DE2428274C2 - Verbindungsstück für eine Schweißverbindung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von ebenen Verbindungsstücken für eine Schweißverbindung zweier unterschiedlicher, insbesondere schwer oder nicht miteinander verschweißbarer Metalle, und auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes Verbindungsstück.

Derartige, aus den unterschiedlichen Metallen bestehende Verbindungsstücke werden so zwischen den miteinander zu verbindenden, aus den gleichen unterschiedlichen Metallen bestehenden Bauteilen angeordnet, daß gleiche Metalle aneinander angrenzen und dann durch Schmelzschweißen miteinander verbunden werden können.

Ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungskörpem aus Stahl und Leichtmetall, z. B. Aluminium oder Titan oder deren Legierungen, ist aus der deutschen Patentschrift 2048 075 bekannt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlblech beiderseitig in der Weise mit Leichtmetallblechen sDrensDlattiert wird, daß je ein Teilsück der beiden Leichtmetallbleche mit dem Stahlblech und TeUstücke der beiden LeichtmetaUbleche miteinander verbunden werden. Dabei wird in der Regel das Stahlblech an seinem zu plattierenden Ende keilförmig ausgebildet.

Die Herstellung derartiger Verbindungskörper ist jedoch sehr aufwendig, da jeder Verbindungskörper aus drei jeweils vorbereiteten Teilen gesondert durch Sprengplattieren hergestellt werden muß. Die zu leistenden Vorarbeiten und Nachbearbeitungen sind mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand verbun-■Men^-. ^; ■-",.·

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Verbindungsstück zu schaffen, cL* die genannten Nachteile nicht aufweisen. Die ErfinOi'Tig besteht bei dem eingangs genannten Verfahren darin, daß ein aus den unterschiedlichen Metallen bestehender, durch Sprengplattieren hergestellter Körper unter mindestens einem Winkel zur Plattierzone in die Dicke oder den Querschnitt der Verbindungsstücke aufweisende Streifen zerteilt wird.

Auf diese Weise lassen sich — je nach Größe des Körpers, Dicke bzw. Dicken der Verbindungsstücke und Schnittwinkel — aus einem durch Sprengplattieren hergestellten Körper eine Reihe von Verbindungsstücken auf einfache Weise herstellen.

Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung können sowohl Verbindungsstücke mit durchgehend gleicher Dicke als auch solche mit keilförmigem Querschnitt in einfacher Weise angefertigt werden.

Da beim derzeitigen Stand des Sprengplattierens Plattierflächen von mindestens etwa 6 X 2 m erzielbar sind, lassen sich mit dem neuen Verfahren Verbindungsstücke von über 6 m Länge herstellen.

Der Schnittwinkel, der gleichzeitig der Überlappungswinkel an der Verbindungsstelle der unterschiedlichen Metalle des Verbindungsstücks ist, richtet sich in erster Linie nach der geforderten Festigkeit der Verbindung und in 'weiter Linie nach der gewählten Materialkombination; er sollte aus fertigungstechnischen Gründen den Wert von 10° nicht unterschreiten.

Das Zerteilen des durch Sprengplattieren hergestellten Körpers kann mit allen geeigneten Zerteilverfahren vorgenommen werden. Vorzugsweise kommen spanende Trennverfahren wie Sägen oder Fräsen in Betracht. Aber auch thermische Trennverfahren, wie Brennschneiden und Trennen mit Plasmastrahl, sind gut geeignet.

Das Verhältnis von Breite zur mittleren Dicke der Verbindungsstücke soll so groß sein, daß sich die beim Verschweißen an beiden Enden parallel zur Verbindungsstelle zugeführte Wärme möglichst wenig auf die Verbindungsstelle auswirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Breite des Verbindungsstükkes das Zehn- bis Zwanzigfache seiner mittleren Dicke beträgt. Als mittlere Dicken kommen in erster Linie Maße zwischen 5 und 10 mm in Frage.

Normalerweise besteht der aus zwei unterschiedlichen Metallen durch Sprengplattieren hergestellte Körper aus zwei im allgemeinen gleichdicken Lagen. Wenn jedoch für besondere Anwendungsfälle das Verhältnis Breite zu mittlerer Dicke der Verbindungsstücke und/oder der oder die Winkel zur Plattierzone jeweils zu groß werden, so daß die einzelne Lage so dick wird, daß sie nicht mehr oder nur unter Schwierigkeiten mittels Sprengstoff aufplattierbar ist,

werden mindestens zwei Lagen des gleichen Werkstoffs nacheinander aufplattiert. Es ergeben sich auf diese Weise Verbindungsstücke, die mehrere aufeinander sprengplattierte Lagen des einen und eine Lage des anderen — unterschiedlichen — Metalls enthalten. Die Festigkeit der Verbindungsstücke wird durch diese Maßnahme nicht beeinflußt. Für die Anwendungsfälle, in denen Verbindungsstücke erforderlich sind, deren Verhältnis ihrer Breite zu ihrer mittleren Dicke sehr klein ist, so daß die Verbindungsstelle (Plattierfläche) der unterschiedlichen Metalle der zu^eführten Schweißwänne zu stark ausgesetzt wäre, ist eine diesen Nachteil beseitigende gezielte Kühlung der Verbindungsstelle vorgesehen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Verbindungsstücke nach der Erfindung und Beispiele zur Erläuterung der Durchführung des Verfahrens zu ihrer Herstellung sowie ihrer Verwendung schematisch dargestellt. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 jeweils auf unterschiedliche Weise ao zerteilte durch Sprengplattieren hergestellte Körper in Schrägansicht,

F i g. 4 bis 6 je ein Verbindungsstück im senkrecht zur Verbindungsstelle gelegten Schnitt,

Fig.7 bis9 je ein Anwendungsbeispiel der Verbindung zweier Bauteile mittels eines Verbindungsstücks.

Aus F i g. 1 ist zu entnehmen, wie ein aus zwei unterschiedlichen Metallen, z. B. Stahl und Gebrauchsaluminium, durch Sprengplattieren hergestellter Körperl unter einem Winkel zur Plattierzone2 in die Dicke der Verbindungsstücke aufweisende Streifen 3 zerteilt wird. Ein sich hieraus ergebendes Verbindungsstück 4 ist in F i g. 4 dargestellt. Für eine Verbindung, wie sie in Fig.7 abgebildet ist, kann dieses Verbindungsstück 4 im wesentlichen ohne Nachbearbeitung eingesetzt werden. Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig.7 wird ein Stahlblechs über das Verbindungsstück 4 mit einem Aluminiumblech 6 von jeweils gleicher Dicke durch Schmelzschweißen verbunden. Sollen an Stelle der für diese Verbindung verwendeten V-Nähte 7 jeweils X-Nähte ausgeführt werden, so brauchen dazu lediglich die in F i g. 5 strichpunktiert dargestellten vorstehenden Kanten 17 abgearbeitet zu werden. Wie weit im Einzelfall die Verbindungsschweißnaht durch sogenanntes Anfasen vorbereitet werden muß, hängt von der jeweiligen Blechdicke der miteinander zu verbindenden Teile und von dem Schnittwinkel, unter dem der Körper 1 zerteilt wird, ab.

F i g. 8 zeigt, wie das Verbindungsstück 4" an einer Seite mittels Kehlnähten 8 an einem Bauteil 9 und an der anderen Seite mittels einer X-Naht 10 an einem Blech 11 angeschweißt ist. Das entsprechend vorbereitete Verbindungsstück 4" vor der Verschweißung zeigt die F i g. 6.

Eine Lageanordnung von untereinander gleichen im Querschnitt keilförmig ausgebildeten Verbindungsstücken 12 vor dessen Zerschneiden im Körper 1 zeigt die F i g. 3. Der Körper 1 wird zu diesem Zweck abwechselnd unter einem Winkel γ und einem Winkel <5 zerteilt. Einen Anwendungsfall für ein auf diese Weise und nach entsprechender Vorbereitung hergestelltes Verbindungsstück 12' weist die F i g. 9 aus.

Selbstverständlich kann der aus den unterschiedlichen Metallen bestehende Körper zur Herstellung von verschiedenen Verbindungsstücken je nach Bedarf verschiedener Verbindungsstücke auf unterschiedliche Weise zerteilt werden. In Fig.2 ist gezeigt, wie durch Zerteilen unter zwei verschiedenen Winkeln α und β vier Verbindungsstücke 4 mit einer kleineren Verbindungsfläche 16, drei Verbindungsstücke 13, die jeweils eine größere Verbindungsfläche 14 aufweisen, sowie ein Verbindungsstück 15, das einen keilförmigen Querschnitt aufweist, aus einem Körper 1' hergestellt werden können.

Der Körper 1' ist — im Gegensatz zum aus nur zwei Lagen zusammengesetzten Körper 1 — aus drei Lagen, nämlich der Lage 18 aus einem Werkstoff und den aus einem anderen Werkstoff bestehenden zwei Lagen 19 und 20 gebildet Die Herstellung erfolgt so, daß die Lage 19 auf die Lage 18 und danach die Lage 20 auf die Lage 19 aufplattiert wird. Die Lagen gleichen Werkstoffs können von gleicher oder unterschiedlicher Dicke sein.

Die Anordnung bzw. Verteilung der Lage unterschiedlicher Verbindungsstücke in einem oder mehreren Körpern 1 bzw. 1' vor dessen Zerteilung soll selbstverständlich so vorgenommen werden, daß dei geringstmögliche Abfall anfällt.

Als Material-Zusammenstellungen für die Verbindungsstücke kommen alle dem Sprengplattieren zugänglichen Metall-Kombinationen, in erster Linie jedoch Stahl mit Aluminium, Stahl mit Titan und Kupfer mit Aluminium in Frage. Unter Aluminium sind dabei die gebräuchlichen Aluminiumlegierungen zu verstehen. Mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Verbindungsstücke einer Stahl-Aluminium-Kombination, die eine gleichbleibende Dicke aufwiesen und unter Schnittwinkeln von 20 bis 30^c hergestellt worden sind, zeigten nach der Durchführung von Zugprüfungen, daß die Festigkeit der plattierten Verbindungsfläche die Zugfestigkeit der ver wendeten Aluminiumlegierung, wobei es sich urr ausgehärtetes AlZnMg 1 handelte, überschritter hatte.

Vorteilhaft kann für manche Fälle die Anwendung einer die Verbindung verbessernden dünnen Zwi schenlage eines weiteren Metalls oder einer Legierung sein. Die auf das eine Metall aufplattierte Zwi schenlage soll so dünn wie möglich gewählt werden um eine Verminderung der Festigkeit des Verbindungsstückes zu verhindern. Beispielsweise kann zwi sehen Stahl und Gebrauchsaluminium dne etwa 0,! bis 1 mm dicke Lage aus Reinaluminium oder Kup fer eingefügt werden.

Auch für die Verbindung größerer Bauteile, sowei sie noch wirtschaftlich miteinander verschweißt wer den können, sind ausreichend groß dimensioniertt Verbindungsstücke mit eiern neuen Verfahren her stellbar. Die größten noch aufplattierbaren Blech stärken liegen — je nach dem verwendeten Metall — heule etwa zwischen 15 und 25 mm. Bei aus gleich dicken Lagen durch sprengplattieren hergestellte! Körpern, wie es für den Regelfall vorgesehen ist, er geben sich dann für den Körper 1 Gesamtdicken voi 30 bis 50 mm.

Der Anzahl übereinanderplattierter Lagen de gleichen Metalls sind nur von der Wirtschaftlichkei her Grenzen gesetzt. Bei Anwendung dieser Ausfüh rungsforrn wurden z. B. auf eine 40 mm dicke Stahl lage vier jeweils 10 mm dicke Aluminiumlage (AlZnMg 1) auf plattiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von ebenen Verbindungsstücken für eine Schweißverbindung zweier unterschiedlicher, insbesondere schwer oder nicht miteinander verschweißbarer Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus den unterschiedlichen Metallen bestehender, durch _; Sprengplattieren hergestellter Körper (1,1') unter mindestens einem Winkel zur Plattierzone in die Picke oder den Querschnitt, der Verbindungsstücke aufweisende Streif ea zerteilt wird. · ..,··■ i „'··

2.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Winkel 10 bis 60° betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Winkel 20 > bis · '■ 30° betragen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch spannende Bearbeitung zerteilt wird.

5. Mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestelltes Verbindungsstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis seiner Breite zu seiner mittleren Dicke 6 bis 30 beträgt.

6. Verbindungsstück nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 10 bis 20 beträgt.

7. Verbindungsstück nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine mittlere Dicke zwischen 5 und 10 mm liegt.

8. Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere aufeinander sprengplaitierte Lagen des einen und eine Lage des anderen unterschiedlichen Metalls enthält.

9. Verwendung des Verbindungsstückes (4, 4', 4", 12, 12') nach einem der Ansprüche 5 bis 8 sowie der nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellten Verbindungsstücke für die Verbindung zweier aus den unterschiedlichen Metallen des Verbindungsstückes bestehender Bau- oder Maschinenteile.