DE10324952A1

DE10324952A1 - Soldering powder material for very strong ultra-thin sheet metal work pieces, or to cover an organically coated layer with a fine solder mantle

Info

Publication number: DE10324952A1
Application number: DE2003124952
Authority: DE
Inventors: Belkacem Dr.-Ing. habil. Bouaifi
Original assignee: VALCO EDELSTAHL und SCHWEISSTECHNIK GmbH; VALCO EDELSTAHL und SCHWEISTEC
Current assignee: NEUE TECHNOLOGIE SYSTEMLOESUNGEN GMBH
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Soldering material is presented to a work piece in powder form with a grain size of less than 0.2 mm and contains 2-9 % by weight nickel, 1.5-5 % silicon, 6-10 % tin, 0.1-1 % boron, 1-10 % manganese and 0-1.5 % iron. The residue is made up of copper and unavoidable impurities. The powder is applied to an interface between two work pieces, or as a powder coating, and is heated by external means.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zusatzwerkstoff nach Art eines Fülldrahtes zur Herstellung von Lötstellen bzw. zum flächenmäßigen Auftragen von hoher Stabilität und Korrosionsbeständigkeit.The The invention relates to a filler material in the manner of a cored wire for the production of solder joints or for surface application of high stability and corrosion resistance.

Um Metallteile, die häufig eine ungleiche Werkstoffzusammensetzung haben, untereinander zu verbinden, wird oft das Hartlöten eingesetzt. Dabei zwischen den Teilen unter Ausbildung einer Einheit ein Hartlot angeordnet, welches einen Schmelzpunkt hat, der niedriger ist als derjenige der zu verbindenden Teile.Around Metal parts that are common have an unequal material composition connect, is often brazing used. Thereby between the parts to form a unit arranged a brazing alloy which has a melting point that is lower is that of the parts to be connected.

Üblicherweise werden Lötzusatzwerkstoffen in Form von Massivdrähten eingesetzt. Die Herstellung der Massivdrähte erfolgt in der Weise, daß eine entsprechende Legierung aufgeschmolzen und zu einem Draht verarbeitet wird. Die Herstellung derartiger Drähte ist relativ aufwendig, da zuerst zur Legierungsbildung die Einzelkomponenten aufgeschmolzen werden müssen und anschließend die Verarbeitung zu einem Draht erfolgen muß. Manche dieser Lötlegierungen sind auch nicht zu einem Draht verarbeitbar.Usually become filler metals in the form of solid wires used. The solid wires are manufactured in such a way that a corresponding one Alloy melted and processed into a wire. The Manufacture of such wires is relatively expensive, since the individual components are the first to form alloys must be melted and subsequently processing into a wire must be done. Some of these solder alloys cannot be processed into a wire.

Hohe Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Gewichtsreduzierung und besseren Korrosionsschutzes haben in den letzten Jahren verstärkt zur Entwicklung höherfester Feinblechwerkstoffen sowie zu vermehrtem Einsatz von oberflächenveredelten (verzinkten und/oder aluminierten) hochfesten Blechen geführt. Als Feinblechwerkstoffe werden feuerverzinkte und elektrolytisch sowie organisch beschichtete Feinblechwerkstoffe der Qualität ZstE340, ZstE260, ZstE360, DP500, DP600 und TRIP700 im Blechdickenbereich von 0,7 bis 3,0 mm eingesetzt. Bedingt durch die wärmeempfindliche komplexe Gefügestruktur dieser Werkstoffe und die veredelte Oberfläche werden an die Fügetechnik immer neuere und komplexere Aufgaben herangetragen. Zum Fügen von oberflächenveredelten Feinblechen oder wärmeempfindlichen Werkstoffen eignet sich das Hartlöten, das aufgrund ihrer verfahrensspezifischen Vorteilen den jeweiligen Grundstoffen durch die Prozeßwärme nur wenig beeinflussen.Height Requirements for strength, weight reduction and better Corrosion protection have increased in recent years Development of higher strength Sheet metal materials and the increased use of surface-coated (galvanized and / or aluminized) high-strength sheets. As Sheet metal materials are hot-dip galvanized and electrolytic as well organically coated sheet metal materials of quality ZstE340, ZstE260, ZstE360, DP500, DP600 and TRIP700 in the sheet thickness range from 0.7 to 3.0 mm. Due to the heat sensitive complex structure of this Materials and the finished surface are attached to the joining technology ever newer and more complex tasks. For joining surface-finished Thin sheet or heat sensitive Brazing is suitable for materials because of its process-specific Advantages of the respective raw materials through the process heat only affect little.

Frühzeitig wurde erkannt, daß das Hartlöten ein geeignetes Verfahren für das Fügen von wärmeempfindlichen Werkstoffen darstellt. Dennoch befindet sich der Einsatz dieses Verfahrens bei der Feinblechverarbeitung hochfester Werkstoffe in den Anfängen, was in erster Linie auf die Nichtverfügbarkeit von geeigneten Lotzusatzwerkstoffen zurückzuführen ist. Das Hartlöten von verzinkten Blechen aus höherfesten Stählen mit konventionellen Massivdrähten ist heute mit Schwierigkeiten verbunden. Die bisher eingesetzten Massiv-Bronzedrähte stellen in der Regel keine richtige Lösung dar.Early it was recognized that the brazing a suitable method for the joining of heat sensitive Represents materials. Nevertheless, the use of this is Process in sheet metal processing of high strength materials in the beginnings, primarily due to the unavailability of suitable solder fillers is due. Brazing of galvanized sheets made of high-strength toughen with conventional solid wires is difficult today. The previously used Solid bronze wires usually not a correct solution represents.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zusatzwerkstoffsystem zum Löten von hochfesten Feinblechwerkstoffen oder von oberflächenveredelten sowie organisch beschichteten Feinblechwerkstoffen anzugeben, mit dem Lötstellen bzw. Lotschichten hoher Stabilität und Korrosionsbeständigkeit geschaffen werden können.task The invention is a filler material system for soldering high-strength sheet metal materials or of surface-refined as well as organic Specify coated sheet metal materials with the solder joints or solder layers of high stability and corrosion resistance can be created.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zusatzwerkstoffsystem nach Art eines Fülldrahtes zur Herstellung von Lötstellen bzw. zum flächenmäßigen Auftragen ausgebildet ist, mit einem rohrförmigen Mantel, in den ein oder mehrere Lötkomponenten in Pulverform eingebracht sind, die durch externe Erhitzung des gefüllten Mantels zum Zweck des Lötens zu der eigentlichen Legierung aufschmelzbar sind, wobei der Mantelwerkstoff aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und eine Füllung aus Wasser- oder gasverdüsten Schmelzen mit einer Korngröße < 0,2 mm der nachfolgenden Komponenten in Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse

enthältAccording to the invention the object is achieved in that the filler material system is designed in the manner of a cored wire for the production of solder joints or for surface application, with a tubular jacket into which one or more soldering components are introduced in powder form, which are caused by external heating of the filled jacket The purpose of the soldering can be melted to the actual alloy, the sheath material consisting of copper or a copper alloy and a filling of water or gas atomized melts with a grain size <0.2 mm of the following components in percent by weight based on the total mass

contains

Die Entwicklung erfolgte auf der Basis von Cu-Al-Ni, Cu-Sn-Ni-B-Si sowie Cu-Ni-Si-Mn. Bei diesen Legierungssystemen handelt es sich um solche Mehrstofflote, die zur Verbesserung der Löteigenschaften neben Nickel auch andere Elemente enthalten. So wurde zum Beispiel durch Zusätze von Bor und Silizium die Schmelztemperatur des Lotes gesenkt und das Benetzungsverhalten verbessert. Weiterhin bewirken diese Elemente zusätzlich eine Erhöhung der Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der Lötverbindung.The Development was based on Cu-Al-Ni, Cu-Sn-Ni-B-Si as well Cu-Ni-Si-Mn. at these alloy systems are such multi-component solders, the to improve the soldering properties contain other elements besides nickel. For example through additives of boron and silicon lowers the melting temperature of the solder and improves wetting behavior. Furthermore, these elements bring about additionally an increase the corrosion and oxidation resistance of the solder joint.

Zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften wurden die Kupfer-Nickel-Lote mit den Elementen Eisen, Mangan und Aluminium auflegiert.to increase The strength properties of the copper-nickel solders with the Elements iron, manganese and aluminum alloyed.

Durch die gezielte Variation der Legierungselemente konnten die für die Cu-Basis-Lote bekannten kritischen Erscheinungen wie Lötrissigkeit („liquid metal penetration") und Versprödung der Naht minimiert werden.By the well-known variation of the alloying elements could be achieved with those known for the copper base solders critical phenomena like soldering cracks ("liquid metal penetration ") and embrittlement the seam can be minimized.

Das Zusatzwerkstoffsystem ist nach Art eines Fülldrahtes zur Herstellung von Lötstellen ausgebildet, mit einem rohrförmigen Mantel, in den ein oder mehrere Lötkomponenten in Pulverform eingebracht sind, die durch externe Erhitzung des gefüllten Mantels zum Zweck des Lötens zu der eigentlichen Legierung aufschmelzbar sind, wobei der Mantelwerkstoff aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht und eine Füllung aus wasser- oder gasverdüster Schmelzen mit einer Korngröße von < 0,2 mm der nachfolgenden Komponenten in Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse

enthält.The filler material system is designed in the manner of a cored wire for the production of solder joints, with a tubular jacket into which one or more soldering components are introduced in powder form, which can be melted into the actual alloy by external heating of the filled jacket for the purpose of soldering, the jacket material consists of nickel or a nickel alloy and a filling of water or gas atomized melts with a grain size of <0.2 mm of the following components in percent by weight based on the total mass

contains.

Durch den Einsatz von Ni-Basis-Loten konnte ebenfalls eine hohe Festigkeit sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit der Lötverbindungen erzielt werden. Reines Nickel mit einer Schmelztemperatur von 1453 °C findet nur in Einzelfällen zum Verbinden von Titan, Molybdän und Wolfram Anwendung. Die Nickellote enthalten als Legierungsbestandteil Chrom, das die Festigkeitseigenschaften erhöht, aber gleichzeitig zu einer höheren Löttemperatur führt.By the use of Ni-based solders could also be of high strength as well as good corrosion resistance the solder connections be achieved. Pure nickel with a melting temperature of 1453 ° C is found only in individual cases for joining titanium, molybdenum and tungsten application. The nickel solders contain an alloy component Chromium, which increases the strength properties, but at the same time leads to a higher soldering temperature leads.

Mit dem Ziel die Schmelztemperatur bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit und des Fließvermögens zu senken, wurden dem Nickellot Legierungselemente zulegiert, die mit Nickel Eutektika oder niedrigschmelzende Phasen bilden. Dabei ist die Variationsbreite der Legierungselemente Bor und Silizium aufgrund der Gefahr der Bildung von Siliziden und Boriden und der damit verbundenen Versprödung des Lotes relativ gering. Ein zu hoher Borzusatz verursacht außerdem Korngrenzdiffusion und Erosion der Grundwerkstoffe.With the target the melting temperature while increasing the Strength and fluidity alloy elements were alloyed with the nickel solder Form nickel eutectics or low-melting phases. It is the range of variation of the alloy elements boron and silicon due to the Risk of formation of silicides and borides and the associated embrittlement of the solder relatively low. An excessively high boron addition also causes grain boundary diffusion and erosion of the base materials.

Das vorliegende Patent umfaßt die Schaffung von metallurgischen und mechanisch-technologischen Voraussetzungen für das Hartlöten von oberflächenveredelten Feinblechen aus höher- und hochfesten Stahlwerkstoffen. Das Patent beinhaltet die Entwicklung von Cu- und Ni-Basis-Fülldrahtelektroden, die den Ausgangseigenschaften der Grundwerkstoffe entsprechen. Hierzu wurden Legierungskonzepte für Fülldrahtelektroden auf Cu- und Ni-Basis entwickelt.The present patent includes the creation of metallurgical and mechanical-technological prerequisites for the brazing of surface refined Thin sheets made of and high-strength steel materials. The patent includes the development of Cu and Ni-based cored wire electrodes, which correspond to the initial properties of the base materials. For this alloy concepts for Flux cored wires developed on Cu and Ni basis.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.Based of an embodiment the invention is intended to be closer to be discribed.

Beschrieben wird der Aufbau einer Fülldraht-Lötelektrode zum Hartlöten von hochfesten Feinblechen aus Stahlwerkstoffen.described will build a cored wire soldering electrode for brazing of high-strength thin sheets made of steel materials.

Zur Fülldrahtherstellung werden zwei grundsätzlich unterschiedliche Methoden eingesetzt: Die eine Methode sieht ein geschlossenes Rohr vor, welches über ein Trichtersystem von oben her befüllt, anschließend ausgewalzt und auf den Fertigdurchmesser gezogen wird. Bei der anderen Methode wird in ein trogförmig vorgeformtes Schmalband das Füllpulver genau dosiert über ein Förderband eingefüllt, über Formwalzen geschlossen und anschließend auf Fertigdurchmesser gezogen.Two fundamentally different methods are used for the production of cored wire: One method provides for a closed tube, which is then filled from above using a funnel system rolled out and pulled to the finished diameter. In the other method, the filling powder is poured into a trough-shaped narrow belt in a precisely metered manner on a conveyor belt, closed via shaping rollers and then drawn to the finished diameter.

Das Gemisch enthält als Komponenten wasserverdüste Schmelzen in einer Korngröße < 0,2 mm. Die Komponenten werden in Pulverform gemischt, wobei die Anteile in Gewichtsprozent

betragen.As components, the mixture contains water-atomized melts with a grain size of <0.2 mm. The components are mixed in powder form, the proportions in percent by weight

be.

Nach dem Befüllen des trogförmig vorgeformten Schmalbandes mit dem Pulvergemisch wird dieses gefalzt.To filling the trough-shaped preformed narrow strip with the powder mixture is folded.

Der so erhaltene Fülldraht wird dann in einem Walzgerüst auf einen Durchmesser von 1,0 mm bis 2,4 mm reduziert. Dabei wird gleichzeitig das im Inneren befindliche Pulver verdichtet.The Cored wire thus obtained is then in a roll stand reduced to a diameter of 1.0 mm to 2.4 mm. Doing so at the same time the powder inside compresses.

Das Hartlöten kann als Lötverbindung und/oder Lötauftragung durch die Verfahren Plasma, MIG/MAG, WIG, Plasma-MIG, Laserstrahl, Laser/Plasma oder Laser/MIG ausgeführt werden.The brazing can be used as a solder joint and / or soldering through the processes plasma, MIG / MAG, TIG, plasma MIG, laser beam, Laser / Plasma or Laser / MIG can be executed.

Bei diesen Verfahren wird die durch die Düse geführte Fülldraht-Lötelektrode durch externe Erwärmung, beispielsweise durch einen Lichtbogen, auf Reaktionstemperatur gebracht. Bei dieser Reaktionstemperatur werden alle Einzelkomponenten aufgeschmolzen und die komplette Lötlegierung entsteht.at In this method, the filler wire soldering electrode passed through the nozzle is heated by external heating, for example brought to reaction temperature by an arc. At this All individual components are melted at the reaction temperature and the complete solder alloy arises.

Diese Lötlegierung ist dann in der Lage, eine aktivierte Oberfläche zu benetzen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung oder eine Oberflächenbeschichtung erzeugt werden kann.This solder alloy is then able to wet an activated surface, resulting in a cohesive Connection or a surface coating can be generated.

Claims

Filler material system in the manner of a cored wire for the production of solder joints or for surface application with a tubular jacket, in which one or more soldering components are introduced in powder form, which can be melted to the actual alloy by external heating of the filled jacket for the purpose of soldering, the Sheath material consists of copper or a copper alloy and a filling of water or gas atomized melts with a grain size <0.2 mm of the following components in percent by weight based on the total mass

contains.

Filler material system in the manner of a cored wire for the production of solder joints or for area Application with a tubular jacket, in which one or more soldering components are introduced in powder form, which can be melted to the actual alloy by external heating of the filled jacket for the purpose of soldering, the jacket material consisting of nickel or a nickel alloy and a filling of water - or gas-atomized melts with a grain size of <0.2 mm of the following components in percent by weight based on the total mass

contains.