DE19805402A1

DE19805402A1 - Method for joining components using a seam formed of a connector material

Info

Publication number: DE19805402A1
Application number: DE19805402A
Authority: DE
Inventors: Gerd E A Prof Dr Rer Nat Meier
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: DE19805402C2

Abstract

Fast particles (7) of a connector material are directed onto the surfaces of the components (12, 13) to be joined and the connector material (14) already applied. As a consequence of their high kinetic energy, these particles are joined to the components and the connector material already applied.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen mittels einer aus Verbindungsmaterial gebildeten Naht. Verfahren dieser Art werden der Hauptgruppe "Fügen" der Fertigungsverfahren zugeordnet. Unter Fügen wird das auf Dauer angelegte Verbinden von zwei oder mehreren Werkstücken geometrisch bestimmter oder unbestimmter Form verstanden.The invention relates to a method for cohesive Connecting components by means of a connecting material formed seam. Procedures of this kind become the main group "Joining" the manufacturing process assigned. That is under Fügen permanently connecting two or more workpieces understood geometrically definite or indefinite form.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist als Gasschmelz schweißen (Gasschweißen) oder Autogen-Schweißen bekannt. Hierbei bringt eine Brenngas-Sauerstoff- bzw. Brenngas-Luft-Flamme die Schweißstelle auf Schmelztemperatur. In der Schweißfuge fehlen der Werkstoff wird durch einen Zusatzdraht zugegeben, so daß Wärme und Schweißzusatz getrennt zugeführt werden. Der Werkstoff der Bauteile wird hierbei örtlich aufgeschmolzen und auf eine Temperatur gebracht, die typischerweise über 2000°C liegt. Beim Abkühlen der Schweißstelle kommt es zu einer Verbindung des Verbindungsmaterials mit den Materialien der Bauteile. Durch die beim Aufschmelzen vorliegenden hohen Temperaturen kommt es zu Grobkornbildung, während kurze Erwärmungszeiten und große Abkühlungsgeschwindigkeiten eine unvollständige Gefügeumwandlung und das Zurückbleiben von Eigenspannungen im Material der Bau teile zur Folge haben. Ein weiteres Problem ist die Tendenz der Bauteile, sich unter Einfluß hoher Temperaturen zu verziehen. Die Möglichkeit des Verbindens von Materialien unterschiedlicher Werkstoffe ist nur eingeschränkt vorhanden. So treten insbeson dere Schwierigkeiten bei der Verbindung von Aluminiumbauteilen auf, da durch die Erwärmung die Kaltverfestigung der Aluminium bauteile aufgehoben wird.A method of the type described at the outset is called gas melting welding (gas welding) or oxyacetylene welding. Here brings a fuel gas-oxygen or fuel gas-air flame Weld to melting temperature. Missing in the weld joint the material is added through an additional wire, so that Heat and welding consumables can be supplied separately. The material the components are melted locally and onto a Brought temperature, which is typically above 2000 ° C. At the When the welding point cools down, the Connection material with the materials of the components. Through the when melting occurs there are high temperatures Coarse grain formation during short warming times and large ones Cooling rates an incomplete structural transformation and the residual stress in the material of construction result in parts. Another problem is the tendency of Components to warp under the influence of high temperatures. The possibility of joining materials different Materials are only available to a limited extent. So kick in particular difficulties in connecting aluminum components on, as the work hardening of the aluminum components is lifted.

Ein weiteres Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist als Löten bekannt. Unter Löten versteht man das Verbinden erwärmter, in festem Zustand verbleibender Metalle durch ein schmelzendes metallisches Verbindungsmaterial. Dabei müssen die Bauteile an der Lötstelle mindestens die Arbeitstemperatur erreicht haben. Diese liegt stets höher als der untere Schmelzpunkt des Lotes und kann knapp unterhalb des oberen Schmelzpunktes liegen. Damit flüssige Lote benetzen und fließen können, müssen die Ober flächen der Bauteile metallisch rein sein. Hierfür ist es erforderlich, Oxidschichten zu entfernen und ggf. durch Fluß mittel zu lösen oder zu reduzieren. Die Festigkeit von Lötver bindungen beruht auf Oberflächenbindung zwischen dem Werkstoff des Bauteils und dem Lot und auf Diffusion einer oder mehrerer Komponenten des Lotes in den Werkstoff des Bauteils und umge kehrt. Es wird zwischen Weichlöten und Hartlöten unterschieden, wobei Weichlöten bei einer Arbeitstemperatur unterhalb von 450°C und Hartlöten bei einer Arbeitstemperatur oberhalb von 450°C durchgeführt wird. Die Festigkeit von Lötverbindungen ist gerin ger als die von Schweißverbindungen und nimmt mit der Dauer der Belastung ab, da die Lote unter Last kriechen. Zusätzlich sinkt die Festigkeit von Lötverbindungen bei steigender Temperatur. Die Möglichkeit der Materialpaarung zu verbindender Bauteile ist ebenfalls begrenzt.Another method of the type described in the opening paragraph is as Soldering known. Soldering is the connection of heated, remaining solid in the solid state by a melting metallic connecting material. The components must be on the solder joint has reached at least the working temperature. This is always higher than the lower melting point of the solder and can be just below the upper melting point. In order to The waiters must be able to wet and flow liquid solders surfaces of the components must be clean metallic. It is for that necessary to remove oxide layers and possibly by flow means to solve or reduce. The strength of solder Binding is based on surface bonding between the material of the component and the solder and on diffusion of one or more Components of the solder in the material of the component and vice versa returns. A distinction is made between soft soldering and brazing, with soft soldering at a working temperature below 450 ° C and brazing at a working temperature above 450 ° C is carried out. The strength of solder connections is low greater than that of welded joints and decreases with the duration of the Load as the solders creep under load. Additionally drops the strength of soldered joints with increasing temperature. The possibility of material pairing of components to be connected is also limited.

Aus der US 5,302,414 und der EP 0 484 533 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten bekannt. Bei diesem Ver fahren zum Beschichten von Bauteilen werden Partikel aus Metall, Legierungen oder Nichtleitern mit einer Korngröße zwischen 1 bis 50 µm in eine Gasströmung eingeführt. Die Gasströmung weist Überschallgeschwindigkeit auf, nimmt die Partikel des Verbin dungsmaterials mit und beschleunigt sie. Die Gas-Parti kel-Mischung ist auf die Oberfläche des Bauteils gerichtet. Die Partikel des Verbindungsmaterials in der Gas-Partikel-Mischung weisen eine Geschwindigkeit von 300 bis 1200 m/s auf. Aufgrund der kinetischen Energie der Partikel kommt es zu einer Verbin dung der Partikel mit der Oberfläche des Bauteils. Dieses Verfahren dient zum Beschichten der Oberfläche von Bauteilen insbesondere zum Verschleißschutz, Korrosionsschutz und zur elektrischen Isolation bzw. Leitung. Ein Einsatz des Verfahrens zum Verbinden von Bauteilen ist nicht vorgesehen.A method is known from US Pat. No. 5,302,414 and EP 0 484 533 A1 and a coating device are known. With this ver drive for coating components are particles of metal, Alloys or non-conductors with a grain size between 1 to 50 µm introduced into a gas flow. The gas flow points Supersonic speed picks up the particles of the verbin material and accelerates it. The gas parties Kel mixture is aimed at the surface of the component. The Particles of the connecting material in the gas-particle mixture have a speed of 300 to 1200 m / s. Because of the kinetic energy of the particles is connected formation of the particles with the surface of the component. This The process is used to coat the surface of components in particular for wear protection, corrosion protection and electrical insulation or line. An application of the procedure it is not intended to connect components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, mit dem das Verbin den von nahezu beliebigen Materialien ermöglicht und dem Entstehen von Eigenspannungen in den zu verbindenden Bauteilen entgegengewirkt wird.The invention has for its object a method of Provide the type described above, with which the verb made possible by almost any material and that Creation of residual stresses in the components to be connected is counteracted.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß schnelle Partikel des Verbindungsmaterials auf die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Teile bzw. des bereits auf getragenen Verbindungs materials gerichtet werden, so daß sie sich aufgrund ihrer kinetischen Energie mit den Bauteilen bzw. dem bereits aufge tragenen Verbindungsmaterial verbinden. According to the invention, this is the case with a method of the beginning described type achieved in that fast particles of Connecting material to the surfaces of each other connecting parts or the already worn connection materials are directed so that they are due to their kinetic energy with the components or the already applied Connect the worn connection material.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Bauteile nicht durch Erwärmen und Aufschmelzen im Kontaktbereich und nachfolgendes Abkühlen zu verbinden, sondern die Verbindung der Bauteile durch Beschuß mit schnellen Partikeln eines Verbindungsmaterials herzustellen. Speziell in der Luftfahrttechnik besteht der Wunsch, Bauteile von Flugzeugen nicht durch Vernietungen o. dgl. sondern durch stoffschlüssige Verbindungen herzustellen, da die Anforderungen an Haltbarkeit und Dichtigkeit der Verbindungen besonders hoch sind. Hierbei ist es von großer Bedeutung, Formänderungen der Bauteile, beispielsweise Verziehen der zu verbindenden Bauteile, zu vermeiden. Des weiteren finden in der Luftfahrttechnik verstärkt Leichtmetalle Anwendung, die nicht oder nur mit hohem Aufwand durch mit Aufschmelzen arbeitenden Verfahren verbindbar sind. Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung beruht die Haftung des Verbindungsmaterials auf den Oberflächen der Bauteile auf Mechanismen, die von mechanischer Verklammerung bis hin zur metallischen Bindung reichen und nicht zu einem Verziehen der Bauteile führen. Des weiteren weisen mit dem Verfahren hergestellte Nähte eine hervorragende Variabilität von Form und Dicke auf, die leicht an die strukturmechanischen Anforderungen der jeweiligen Verbindung angepaßt werden kann. Die Anpassung erfolgt dabei durch Steuerung der Verweilzeit des Strahls auf den zu verbindenden Bauteilen und durch Einstellung der Menge der Partikel des Verbindungsmaterials. Die Temperatur der Partikel des Verbindungsmaterials liegt bei dem neuen Verfahren typischerweise unterhalb der Schmelztemperatur des Verbindungsmaterials und des Materials der zu verbindenden Bauteile. Etwaige Erwärmungen der zu verbindenden Bauteile sind auf die unmittelbare Umgebung der auf die Bauteile auftreffenden Partikel beschränkt, woraus keine Formänderungs- oder Verzugsgefahr der zu verbindenden Bauteile resultiert.The invention is based on the idea that components do not go through Heating and melting in the contact area and subsequent Cooling to connect, but by connecting the components Bombardment with fast particles of a connecting material to manufacture. This exists especially in aviation technology Desire, components of aircraft not by riveting or the like. but by means of integral connections, because the Requirements for durability and tightness of the connections are particularly high. It is very important here Changes in shape of the components, for example warping of the connecting components to avoid. Furthermore, in the Aviation technology reinforces light metals application that is not or only with great effort by working with melting Procedures are connectable. In the process of the present Invention, the liability of the connecting material is based on the Surfaces of components on mechanisms ranging from mechanical Brackets extend to the metallic bond and not lead to warping of the components. Furthermore, with seams produced using the process have excellent variability of shape and thickness, which is easy on the structural mechanical Requirements of the respective connection can be adapted. The adjustment is made by controlling the dwell time of the Beam on the components to be connected and by adjustment the amount of particles of the connecting material. The temperature the particle of the connecting material lies with the new one Process typically below the melting temperature of the Connection material and the material to be connected Components. Possible heating of the components to be connected on the immediate surroundings of those striking the components Particles restricted, from which no deformation or Distortion of the components to be connected results.

Die Partikel des Verbindungsmaterials können in einem Freistrahl beschleunigt werden. Hierdurch ist es möglich, die zur Verbin dung des Verbindungsmaterials mit den Materialien der Bauteile notwendige Geschwindigkeit der Partikel des Verbindungsmaterials von den Gasmolekülen des Freistrahls auf die Partikel des Ver bindungsmaterials zu übertragen.The particles of the connecting material can be in a free jet be accelerated. This makes it possible to connect the connection material with the materials of the components necessary speed of the particles of the connecting material from the gas molecules of the free jet onto the particles of the ver to transfer binding material.

Der Freistrahl kann ein Überschallfreistrahl sein. Insbesondere, wenn die Geschwindigkeit des Freistrahls oberhalb von 600 m/s liegt, bleiben die Partikel des Verbindungsmaterials auf den Bauteilen haften. Die für die Haftung kritische Geschwindigkeit der Partikel des Verbindungsmaterials ist abhängig von der verwendeten Kombination Verbindungsmaterial/Bauteilmaterial.The free jet can be a supersonic free jet. Especially, if the speed of the free jet is above 600 m / s lies, the particles of the connecting material remain on the Components stick. The speed critical for liability the particle of the connecting material depends on the combination of connecting material / component material used.

Der Freistrahl kann durch Beschleunigung eines Gases hohen Druckes durch eine konvergent-divergente Düse erzeugt werden. Bei dieser Düse kann es sich beispielsweise um eine Lavaldüse handeln, die das Erreichen einer hohen Strahlgeschwindigkeit ermöglicht. Die Geschwindigkeit des Freistrahls am Düsenende ist hierbei eine obere Schranke für die Geschwindigkeit der Partikel des Verbindungsmaterials.The free jet can be high by accelerating a gas Pressure are generated by a convergent-divergent nozzle. This nozzle can be, for example, a Laval nozzle act that reaching a high jet speed enables. The speed of the free jet at the end of the nozzle is here an upper bound for the speed of the particles the connecting material.

Das den Freistrahl bildende Trägergas kann ein Leichtgas sein. Dadurch läßt sich die maximale Strahlgeschwindigkeit zusätzlich erhöhen. Mit reinem Helium als Trägergas kann beispielsweise eine Strahlgeschwindigkeit von 1000 bis 1200 m/s erreicht werden.The carrier gas forming the free jet can be a light gas. This allows the maximum jet speed to be additionally increased increase. With pure helium as the carrier gas, for example reaches a jet speed of 1000 to 1200 m / s become.

Die Partikel des Verbindungsmaterials können eine Korngröße zwischen 1 bis 50 µm aufweisen. Korngrößen in diesem Bereich gestatten das Beschleunigen der Partikel des Verbindungs materials durch das Trägergas hoher kinetischer Energie und gleichzeitig ein effektives Aufbringen der Partikel des Verbin dungsmaterials auf den Oberflächen der Bauteile bzw. auf dem bereits aufgetragenen Verbindungsmaterial. Es handelt sich bei den Partikeln des Verbindungsmaterials folglich nicht um einzelne Atome oder kleinere Moleküle sondern um eine größere Anzahl von Elementarteilchen. Hierdurch ist sowohl die Zusammen setzung als auch die grundsätzliche Struktur des Verbindungs materials von vornherein festlegbar. Weiterhin ist der Impuls der Partikel des Verbindungsmaterials so groß, daß sie von dem Staudruck vor den zu verbindenden Bauteilen nicht wie das sie zunächst führende Trägergas seitlich abgelenkt werden, sondern tatsächlich mit hoher kinetischer Energie auf die zu verbinden den Bauteile auftreffen.The particles of the connecting material can have a grain size have between 1 and 50 µm. Grain sizes in this range allow the particles of the compound to accelerate materials by the carrier gas of high kinetic energy and at the same time an effective application of the particles of the verbin material on the surfaces of the components or on the already applied connecting material. It is about consequently the particles of the connecting material do not single atoms or smaller molecules but a larger one Number of elementary particles. This is both the together setting as well as the basic structure of the connection materials can be defined from the outset. Furthermore, the impulse the particles of the connecting material so large that they are from the Back pressure in front of the components to be connected not like that first leading carrier gas are deflected laterally, but to actually connect to that with high kinetic energy hit the components.

Das Material der zu verbindenden Bauteile und das Verbindungs material können metallisch sein. Hierdurch wird das Eingehen von metallischen Bindungen zwischen Teilchen des Verbindungs materials und Teilchen des Materials der Bauteile ermöglicht. Es kann eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Materialpaarungen miteinander verbunden werden. So können Bauteile gleichen oder unterschiedlichen Materials mit Partikeln eines gleichen oder unterschiedlichen Verbindungsmaterials verbunden werden. Es können auch mehrere unterschiedliche Verbindungsmaterialien verwendet werden, beispielsweise bei Unterteilung der Naht in Haftgrundschichten auf den Bauteilen und ein oder mehreren Mittelschichten zwischen den Haftgrundschichten der Bauteile. Hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung erhöht werden, und es sind noch mehr Materialien kombinierbar, zwischen denen keine unmittelbare Verbindung möglich wäre. Somit ist es mit dem neuen Verfahren im Gegensatz zu Schweiß- oder Lötverfahren möglich, beispielsweise ein Bauteil aus Aluminium mit einem anderen Bauteil aus Silber unter Verwendung von Kupfer als Verbindungs material zu verbinden.The material of the components to be connected and the connection material can be metallic. Doing so will metallic bonds between particles of the compound materials and particles of the material of the components. It can have an almost unlimited number of material pairings be connected to each other. Components can be the same or different material with particles of the same or different connecting material can be connected. It can also use several different connecting materials can be used, for example when dividing the seam into Base layers of adhesive on the components and one or more Middle layers between the subbing layers of the components. As a result, the strength of the connection can be increased, and more materials can be combined, between which none direct connection would be possible. So it is with the new one Processes in contrast to welding or soldering processes possible, for example, an aluminum component with another Silver component using copper as a connection connect material.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen einer Vor richtung zum stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen mittels einer aus Verbindungsmaterial gebildeten Naht weiter erläutert und beschrieben. Das Prinzip dieser Vorrichtung ist aus der US 5,302,414 und der EP 0 484 533 A1 bekannt. Es zeigen: The invention is based on exemplary embodiments of a Direction for the integral connection of components by means of a seam formed from connecting material explained further and described. The principle of this device is from the US 5,302,414 and EP 0 484 533 A1. Show it:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen, Fig. 1 is a sectional view of part of the apparatus for the cohesive connection of components,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung zum schlüssigen Verbinden von Bauteilen mit einer zusätzlichen Absaugeinrichtung und Fig. 2 is a sectional view of part of the device for the conclusive connection of components with an additional suction device and

Fig. 3 die vollständige Vorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen. Fig. 3 shows the complete device for the integral connection of components.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 mit einer einen konvergent divergenten Querschnitt aufweisenden Lavaldüse 2 dargestellt. An ihrem einen Ende wird der Lavaldüse 2 ein sich in Richtung des Pfeils 3 bewegendes Trägergas 4 durch einen Kanal 5 zugeführt. Senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Kanals 5 tritt eine weitere Düse 6 in die Lavaldüse 2 ein. Durch die Düse 6 gelangen Partikel 7 eines Verbindungsmaterials gemäß Pfeil 8 in die Lavaldüse 2. Die Partikel 7 werden vom Trägergas 4 mitgenommen und bewegen sich gemäß Pfeil 9 fort. Dabei bildet sich ein Kern partikelstrahl 10 aus, der mittig zwischen den Wandungen 11 entlang der horizontalen Symmetrieachse der Lavaldüse 2 ver läuft. Die Partikel 7 im Kernpartikelstrahl 10 verlassen die Lavaldüse 2 an ihrem offenen Ende und treffen auf die Ober flächen der zu verbindenden Bauteile 12, 13 unter Ausbildung einer die Bauteile 12, 13 verbindenden Naht 14, während das Trägergas entlang der Pfeile 34 abströmt. Die Bauteile 12, 13 werden an ihrer der Lavaldüse 2 abgewandten Seite durch eine Abstützung 35 unterstützt, womit eine Zerstörung der Bauteile 12, 13 durch die Strömung des Trägergases 4 verhindert wird.In Fig. 1, an apparatus 1 with a a convergent divergent cross-section having a Laval nozzle 2 is shown. At one end of the Laval nozzle 2, a carrier gas 4 moving in the direction of the arrow 3 is fed through a channel 5 . A further nozzle 6 enters the Laval nozzle 2 perpendicular to the main direction of extent of the channel 5 . Particles 7 of a connecting material according to arrow 8 enter the Laval nozzle 2 through the nozzle 6 . The particles 7 are carried along by the carrier gas 4 and move according to arrow 9 . This forms a core particle beam 10 which runs ver between the walls 11 along the horizontal axis of symmetry of the Laval nozzle 2 . The particles 7 in the core particle beam 10 leaving the Laval nozzle 2 at its open end and impinge on the upper surfaces of the, while the carrier gas flows to be joined members 12, 13 to form a the components 12, 13 connecting seam 14 along the arrows 34th The components 12 , 13 are supported on their side facing away from the Laval nozzle 2 by a support 35 , which prevents the components 12 , 13 from being destroyed by the flow of the carrier gas 4 .

In Fig. 2 ist eine koaxial zur Lavaldüse 2 angeordnete Absaug düse 15 dargestellt. Die Absaugdüse 15 nimmt die Lavaldüse 2 vollständig auf und weist Öffnungen 16, 17 zur Aufnahme des Kanals 5 bzw. der Düse 6 der Lavaldüse 2 auf. Die Absaugdüse 15 ist an ihrem den zu verbindenden Bauteilen 12, 13 zugewandten Ende offen ausgebildet. Dieses offene Ende der Absaugdüse 15 befindet sich in direkter Nähe zu den zu verbindenden Bauteilen 12, 13, so daß die sich nicht an den Bauteilen 12, 13 anlagern den Partikel 7 des Verbindungsmaterials und das Trägergas 4 nicht in die Umgebung gelangen, sondern sich entlang der Pfeile 18 und im weiteren Verlauf entgegen der Hauptbewegungsrichtung gemäß Pfeil 9 des Kernpartikelstrahls 10 in Richtung der Pfeile 19 fortbewegen. Die Partikel 7 und das Trägergas 4 durchströmen dabei die von der zylindrischen äußeren Oberfläche 20 der Lavaldüse 2 und der ebenfalls zylindrischen inneren Oberfläche 21 der Ansaugdüse 15 begrenzte Ringfläche in Richtung der Pfeile 19 und gelangen in eine Mischkammer 22. Aus der Mischkammer 22 werden die abgesaugten Partikel 7 des Verbindungsmaterials wieder der Düse 6 zugeführt und treten gemäß Pfeil 8 wieder in die Lavaldüse 2 ein, um erneut in Richtung der zu verbindenden Bauteile 12, 13 beschleunigt zu werden.In Fig. 2 is arranged coaxially to Laval nozzle 2 suction nozzle 15 is shown. The suction nozzle 15 completely receives the Laval nozzle 2 and has openings 16 , 17 for receiving the channel 5 and the nozzle 6 of the Laval nozzle 2 . The suction nozzle 15 is open at its end facing the components 12 , 13 to be connected. This open end of the suction nozzle 15 is in direct proximity to the components 12 , 13 to be connected , so that the particles 7 of the connecting material and the carrier gas 4 do not accumulate on the components 12 , 13 and do not get into the environment, but along of arrows 18 and in the further course against the main direction of movement according to arrow 9 of the core particle beam 10 in the direction of arrows 19 . The particles 7 and the carrier gas 4 flow through the annular surface delimited by the cylindrical outer surface 20 of the Laval nozzle 2 and the likewise cylindrical inner surface 21 of the suction nozzle 15 in the direction of the arrows 19 and reach a mixing chamber 22 . From the mixing chamber 22 , the extracted particles 7 of the connecting material are fed back to the nozzle 6 and, according to arrow 8 , enter the Laval nozzle 2 again in order to be accelerated again in the direction of the components 12 , 13 to be connected.

In Fig. 3 ist ein Kompressor 23 über eine Leitung 24 und einen Regler 25 mit einem Druckkessel 26 und über einen Regler 27 mit der Mischkammer 22 verbunden. Die Mischkammer 22 steht über einen Regler 28 mit einer Vorratskammer 29 für Partikel 7 des Verbindungsmaterials in Kontakt. Die Mischkammer 22 ist über einen Regler 30 und eine Leitung 31 mit der hier nicht darge stellten Düse 6 der Lavaldüse 2 verbunden. Der Druckkessel 26 ist über einen Regler 32 und eine Leitung 33 mit dem hier nicht dargestellten Kanal 5 der Lavaldüse 2 verbunden.In Fig. 3, a compressor 23 is connected via a line 24 and a regulator 25 to a pressure vessel 26 and via a regulator 27 to the mixing chamber 22 . The mixing chamber 22 is in contact with a storage chamber 29 for particles 7 of the connecting material via a controller 28 . The mixing chamber 22 is connected via a controller 30 and a line 31 to the nozzle 6 , not shown here, of the Laval nozzle 2 . The pressure vessel 26 is connected via a regulator 32 and a line 33 to the channel 5, not shown here, of the Laval nozzle 2 .

Im Betrieb der Vorrichtung 1 zum stoffschlüssigen Verbinden von Bauteilen ergeben sich somit folgende Verhältnisse:
Das unter Druck stehende Trägergas 4 im Kompressor 23 gelangt über die Leitung 24 und den Regler 25 in den Druckkessel 26 und über den Regler 27 in die Mischkammer 22. Aus der Vorratskammer 29 gelangen Partikel 7 beispielsweise aus Kupfer mit einer Korngröße von etwa 25 µm über den Regler 28 in die Mischkammer 22. In der Mischkammer 22 werden die Partikel 7 mit dem Träger gas 4, beispielsweise Helium, in einem einstellbaren Verhältnis durchmischt und verlassen die Mischkammer 22 durch den Regler 30. Das im Druckkessel mit Druck beaufschlagte Trägergas 4 gelangt über den Regler 32 in die Leitung 33 und tritt mit hoher Geschwindigkeit entlang des Kanals 5 in die Lavaldüse 2 ein. Das Trägergas-Partikel-Gemisch strömt durch die Leitung 31 und tritt gemäß Pfeil 8 in die Düse 6 und in die Lavaldüse 2 ein. Die Partikel 7 des Verbindungsmaterials werden durch das Trägergas 4 hoher kinetischer Energie in Richtung des Pfeils 9 beschleu nigt und bilden dabei den Kernpartikelstrahl 10 entlang der horizontalen Symmetrieachse der Lavaldüse 2 aus. Am offenen Ende der Lavaldüse 2 treffen die Partikel 7 mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberflächen der zu verbindenden Bauteile 12 und 13, beispielsweise aus Silber und Aluminium bzw. auf das bereits aufgetragene Verbindungsmaterial auf. Dabei bilden die Partikel 7 auf den Oberflächen der zu verbindenden Bauteile 12, 13 die Naht 14 aus, die fest mit den Oberflächen der Bauteile 12, 13 verbunden ist und somit eine unlösbare Verbindung der Bauteile 12, 13 herstellt. Die Verbindungsmechanismen reichen dabei von mechanischer Verklammerung bis hin zu metallischer Bindung. Bei der Auswahl der Geometrie der Naht 14 ist zu berücksichtigen, daß das Erreichen der Nahtstelle 14 durch die Partikel 7 ungehindert möglich sein muß. In operation of the device 1 for the integral connection of components, the following conditions thus result:
The pressurized carrier gas 4 in the compressor 23 reaches the pressure vessel 26 via the line 24 and the regulator 25 and the mixing chamber 22 via the regulator 27 . Particles 7, for example made of copper with a grain size of approximately 25 μm, pass from the storage chamber 29 via the regulator 28 into the mixing chamber 22 . In the mixing chamber 22 , the particles 7 are mixed with the carrier gas 4 , for example helium, in an adjustable ratio and leave the mixing chamber 22 by the controller 30 . The carrier gas 4 pressurized in the pressure vessel reaches the line 33 via the controller 32 and enters the Laval nozzle 2 at high speed along the channel 5 . The carrier gas / particle mixture flows through line 31 and enters arrow 6 and Laval nozzle 2 according to arrow 8 . The particles 7 of the connecting material are accelerated by the carrier gas 4 of high kinetic energy in the direction of arrow 9 and thereby form the core particle beam 10 along the horizontal axis of symmetry of the Laval nozzle 2 . At the open end of the Laval nozzle 2 , the particles 7 strike the surfaces of the components 12 and 13 to be connected , for example made of silver and aluminum, or the connecting material already applied, at high speed. The particles 7 form on the surfaces of the components to be joined 12, 13, the seam 14, which is fixedly connected to the surfaces of the members 12, 13 and thus a permanent connection of the components 12, 13 is prepared. The connection mechanisms range from mechanical stapling to metallic bonding. When selecting the geometry of the seam 14 , it must be taken into account that the particle 7 must be able to reach the seam 14 unhindered.

Reference list

11

Vorrichtung
contraption

22nd

Lavaldüse
Laval nozzle

33rd

Pfeil
arrow

44th

Trägergas
Carrier gas

55

Kanal
channel

66

Düse
jet

77

Partikel
particle

88th

Pfeil
arrow

99

Pfeil
arrow

1010th

Kernpartikelstrahl
Core particle beam

1111

Wandung
Wall

1212th

Bauteil
Component

1313

Bauteil
Component

1414

Naht
seam

1515

Absaugdüse
Suction nozzle

1616

Öffnung
opening

1717th

Öffnung
opening

1818th

Pfeil
arrow

1919th

Pfeil
arrow

2020th

Oberfläche
surface

2121

Oberfläche
surface

2222

Mischkammer
Mixing chamber

2323

Kompressor
compressor

2424th

Leitung
management

2525th

Regler
Regulator

2626

Druckkessel
Pressure vessel

2727

Regler
Regulator

2828

Regler
Regulator

2929

Vorratskammer
Pantry

3030th

Regler
Regulator

3131

Leitung
management

3232

Regler
Regulator

3333

Leitung
management

3434

Pfeil
arrow

3535

Abstützung
Support

Claims

1. A method ( 1 ) for the integral connection of components ( 12 , 13 ) by means of a seam formed from connecting material ( 14 ), characterized in that fast particles ( 7 ) of the connecting material on the surfaces of the components to be connected ( 12 , 13 ) or the already applied connecting material so that they connect due to their kinetic energy with the components ( 12 , 13 ) or the already applied connecting material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the particles ( 7 ) of the connecting material is below the melting temperature of the connecting material and the material of the components to be connected ( 12 , 13 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the particles ( 7 ) of the connecting material are accelerated in a free jet

4. The method according to claim 3, characterized in that the Open jet is a supersonic free jet.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Speed of the free jet above 500 m / s and especially is above 600 m / s in particular.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the free jet is generated by accelerating a carrier gas ( 4 ) high pressure through a convergent-divergent nozzle ( 2 ).

7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the carrier gas ( 4 ) forming the free jet is a light gas.

8. The method according to claim 1, characterized in that the particles ( 7 ) of the connecting material have a grain size between 1 to 50 microns.

9. The method according to claim 1, characterized in that the material of the components to be connected ( 12 , 13 ) and the connecting material are metallic.

10. The method according to claim 7, characterized in that the material of one component ( 12 ) aluminum, the other component ( 13 ) is silver, and copper is used as the connecting material.