DE19928351A1 - Process for welding thin-walled dynamically loaded aluminum sheet parts comprises forming a welding seam along the collision surfaces of a first sheet part and a second sheet part using - Google Patents

Process for welding thin-walled dynamically loaded aluminum sheet parts comprises forming a welding seam along the collision surfaces of a first sheet part and a second sheet part using

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Abstract

Process for welding thin-walled dynamically loaded aluminum sheet parts comprises forming a welding seam along the collision surfaces of a first aluminum sheet part and a second sheet part, and introducing the heat into the parts using an electric arc. Plasma, plasma-MIG, plasma powder or laser plasma welding is used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen dickwandiger, dynamisch belasteter Aluminium-Blechteile, insbesondere einer Aluminium-Radschüssel mit einer Aluminium-Felge, bei welchem eine Schweißnaht zumindest teilweise entlang der Stoßflächen eines ersten Aluminium- Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Radschüssel, und eines zweiten Blechteiles, insbesondere der Aluminium- Felge, hergestellt wird und die Wärme mittels eines Lichtbogens in die Blechteile eingebracht wird.The invention relates to a method for welding thick-walled, dynamically loaded aluminum sheet metal parts, especially an aluminum wheel bowl with a Aluminum rim, at least with a weld partially along the abutting surfaces of a first aluminum Sheet metal part, especially the aluminum wheel disc, and a second sheet metal part, especially the aluminum Rim, is manufactured and the heat by means of a Arc is introduced into the sheet metal parts.

Bei den bekannten Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Rades durch Verschweißen der Aluminium- Radschüssel mit der Aluminium-Felge wird die Aluminium- Radschüssel in die Aluminium-Felge eingepreßt und anschließend nach dem MIG-Schweißverfahren (Metall-Inert- Gas) in Wannenposition (PA-Position; EN-ISO 6947) über 360° eingeschweißt. Das Einschweißen in Wannenposition ist notwendig, um eine zufriedenstellende Ausbildung der Kehlnaht zu gewährleisten. Das Einschweißen über 360° ist dadurch notwendig, daß es bei der Verwendung des bekannten MIG-Schweißverfahrens in Verbindung mit Aluminiumwerkstoffen am Anfang und am Ende der Schweißnaht zu Unregelmäßigkeiten kommt, die die Festigkeit der Schweißnaht beeinträchtigen, so daß sich ein segmentweises Schweißen aufgrund der Mehrzahl der Anfangs- und Endbereiche nicht empfiehlt. In the known methods for producing a Aluminum wheel by welding the aluminum Wheel bowl with the aluminum rim the aluminum Wheel bowl pressed into the aluminum rim and then using the MIG welding process (metal inert Gas) in the bath position (PA position; EN-ISO 6947) Welded 360 °. The welding in the tub position is necessary to a satisfactory education of the To ensure fillet weld. The welding is over 360 ° because it is necessary when using the known MIG welding process in connection with Aluminum materials at the beginning and end of the Weld comes to irregularities that the Affect strength of the weld seam, so that a segmental welding due to the majority of the Start and end ranges are not recommended.  

In den Anfangsbereichen einer Schweißnaht, die nach dem MIG-Schweißverfahren hergestellt wird, kommt es zu Kaltverschweißungen, während es am Ende einer solchen Schweißnaht zu Endkraterrissen kommen kann. Beide Defekte beeinträchtigen die Festigkeit der Schweißverbindung, was insbesondere bei den an Aluminium-Räder für moderne Kraftfahrzeuge gestellten Anforderungen bezüglich der statischen als auch der dynamischen Festigkeit problematisch ist.In the initial areas of a weld after the MIG welding process is produced, it happens Cold welding while it is at the end of such Weld seam can lead to end crater cracks. Both defects affect the strength of the welded joint what especially when it comes to aluminum wheels for modern Motor vehicle requirements regarding static as well as dynamic strength is problematic.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen einer Aluminium-Radschüssel mit einer Aluminium-Felge zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung einwandfreier Schweißnähte, insbesondere im Hinblick auf Einbrand, a-Maß und Schweißspannungen gewährleistet.Based on the described prior art the object of the present invention, a Process for welding an aluminum wheel disc to provide with an aluminum rim which is the production of perfect welds, especially with regard to penetration, a-dimension and Welding stresses guaranteed.

Erfindungsgemäß ist die zuvor aufgezeigte und hergeleitete Aufgabe dadurch gelöst, daß als Schweißverfahren das Plasma-Schweißverfahren, das Plasma- MIG-Schweißverfahren, das Plasmapulverschweißverfahren oder das Laser-Plasmaschweißverfahren eingesetzt wird. Es hat sich gezeigt, daß die genannten Schweißverfahren beim Verschweißen dickwandiger, dynamisch belasteter Aluminium-Blechteile erhebliche Vorteile bei der Prozeßsicherheit, der Qualität der hergestellten Schweißnähte und dem Herstellungsprozeß hat.According to the invention is the previously shown and derived task solved in that as Welding process the plasma welding process, the plasma MIG welding process, the plasma powder welding process or the laser plasma welding process is used. It has been shown that the welding process mentioned in Welding thick-walled, dynamically loaded Aluminum sheet metal parts have significant advantages in the Process reliability, the quality of the manufactured Welds and the manufacturing process.

Mit der erfindungsgemäßen Verwendung des Plasma- Schweißverfahrens oder des Plasma-MIG-Schweißverfahrens wird eine vorteilhafte Ausgestaltung dahingehend möglich, daß die Wärmeeinbringung während des Schweißens zumindest teilweise unabhängig von der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes gesteuert wird. Bei geeigneter Steuerung der Wärmeeinbringung zum Beginn des Schweißens als auch zum Ende des Schweißens lassen sich die eingangs erwähnten Defekte am Anfang und am Ende der Schweißnaht zwischen der Aluminium-Radschüssel und der Aluminium-Felge vermeiden. Dadurch, daß diese Effekte vermieden werden, wird es möglich, die Schweißnaht zwischen der Aluminium- Radschüssel und der Aluminium-Felge auch segmentweise herzustellen.With the use of the plasma Welding process or the plasma MIG welding process an advantageous embodiment becomes possible in that that the heat input during welding at least partly independent of the feed of the filler material is controlled. With suitable control of the  Heat input at the start of welding as well as At the end of welding, the ones mentioned at the beginning can be used Defects at the beginning and end of the weld between the aluminum wheel bowl and the aluminum rim avoid. By avoiding these effects it becomes possible to weld the weld between the aluminum Wheel bowl and the aluminum rim also in segments to manufacture.

Zur Vermeidung der Kaltverschweißungen am Anfang der Schweißnaht wird gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung am Nahtanfang der Zusatzwerkstoff relativ zu dem Beginn der Wärmeeinbringung verzögert zugeführt. Hierdurch wird das Material in der Umgebung des Anfangs der Schweißnaht bereits vor der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes so weit aufgeheizt, daß keine Kaltverschweißungen entstehen können.To avoid cold welding at the beginning of the According to a first embodiment, the weld seam is Invention at the beginning of the seam of the filler material relative to delayed the start of heat input. This will cause the material to start around the weld seam before the supply of the Filler material heated so far that none Cold welding can occur.

Die Defekte am Ende einer Schweißnaht werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden, daß am Nahtende die Wärmeeinbringung relativ zu dem Ende der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes verzögert endet. Hierdurch kann es nicht zu den unerwünschten Endkratern, Endkraterrissen oder einer ungenügenden Endkraterfüllung kommen, die entstehen, wenn die Wärmeeinbringung und die Zusatzwerkstoffzufuhr gleichzeitig beendet oder abrupt gestoppt werden.The defects at the end of a weld are according to one avoided further embodiment of the invention that at the seam end the heat input relative to the end the supply of the filler material ends with a delay. This prevents undesirable end craters, End crater cracks or insufficient end crater filling come, which arise when the heat input and the Filler metal supply stopped or abrupt at the same time being stopped.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Werkstoffzufuhr zumindest teilweise unabhängig von der Wärmeeinbringung und zwar besonders vorteilhaft dadurch, daß der Zusatzwerkstoff als Draht oder als Pulver zugeführt wird.As already mentioned, the material is fed at least partially independent of the heat input and this is particularly advantageous in that the Filler metal is supplied as a wire or as a powder.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, wie bereits erläutert, die Herstellung von Schweißnähten ohne Defekte am Anfang und am Ende der jeweiligen Schweißnaht. Diese Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere dazu nutzen, daß die Schweißnaht zwischen beispielsweise der Aluminium-Radschüssel und der Aluminium-Felge in Segmenten hergestellt wird. Hierdurch lassen sich auch Aluminium-Radschüsseln mit Aluminium- Felgen verbinden, die keinen umlaufenden Abschluß aufweisen, sondern beispielsweise sternförmig ausgebildet sind. Insbesondere erfolgt die Schweißung hierbei als Schrägstoß in Horizontal-Vertikalposition (PB-Position; EN ISO 6947). Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Fertigung, da die Aluminium-Radschüssel beim Schweißen horizontal gelagert werden können, was in Wannenposition nicht möglich ist. In Folge der Herstellung der Schweißnaht in Segmenten läßt sich zwischen Aluminium- Radschüssel und Aluminium-Felge eine schnelle Verschweißung bei geringer Wärmeeinbringung gewährleisten.The method according to the invention enables, as already explains the production of welds without defects  at the beginning and end of the respective weld. This Advantages of the method according to the invention can be achieved use in particular to ensure that the weld seam between for example the aluminum wheel bowl and the Aluminum rim is made in segments. Hereby aluminum wheel disks with aluminum Connect rims that have no all-round finish have, but for example star-shaped are. In particular, the welding takes place here as Oblique joint in horizontal-vertical position (PB position; EN ISO 6947). This enables simplification of the Manufacturing because the aluminum wheel disc during welding can be stored horizontally, what in tub position not possible. As a result of the manufacture of the Weld seam in segments can be made between aluminum Wheel bowl and aluminum rim a quick Welding with low heat input guarantee.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von mindestens zwei Schweißköpfen mehrere Segmente gleichzeitig hergestellt werden. Der Einsatz von mehreren Schweißköpfen zur gleichzeitigen Herstellung ermöglicht, wie ohne weiteres ersichtlich, eine weitere Beschleunigung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen einer Aluminium-Radschüssel mit einer Aluminium-Felge und damit eine weitere Optimierung des Herstellungsprozesses.According to a further embodiment, this is Method according to the invention characterized in that with the help of at least two welding heads Segments can be produced simultaneously. The use of several welding heads for simultaneous production enables, as is readily apparent, another Acceleration of the method according to the invention Welding an aluminum wheel bowl to a Aluminum rim and thus a further optimization of the Manufacturing process.

Werden bei gleichzeitiger Herstellung mehrerer Segmente jeweils zwei Segmente um 180° relativ zur Achse der Aluminium-Felge versetzt erstellt, so wird gewährleistet, daß die Aluminium-Felge bzw. die Aluminium-Radschüssel symmetrisch erwärmt wird, was zu einer Verbesserung des Schweißergebnisses führt.Will produce multiple segments at the same time two segments each by 180 ° relative to the axis of the Aluminum rim created offset, this ensures that the aluminum rim or the aluminum wheel disc  is heated symmetrically, which improves the Welding result.

Vorzugsweise beim Plasmaschweißen ist die Oberflächenbeschaffenheit der zu verschweißenden Aluminium-Bauteile nicht so problematisch wie den anderen bekannten Schweißverfahren wie MIG, Laser, Elektronenstrahl usw.. Daher kann der Aufwand für die Prozeß-Entfettung stark reduziert werden. Dies kann mit einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch genutzt werden, daß auf eine Entfettung des ersten Aluminium-Blechteiles, insbesondere der Aluminium- Radschüssel, und des zweiten Aluminium-Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Felge, vor dem Verschweißen zumindest teilweise verzichtet wird. Dieser zumindest teilweise Verzicht auf eine Entfettung ist auch bei dynamisch belasteten Aluminium-Schweißbaugruppen, wie etwa Aluminium-Rädern, möglich, ohne die Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Verbindung zu beeinträchtigen. Durch diesen Verzicht entfällt bei der Herstellung eines Aluminium-Rades ein Fertigungsschritt zumindest teilweise, was zu einer kostengünstigeren Fertigung führt.This is preferred for plasma welding Surface quality of the welded Aluminum components are not as problematic as the others known welding processes such as MIG, laser, Electron beam etc. Therefore, the effort for the Process degreasing can be greatly reduced. This can be done with an embodiment of the method according to the invention be used in that a degreasing of the first aluminum sheet metal part, in particular the aluminum Wheel bowl, and the second aluminum sheet metal part, especially the aluminum rim, before welding is at least partially waived. At least this one degreasing is also partially avoided dynamically loaded aluminum welding assemblies, such as about aluminum wheels, possible without the strength of the Connection made according to the invention affect. This waiver does not apply to Manufacturing an aluminum wheel a manufacturing step at least in part, resulting in a lower cost Manufacturing leads.

Schließlich sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch kreuzweise Überschweißungen möglich, ohne daß vor der Herstellung der zweiten Schweißnaht die Schmauchspuren der ersten Schweißnaht entfernt werden müssen.Finally, with the method according to the invention crosswise overwelding possible without the Production of the second weld seam the traces of smoke the first weld must be removed.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen dickwandiger, dynamisch belasteter Aluminium-Blechteile, insbesondere einer Aluminium-Radschüssel mit einer Aluminium-Felge, auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Aluminium-Rades. In der Zeichnung zeigt:There are now a variety of ways that Method according to the invention for welding thick-walled, dynamically loaded aluminum sheet metal parts, in particular an aluminum wheel bowl with an aluminum rim, to design and develop. To do this for example, on the one hand referred to the  Claim 1 subordinate claims on the other hand to the description of a preferred one Embodiment of one according to the invention Processed aluminum wheel. In the drawing shows:

Fig. 1 in Achsrichtung geschnitten ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Aluminium-Rades und Fig. 1 cut in the axial direction an embodiment of an aluminum wheel produced by the inventive method and

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des Ausführungsbeispiels eines Aluminium-Rades während des Schweißvorganges. Fig. 2 is an enlarged detail of the embodiment of an aluminum wheel during the welding process.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Aluminium-Rades 1 weist eine Aluminium-Radschüssel 2 und eine Aluminium-Felge 3 auf. Die Aluminium-Radschüssel 2 wird entweder als Aluminium-Bandschüssel oder Aluminium-Gußschüssel ausgeführt. Die Aluminium-Felge 3 wird in der Regel als Aluminium-Bandfelge ausgeführt.An embodiment of an aluminum wheel 1 produced according to the invention shown in FIG. 1 has an aluminum wheel bowl 2 and an aluminum rim 3 . The aluminum wheel bowl 2 is designed either as an aluminum band bowl or an aluminum casting bowl. The aluminum rim 3 is usually designed as an aluminum band rim.

Die Aluminium-Radschüssel 2 wird mit der Aluminium-Felge 3 in den Bereichen 4 durch Verschweißen verbunden.The aluminum wheel disc 2 is connected to the aluminum rim 3 in the areas 4 by welding.

Erfindungsgemäß erfolgt dieser Schweißvorgang dergestalt, daß als Schweißverfahren das Plasma-Schweißverfahren eingesetzt wird und daß die Wärmeeinbringung während des Schweißens zumindest zeitweise unabhängig von der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes gesteuert wird.According to the invention, this welding process takes place in such a way that the welding process is the plasma welding process is used and that the heat input during the Welding, at least temporarily, regardless of the feed of the filler material is controlled.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 angedeutete Ausschnitt 5 vergrößert dargestellt. In dieser vergrößerten Darstellung wird gezeigt, daß die Verbindung zwischen der Aluminium-Radschüssel 2 und der Aluminium-Felge 3 mit Hilfe eines Plasma-Schweißkopfes 6 hergestellt wird. Hierzu wird, in Fig. 2 nicht im einzelnen dargestellt, zu Beginn der Schweißnaht zunächst die Wärmeeinbringung durch Zünden des Lichtbogens 7 gestartet woraufhin nach kurzer Zeit die Zufuhr des nicht dargestellten Zusatzwerkstoffes beginnt, so daß die Schweißnaht an ihrem Anfang keine Kaltverschweißungen aufweist. Am Ende der Schweißnaht, also beispielsweise am Ende eines Schweißnahtsegmentes zwischen der Aluminium-Radschüssel 2 und der Aluminium-Felge 3, wird zunächst die Wärmezufuhr gedrosselt und danach die Schweißdrahtzufuhr gestoppt oder über eine Rampensteuerung abgesenkt und gestoppt, danach wird die Wärmezufuhr beendet, d. h. der Lichtbogen 7 zum Erlöschen gebracht, so daß keine weitere Wärmeeinbringung erfolgt. Hierdurch werden auch die vom MIG-Schweißverfahren bekannten Endkrater oder Endkraterrisse vermieden.In Fig. 2 the section 5 indicated in Fig. 1 is shown enlarged. In this enlarged view it is shown that the connection between the aluminum wheel disc 2 and the aluminum rim 3 is made with the aid of a plasma welding head 6 . For this purpose, not shown in detail in FIG. 2, the introduction of heat by starting the arc 7 is started at the beginning of the weld seam, whereupon the supply of the filler material, not shown, begins after a short time, so that the weld seam does not have any cold welds at its beginning. At the end of the weld seam, for example at the end of a weld seam segment between the aluminum wheel disc 2 and the aluminum rim 3 , the heat supply is first throttled and then the welding wire supply is stopped or lowered and stopped via a ramp control, after which the heat supply is ended, ie Arc 7 is extinguished so that no further heat is introduced. This also avoids the end craters or end crater cracks known from the MIG welding process.

Aus Fig. 2 ist weiter ersichtlich, daß die Schweißnaht in PB-Position erstellt wird.From Fig. 2 it can also be seen that the weld is made in the PB position.

Claims (9)

1. Verfahren zum Verschweißen dickwandiger, dynamisch belasteter Aluminium-Blechteile, insbesondere einer Aluminium-Radschüssel mit einer Aluminium-Felge, bei welchem eine Schweißnaht zumindest teilweise entlang der Stoßflächen eines ersten Aluminium-Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Radschüssel, und eines zweiten Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Felge, hergestellt wird und die Wärme mittels eines Lichtbogens in die Blechteile eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißverfahren das Plasma-Schweißverfahren, das Plasma- MIG-Schweißverfahren, das Plasmapulverschweißverfahren oder das Laser-Plasmaschweißverfahren eingesetzt wird.1. Method for welding thick-walled, dynamically loaded aluminum sheet metal parts, in particular an aluminum wheel disc with an aluminum rim, in which a weld seam at least partially along the abutting surfaces of a first aluminum sheet metal part, in particular the aluminum wheel disc, and a second sheet metal part, in particular, the aluminum rim is produced and the heat is introduced into the sheet metal parts by means of an arc, characterized in that the plasma welding process, the plasma MIG welding process, the plasma powder welding process or the laser plasma welding process is used as the welding process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinbringung während des Schweißens zumindest teilweise unabhängig von der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes gesteuert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the At least heat input during welding partly independent of the feed of the filler material is controlled. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Nahtanfang der Zusatzwerkstoff relativ zu dem Beginn der Wärmeeinbringung verzögert zugeführt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that on Start of seam of filler material relative to the start of Heat input is supplied with a delay.   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Nahtende die Wärmeeinbringung relativ zu dem Ende der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes verzögert endet.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that on Seam end the heat input relative to the end of the Supply of the filler material ends with a delay. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzwerkstoff als Draht oder als Pulver zugeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Filler metal is supplied as a wire or as a powder. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht in Segmenten hergestellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the Weld is made in segments. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von mindestens zwei Schweißköpfen mehrere Segmente gleichzeitig hergestellt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that with With the help of at least two welding heads, several segments be produced at the same time. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Herstellung mehrerer Segmente jeweils zwei Segmente um 180° relativ zur Achse der Aluminium-Felge versetzt hergestellt werden.8. The method according to claim 7, characterized in that at simultaneous production of several segments, two each 180 ° segments relative to the axis of the aluminum rim staggered. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Entfettung des ersten Aluminium-Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Radschüssel, und des zweiten Aluminium- Blechteiles, insbesondere der Aluminium-Felge, vor dem Verschweißen zumindest teilweise verzichtet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that on a Degreasing of the first aluminum sheet metal part, in particular the aluminum wheel bowl, and the second aluminum Sheet metal part, especially the aluminum rim, before Welding is at least partially dispensed with.
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