DE3026173C2 - Verfahren zum Verbinden von Aluminiumteilen mit Teilen aus anderen Metallen durch Ultraschallschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Aluminiumteilen mit Teilen aus anderen Metallen durch Ultraschallschweißen mittels zweier ultraschallbeaufschlagbarer Werkzeuge, von denen das eine eine Schweißsonotrode und das andere eine Amboßsonotrode ist, wobei die zu verbindenden Metallteile mit dem Aluminiumteil nach unten auf der Amboßsonotrode angeordnet und nach Herabsenken der Schweißsonotrode durch Ultraschalleinwirkung miteinander verschweißt werden.

Beim Ultraschall-Metallschweißen werden die zu verbindenden Teile überlappt zwischen Sonotrode und Amboß gelegt. Nach dem Absenken der Sonotrode auf diese Teileanordnung sollen die Ultraschall-Schwingungen auf das obenliegende Bauteil möglichst schlupffrei übertragen werden. Das untenliegende Bauteil wird meist über die Oberflächenrauhigkeit des Ambosses gehalten. Die dadurch in der Fügefläche entstehende Relativbewegung beider Teile trägt maßgeblich zu dem Zustandekommen der Schweißverbindung bei.

In der Veröffentlichung »Schweißen und Schneiden« 25 (1973), Seiten 81 bis 83, werden spezielle Möglichkeiten des Ultraschallschweißens im Gegentaktverfahren beschrieben, wobei zwei ultraschallbeaufschlagbare Werkstücke verwendet werden. Dabei kommt es darauf an, über elektronische Steuermittel die zugehörigen (jeneratoren mit wählbarer Phasenverschiebung anzusteuern, wozu zwei Sonden zur Bewegungserfassung der Werkzeuge notwendig sind.

Bei letzterem Verfahren wirken beide Werkzeuge als Ultraschallsonotroden. Ausgehend von der üblichen Terminologie werden zweckmäßigerweise diese Werkzeuge als Schweißsonotrode und Amboßsonotrode bezeichnet.

Die bekannten Schweißverfahren eignen sich unter anderem zum Verbinden von dünnen Blechen der Kombination Ni/Al, Cu/Al, Stahl/Al, AI/AL Bei bestimmten Anwendungsfällen, wie z.B. beim Verbinden von Ni-Bändchen mit Al-Blech für He-Ne-Laserröhren und von Cu-Streifen mit Al-Gehäusen für Entstörfilter, muß das Aluminiumteil dem Amboß zugeordnet werden.

Bei letzterer Anordnung tritt nach dem eigentlichen Schweißprozeß zwangsläufig eine teils recht fest haftende Verbindung zwischen dem Aluminiumteil und dem Amboß ein. Abhilfe kann notdürftig durch die Verwendung von Trennmitteln, wie öl oder Fett, geschaffen werden. Diese Möglichkeit ist für eine Massenfertigung jedoch ungeeignet Außerdem verschmutzen die Bauteils Ie. Untersuchungen, allein durch geeignete Materialwahl des Ambosses das Festschweißen zu verhindern sowie der Einsatz von Keramik im Amboß blieben erfolglos.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren Einzugeben, mit dem es möglich ist, die geschilderten Schwierigkeiten bei einem Schweißverfahren der genannten Art zu vermeiden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst

Bei der Erfindung wird während des eigentlichen Schweißvorganges nur die Schweißsonotrode angeregt und nach Beendigen dieses Vorganges und Abheben der Schweißsoiiotrode die Amboßsonotrode mit Ultraschall beaufschlagt.

Der Einsatz von Ultraschall zum Reinigen von Oberflächen gehört zwar zum Stand der Technik (siehe z. B. ABC Technik + Naturwissenschaft, Leipzig 1970, S. 1096). Durch eine solche an sich bekannte Verwendung des Ultraschalls können haftende Verbindungen durch externe Beaufschlagung mit Ultraschall aufgebrochen werden. Demgegenüber erfolgt bei der Erfindung das Aufbrechen der unerwünschten Haftverbindung zwischen Aluminiumteil und Amboß unmittelbar nach dem Verschweißen der Bauteile im Rahmen eines automatisierten Fertigungsvorganges.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert

Ein 0,2 mm dicker Kupfer-(Cu-)Streifen soll an ein Aluminium-(Al-)Gehäuse (Al 99,5 weich) mit einer Wandstärke von 1 mm mittels Ultraschall angeschweißt werden. Das Al-Gehäuse liegt auf einem als Amboßsonotrode bezeichneten Werkzeug und der Cu-Streifen auf dem Teil des Al-Gehäuses, an den der Cu-Streifen angeschweißt werden soll. Darüber befindet sich bewegbar ein als Schweißsonotrode bezeichnetes Werkzeug. Beide Werkzeuge sind mit Ultraschall beaufschlagbar. Es wird folgendermaßen vorgegangen:

Die Schweißsonotrode wird auf den Cu-Streifen mit einer Kraft von 1500 N während einer Zeit (Schweißzeit) von 0,1 s gedrückt. Die Amplitude der Schweißsonotrode beträgt während der Schweißzeit 30 μιτι.

Nach Beendigen des eigentlichen Schweißprozesses wird die Schweißsonotrode abgehoben und anschließend die Amboßsonotrode während einer Zeitdauer von 0,2 s mit Ultraschallimpulsen einer Impulshöhe von 30 μιτι beaufschlagt Danach kann das Al-Gehäusc mit dem angeschweißten Cu-Streifen ohne Schwierigkeiten vom Amboß entfernt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Aluminiumteilen mit Teilen aus anderen Metallen durch Ultraschallschweißen mittels zwsier ultraschallbeaufschlagbarer Werkzeuge, von denen das eine eine Schweißsonotrode und das andere eine Amboßsonotrode ist, wobei die zu verbindenden Metallteile mit dem Aluminiumteil nach unten auf der Amboßsonotrode angeordnet und nach Herabsenken der Schweißsonotrode durch Ultraschalleinwirkung miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schweißvorganges nur die Schweißsonotrode angeregt wird und daß nach Beendigen des Schweißvorganges und Abheben der Schweißsonotrode die Amboßsonotrode zum Lösen der nach dem Schweißen festhaftenden Verbindung zwischen Aluminiumteil und Amboß durch die an sich bekannte Verwendung von Ultraschall zum Aufbrechen von haftenden Verbindungen mit Ultraschall beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallamplitude von Schweißsonotrode und Amboßsonotrode 30 μπι beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit der Ultraschallbeaufschlagung der Schweißsonotrode 0,1 s und die Zeit der Ultraschallbeaufschlagung der Amboßsonotrode 0,2 s beträgt.