechmetallrohlings mit einer Oxidschicht auf, die zumindest einer Oberfläche mit einer reduzierten Dicke an einer Oxidentfernungszone ausgebildet ist, das Bereitstellen eines zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohlings mit einer Oxidschicht, die auf zumindest einer Oberfläche mit einer reduzierten Dicke an einer Oxidentfernungszone ausgebildet ist, und das Ausbilden einer Rührreibschweißnaht, die den ersten und den zweiten Blechmetallrohling an den Oxidentfernungszonen miteinander verbindet, wobei die Rührreibschweißnaht im Wesentlichen frei von Oxidresten ist. Die Rührreibschweißnaht kann auch im Wesentlichen frei von Porositäten, Tunnelungen, Wurmlöchern oder anderen volumetrischen Defekten sein.
In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren das plastische Deformieren der geschweißten Rohlingbaugruppe an oder entlang der Rührreibschweißnaht nach dem Formen der Rührreibschweißnaht zum Ausbilden einer geformten Blechmetallkomponente auf.
In einigen Ausführungsformen ist die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone ausgebildet durch Entfernen zumindest eines Abschnitts der Oxidschicht an jeder Oxidentfernungszone, und das Verfahren weist des Weiteren das Hemmen von Oxidwachstum an jeder Oxidentfernungszone zwischen dem Schritt des Entfernens des zumindest einen Abschnitts der Oxidschicht und dem Schritt des Ausbildens der Rührreibschweißnaht auf.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der Schritt des Hemmens eines Oxidwachstums auf:

Durchführen von Schritt (c) innerhalb einer vordefinierten Menge von Zeit nach dem Schritt des Entfernens;
Anordnen einer Schicht von oxidationshemmendem Material über der Oxidentfernungszone von zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Blechmetallrohling;
Lagern jedes Blechmetallrohlings in einer sauerstoffarmen Umgebung zumindest einer Oxidentfernungszone;
Durchführen des Schrittes des Entfernens in einer sauerstoffarmen Umgebung;
Durchführen von Schritt (c) in einer sauerstoffarmen Umgebung;
Zuführen des ersten und des zweiten Blechmetallrohlings direkt von einer Vorrichtung, die den Schritt des Entfernens durchführt, in eine Rührreibschweißvorrichtung, die Schritt (c) durchführt; oder jegliche Kombination davon.

In einigen Ausführungsformen weist jeder Blechmetallrohling eine Basismetallschicht auf, die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung aufweist, die unter der Oxidschicht liegt, wobei die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone durch Entfernen der Oxidschicht und eines Abschnitts der Basismetallschicht an jeder Oxidentfernungszone ausgebildet ist.
In einigen Ausführungsformen ist die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone in einem Laserablationsvorgang ausgebildet, wobei der Laserablationsvorgang eine Echtzeitanalyse einer Reinigungsdampffahne aufweist, die während der Ablation ist, um zu helfen zu bestimmen, wann eine Basismetallschicht von jedem Blechmetallrohling erreicht ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass irgendeines oder mehrere der Merkmale, die voranstehend aufgelistet sind, in den Figuren dargestellt oder nachstehend beschrieben sind, in jeglicher technisch geeigneter Kombination kombiniert werden kann, um eine beanspruchte Erfindung zu definieren.
Beschreibung
Nachstehend beschrieben wird eine geschweißte Rohlingbaugruppe mit neu definierten Kriterien für eine Rührreibschweißnaht, wenn ein Aluminiumbasiertes Material involviert ist. Insbesondere wurden Oxidreste identifiziert als eine problematische Komponente von Rührreibschweißnähten, wenn ein Teil einer geschweißten Rohlingbaugruppe für nachfolgende Metallformvorgänge vorgesehen ist. Es ist bekannt, dass eine Oxidschicht sich spontan auf Oberflächen von Aluminium-basierten Materialien ausbilden, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt werden. Wenn sie durch Schweißen mit einem Metallteil verbunden werden, kann Material von der Oxidschicht in der Schweißverbindung verbleiben. Dies ist insbesondere wahr beim Rührreibschweißen, bei dem es keinen Hochintensitätslaser, elektrischen Lichtbogen, oder eine Flamme gibt, die auf die Oberfläche des Metalls während des Schweißens beaufschlagt wird und die dabei hilft, die Oxidschicht zu verdampfen.
In herkömmlichen Aluminiumrührreibschweißanwendungen wurden Oxidreste als harmlos für die Schweißnahtintegrität angesehen, wobei Schweißvorgangsparameter typischerweise optimiert wurden, um volumetrische Defekte wie etwa Hohlräume und Wurmlöcher entlang der Schweißnaht zu minimieren oder eliminieren. Jedoch wurden nun verschiedene Faktoren identifiziert, die bewirken, dass das Vorhandensein von Oberflächenoxiden in einer Rührreibschweißnaht problematisch ist. Diese Faktoren sind relativ spezifisch für maßgeschweißte Rohlinge aus Aluminium, insbesondere in Automobilanwendungen wo es fortgesetzte Maßnahmen gibt, die Treibstoffökonomie zu verbessern oder auf andere Weise gespeicherte Vortriebsenergie zu konservieren.
Zunächst sind die Blechmetallteile, die zusammenzuschweißen sind, relativ dünn verglichen mit den Metallplatten des Schiffbaus, zum Beispiel. Dies bewirkt, dass die natürlich geformte Oxidschicht auf Aluminium-basierten Materialien einen größeren Anteil der Gesamtdicke des Blechmetalls ausmacht, was volumetrisch die Menge von Oxiden erhöht, die in der Schweißnaht verbleiben können. Zweitens, neigt der Wunsch, die dünnsten möglichen Aluminium-basierten Materialien zu verwenden dazu Aluminiumlegierungen von hoher Festigkeit und mit höherer Formbarkeit zu nutzen, wie etwa Legierungen, die relativ hohe Mengen von Magnesium und/oder Silizium aufweisen. Dies führt zu einem höheren Anteil von Nichtaluminiumoxiden in der Oxidschicht, wie etwa Oxiden von Magnesium, Silizium usw. Drittens, werden Metallplatten von größeren Dimensionen typischerweise nicht Formvorgängen nach dem Schweißen ausgesetzt, wie es maßgeschweißte Rohlinge werden. Eine Rohlingbaugruppe, die mit Rührreibschweißen geschweißt ist, muss bei nachfolgenden Metallformvorgängen standhalten.
Zusätzlich wurde beobachtet, dass verbleibende Spannungen von solchen Formvorgängen ein verzögertes Bruchphänomen in Rührreibschweißnähten bewirken, d.h. Risse bilden sich in der Schweißnaht nach mehreren Wochen oder Monaten aus, die nicht sichtbar waren als die Schweißnaht ursprünglich hergestellt wurde, und ohne jegliche externe Belastungen, die auf das geformte Teil beaufschlagt wurden. Solche verzögerten Schweißnahtbrüche können sogar in Rührreibschweißnähten auftreten, die gemäß gegenwärtiger Industriestandards bezogen auf die Minimierung von volumetrischen Defekten hergestellt wurden. Oxidreste in der Rührreibschweißnaht sind werden als die Wurzel des Problems von verzögerten Schweißnahtbrüchen angesehen. Zusätzlich nimmt man an, dass volumetrische Defekte in der Rührreibschweißnaht wesentlich zu verzögerten Schweißnahtbrüchen beitragen, wenn solche Defekte in einer Rührreibschweißnaht vorhanden sind, die plastisch deformiert wurde.
Die 1 und 2 sind Fotomikrographien von Querschnitten von maßgeschweißten Rohlingbaugruppen 10 bei 50X Vergrößerung. Jede Rohlingbaugruppe 10 weist einen ersten Aluminium-basierten Blechmetallrohling 12, einen zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohling 14 und eine Rührreibschweißnaht 16 auf, die den ersten und den zweiten Blechmetallrohling verbindet. Das Beispiel in 2 weist Oxidreste 18 in der Schweißnaht 16 auf, während das Beispiel der 1 im Wesentlichen frei von Oxidresten in der Schweißnaht ist. Wie hier verwendet bedeutet „im Wesentlichen frei von Oxidresten“, dass die Menge von Oxidresten 18 in der Schweißverbindung 15 Teile pro Million (ppm) oder weniger ist. Dies repräsentiert eine wesentliche Abkehr von erlaubten Defekten in Automobil-Rührreibschweißnaht-Spezifikationen, die Schweißnahteinschlüsse erlauben, die in einem Bereich von 0,5 bis 0,6 Millimetern liegen, was äquivalent zu ungefähr 10.000 Teilen pro Million ist.
Ein Oxidrest 18 ist eine Konglomeration von Oxidzusammensetzungen innerhalb der Schweißverbindung 16. Diese Oxide können entlang Oberflächen und/oder Kanten der Blechmetallteile 12, 14 entstehen, die der Atmosphäre vor dem Schweißen ausgesetzt waren. Die Oxide sind im Wesentlichen in eine Rührreibschweißnaht eingerührt. Eine zusätzliche Oxidation der metallischen Materialien kann während des Schweißens auftreten und zusätzlich zu dem Vorhandensein der Oxidreste beitragen. In einem montierten, polierten und geätzten Metallographiequerschnitt, der entlang der Schweißverbindung 16 aufgenommen ist, treten Oxidreste unter 50X Vergrößerung als durchgezogene dunkle Linien oder Bereiche auf, wie in 2 dargestellt. Andere Schweißnahtdefekte wie etwa Fehlstellen bzw. Hohlräume und andere volumetrische Defekte treten auch als schwarze Linien oder Bereiche unter derselben Vergrößerung auf, aber können wie nachstehend beschrieben, unterschieden werden.
Um als Oxidrest 18 zum Zwecke dieser Offenbarung betrachtet zu werden, muss die kleinste Dimension einer kontinuierlichen schwarzen Linie oder Bereich in den geätzten Metallographiequerschnitt zumindest 10 µm sein und der identifizierte Bereich muss Oxide beinhalten, wie durch SEM-EDS-Analyse oder Ähnliches bestimmt ist. Einfache Fehlstellen oder andere volumetrische Defekte beinhalten nicht messbare Oxide. Das Vorhandensein von Fehlstellen und andere volumetrischen Defekten können durch andere Mittel detektiert werden, wie etwa zerstörungsfreie Ultraschallanalyse.
Um die Konzentration von Oxidresten 18 in der Schweißnaht 16 zu bestimmen, wird die Summe des gesamten Querschnittsbereichs der identifizierten Oxidreste gemessen und durch den Querschnittsbereich der Schweißnaht geteilt. Der Bereich der Schweißnaht 16 ist die Breite (W) auf der Oberseite der Schweißnaht multipliziert mit der durchschnittlichen Dicke der Basismetallschichten der verbundenen Blechmetallrohlinge 12, 14. Die Breite (W) ist allgemein durch den Durchmesser der Schulter des Rührreibschweißnahtwerkzeugs definiert.
3 stellt einen Abschnitt der Rührreibschweißnaht 16 von 2 bei 200X Vergrößerung dar und gibt ein Beispiel einer Oxidrestkonzentrationsberechnung an. Der dargestellte Oxidrest 18 weist eine Länge (1) von ungefähr 450 µm und eine Breite (w) auf die von ungefähr 10 µm bis ungefähr 50 µm entlang ihrer Länge variiert. Der Querschnittsbereich des identifizierten Rests 18 ist ungefähr 8500 µm². Dieses kann manuell bestimmt werden oder durch digitale Bildanalyse der Mikrographie. Der Querschnittsbereich der Schweißnaht 16 in 2, die eine Breite von W = 11,5 mm und eine durchschnittliche Dicke von 1,75 mm (T1 = 1,5 mm und T2 = 2,0 mm) aufweist, ist ungefähr 20,1 mm². Dies gibt eine Oxidrestkonzentration von ungefähr 0,042%, oder 420 ppm. Der identifizierte Oxidrest 18 in 3 macht die Schweißnaht 16 der 2 eine Schweißnaht, die nicht im Wesentlichen frei von Oxidresten ist, sogar falls es der einzige Oxidrest in der Schweißnaht ist.
Ein Weg gesichert zu stellen, dass die Rührreibschweißnaht 16 im Wesentlichen frei von Oxidresten ist, ist die Dicke der Oxidschicht an freiliegenden Oberflächen des Aluminium-basierten Blechmetallrohlings zu minimieren, insbesondere an dem vorgesehenen Ort der Rührreibschweißnaht vor dem Schweißen. 4 stellt schematisch einen der Blechmetallrohlinge 12 einer geschweißten Rohlingbaugruppe vor dem Schweißen dar und 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Blechmetallrohlings in 4. Der Blechmetallrohling 12 weist eine Basismetallschicht 20, eine Oxidschicht 22 und eine Oxidentfernungszone 24 auf. Die Basismetallschicht 20 weist eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung auf und die Oxidschicht 22 ist an zumindest einem Abschnitt von zumindest einer Oberfläche der Basismetallschicht ausgebildet. In diesem Beispiel ist die Oxidschicht 22 auf einer ersten Primäroberfläche 26, einer zweiten Primäroberfläche 28 und an einer beschnittenen Kante 30 ausgebildet. Die erste und die zweite Primäroberfläche 26, 28 sind an entgegengesetzten Seiten des Blechmetallrohlings 12 angeordnet und die beschnittene Kante 30 erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Primäroberfläche entlang eines Umfangs bzw. entlang einer Peripherie des Rohlings. Die beschnittene Kante 30 wird als eine Fläche angesehen, wie hier verwendet.
Die Oxidentfernungszone 24 ist benachbart zu der beschnittenen Kante 30 und ein Innenbereich 32 des Rohlings ist benachbart zu der Oxidentfernungszone definiert. Die Oxidschicht 22 weist eine erste durchschnittliche Dicke (T_r) in der Oxidentfernungszone 24 auf und eine zweite durchschnittliche Dicke (T_o) in dem Innenbereich 32 auf und die erste durchschnittliche Dicke ist geringer als die zweite durchschnittliche Dicke. In den 4 und 5 ist der dickere Abschnitt der Oxidschicht 22 als ein schattierter Bereich abgebildet. Die Dicke (T1) der Basismetallschicht 20 kann in einem Bereich von 0,5 mm bis 3,0 mm oder, allgemeiner, 3,0 mm oder weniger sein.
Wie hier verwendet ist eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung eine Legierungszusammensetzung, die Aluminium als ihren einzelnen größten Elementbestandteil aufweist. In einigen Ausführungsformen ist Aluminium ein Hauptbestandteil der Zusammensetzung und in anderen Ausführungsformen ist Aluminium in einer Menge größer als 90%, größer als 95% oder zwischen 90% und 95 % bezogen auf das Gewicht vorhanden. Die Basismetallschicht 20 kann geknetetes Aluminium oder eine geknetete Aluminiumlegierung sein, die ein oder mehrere der folgenden Elemente zusätzlich zu Aluminium aufweist: Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Magnesium, Chrom, Nickel, Zink, Titan, Silber, Bor, Bismut, Gallium, Lithium, Blei, Zinnvanadium und Zirkon. In einigen Ausführungsforme ist, die Basismetallschicht 20 eine nicht-wärmebehandelbare Aluminiumlegierung.
In detaillierteren Ausführungsformen ist die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung eine geknetete Aluminiumlegierung der 5000er Serie, wie bezeichnet durch das Internationale Legierungsbezeichnungssystem (International Alloy Designation System). Die Legierungszusammensetzung kann Magnesium als seinen größten Nichtaluminiumelementbestandteil aufweisen. Die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung kann zum Beispiel Magnesium in einer Menge von zumindest 0,5% und bis zu 6 % bezogen auf das Gewicht aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist Magnesium in einer Menge von zumindest 2 Gew.-% vorhanden. In anderen Ausführungsformen ist Magnesium in einer Menge größer als 2,8%, wie etwa in einem Bereich von 4% bis 5 bezogen auf das Gewicht vorhanden.
In anderen detaillierteren Ausführungsformen ist die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung eine geknetete Aluminiumlegierung der 6000er Serie wie bezeichnet durch das Internationale Legierungsbezeichnungssystem (International Alloy Designation System) und weist Magnesium und Silizium auf. Die Legierungszusammensetzung kann Silizium als ihren größten Nichtaluminiumelementbestandteil. Silizium können eine Menge von zumindest 0,2% und bis zu 1,8 % bezogen auf das Gewicht vorhanden sein, und Magnesium kann in derselben Legierung in einer Menge von zumindest 0,2% und bis zu 1,6 bezogen auf das Gewicht vorhanden sein, zum Beispiel. In anderen Ausführungsformen sind Silizium und Magnesium jeweils vorhanden in einer Menge von 0,5% oder mehr bezogen auf das Gewicht, oder in einer Menge von 0,5% bis 1,5 bezogen auf das Gewicht.
In anderen detaillierteren Ausführungsformen ist die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung eine geknetete Aluminiumlegierung der 7000 Serie wie bezeichnet durch das Internationale Legierungsbezeichnungssystem (International Alloy Designation System) und weist Magnesium und Zink auf. Die Legierungszusammensetzung kann Zink als ihren größten Nichtaluminiumelementbestandteil aufweisen. Zink kann in einer Menge von zumindest 0,8% und bis zu 12 bezogen auf das Gewicht, vorhanden sein, zum Beispiel. In einigen Ausführungsformen kann Zink kann in einer Menge von zumindest 3 % bezogen auf das Gewicht vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen ist Zink in einer Menge größer als 3% vorhanden, wie etwa in einem Bereich von 4% bis 10 % bezogen auf das Gewicht.
Die Oxidschicht 22 kann auf allen freiliegenden Oberflächen 26-30 des Blechmetallrohlings 12 vorhanden sein, mit der Dicke T_r in der Oxidentfernungszone 24 geringer als die Dicke T_o in dem Innenbereich. Wie nachstehend weiter diskutiert, ist die Dicke der Oxidschicht 22 höchst variabel, da die Schicht bei der Aussetzung gegenüber Sauerstoff wachsen kann, wobei das Wachstum typischerweise sich exponentiell verlangsamt, wenn die Schichtdicker wird. Die Wachstumsrate, Dicke und Verteilung der Oxidschicht 22 hängt von vielen Variablen, wie etwa der Materialzusammensetzung der Oberflächenkornorientierung der Basismetallschicht 20 und der Lagerung und der Handhabung des Materials ab. Die Dicke von der Oxidschicht 22 kann in einem Bereich von 2 nm bis ungefähr 100 µm sein und ein Verhältnis zwischen der Dicke T_r in der Oxidentfernungszone 24 und der Dicke T_o in dem Innenbereich 32 kann über die Zeit wachsen bis die zwei Dicken gleich sind.
Die Oxidschicht 22 kann natürlich ausgebildet sein durch Aussetzen der Basismetallschicht 20 dem atmosphärischen Sauerstoff, oder sie kann absichtlich geformte auf eine mehr gesteuerte Weise hergestellt sein, wie etwa durch Anodisieren oder Erwärmen der Basismaterialschicht 20 beim Vorhandensein von Sauerstoff. In einigen Fällen kann die Oxidschicht 22 einen natürlich geformten Abschnitt in Kontakt mit der Basismetallschicht 10 und einen absichtlich geformten Abschnitt über dem natürlich geformten Abschnitt aufweisen. Die Oxidschicht 22 weist eine Zusammensetzung auf, die eine Funktion der Materialzusammensetzung der Basismetallschicht 20 ist. Zum Beispiel, während die Oxidschicht 22 auf der Aluminium-basierten Legierungszusammensetzung Aluminiumoxid aufweisen kann, können auch andere Oxide von Magnesium, Silizium, Zink, Chrom und/oder andere Elementbestandteile vorhanden sein.
Die Oxidentfernungszone 24 zeigt einen Abschnitt des Blechmetallrohlings 12, entlang dem die Oxidschicht 22 entfernt wurde oder dessen Dicke auf andere Weise reduziert wurde. In dem dargestellten Beispiel wurde der Blechmetallrohling 12 zum Schweißen an ein anderes Metallteil vorbereitet, indem die Oxidentfernungszone 24 entlang der beschnittenen Kante 30 ausgebildet wurde. Insbesondere wurde zumindest ein Abschnitt der Oxidschicht 22 von einem Bereich entfernt, der eine Breite W_r und eine Länge L_r aufweist, sowohl an den ersten als auch der zweiten Primäroberfläche 26, 28. Zumindest ein Abschnitt der Oxidschicht 22 wurde auch von der beschnittenen Kante 30 entlang der gesamten Länge L_r von einer Seite des rechteckigen Umfangs des Rohlings 12 und von Abschnitten der beschnittenen Kante entfernt, die sich in die Richtung der Breite W_r auf zwei anderen Seiten des Umfangs des Rohlings erstreckt. Es ist zu beachten, dass Schichtdicken in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
Die Breite W_r der Oxidentfernungszone 24 kann hergestellt sein um die Größe der Schweißnaht, die auszubilden ist, aufzunehmen. Zum Beispiel in einem Fall einer Stoßschweißnaht, die durch Rührreibschweißen auszubilden ist, kann die Breite W_r eine Hälfte des Durchmessers der Schulter des Rührreibschweißnahtwerkzeugs oder größer sein. Für eine Rührreibschweißnaht, die ein Schweißwerkzeug mit einer 12 mm Schulter, zum Beispiel nutzt, kann die Breite W_r der Oxidentfernungszone kann größer als 6 mm sein. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, weil eine Rührreibschweißnaht asymmetrisch in Bezug auf die Kanten der Blechmetallrohlinge ausgebildet sein kann, die aneinanderstoßen. Auch wenn eine Stoßschweißnaht durch Rührreibschweißen ausgebildet wird, könnten die Blechmetallrohlinge verschiedene Dicken aufweisen, das Werkzeug kann nicht parallel mit den Primäroberflächen der Rohlinge ausgerichtet sein, so dass die Breite der fertiggestellten Schweißnaht geringer als der vollständige Durchmesser des Schweißwerkzeugs ist. Vorzugsweise stellt die Breite W_r der Oxidentfernungszone 24 auf jedem zu verschweißenden Rohling 0,5 mm oder mehr der Oxidentfernungszone auf jeder der gegenüberliegenden Seiten der fertiggestellten Schweißnaht bereit.
Die Oxidentfernungszone 24 kann durch verschiedene Verfahren ausgebildet sein, einschließlich aber nicht beschränkt auf Laserablation, chemische Behandlung, Plasmabehandlung oder mechanisches Abtragen der Oxidschicht 22 wo immer die Oxidentfernungszone gewünscht ist - d.h. wo immer die Rührreibschweißnaht auszubilden ist. Zusätzlich dazu, dass die Oxidschichtdicke T_r geringer als die des Innenbereichs ist, kann die Oxidentfernungszone 24 andere identifizierende Charakteristiken aufweisen, wobei einige davon abhängig von dem Oxidentfernungsverfahren sind. Zum Beispiel können die Oberflächen des Blechmetallrohlings 12 in der Oxidentfernungszone 24 eine höhere Reflektivität als die Oberflächen in dem Innenbereich 32 aufweisen. Qualitativ bedeutet dies, dass die Oberfläche in der Oxidentfernungszone 24 glänzender erscheinen kann als die anderen Bereiche des Blechmetallrohlings 12. Quantitativ bedeutet dies, dass ein höherer Prozentsatz von sichtbarem Licht in einer Richtung normal zu der Oberfläche in der Oxidentfernungszone 24 reflektiert wird als in den anderen Bereiche des Blechmetallrohlings, gemessen mit einem Reflektometer. Dies ist aufgrund dessen, dass ein größerer Anteil von einfallendem Licht gestreut und/oder absorbiert wird durch dickere Abschnitte der Oxidschicht 22. Dieses Reflektivitätsdifferential kann am offensichtlichsten sein durch chemischem Entfernen oder Laserablation. In einigen Fällen ist die Reflektivität von Oberflächen in der Oxidentfernungszone 24 auch verschieden von der Reflektivität von Oberflächen in dem Innenbereich 32. Zum Beispiel kann ein Winkel der höchsten Reflektivität von sichtbarem Licht verschieden in der Oxidentfernungszone 24 von dem Innenbereich 32 sein.
Die Oxidentfernungszone 24 kann ein laserabgetragenes Erscheinungsbild aufweisen, wie schematisch in 6 dargestellt, die eine Oberansicht eines Abschnitts der Oxidentfernungszone 24 ist. In diesem Beispiel wurde die Laserablation der Oxidschicht 22 in der Längsrichtung der Oxidentfernungszone 24 unter Nutzung eines gepulsten Lasers von hoher Frequenz. Aufgrund von Faktoren wie etwa einer nicht gleichförmigen Leistungsverteilung über den Durchmesser des Laserstrahls und überlappende sequentielle Laserpulse, die bewirken, dass verschiedene Unterbereiche des abgetragenen Bereichs einer unterschiedlichen Anzahl von Laserpulse ausgesetzt werden, kann ein Ablationsfingerabdruck bei genauer visueller Untersuchung der Oxidentfernungszone oder unter einem Mikroskop erkennbar sein. Während die abgetragene Oberfläche sich glatt anfühlen kann oder sogar dazu vermessen werden kann, einen geringen Rauhigkeitswert aufzuweisen, können Unterschiede im Nanometerbereich im Ablationsmuster sichtbar wahrnehmbar sein aufgrund der Gleichmäßigkeit des Ablationsmusters und verschiedenen Winkeln der Reflektivität von Licht an verschiedenen Orten innerhalb jedes individuellen Laserpul sorts.
Eine Oxidschichtentfernung durch mechanisches Abtragen kann die Oxidentfernungszone 24 mit einem verschiedenen sichtbaren Charakter versehen wie etwa Abtragungslinien, die in der Richtung des Abtragens ausgebildet oder einer durchschnittlichen Oberflächenrauigkeit höher als der des Innenbereichs 32, insbesondere gemessen in einer Richtung normal zu der Abtragungsrichtung. Obwohl eine Reflektivität von sichtbarem Licht nicht notwendigerweise höher in der Oxidentfernungszone 24 in einer Richtung normal auf zu der Oberfläche des Blechmetallrohlings sein kann, kann eine charakteristische Reflektivität, die als eine Funktion eines Reflektionswinkels gemessen ist, verschieden von der in dem Innenbereich sein.
Eine Ausbildung der Oxidentfernungszone 24 durch chemische Behandlung kann die Nutzung von Chemikalien aufweisen, in den ein oder mehrere Bestandteile der Oxidschicht 22 lösbar sind und/oder Chemikalien aufweisen, mit denen ein oder mehrere Bestandteile der Oxidschicht reagieren werden (z.B. eine Reduktionsreaktion). Daher kann eine Art der chemischen Behandlung abhängig von der Aluminium-basierten Legierungszusammensetzung und der Oxidschichtzusammensetzung sein. Ein Beispiel einer chemischen Behandlung, die genutzt werden kann, um einen Abschnitt der Oxidschicht 22 zu entfernen, um die Oxidentfernungszone 24 auszubilden, ist ein Deoxidationsagent, der eine Mischung von eisenhaltigen Salzen (z.B. eisenhaltigen Sulfaten) und Säure (z.B. Salpetersäure) aufweist. Eine solche Mischung ist erhältlich unter dem Markennamen Oakite^® LNC (Chemetall US, Inc., New Providence, NJ). In einem anderen Beispiel weist die Oxidentfernung eine Behandlung mit einer Lösung auf, die eine starke Säure aufweist, wie etwa Fluorwasserstoffsäure, Salzsäure oder Schwefelsäure. Oxide von Zink und Magnesium sind in den meisten Säuren lösbar und einige Säuren werden mit Oxiden von Aluminium und Silizium reagieren, um das Oxid in wasserlösliche Bestandteile aufzubrechen. Fluorwasserstoffsäure kann besonders nützlich bei Oxiden von Aluminium-basierten Legierungszusammensetzungen sein, die einen hohen Siliziumanteil aufweisen. Andere chemische Behandlungen können die Nutzung von Alkalibehandlungen (z.B. NaOH) oder Ammonium aufweisen. Ammonium kann besonders nützlich bei Oxiden von Aluminium-basierten Legierungszusammensetzungen sein, die einen hohen Magnesiumanteil aufweisen. Chemische Behandlungen können mit anderen Oxidentfernungstechniken kombiniert werden, wie etwa dem Durchführen vor und/oder nach einer Laserablation.
7 stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden der Oxidentfernungszone 24 durch Laserablation dar. Der Überwachungsaspekt mit geschlossenem Regelkreis dieses Verfahrens kann dabei zu helfen eine Wärmeleitung genau zu steuern, um nachteilige Effekte auf die Basismetallschicht 20 zu vermeiden. Während das folgende Verfahren in dem Zusammenhang mit dem Vorbereiten zweier Aluminium-basierter Blechmetallrohlinge 12, 14 zur selben Zeit beschrieben ist, kann eine ähnliche Technik genutzt werden, um Oxidentfernungszone 24 jeweils auf einem einzigen Rohling auszubilden, oder auf kontinuierlichem Aluminium-basierten Blechmaterial vor dem Schneiden in kleinere Rohlinge.
Das Verfahren beinhaltet das Richten einer Entfernungsvorrichtung 100 in Richtung des gewünschten Orts der Oxidentfernungszone 24 von jedem Blechmetallrohling 12, 14. In diesem Beispiel sind die Blechmetallrohlinge 12, 14 derart ausgerichtet, dass ihre jeweiligen beschnittenen Kanten 30 einander in der Orientierung zugewandt sind, in der sie letztendlich durch Schweißen miteinander verbunden werden. Die Entfernungsvorrichtung 100 nutzt einen Abtaststrahl 102 von einer Laserquelle 104, die einen Strahlerzeuger und eine oder mehrere Optiken (z.B. Linsen oder Spiegel) aufweisen kann, die dazu angeordnet sind, den Strahl auf die Blechmetallrohlinge 12, 14 zu bringen. Die Entfernungsvorrichtung 100 kann des Weiteren eine Abtaststeuerung 106, einen Prozessor 108 und einen Speicher 110 aufweisen. Die Abtaststeuerung 106 kann die Dimensionen und verschiedene andere Eigenschaften des Abtaststrahls 102 während des Oxidentfernungsvorgangs einstellen. Zum Beispiel kann die Abtaststeuerung 106 die Form und/oder Richtung des Strahls 102 innerhalb eines X-Y-Z-Koordinatensystems steuern. Mit einer 3D-Abtastung können die erste Primäroberfläche 26 und die beschnittene Kante 30 von jedem Blechmetallrohling 12, 14 in einem Durchgang behandelt werden. Der Abdeckbereich mit einem 2D Scan (x-y) kann in einem Bereich von ungefähr 200 x 200 mm bis ungefähr 400 x 400 mm, und das Abdeckungsvolumen eines 3D Scan (x-y-z) kann in einem Bereich von ungefähr 200 x 200 x 50 mm bis ungefähr 400 x 400 x 150 mm liegen. Diese Strahlgrößen können eine Oxidentfernung von Blechmetallrohlingen 12, 14 bereitstellen, sogar wenn dieser wie dargestellt voneinander entfernt sind.
Die Steuerung 106 kann dazu konfiguriert sein, verschiedene Betriebsparameter der Laserquelle 104 und/oder des Strahls 102 einzustellen, wie etwa die Leistung, Pulsdauer, Wellenlänge, Pulsfrequenz und den Ort und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Laserquelle (z.B. eine Bewegung eines Portals 112, das die Entfernungsvorrichtung bewegbar stützt). Der Speicher 110 kann Informationen in Bezug auf den vorgesehenen Scanbereich, Laserparameter, Schwellwerte für Prozessparameter und/oder Prozessinformation spezifisch für jeden individuellen Oxidentfernungszyklus, zum Beispiel, aufweisen.
Die Laserquelle 104 kann eine durchschnittliche Leistung in einem Bereich von 10 W bis 5000 W, wie etwa ein 800 W Laser, bereitstellen und kann einen ultraschnell gepulsten Laser bereitstellen (z.B. einen nanosekunden, pikosekunden oder femtosekundengepulsten Laser). Ein nanosekundengepulster Laser kann zum Beispiel eine Laserpulsdauer in einem Bereich von 1 ns bis 100 ns, wie etwa 25 ns bereitstellen. Die Wellenlänge des Lasers kann in einem Bereich von 850 nm bis 1200 nm, wie etwa 1030 nm sein. Die Laserfrequenz kann in einem Bereich von 5 kHz bis 100 kHz, wie etwa 30 kHz, sein. Die lineare Geschwindigkeit des Portals 112 in Bezug auf die Rohlinge 12, 14 kann in einem Bereich von 1 m/min bis 25 m/min, wie etwa ungefähr 6 m/min sein. Die Prozessparameter sind natürlich nicht beschränkend.
In diesem Beispiel sind separate Abschnitte des Strahls 102 symmetrisch auf die separaten Blechmetallrohlinge 12, 14 an ihren jeweiligen Oxidentfernungszonen 24 gerichtet. Ein zweiter Laser oder eine zweite Entfernungsvorrichtung kann gleichzeitig auf die sekundäre Primäroberfläche 28 jedes Rohlings 12, 14 von der Unterseite oder über zusätzliche Laseroptiken gerichtet sein. Eine Bewegung der Entfernungsvorrichtung 100 relativ zu den Rohlingen 12, 14 wird durch Bewegung des Portals 112, einen Roboter, oder andere Bewegungsmechanismen erreicht während die Blechmetallrohlinge 12, 14 stationär auf einer Basis 114 gehalten sind. Die Oxidschicht 22 in der Oxidentfernungszone 24 wird während der Ablation verdampft und durch ein Separationssystem 116 weg transportiert.
Die Vorrichtung 100 kann dazu ausgestattet sein, die Oxidentfernung zu überwachen und Prozessparameter in Echtzeit einzustellen. Zum Beispiel erzeugt der gepulste Laserstrahl 102 eine Reinigungsdampffahne 118, die in Echtzeit analysiert werden kann unter Nutzung eines visuell-, Laser-, oder plasmabasierten Inspektionssystems. Die Reinigungsdampffahne 118 kann analysiert werden unter Nutzung von Laser-induzierter Aufteilungsspektroskopie (englisch laser induced breakdown spectroscopy, LIBS), in der ein oder mehrere Pulse von dem Strahl 102 ein Abschnitt der Oxidschicht 22 entfernen und auch eine atomare Emission der abgetragenen Partikel erzeugen. Ein LIBS-Spektrum oder LIBS-Spektra können relative Konzentrationen der verschiedenen Bestandteile in der Dampffahne 118 bereitstellen. Diese Information kann dann dazu genutzt werden, den Prozessparameter einzustellen. Zum Beispiel, wenn die gesamte Dicke der Oxidschicht 22 entfernt ist, gibt es eine plötzliche Erhöhung in der Menge von Aluminium oder anderen Elementbestandteilen relativ zu der Menge von Sauerstoff, was in dem LIBS-Spektrum detektiert werden kann. Unter Nutzung dieser Information kann Laserpulse zu demselben Ort zugeführt werden, bis die Basismetallschicht erreicht wird, bevor der Laserstrahl 102 zu einem neuen Ort zur weiteren Oxidentfernung bewegt wird. Andere Elementbestandteile können überwacht und als Indikatoren für Prozessänderungen genutzt werden.
Die Oxidschicht 22 kann vollständig entfernt werden um die Oberfläche der Basismetallschicht 20 in der Oxidentfernungszone 24 freizulegen. Diese freigelegte Oberfläche kann nur kurz oder momentan freigelegt sein, weil eine neue 2-4 nm Oxidschicht sich auf der freigelegten Basismetallschicht fast sofort bei Aluminium-basierten Legierungszusammensetzungen bildet. Demgemäß kann ein Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe 10 das Vornehmen von ein oder mehreren Schritten aufweisen um ein Oxidwachstum in der Oxidentfernungszone 24 der individuellen Blechmetallrohlinge 12, 14 während der Zeit zwischen dem Ausbilden der Oxidentfernungszone und dem Schweißen des einen Blechmetallrohlings an den anderen zu hemmen.
In einer Ausführungsform weist das Hemmen von Oxidwachstum nach dem Ausbilden der Oxidentfernungszone 24 das Begrenzen einer Zeitmenge zwischen dem Schritt des Ausbildens der Oxidentfernungszone und dem Schritt des Schweißens auf. Zum Beispiel können die Rohlinge 12, 14 miteinander so bald wie möglich verschweißt werden, nachdem die Oxidentfernungszone 24 ausgebildet ist, eine Schweißverbindung zu erreichen, die im Wesentlichen frei von Oxidresten ist. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Rührreibschweißnaht innerhalb 1 Minute, innerhalb 30 Minuten, innerhalb 60 Minuten, innerhalb 2 Stunden, innerhalb 24 Stunden, innerhalb 48 Stunden oder innerhalb 72 Stunden von Erzeugung der Oxidentfernungszone ausgebildet. Diese Zeit kann aufgrund der Variabilität von Oxidschichtwachstumsraten basierend auf der jeweiligen Umgebung und der Materialzusammensetzung und der Basismetallschicht bspw. variieren. Das Verschweißen kann durchgeführt werden innerhalb einer vorbestimmten Zeitmenge nach der Ausbildung der Oxidentfernungszone. Die vorbestimmte Zeit kann experimentell erlangt werden durch inkrementelles Erhöhen dieser Zeit bis die voranstehend beschriebene Schweißnahtinspektion eine unakzeptable Menge von Oxidresten offenbart. Diese vorbestimmte Zeit wird als eine Zeit festgesetzt, die geringer als die Zeit ist, nach der unakzeptable Oxidreste in der Schweißnaht aufgetreten sind. In einer anderen Ausführungsform kann die Schweißnaht ausgebildet sein, bevor die Dicke der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone 10 nm überschreitet.
In einigen Ausführungsformen weist das Hemmen von Oxidwachstum das Durchführen des Oxidentfernungsvorgangs zusammen mit oder gleichzeitig mit dem Rührreibschweißvorgang auf, um die geschweißte Rohlingbaugruppe auszubilden. Zum Beispiel können die Blechmetallrohlinge 12, 14 mit ihren neu ausgebildeten Oxidentfernungszonen 24 direkt in den Rührreibschweißvorgang von der Oxidentfernungsvorrichtung zu geführt werden, um die Aussetzung der Oxidentfernungszonen an die Atmosphäre zu minimieren. Solch ein Vorgang kann die abgelaufene Zeit zwischen der Oxidentfernung und dem Schweißen auf nur wenige Sekunden reduzieren - z.B. in einem Bereich von 1 Sekunde bis 30 Sekunden.
In einem anderen Beispiel weist das Hemmen von Oxidwachstum das Erhalten der Blechmetallrohlinge in einer sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Umgebung nach der Oxidentfernung und vor dem Schweißen auf. Dieses kann mehrere Formen auf verschiedenen Stufen des Gesamtvorgangs annehmen und kann dazu dienen, die erlaubte Zeit zwischen der Oxidentfernung und Schweißen zu erweitern. Zum Beispiel kann die Oxidentfernung beim Vorhandensein eines Abschirmgas (z.B. Stickstoff oder ein Edelgas) in der Oxidentfernungszone 24 aufweisen und/oder in einem Raum oder einer Kammer mit einer sauerstoffarmen Umgebung. Von da können die Rohlinge 12, 14 direkt Rührreibschweißvorgang zugeführt werden oder können in einer sauerstoffarmen Umgebung gelagert und/oder in eine sauerstoffarme Umgebung transportiert werden. Der Rührreibschweißvorgang kann auch in einer sauerstoffarmen Umgebung durchgeführt werden oder während ein Abschirmgas entlang dem Bereich der Schweißnahtausbildung gerichtet wird. Wie hier genutzt ist eine sauerstoffarme Umgebung eine Umgebung in der die Konzentration von Sauerstoff geringer als atmosphärischer Sauerstoff ist, oder geringer als ungefähr 20% ist. Beispiele von sauerstoffarmen Umgebungen können Umgebungen mit geringer als 10%, weniger als 5%, weniger als 1% oder weniger als 0,1% Sauerstoff aufweisen. In einer Ausführungsform ist die sauerstoffarme Umgebung eine Flüssigumgebung, wo die Flüssigkeit ein nicht oxidierendes Material ist. Eine Flusszusammensetzung kann auch oder alternativ genutzt werden, um ein Oxidwachstum während des Schrittes des Schweißens zu hemmen.
In einem anderen Beispiel weist das Hemmen von Oxidwachstum und das Nutzen eines Oxidationshemmers zwischen der Oxidentfernung und dem Schweißen auf. Zum Beispiel kann eine Schutzbeschichtung über der Oxidentfernungszone 24 unmittelbar nach ihrer Ausbildung angeordnet werden oder zumindest bevor der Blechmetallrohling einer Sauerstoff-enthaltenen Atmosphäre ausgesetzt wird. Solch eine Beschichtung sollte eine sein, die vor dem Schweißen einfach zu entfernen ist oder eine sein, die bei den Temperaturen, die während des Schweißvorgang erzeugt werden, verdampft. Ein entfernbarer Oxidationshemmer kann eine Beschichtung sein, die nicht kovalent oder auf andere Weise permanent mit dem darunterliegenden Material verbunden ist. Ein Beispiel einer entfernbaren Schutzbeschichtung ist eine Ölimmersion oder eine dünne Schicht von Öl, die später mit einem Detergent oder organischen Lösung entfernt werden kann. Eine Schicht von Fett, Wachs, Vinyl oder einem anderen Polymerfilm oder Material ist ein weiteres Beispiel. Oder der Blechmetallrohling kann zwischen Schichten eines Polymerfilms laminiert werden, der vor dem Schweißen abgeschält werden kann.
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Blechmetallrohlings 12 ähnlich zu dem in der 5. In diesem Beispiel ist die Oxidentfernungszone 24 ausgebildet durch Laserablation, so dass die Dicke T_r der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone nicht gleichförmig. Insbesondere weist die Oxidentfernungszone 24 einen Übergangsabschnitt 34 auf, wo nur ein Abschnitt der Dicke der Oxidschicht 22 entfernt ist. Der Übergangsabschnitt 34 liegt in einem Grenzbereich zwischen der Oxidentfernungszone 24 und dem Innenbereich 32 und weist eine Dicke T_o gleich zu dem des Innenbereichs 32 auf einer Seite und eine Dicke T_r gleich zu der des Restes der Oxidentfernungszone 24 auf einer entgegengesetzten Seite auf. Solch ein Übergangsabschnitt 34 kann mit einem Laserstrahl ausgebildet werden, der eine Gauß'sche oder andere nicht gleichförmige Leistungsverteilung über seiner Breite aufweist. Der Übergangsabschnitt 34 kann das Vorhandensein eines Spannungserhöhers an der Grenze zwischen der Oxidentfernungszone 24 und dem Innenbereich 32 reduzieren, was nützlich sein kann bei geschweißten Rohlingbaugruppen die einem nachfolgenden Metallformvorgang unterzogen werden.
In einigen Ausführungsformen weist die Oxidschicht 22 eine erste Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone 24 und eine verschiedene zweite Zusammensetzung in dem Innenbereich 32 auf. Zum Beispiel kann die Oxidschicht 22 Oxide aus Aluminium an sowohl der Oxidentfernungszone 24 und dem Innenbereich 32 aufweisen, aber kann eine relativ kleinere Menge von Nichtaluminiumoxiden an der Oxidentfernungszone aufweisen. Dieses Phänomen kann aufgrund der schnelleren Kinetik von Aluminiumoxidation im Vergleich zu der von Nichtaluminiumelementen auftreten. Mit anderen Worten können einige der Nichtaluminiumelemente der darunterliegenden Legierung nicht so schnell wie das Aluminium oxidieren. Wie voranstehend angemerkt kann eine 2-4 nm Aluminiumoxidschicht sich auf der Aluminium-basierten Legierung des Blechmetalls fast sofort nach dem vollständigen Entfernen der Oxidschicht in der Oxidentfernungszone ausbilden. Zumindest zu der Zeit weist die Oxidschicht 22 eine Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone mit einem höheren Aluminiumoxidanteil als die Oxidschichtzusammensetzung in dem Innenbereich 32 auf. Des Weiteren bilden sich einige der Nichtaluminiumoxide langsamer aus und/oder erfordern höhere Temperaturen um überhaupt auszubilden, wie etwa bei der anfänglichen Herstellung der Legierung selbst. Man nimmt an, dass Nichtaluminiumoxide problematisch beim Bewirken von nicht akzeptablen Mengen von Oxidresten beim Rührreibschweißen sind. In einem Aspekt weist die Ausbildung der Oxidentfernungszone derart das Reduzieren des Nichtaluminiumoxidanteil der Oxidschicht an dem vorgesehenen Schweißort auf.
Ein weiterer Schritt, der unternommen werden kann um das Wiederwachstum von Nichtaluminiumoxiden in der Oxidentfernungszone zu verlangsamen ist eine aluminiumreiche Oberfläche während der Oxidentfernung auszubilden. Zum Beispiel in dem nachfolgend beschriebenen Beispiel des Laserablationsvorgangs, kann sich die Ablation fortsetzen, wenn die darunterliegende Aluminium-basierte Legierung einmal erreicht wurde. Aufgrund von Unterschieden in Verdampfungspunkten der Elemente der Legierung. können bestimmte Elemente bevorzugt von der Legierung an der oxidfreien Oberfläche entfernt. Zum Beispiel kann jegliches freie Magnesium oder Zink in der Legierung verdampfen während freies Aluminium nicht verdampft. In einer Ausführungsform kann der Laserablationsvorgang sich in Echtzeit an Änderungen von einem oder mehreren Prozessparametern anpassen, wenn er einmal detektiert, dass die Oxidschicht an der Oxidentfernungszone entfernt ist, um bevorzugt Bestandteile wie etwa Magnesium und Zink zu verdampfen, um eine aluminiumreiche Oberfläche in der Oxidentfernungszone auszubilden. Nachdem eine dünne 2-4 nm Schicht von Aluminiumoxid sich sofort in der Oxidentfernungszone ausbildet, ist die Zusammensetzung der darunterliegenden Legierung verschiedene an der Oxidschnittstelle als woanders innerhalb der Dicke der Basismetallschicht.
Die 9-14 zeigen Blechmetallrohlinge 12, 14 an verschiedenen Stufen während eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe 10. Das Verfahren beginnt mit dem Bereitstellen des ersten und des zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohlings 12, 14 jeweils mit einer jeweiligen Oxidschicht 22 ausgebildet auf zumindest einer Oberfläche wie in 9. In diesem Fall sind die Oxidschichten 22 an allen freiliegenden Oberflächen 26-30 von jedem Rohling 12, 14 ausgebildet und weisen eine Dicke T_o, obwohl die Oxidschichtdicke auf einer Oberfläche, wie etwa der beschnittenen Kante, verschieden von der auf einer anderen Oberfläche sein kann.
Die Oxidentfernungszone 24 wird dann auf jedem Blechmetallrohling 12, 14 wie voranstehend beschrieben und in 10 dargestellt ausgebildet. Die Oxidschicht 22 weist eine reduzierte durchschnittliche Dicke T_o in der Oxidentfernungszone 24 auf und kann ein Übergangsabschnitt 34 aufweisen, der eine Dicke zwischen T_r und T_o aufweist.
Einander gegenüberliegende Kanten 30 der Blechmetallrohlinge 12, 14 werden dann aneinandergesetzt wie in 11 dargestellt und eine Rührreibschweißnaht 16 wird ausgebildet, um die Blechmetallrohlinge miteinander zu verschweißen, wie in 12 dargestellt, um dadurch die geschweißte Rohlingbaugruppe 10 auszubilden. Die Rührreibschweißnaht 16 ist zumindest teilweise in der Oxidentfernungszone 24 von zumindest einem der Blechmetallrohlinge 12, 14 ausgebildet. Durch Vorhandensein der Oxidentfernungszone bzw. Oxidentfernungszonen, kann die Rührreibschweißnaht 16 kann im Wesentlichen frei von Oxidresten sein. In diesem Fall ist die gesamte Schweißnaht 16 in einer kombinieren Oxidentfernungszone angeordnet, die durch die Oxidentfernungszone 24 des ersten Blechmetallrohlings 12 zusammen mit der Oxidentfernungszone 24 des zweiten Blechmetallrohlings 14 definiert ist. Eine Breite W_c der kombinierten Oxidentfernungszone ist größer als die Breite W der Schweißnaht 16, so dass ein Abschnitt der Oxidentfernungszone 24 von jedem Rohlings 12, 14 entlang der Schweißnaht 16 freigelegt ist. Der freigelegte Abschnitt der Oxidentfernungszonen 24 kann ein oder mehrere der voranstehend beschriebenen Charakteristiken aufweisen, nachdem die Schweißnaht 16 ausgebildet ist (z.B. erhöhte Reflektivität, laserabgetragenes Erscheinungsbild, usw.).
Die 13 und 14 zeigen ein fortgesetztes Wachstum der Oxidschicht 22 nachdem die Schweißnaht 16 und die Rohlingbaugruppe 10 hergestellt sind. Aufgrund der geringeren Dicke der Oxidschicht 22 in den Oxidentfernungszonen 24 von jedem Rohling 12, 14 und, daher, über die Schweißnaht 16 und die relativ größere Dicke der Oxidschicht weg von der Schweißnaht und sofort nach der Schweißnahtausbildung, ist das Oxidwachstum anfänglich schneller in der Oxidentfernungszone. 13 zeigt die geschweißte Rohlingbaugruppe mit der Oxidschicht 22, die eine Übergangsdicke T_t größer als die Oxidschichtdicke T_r der Blechmetallrohlinge 12, 14 kurz vor dem Schweißen aufweist, but geringer als die Oxidschichtdicke T_o weg von den Oxidentfernungszonen. Weil ein Oxidschichtwachstum sich exponentiell mit der Dicke verlangsamt, kann die Oxidschicht 22 der fertiggestellten geschweißten Rohlingbaugruppe 10 letztendlich allgemein gleichförmig über die Oberflächen der geschweißten Rohlingbaugruppe werden, einschließlich über die Schweißnaht und über die vorherige Oxidentfernungszonen. Eine Oxidschichtgrenze 36 kann durch Prüfen von metallografischen Proben erkennbar sein, sogar nachdem die Oxidschichtdicke gleichförmig über die Schweißnaht geworden ist aufgrund der direktionalen Beschränkungen des Oxidschichtwachstums benachbart zu einer schon existierenden Oxidschicht an der Grenze.
Während die 9-14 den ersten und den zweiten Blechmetallrohling 12, 14 mit denselben Basismetallschichtdicken darstellen, soll erkannt werden, dass die geschweißte Rohlingbaugruppe 10 hergestellt werden kann mit den Rohlingen, die verschiedene Dicken aufweisen. Es soll auch erkannt werden, dass, obwohl Oxidreste und ihr Ausschluss vom Rührreibschweißen wie voranstehend beschrieben in einer Form spezifisch für Aluminium-basierte Legierungszusammensetzungen ist, jeder Blechmetallrohling 12, 14 eine Basismetallschicht mit einer Materialzusammensetzung aufweisen kann, die verschieden voneinander ist. Zum Beispiel kann der erste Blechmetallrohling 12 eine Basismetallschicht mit einer Zusammensetzung aufweisen, die als eine geknetete Aluminiumlegierung der 2000er Serie definiert ist, und der zweite Blechmetallrohling 14 kann eine Basismetallschicht mit einer Zusammensetzung aufweisen, die als eine geknetete Aluminiumlegierung der 5000er Serie definiert ist. In einigen Fällen kann eine der Blechmetallrohlinge eine Basismetallschicht aufweisen, die keine Aluminium-basierte Legierung ist.
Maßgeschweißte Rohlinge können einen ersten Blechmetallrohling aufweisen, der mit einem zweiten Blechmetallrohling derselben Dicke verscheißt ist, wie in den 9-14, oder der erste Blechmetallrohling kann eine verschiedene Dicke und/oder eine Basismetallschichtmaterialzusammensetzung verschieden von der des zweiten Blechmetallrohlings aufweisen. Ein Beispiel einer maßgeschweißten Rohlingbaugruppe 10 ist in 15 und 16 dargestellt.
15 ist eine Draufsicht auf eine geschweißte Rohlingbaugruppe 10, die vor nach einem Metallformvorgang dargestellt ist, in dem die Rohlingbaugruppe von einer im Wesentlichen flachen Blechform zu einer geformten und beschnittenen Rohlingbaugruppe 10' mit einer dreidimensionalen Kontur geändert ist. In diesem nicht beschränkenden Beispiel ist die geformte Rohlingbaugruppe 10' das innere Panel einer Fahrzeugtür mit einer Scharnierseite 38 und einer Schlossseite 40. Der erste und der zweite Blechmetallrohling 12, 14 der Rohlingsbaugruppe 10 werden durch Rührreibschweißen 16 entlang einer Oxidentfernungszone 24 gemäß der voranstehenden Beschreibung verbunden. In diesem Fall kann das zweite Blechmetall 14 eine größere Dicke als der erste Blechmetallrohling 12 aufweisen und/oder der zweite Blechmetallrohling kann aus einem Material hergestellt sein, das eine höhere Festigkeit als die des ersten Blechmetallrohlings aufweist, aufgrund der höheren Lasttrageanforderungen auf die Scharnierseite 38 des Fahrzeugtürpanels 10', das auszubilden ist.
16 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Längsrichtung der Schweißnaht 16, die eine beispielhafte dreidimensionale Kontur der geformten Rohlingbaugruppe 10' darstellt. Auf diese Weise wird die geschweißte Rohlingbaugruppe 10 ein Teil einer geformten Blechmetallkomponente 10' mit ein oder mehreren Biegungen 42 entlang der oder an denen eine Rührreibschweißnaht plastisch deformiert ist. Ein Ausbilden der Schweißnaht 16 gemäß der voranstehenden Beschreibung zum Ausschließen von Oxidresten aus der Schweißnaht kann die Langzeitschweißnahtintegrität verbessern und ein verzögertes Bruchphänomen in plastisch deformierten Schweißnahtverbindungen reduzieren oder eliminieren, die verbleibende Spannungen in sich geformt haben können.
Während die voranstehenden Beispiele in dem Kontext präsentiert wurden, dass der erste und der zweite Blechmetallrohling miteinander rührreibverschweißt wurden in einer Kante-zu-Kante-Stoßverbindungskonfiguration sind andere Rührreibschweißnahtverbindungen möglich, einschließlich einer L-Stoßverbindung, einer T-Stoßverbindung, einer überlappenden Verbindung oder einer Kehlnahtverbindung. In jedem Fall kann die Schweißnaht im Wesentlichen frei von Oxidresten ausgebildet sein indem die Schweißnaht zumindest teilweise in einer Oxidentfernungszone von einem oder beiden der Rohlinge ausgebildet und angeordnet wird, die miteinander zu verschweißen sind.
Es ist zu verstehend, dass die voranstehende Beschreibung nicht eine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung von ein oder mehreren beispielhaften Darstellungen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Beispiele bzw. spezielles Beispiel beschränkt, das hier offenbart ist, sondern ist einzig durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Des Weiteren beziehen sich die in der voranstehenden Beschreibung gemachten Feststellungen auf spezielle beispielhafte Darstellungen und sind nicht als Beschränkungen des Geltungsbereiches der Erfindung oder auf die Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen genutzt zu werden, zu verstehen, außer wenn ein Begriff oder eine Phrase voranstehend ausdrücklich definiert wird. Verschiedene andere Beispiele und verschiedene Änderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen bzw. der offenbarten Ausführungsform werden dem Fachmann offensichtlich. Alle solche anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sind dazu vorgesehenen, in den Geltungsbereich der anliegenden Ansprüche zu fallen.
Wie in dieser Beschreibung und Ansprüchen genutzt, sind die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“, „beispielsweise“, „wie etwa“, und „sowie“ und die Verben „mit“, „aufweisen“, „einschließlich,“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Zusammenhang mit einer Aufzählung von ein oder mehreren Komponenten und anderen Dingen, genutzt werden jeweils als offen auszulegen, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als andere, zusätzliche Komponenten oder Dinge ausschließend zu betrachten ist. Andere Begriffe sind unter Nutzung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, außer sie werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims

Geschweißte Rohlingbaugruppe (10), mit: einem ersten Aluminium-basierten Blechmetallrohling (12); einem zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohling (14), einer Oxidschicht (22), die auf zumindest einer Oberfläche (26, 28, 30) des ersten oder des zweiten Blechmetallrohlings ausgebildet ist; einer Oxidentfernungszone (24), die auf der zumindest einen Oberfläche des ersten oder des zweiten Blechmetallrohlings angeordnet ist, wobei eine durchschnittliche Dicke der Oxidschicht geringer in der Oxidentfernungszone als woanders auf der zumindest einen Oberfläche des ersten oder des zweiten Blechmetallrohlings ist; und eine Rührreibschweißnaht (16), die den ersten und den zweiten Blechmetallrohling verbindet, wobei die Rührreibschweißnaht zumindest teilweise in der Oxidentfernungszone angeordnet ist und im Wesentlichen frei von Oxidresten (18) ist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling (12, 14) eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung aufweist, in der Magnesium oder Zink vorhanden ist in einer Menge größer als jegliches anderes Nichtaluminiumelement.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling (12, 14) eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Magnesium in einer Menge größer als 2,8 Gew.-% aufweist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling (12, 14) eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Zink in einer Menge größer als 0,5 Gew.-% aufweist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohling (12, 14) eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Silizium in einer Menge größer als 0,8 Gew.-% aufweist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die durchschnittliche Dicke der Oxidschicht (22) in der Oxidentfernungszone (24) 10 Nanometer oder weniger ist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oxidschicht (22) eine erste Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone (24) und eine zweite Zusammensetzung woanders auf der zumindest einen Oberfläche (26, 28, 30) des ersten oder des zweiten Blechmetallrohlings (12, 14) aufweist, wobei eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der ersten Zusammensetzung geringer als eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der zweiten Zusammensetzung ist.
Geschweißte Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest einer von dem ersten oder dem zweiten Blechmetallrohlingen (12, 14) eine Basismetallschicht (20) aufweist, die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung mit Aluminium und zumindest einem Nichtaluminiumelement aufweist, wobei eine Menge des Nichtaluminiumelemente geringer an einer Schnittstelle zwischen der Basismetallschicht und der Oxidschicht (22) in der Oxidentfernungszone (24) als woanders innerhalb einer Dicke der Basismetallschicht ist.
Geformte Blechmetallkomponente (10'), mit der geschweißten Rohlingbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die geformte Blechmetallkomponente des Weiteren eine Biegung (42) aufweist, entlang der oder an der die Rührreibschweißnaht (16) plastisch deformiert wurde.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14), mit: einer Basismetallschicht (20), die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung aufweist; einer Oxidschicht (22), die auf zumindest einem Abschnitt einer ersten Primäroberfläche (26), auf zumindest einem Abschnitt einer zweiten Primäroberfläche (28) und auf zumindest einem Abschnitt einer beschnittenen Kante (30) ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Primäroberfläche auf entgegengesetzten Seiten des Blechmetallrohlings angeordnet sind, und wobei die beschnittene Kante sich zwischen der ersten und der zweiten Primäroberfläche erstreckt; einer Oxidentfernungszone (24), die benachbart zu der beschnittenen Kante ist, und einem Innenbereich (32), der benachbart zu der Oxidentfernungszone ist, wobei die Oxidschicht eine erste durchschnittliche Dicke in der Oxidentfernungszone und eine zweite durchschnittliche Dicke in dem Innenbereich aufweist, und wobei die erste durchschnittliche Dicke geringer als die zweite durchschnittliche Dicke ist.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach Anspruch 10, wobei die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung Magnesium oder Zink in einer Menge größer als jegliches andere Nichtaluminiumelement aufweist.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste durchschnittliche Dicke 10 Nanometer oder weniger ist.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Oxidschicht (22) erste Zusammensetzung in der Oxidentfernungszone (24) und eine zweite Zusammensetzung in dem Innenbereich (32) aufweist, wobei eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der ersten Zusammensetzung geringer als eine Menge von Nichtaluminiumoxid in der zweiten Zusammensetzung ist.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung Aluminium und zumindest ein anderes Nichtaluminiumelement aufweist, wobei eine Menge des Nichtaluminiumelemente geringer an einer Schnittstelle zwischen der Basismetallschicht (20) und der Oxidschicht (22) in der Oxidentfernungszone (24) ist als in dem Innenbereich (32).
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, des Weiteren mit einem Oxidationshemmer, der die Oxidentfernungszone (24) überlagert.
Aluminium-basierter Blechmetallrohling (12, 14) nach Anspruch 15, wobei der Oxidationshemmer eine entfernbare Schicht eines Materialien ist, das ein Öl, ein Fett, ein Wachs, ein Polymer, einen abziehbaren Film, oder jegliche Kombination davon aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer geschweißten Rohlingbaugruppe (10), mit: (a) Bereitstellen eines ersten Aluminium-basierten Blechmetallrohlings (12) mit einer Oxidschicht (22), die auf zumindest einer Oberfläche (26, 28, 30) mit einer reduzierten Dicke an einer Oxidentfernungszone (24) ausgebildet ist, (b) Bereitstellen eines zweiten Aluminium-basierten Blechmetallrohlings (14) mit einer Oxidschicht (22), die auf zumindest einer Oberfläche mit einer reduzierten Dicke an einer Oxidentfernungszone ausgebildet ist; und (c) Ausbilden einer Rührreibschweißnaht (16), die den ersten und den zweiten Blechmetallrohling an den Oxidentfernungszonen miteinander verbindet, wobei die Rührreibschweißnaht im Wesentlichen frei von Oxidresten (18) ist.
Verfahren nach Anspruch 17, des Weiteren mit dem Schritt des plastischen Deformierens der geschweißten Rohlingbaugruppe (10) an oder entlang der Rührreibschweißnaht (16) nach Schritt (c), um eine geformte Blechmetallkomponente (10') auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone (24) ausgebildet wird durch Entfernen zumindest eines Abschnitts der Oxidschicht (22) an jeder Oxidentfernungszone, wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt des Hemmens von Oxidwachstum an jeder Oxidentfernungszone zwischen dem Schritt des Entfernens des zumindest einen Abschnitts der Oxidschicht und Schritt (c) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Hemmens von Oxidwachstum aufweist: Durchführen von Schritt (c) innerhalb einer vordefinierten Menge von Zeit nach dem Schritt des Entfernens; Anordnen einer Schicht von oxidationshemmendem Material über der Oxidentfernungszone (24) von zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Blechmetallrohling (12, 14); Lagern jedes Blechmetallrohlings (12, 14) in einer sauerstoffarmen Umgebung zumindest eine Oxidentfernungszone; Durchführen des Schrittes des Entfernens in einer sauerstoffarmen Umgebung; Durchführen von Schritt (c) in einer sauerstoffarmen Umgebung; Zuführen des ersten und des zweiten Blechmetallrohlings direkt von einer Vorrichtung (100), die den Schritt des Entfernens durchführt in eine Rührreibschweißvorrichtung, die Schritt (c) durchführt; oder jegliche Kombination davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei jeder Blechmetallrohling (12, 14) eine Basismetallschicht (20) aufweist, die eine Aluminium-basierte Legierungszusammensetzung aufweist, die unter der Oxidschicht (22) liegt, wobei die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone (24) durch Entfernen der Oxidschicht und eines Abschnitts der Basismetallschicht an jeder Oxidentfernungszone ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die reduzierte Dicke an jeder Oxidentfernungszone (24) in einem Laserablationsvorgang ausgebildet ist, wobei der Laserablationsvorgang eine Echtzeitanalyse einer Reinigungsdampffahne (118) aufweist, die während der Ablation erzeugt ist, um zu helfen zu bestimmen, wann eine Basismetallschicht (20) von jedem Blechmetallrohling (12, 14) erreicht ist.