DE60023977T2

DE60023977T2 - Schweissverfahren und geschweisstes Metallbauteil

Info

Publication number: DE60023977T2
Application number: DE60023977T
Authority: DE
Inventors: Seiji Aki-gun Nomura; Satoshi Aki-gun Nanba; Yukihiro Aki-gun Sugimoto; Yukio Aki-gun Yamamoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-02-11
Also published as: EP1044754B1; DE60023977D1; JP2000263243A; EP1044754A1; JP3812789B2; US6552292B1; KR20000062669A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallschweißverfahren und insbesondere ein Metallschweißverfahren, durch das verschiedene-Metallarten durch zum Beispiel elektrisches Widerstandsschweißen, bei dem die Metalle erwärmt und zusammengepresst werden, miteinander verbunden werden.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Herkömmlicherweise sind weithin Techniken verwendet worden, bei denen zwei verschiedene Metallarten, die sich zum Beispiel hinsichtlich des Schmelzpunkts unterscheiden, durch Erwärmen und Zusammenpressen verbunden werden. Die elektrische Widerstandsschweißtechnik ist ein Beispiel für solche Metallverbindungsverfahren. Bei dieser Schweißtechnik werden verschiedene Arten von Metallen miteinander in Berührung gebracht, und es wird an ihnen ein elektrischer Strom angelegt; dann werden sie in diesem Berührungszustand zusammengepresst. Die beiden Metallglieder werden unter Verwendung des elektrischen Widerstands zwischen den Berührungsflächen miteinander verbunden.
Die japanische Auslegeschrift Nr. 8-296416 hat eine Technik vorgeschlagen, bei der diese elektrische Widerstandsschweißtechnik auf das Verbinden eines Zylinderkopfs und eines Ventilsitzes angewandt wird. Im Vergleich zum herkömmlichen Presspassungsverfahren kann dieses Verfahren zur Verbindung eines Zylinderkopfs mit einem Ventilsitz die Dicke des Materials des Ventilsitzes verringern und den Durchmesser der Einlass-/Auslass-Öffnung des Zylinderkopfs vergrößern. Somit wird durch diese Technik der Freiheitsgrad der Motorkonzeption stark erhöht.
Fachleuten ist jedoch bekannt, dass die Verbindungsflächen eines auf einer Leichtlegierung basierenden Zylinderkopfs und eines auf Eisen basierenden Ventilsitzes zerbrechlich sind. Folglich kann es diesen Verbindungsflächen an Festigkeit fehlen, da Verbindungsflächen dieser beiden Glieder eine hohe Langlebigkeit aufweisen müssen.
Die JP-08-144723 A beschreibt ein Metallschweißverfahren zum Schweißen eines ersten und eines zweiten Metallglieds, bei dem zwischen dem ersten und dem zweiten Metallglied eine Diffusionsschicht gebildet wird, die die Materialien der Diffusionsschicht und des ersten Metallglieds enthält. Die EP-A-0723069 offenbart das direkte Verbinden von zwei Metallgliedern ohne ein Lötmaterial. weiterhin offenbart die EP-A-0723069 das Verbinden von zwei Metallgliedern unter Einsatz eines Lötmaterials, das eine das Lötmaterial und das Material eines der Metallglieder enthaltende Diffusionsschicht während des Verbindungsprozesses bildet und am Ende des Verbindungsprozesses abgeführt wird.
Ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem verschiedene Arten von Metall in Berührung miteinander gebracht werden, an denen ein elektrischer Strom angelegt wird, wonach sie in diesem Berührungszustand zusammengepresst werden, wird in der EP 0914897 A1 beschrieben, deren Prioritätstag nach dem der vorliegenden Beschreibung liegt und die deshalb gemäß Art. 54(3) und (4) EPÜ den Stand der Technik bildet.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Metallschweißverfahrens, bei dem Metallglieder mit unterschiedlichem Schmelzpunkt mit hoher Bindungsfestigkeit verbunden werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Metallschweißverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen in allen Figuren davon gleiche Bezugszahlen die gleichen oder ähnliche Teile bezeichnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten von zu verbindenden Teilen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Struktur der Verbindungsflächen eines Zylinderkopfs und eines Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Schnittansicht, die die Form des Ventilsitzes vor dem Verbinden bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4A bis 4C sind Ansichten zur Erläuterung der Schritte des Verbindens des Zylinderkopfs mit dem Ventilsitz bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A bis 5D sind Ansichten, die Zustandsübergänge der Verbindungsflächen des Zylinderkopfs und des Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
6A bis 6D sind Ansichten, die die Zusammensetzungen der Verbindungsflächen des Zylinderkopfs und des Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 ist eine graphische Darstellung der Zusammensetzungen der Verbindungsflächen des Ventilsitzes und des Zylinderkopfs bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Ansicht, die die Art und Weise zeigt, wie der Ventilsitz und der Zylinderkopf während des Verbindens (wenn sie unter Wasser verbunden werden) bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekühlt werden;
9 ist eine Ansicht, die die Art und Weise zeigt, wie der Ventilsitz und der Zylinderkopf während des Verbindens (wenn Wasser zwischen den zu verbindenden Teilen eingespritzt wird) bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekühlt werden;
10 ist eine Ansicht, die die Systemkonfiguration einer Metallverbindungsvorrichtung bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebssteuerprozedur der Metallverbindungsvorrichtung bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Flussdiagramm, das Einzelheiten eines Schweißprozesses zeigt, der in der Betriebssteuerprozedur bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit enthalten ist;
13 ist eine graphische Darstellung, die Stromanlegungs- und Druckmuster bei elektrischem Widerstandsschweißen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine graphische Darstellung, die Temperaturänderungen des Zylinderkopfs zeigt, wenn das Stromanlegungsmuster von elektrischem Widerstandsschweißen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
15A bis 15C sind graphische Darstellungen, die Modifikationen der Stromanlegungs- und Druckmuster von elektrischem Widerstandsschweißen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
16 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn eine Spannzange verwendet wird);
17 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der. ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn eine Spannzange verwendet wird);
18 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn Luft abgegeben wird);
19 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn Luft abgegeben wird);
20 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn ein Aufhängungsring verwendet wird);
21 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wenn ein Aufhängungsring verwendet wird); und
22A bis 22C sind Ansichten zur Erläuterung der Schritte des Verbindens eines Zylinderkopfs mit einem Ventilsitz bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unten wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Hinblick auf das Verschweißen eines Ventilsitzes mit der Öffnung einer in einem Zylinderkopf eines Motors ausgebildeten Einlass/Auslass-Öffnung als Beispiel ausführlich beschrieben. Bei jeder unten zu beschreibenden Ausführungsform wird so genanntes elektrisches Widerstandsschweißen als ein praktisches Mittel zum Erwärmen und Zusammenpressen von Schweißmetallen eingesetzt.
[Erste Ausführungsform]
<Verfahren zum Verbinden von Metallgliedern>
Zunächst wird ein Verfahren zum Verbinden (Verschweißen) von Metallgliedern bei der ersten Ausführungsform beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten von zu verbindenden Teilen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das heißt, 1 zeigt die Öffnungskante einer Einlass-/Auslass-Öffnung eines Zylinderkopfs 2.
Wie in 1 gezeigt, wird ein (im Folgenden als Sitz zu bezeichnender) ringförmiger Ventilsitz 3 als ein erstes Metallglied mit einer Verbindungsfläche 2a (an den Außenumfangsflächen 3a und 3b) in der Öffnungskante einer Einlass-/Auslass-Öffnung 2b des (im Folgenden als Kopf zu bezeichnenden) Zylinderkopfs 2 als zu verschweißendes Glied (ein zweites Metallglied) verbunden, das heißt in einer Position, mit der ein (nicht gezeigtes) Ventil in Berührung kommt, wenn der Motor fertig gestellt ist. Der Kopf 2 weist, wie in 1 gezeigt, mehrere Einlass-/Auslass-Öffnungen 2b auf, die bei Betrachtung von unterhalb des Kopfs 2 im Wesentlichen quadratisch ausgebildet sind. Wie in 1 gezeigt, ist der Sitz 3 mit der Öffnungskante jeder Öffnung verbunden.
Die Innenumfangsfläche des Sitzes 3 ist gemäß der Form einer (nicht gezeigten) Ventiloberfläche konisch zulaufend, so dass der Durchmesser in 1 nach oben hin abnimmt.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Kopf 2 um ein Metallglied, das aus einem auf Aluminium basierenden Material als Leichtlegierungsmaterial hergestellt ist. Der Sitz ist ein Metallglied (gesintertes Glied), das aus einem auf Eisen basierenden Material hergestellt ist. Ein auf Kupfer basierendes Material als Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist in diesen Sitz 3 infiltriert.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Struktur der Verbindungsflächen eines Zylinderkopfs und eines Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kopf 2 und der Sitz 3 sind durch ein unten zu beschreibendes Verfahren über eine ternäre Bondschicht (Bondschicht 10) mit einer Dicke von ca. 0,3 μm, die hauptsächlich Zn, Al und Fe enthält, metallurgisch miteinander verbunden.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Verbindung des Kopfs 2 mit dem Sitz 3, bei dem die oben genannte Verbindungsstruktur entsteht, ausführlich beschrieben. Bei einem später zu beschreibenden Herstellungsprozess werden der Kopf 2 und der Sitz 3 aus dem in 1 gezeigten Zustand im Hinblick auf Produktivität verkehrt herum angeordnet.
3 ist eine Schnittansicht, die die Form des Ventilsitzes vor dem Verbinden bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 3 gezeigt, sind die Außenumfangsflächen 3a und 3b des Sitzes 3 konisch zulaufend; die Außenumfangsfläche 3a weist einen Winkel θ1 zur Vertikalrichtung auf, und die Außenumfangsfläche 3b weist einen Winkel θ2 zur Horizontalrichtung auf. Diese Außenumfangsflächen 3a und 3b werden beim Verbinden mit der Öffnungskante 2a des Kopfs 2 in Berührung gebracht. Eine Innenumfangsfläche 3c des Sitzes 3 weist eine von der in 1 gezeigten fertig gestellten Form verschiedene Form auf, um das Halten, Freigeben und Pressen des Sitzes beim (später zu beschreibenden) Herstellungsprozess zu erleichtern. Die in 1 gezeigte fertig gestellte Form wird durch gewöhnliches Schleifen und Polieren in einer Nachbehandlung (einem Fertigbearbeitungsprozess) erhalten.
Bevor der Sitz 3 mit dem Kopf 2 verbunden wird, wird des Weiteren eine in 3 nicht gezeigte Wachsschicht (Wachsschicht 7) auf den Außenumfangsflächen 3a und 3b des Sitzes 3 aufgebracht. Diese Wachsschicht kann durch Eintauchen des Sitzes 3 in Wachsschmelze und Galvanisieren des Sitzes 3 in diesem Zustand durch gewöhnliches Ultraschall-Galvanisieren gebildet werden. Dieses Wachs ist als ein drittes Metallglied eine eutektische Legierung, die ca. 95 Gew.-% Zn und ca. 5 Gew.-% eines auf Leichtlegierung basierenden Glieds (bei dieser Ausführungsform Aluminium) oder eine eutektische Legierung aus Cu und ein auf Leichtlegierung basierendes Glied, wie zum Beispiel Aluminium, enthält. Der Schmelzpunkt der Wachsschicht 7 ist niedriger als jener des Sitzes 3 und des Kopfs 2.
Bei dieser Ausführungsform wird das Wachs nur auf dem Sitz 3 aufgebracht. Das Wachs kann jedoch auch sowohl auf dem Kopf 2 als auch auf dem Sitz 3 aufgebracht werden.
Die Schritte des Verbindens des mit der Wachsschicht überzogenen Sitzes 3 mit der Öffnungskante 2a des Kopfs 2 durch elektrisches Widerstandsschweißen werden unten beschrieben.
4A bis 4C sind Ansichten zur Erläuterung der Schritte des Verbindens des Zylinderkopfs mit dem Ventilsitz bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform ist die Öffnungskante 2a des Kopfs 2 konisch zulaufend, damit thermische Diffusion, die zwischen der Öffnungskante 2a und den Außenumfangsflächen des Sitzes 3 auftritt, wenn das Pressen und das Anlegen des elektrischen Stromes beginnt, zwischen den Berührungsflächen dieser beiden Glieder so gleichmäßig wie möglich ist, das heißt, um die Erzeugung lokaler Heißstellen am Kopf 2 aufgrund eines Temperaturanstiegs durch Anlegen von elektrischem Strom zu verhindern. In den Verbindungsschritten wird der zuvor mit der Wachsschicht überzogene Sitz 3 zunächst mit dieser konisch zulaufenden Öffnungskante 2a in Berührung gebracht, wie in 4A gezeigt.
Als Nächstes wird der Sitz 3, wie in 4B gezeigt, durch eine (nicht gezeigte) Schweißelektrode gepresst, und an diese Schweißelektrode wird ein elektrischer Strom angelegt. Zwischen den Berührungsflächen, das heißt der Öffnungskante 2a und den Außenumfangsflächen 3a und 3b des Sitzes 3 besteht ein elektrischer Widerstand. Wenn der elektrische Strom angelegt bleibt, werden diese Berührungsflächen erwärmt. Bei weiterem Erwärmen und Pressen wird der Sitz 3 mit dem Kopf 2 verschweißt, während er darin einsinkt, wie in 4C gezeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem später zu beschreibenden Herstellungsprozess zur zuverlässigeren Verbindung des Kopfs 2 mit dem Sitz 3 die in den 4A bis 4C gezeigten Verbindungsschritte unter Wasser, oder während Wasser in die Nähe der zu verbindenden Teile eingespritzt wird, ausgeführt werden (Einzelheiten werden später beschrieben).
Zustandsübergänge der Verbindungsflächen des miteinander verbundenen Kopfs 2 und Sitzes 3 nach der Darstellung in den 4A bis 4C werden unten unter Bezugnahme auf die 5A bis 6D beschrieben.
5A bis 5D sind Ansichten, die Zustandsübergänge der Verbindungsflächen des Zylinderkopfs und des Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 6A bis 6D sind Ansichten, die die Zusammensetzungen der Verbindungsflächen des Zylinderkopfs und des Ventilsitzes bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
5A zeigt die Struktur eines zu verbindenden Teils des mit der eutektischen Legierungswachsschicht 7 bedeckten Sitzes 3 (entsprechend den Außenumfangsflächen 3a und 3b). Diese Wachsschicht 7 wird über eine Schmelzreaktionsschicht 5 mit einer Dicke von 1 μm oder geringer auf dem Sitz 3 aufgebracht. 6A zeigt die Zusammensetzung des mit der Wachsschicht 7 bedeckten Sitzes 3. Die Schmelzreaktionsschicht 5 bildet eine aus Fe und einer aus der Wachsschicht 7 diffundierten Wachskomponente bestehende Diffusionsschicht. Das heißt, die Schmelzreaktionsschicht 5 ist eine Fe-Zn-Diffusionsschicht, die gebildet wird, wenn Zn der Wachsschicht 7 zum Ventilsitz 3 diffundiert.
Als Nächstes werden der mit der Wachsschicht 7 bedeckte Sitz 3 und der Kopf 2 miteinander in Berührung gebracht, und durch die in den 5A bis 5D nicht gezeigte Schweißelektrode wird mit dem Anlegen des elektrischen Stroms und dem Pressen begonnen. wie in 5B gezeigt, werden folglich die Wachsschicht 7 und der zu verbindende Teil (die Öffnungskante 2a) des Kopfs 2 über eine Schmelzreaktionsschicht 6 verbunden. Dadurch wird (durch Flüssigphasendiffusionsverbinden) der Sitz 3 über die Schmelzreaktionsschichten 5 und 6 und die dazwischen angeordnete Wachsschicht 7 mit dem Kopf 2 verbunden. Die Gesamtdicke der Schmelzreaktionsschicht 5, der Wachsschicht 7 und der Schmelzreaktionsschicht 6 liegt vorzugsweise bei ca. 0,3 bis 1,0 μm.
6B zeigt die Zusammensetzung des verbundenen Teils des Sitzes 3 und des Kopfs 2 in dem in 5B gezeigten Zustand. Da der Kopf 2 unter der auf dem Sitz 3 aufgebrachten Diffusionsschicht verbunden wird, wird weiterhin eine aus Al und der aus der Wachsschicht 7 diffundierten Wachskomponente bestehende Diffusionsschicht (Schmelzreaktionsschicht 6) gebildet. Das heißt, die Schmelzreaktionsschicht 6 ist eine Al-Zn-Diffusionsschicht, die gebildet wird, wenn die Zn-Komponente der Wachsschicht 7 in die geschmolzene, flüssige Phase zum Zylinderkopf 2 diffundiert. Der Schmelzpunkt der Wachsschicht 7 ist niedriger als der des Sitzes 3 und des Kopfs 2.
Unten werden Einzelheiten der Diffusionsreaktion in dem in den 5B und 6B gezeigten Zustand gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist die Wachsschicht 7 eine eutektische Zusammensetzung auf, die ca. 95 Gew.-% Zn und ca. 5 Gew.-% Al enthält, wie oben beschrieben. Somit ist der Schmelzpunkt dieser Wachsschicht 7 sehr niedrig, ca. 380°C, so dass die Wachsschicht 7 kurz nach Beginn des Anlegens des elektrischen Stroms vollständig zu schmelzen beginnt. Bei weiterem Anlegen von elektrischem Strom und Pressen beginnen auch die Berührungsflächen des Sitzes 3 und des Kopfs 2 zu schmelzen. Wie in 4B gezeigt, wird der Sitz 3 folglich im Kopf 2 vergraben, wenn die Ecke zwischen den Verbindungsflächen 3a und 3b des Sitzes 3 die Passfläche (die Öffnungskante 2a) des Kopfs 2 plastisch fluidisiert. Selbst wenn auf der Verbindungsfläche 2a des Kopfs 2 ein Oxidfilm gebildet wird, kann demgemäß dieser Oxidfilm durch diesen plastischen Strom zerstört werden. Des Weiteren diffundiert die Zn-Komponente des geschmolzenen Wachses in der flüssigen Phase zum Kopf 2 und bildet die Al-Zn-Schmelzreaktionsschicht 6. Diese Diffusionsreaktion verringert das Verhältnis der Zn-Komponente (erhöht das Verhältnis der Al-Komponente) in der Wachsschicht 7 in dem mit dem Kopf 2 verbundenen Teil. Deshalb erhöht sich der Schmelzpunkt der Schmelzreaktionsschicht 6 auf ca. 500°C, und infolgedessen erstarrt die Schmelzreaktionsschicht 6.
Aus dem in den 5B und 6B gezeigten Zustand, in dem die Schmelzreaktionsschicht 6 wie oben beschrieben gebildet wird, wird das Anlegen von elektrischem Strom und das Pressen weiter fortgeführt. Wie in 5C gezeigt, wird folglich geschmolzenes Wachs aus der Wachsschicht 7, das heißt Wachs, das während der Bildung der Schmelzreaktionsschicht 6 nicht reagiert hat, von zwischen den Verbindungsflächen des Sitzes 3 und des Kopfs 2 (zwischen den Schmelzreaktionsschichten 5 und 6) zusammen mit Komponenten des Oxidfilms und vom Kopf 2 durch plastischen Strom abgeschälten Verunreinigungen abgeführt. 6C zeigt die Zusammensetzung des verbundenen Teils des Sitzes 3 und des Kopfs 2 in diesem Zustand.
Aus dem in den 5C und 6C gezeigten Zustand, in dem die Wachsschicht 7 wie oben beschrieben abgeführt wird, wird weiterhin elektrischer Strom angelegt und gepresst. Folglich kommt es zwischen den beiden Reaktionsschichten (Diffusionsschichten), das heißt, der Schmelzreaktionsschicht 5 des Sitzes 3 und der Schmelzreaktionsschicht 6 des Kopfs 2, zu einer Diffusionsreaktion. Infolgedessen wird eine in 5D gezeigte Bondschicht 10 gebildet 6D zeigt den Zustand, in dem diese Bondschicht 10 gebildet ist. Eine drei Elemente, Fe, Al und Zn, die die Schmelzreaktionsschichten 5 und 6 bilden, enthaltende Legierungsschicht wird zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 gebildet.
7 ist eine graphische Darstellung der Zusammensetzungen der Verbindungsflächen des Ventilsitzes und des Zylinderkopfs bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abszisse stellt die vertikale Position bezüglich der Verbindungsflächen dar. Die Ordinate stellt das Komponentenverhältnis jedes einzelnen Metallmaterials dar (es sei darauf hingewiesen, dass 7 keine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen den tatsächlichen Komponenten der Metallmaterialien der Verbindungsflächen zeigt).
Wie in 7 gezeigt, ist die Bondschicht 10 zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 gebildet. In dieser Bondschicht und seiner Umgebung wird die die drei Elemente Fe, Al und Zn enthaltende Legierungsschicht gebildet. Auf 7 Bezug nehmend ist Cu enthalten, um in Poren des Sitzes 3 als Sintermaterial infiltriert zu werden.
Bei dem Verbindungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform nach obiger Beschreibung werden der Sitz 3 und der Kopf 2 durch die Bondschicht 10 ohne Einwirkung der Wachsschicht 7 metallurgisch verschweißt. Dadurch wird die Entstehung von Fe-Al verhindert, wobei es sich um eine intermetallische Verbindung zwischen den Verbindungsflächen des Sitzes 3 und des Kopfs 2 handelt. Das heißt die Bindungsfestigkeit zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 kann durch die Bondschicht 10 als eine ternäre Legierungsschicht, die durch eine Diffusionsreaktion von Fe, Al und Zn gebildet wird, stark erhöht werden.
Bei dieser Ausführungsform wird Ultraschall-Galvanisieren durchgeführt, so dass die Dicke der auf den Sitz 3 und die Schmelzreaktionsschicht 5 abgeschiedenen Wachsschicht 7 1 μm oder weniger beträgt. Dadurch wird eine übermäßige Diffusion der Fe-Komponente von dem Sitz 3 zur Wachsschicht 7 bei Bildung der Schmelzreaktionsschicht 5 verhindert, wodurch verhindert wird, dass die Zusammensetzung der in der gebildeten Schmelzreaktionsschicht 5 enthaltenden Wachskomponenten stark von der ursprünglichen eutektischen Zusammensetzung, oder ihrer nahe gelegenen Zusammensetzung, der Wachsschicht 7 abweicht. Des Weiteren wird dadurch verhindert, dass die Wachskomponenten, die von der eutektischen Zusammensetzung oder ihrer nahe gelegenen Zusammensetzung abweichen, in großen Mengen in der Schmelzreaktionsschicht 5 enthalten sind. Der Grund dafür wird unten ausführlicher beschrieben. Der Schmelzpunkt des auf Al basierenden Kopfs 2 ist allgemein niedriger als der des auf Fe basierenden Sitzes 3. Um den Sitz 3 mit dem Kopf 2 zu verschweißen, ohne die Kopfform zu zerstören, muss das Schweißen somit in so kurzer Zeit wie möglich durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform nach der obigen Beschreibung kann die Zusammensetzung der in dieser Reaktionsschicht enthaltenden Wachskomponenten selbst bei Bildung der Schmelzreaktionsschicht 5 zwischen dem Sitz 3 und der Wachsschicht 7 als die ursprüngliche eutektische Zusammensetzung oder ihre nahe gelegene Zusammensetzung aufrecht erhalten werden. Wenn der Sitz 3 mit dem Kopf 2 verbunden wird, ist es deshalb möglich, die Eingangswärmemenge zum Schmelzen der Wachsschicht 7 auf ein Minimum zu reduzieren und die beiden Glieder in kurzer Zeit miteinander zu verbinden. Demgemäß ist es möglich, eine Verformung des Sitzes 3 und ein Erweichen des Kopfs 2 zu unterdrücken und die Wirkung zur Zerstörung des Oxidfilms und die Wachsabführwirkung effektiv zu verbessern.
Des Weiteren diffundieren die Wachskomponenten der Wachsschicht 7 bei dieser Ausführungsform bei Verbindung des Sitzes 3 und des Kopfs 2 zum Kopf 2 und bilden die Schmelzreaktionsschicht 6. Da dadurch der Schmelzpunkt dieser Reaktionsschicht auf ca. 500°C oder darüber erhöht wird, ist der Wärmewiderstand der Schmelzreaktionsschicht 6 nach Fertigstellung der Verbindung höher als der Schmelzpunkt des verwendeten Wachses.
Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform das auf Cu basierende Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit in den Sitz 3 infiltriert. Somit werden Poren des Sitzes 3 als gesintertes Material mit diesem auf Cu basierenden Material gefüllt. Dadurch wird ein Zusammensacken der Poren beim Verbinden verhindert. Folglich ist es möglich, die Verbindungsfläche 2a des Kopfs 2 effizient plastisch zu fluidisieren, die Wärmeerzeugung im Sitz 3 durch Anlegen von elektrischem Strom zu unterdrücken und die Wachsschicht 7 zu schmelzen und abzuführen.
Des Weiteren werden bei dieser Ausführungsform der Sitz 3 und der Kopf 2 unter Wasser, oder während Wasser in der Nähe der zu verbindenden Teile eingespritzt (gesprüht) wird, verbunden, wie später beschrieben wird. Wenn die beiden Glieder verbunden werden, während Wasser eingespritzt wird, kocht in der Nähe der zu verbindenden Teile eingespritztes Wasser unter Bildung von Blasen, wenn an die Schweißelektrode ein elektrischer Strom angelegt wird. Da zuvor jedoch die Wachsschicht 7 auf der Fläche des Sitzes 3 gebildet wird, wie oben beschrieben, können die gebildeten Blasen mit dem geschmolzenen Wachs zusammengeschoben werden. Folglich kann die Bildung von Blaslöchern (Blasen) in der Bondschicht 10 nach dem Erstarren leicht verhindert werden.
(Kühlen von zu verbindenden Teilen)
Unten wird die Wirkung von Kühlung bei der Verbindung des Sitzes 3 und des Kopfs 2 beschrieben.
Wenn der Sitz 3 und der Kopf 2 durch das oben erwähnte Verbindungsverfahren miteinander verbunden werden, erfolgt das Verbinden bei dieser Ausführungsform unter Wasser oder durch Einspritzen von Wasser in der Nähe der zu verbindenden Teile, um die Umgebung der Verbindungsfläche 2a mit Wasser als Kühlmittel abzukühlen. Die unten beschriebenen charakteristischen Wirkungen können durch Verbinden unter Kühlen des Sitzes 3, des Kopfs 2 und einer Schweißelektrode 24 erhalten werden.
Das heißt, durch das Kühlen mindestens des Kopfs 2 mit Kühlwasser kann das mit dem Kopf 2 in Berührung stehende Wasser direkt als Kühlmittel zur Steuerung der Temperatur des Kopfs 2 dienen. Im Vergleich mit einem Verfahren, bei dem das Verbinden in Luft durchgeführt wird, in der die Temperatur der Verbindungsfläche schwer zu steuern ist, kann deshalb ein übermäßiger Temperaturanstieg des Kopfs 2 verhindert werden, und der Verbindungsflächen-Verbindungsprozess kann leicht auf einen optimalen Zustand gesteuert werden. Das heißt, es ist möglich, eine unnötige plastische Verformung des Kopfs 2, der eine niedrigere Schmelztemperatur (einen niedrigeren Schmelzpunkt) als der Sitz 3 aufweist, zu verhindern und den Sitz 3 mit optimaler Festigkeit mit dem Kopf 2 zu verbinden. Bei einem Massenherstellungsprozess können Unterschiede bei der Qualität der zu verbindenden Teile vermieden werden.
Wenn bei der Verbindung auch der Sitz 3 gekühlt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass der Sitz 3, der im Vergleich zum Kopf 2 ein sehr kleines Volumen und eine geringe Wärmekapazität aufweist, übermäßig und schnell auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, bevor er mit der Verbindungsfläche 2a des Kopfs 2 verbunden wird. Dies kann natürlich eine Verformung des Sitzes sowie ein Härten infolge einer Temperaturverringerung nach Beendigung des Anlegens von elektrischem Strom verhindern.
Indem darüber hinaus die Schweißelektrode 24 beim Verbinden gekühlt wird, kann eine große Temperaturänderung der Elektrode selbst aufgrund des Verbindens, die die Hauptursache für eine Beeinträchtigung der Elektrode ist, durch das Kühlwasser verhindert werden. Folglich ist es möglich, Erzeugung von Grat in dem verbundenen Teil des Sitzes 3 und des Kopfs 2 sowie Verschleiß der Cu-Schweißelektrode 24, der durch ihre Legierung erzeugt wird, zu verhindern. Dies ermöglicht die Verwendung einer Schweißelektrode über lange Zeiträume bei einem Massenherstellungsprozess. Da das Kühlwasser zwischen der Schweißelektrode 24 und dem Kopf 2 vorhanden ist, ist es des Weiteren möglich zu verhindern, dass Aluminium auf der Verbindungsfläche 2a, das durch Anlegen von elektrischem Strom geschmolzen wird, von dem verbundenen Teil verstreut wird. Somit kann eine Ablagerung des verstreuten Aluminium in der Nähe des Endteils der Elektrode 24 verhindert werden.
Beim Verbinden des Sitzes 3 und des Kopfs 2 unter Wasser braucht in der Schweißelektrode kein Wasserkanal ausgebildet zu werden, um die Elektrode zu kühlen. Deshalb kann ein Mechanismus zum Halten des Sitzes 3 in der Elektrode 24 vorgesehen werden, wie später beschrieben. Dies verbessert die Massenproduktivität.
<Metallverbindungsvorrichtung>
Unten wird eine Metallverbindungsvorrichtung (Ringgliedschweißvorrichtung) zur Verbindung des Sitzes 3 mit dem Kopf 2 nach der obigen Beschreibung erläutert. In der folgenden Erläuterung werden in dieser Reihenfolge die Gesamtanordnung dieser Metallverbindungsvorrichtung, eine Betriebssteuerprozedur beim Schweißen, Verfahren zum Anlegen von elektrischem Strom und Pressen beim Schweißen sowie eine Haltevorrichtung zum Halten des Sitzes 3 beschrieben
(Gesamtanordnung der Metallverbindungsvorrichtung)
10 ist eine Ansicht, die die Systemkonfiguration der Metallverbindungsvorrichtung bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in 10 gezeigte Metallverbindungsvorrichtung besteht ungefähr aus einer elektrischen Widerstandsschweißeinheit 21, einer X-Y-Stufe 26, einer Kühlwassertemperatursteuerungs-Zirkulationssteuereinheit 31 und einer Steuereinheit 100. Diese Steuereinheit 100 steuert den Betrieb dieser Komponenten. Es sei angenommen, dass Positionserfassung bei Bewegung jeder Komponente und die Betriebssteuerung selbst jeder Komponente unter Verwendung allgemeiner Verfahren erfolgt. Deshalb wird die Betriebssteuerung des Gesamtsystems unten im Prinzip beschrieben.
Die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 kann die über eine Platte 23 befestigte Schweißelektrode 24 durch Verwendung eines Druckzylinders 22 in einer in 10 gezeigten Z-Richtung bewegen und des Weiteren die Schweißelektrode 24 unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Arms schwenken. Die Schweißelektrode 24 weist einen Mechanismus zum Halten und Freigeben des Sitzes 3 auf (Einzelheiten dieses Mechanismus werden später beschrieben).
Insbesondere bewegt nach Beginn eines Schweißprozesses die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 die Schweißelektrode 24 in eine (nicht gezeigte) Sitzzufuhrposition und hält den Sitz 3 in dieser Position. Die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 bewegt die Schweißelektrode 24 in eine Schweißposition (zur Öffnungskante 2a) des Kopfs 2 als ein Objekt, während der Sitz 3 gehalten wird, und verschweißt durch elektrischen Widerstand den Sitz 3 mit der Position.
Die X-Y-Stufe 26 kann einen mit Kühlwasser gefüllten Wassertank 28 in X- und Y-Richtung in 10 bewegen. Insbesondere bewegt die X-Y-Stufe 26 den Wassertank 28 vor Beginn des Schweißprozesses in eine vorbestimmte Position (Behälterlade-/-entladeposition), die durch die gestrichelten Linien in 10 angedeutet ist. In dieser Position wird ein Behälter 27, in dem mehrere Köpfe 2 angeordnet sind, durch einen (nicht gezeigten) Lader/Entlader in den Wassertank 28 geladen. Danach bewegt die X-Y-Stufe 26 den Wassertank 28 in eine vorbestimmte Schweißstart-Ausgangsstellung (A.S.). Es sei darauf hingewiesen, dass der Behälter 27 ein (nicht gezeigtes) Metallglied zum Anlegen eines elektrischen Stroms enthält, das mit der Schweißelektrode 24 ein Paar bildet.
Nach Beginn des Schweißprozesses bewegt die X-Y-Stufe 26, wann immer die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 einen Sitz 3 vollständig schweißt, den Wassertank 28 derart, dass die nächste Schweißposition (Öffnungskante 2a) des Kopfs 2 als ein Objekt in eine Position unmittelbar unterhalb der Schweißelektrode 24 gelangt. Wenn die Sitze 3 mit allen Köpfen 2 im Behälter 27 verschweißt sind, bewegt die X-Y-Stufe 26 wieder den Wassertank 28 in die durch die gestrichelten Linien in 10 angedeutete vorbestimmte Position.
Die Kühlwassertemperatursteuerungs-Zirkulationssteuereinheit 31 zirkuliert Kühlwasser im Behälter 27 auf der X-Y-Stufe 26 durch ein flexibles Kühlwasserzirkulationsrohr 30. Des Weiteren steuert die Kühlwassertemperatursteuerungs-Zirkulationssteuereinheit 31 die Temperatur des Kühlwassers, um das Kühlwasser auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
(Betriebssteuerprozedur beim Schweißen)
Unten wird die von der Steuereinheit 100 durchgeführte Betriebssteuerung beschrieben. Als diese Steuereinheit 100 kann ein Rechner oder eine SPS (programmierbare Steuerung) verwendet werden. Es ist einzig erforderlich, dass eine (nicht gezeigte) CPU solch einer Steuervorrichtung Software ausführt, um die in den 11 und 12 gezeigte Steuerprozedur zu realisieren.
11 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebssteuerprozedur der Metallverbindungsvorrichtung bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuereinheit 100 speichert die A.S. und die Sitzzufuhrposition der Schweißelektrode 24, die A.S. und Behälterlade-/-entladeposition der X-Y-Stufe 26 und Positionsinformationen zum Anordnen der Öffnungskante 2a jedes der mehreren Köpfe 2 im Behälter unmittelbar unter der Schweißelektrode 24 vor. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Informationsstücke auch in der elektrischen Widerstandsschweißeinheit 21 und der X-Y-Stufe 26 vorgespeichert werden können.
Auf 11, Schritte S1 und S2 Bezug nehmend: Die Steuereinheit 100 steuert die X-Y-Stufe 26, um den Wassertank 28, in dem der Behälter 27 angebracht ist und der sich in der durch die gestrichelten Linien in 10 angedeuteten Behälterlade-/-entladeposition befindet, in die voreingestellte A.S. zurückzuführen (Schritt S1). Des Weiteren steuert die Steuereinheit 100 die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 derart, dass die Schweißelektrode 24 den Sitz 3 in dieser Sitzzufuhrposition hält und unter Halten des Sitzes in die voreingestellte A.S. zurückgekehrt (Schritt S2).
Schritt S3: Die Steuereinheit 100 überprüft, ob die Vorbereitungen zur Durchführung des Schweißens beendet sind, das heißt, ob der Wassertank 28, in dem der Behälter 27 angebracht ist, und die Schweißelektrode 24 in ihre jeweiligen A.S. zurückgekehrt sind.
Schritt S4: Wenn JA in Schritt S3 (wenn die Vorbereitungen beendet sind), dann führt die Steuereinheit 100 einen später unter Bezugnahme auf 12 zu beschreibenden Schweißprozess aus.
Schritt S5: Die Steuereinheit 100 überprüft, ob die Sitze 3 vollständig mit den Öffnungskanten 2a aller Köpfe 2 im Behälter 27 verschweißt sind. Wenn JA (vollständig verschweißt) in Schritt S5, dann geht der Fluss zu Schritt S8 über; wenn NEIN (es bestehen noch nicht bearbeitete Öffnungskanten 2a) in Schritt S5, dann geht der Fluss zu den Schritten S6 und S7 über.
Schritte S6 und S7: Wenn NEIN in Schritt S5, dann steuert die Steuereinheit 100 die X-Y-Stufe 26 gemäß den vorgespeicherten Positionsinformationen dahingehend, den Wassertank 28 zu der als Nächstes zu verschweißenden Öffnungskante 2a des Kopfs 2 im Behälter 27 zu bewegen (Schritt S6). Des Weiteren steuert die Steuereinheit 100 die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 dahingehend, dass die Schweißelektrode 24 den Sitz 3 in dieser. Sitzzufuhrposition hält und unter Halten des Sitzes in ihre A.S. zurückgeführt wird (Schritt S7). Wenn die Prozesse in den Schritten S6 und S7 beendet sind, kehrt der Fluss zu Schritt S3 zurück.
Schritt S8: Wenn JA in Schritt S5, bedeutet dies, dass die Sitze 3 mit allen Köpfen 2 im Behälter 27 verbunden sind. Deshalb steuert die Steuereinheit 100 die X-Y-Stufe 26 dahingehend, den Wassertank 28 in die Behälterlade-/-entladeposition zu bewegen, und kehrt zurück.
Danach wird der vollständig dem Schweißprozess unterzogene Behälter 27 durch den (nicht gezeigten) Lader/Entlader aus dem Wassertank entladen. In einem Fertigbearbeitungsschritt werden die Innenumfangsflächen und die Oberseiten der Sitze 3 einem allgemeinen Schneidprozess unterzogen, um die in 1 gezeigte Endform zu erhalten.
12 ist ein Flussdiagramm, das Einzelheiten des Schweißprozesses (elektrisches Widerstandsschweißen) zeigt, der in der Betriebssteuerprozedur bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit enthalten ist. 12 entspricht Schritt S4 in 11.
Auf 12, Schritt S41 Bezug nehmend: Die Steuereinheit 100 steuert den Druckzylinder 22 der elektrischen Widerstandsschweißeinheit 21 dahingehend, die den Sitz 3 haltende Schweißelektrode 24 in Z-Richtung nach unten zu bewegen.
Schritt S42: Wenn die diesmal zu verschweißende Öffnungskante 2a durch das Absenken der Schweißelektrode 24 mit dem Sitz 3 in Berührung gebracht wird, gestattet die Steuereinheit 100, dass die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 mit dem Anlegen des elektrischen Stroms und Pressen beginnt.
Schritte S43 und S44: Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Beginn des Anlegens des elektrischen Stroms und Pressens (Schritt S43) steuert die Steuereinheit 100 die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 dahingehend, einen intermittierenden Stromanlegungsprozess oder (später zu beschreibenden) Stromanlegungsregelprozess durchzuführen, während die Presswirkung weiter durchgeführt wird (Schritt S44). Die hier erwähnte vorbestimmte Zeit ist die Zeit, die erforderlich ist, damit der Sitz 3 und der Kopf 2 die metallurgische Schmelzverbindung wie später beschrieben fertig stellen. Diese vorbestimmte Zeit ist voreingestellt.
Schritt S45: Nach dem Durchführen des intermittierenden Stromanlegungsprozesses oder des Stromanlegungsregelprozesses für eine vorbestimmte Zeitdauer, steuert die Steuereinheit 100 die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 dahingehend, die Schweißelektrode 24 anzuheben, um das Anlegen des elektrischen Stroms und das Pressen zu beenden. In diesem Zustand können zwei Verfahren verwendet werden, um den durch die Schweißelektrode 24 gehaltenen Sitz 3 freizugeben. Beim ersten Verfahren wird die Schweißelektrode 24 nach der Freigabe des Sitzes 3 angehoben. Beim zweiten Verfahren wird der Sitz 3 zuvor durch die Schweißelektrode 24 gehalten, so dass der Sitz 3 durch eine Extraktionskraft, die geringer ist als die Bindungsfestigkeit, mit der der Sitz 3 mit dem Kopf 2 verbunden ist, freigegeben wird. Nach dem Anheben der Elektrode wird der gehaltene Sitz dynamisch freigegeben. Welches Verfahren zu verwenden. ist, kann gemäß dem Mechanismus der Schweißelektrode 24 (später zu beschreiben) bestimmt werden. In einem Massenherstellungsprozess, bei dem ein Zyklus in so kurzer Zeit wie möglich beendet werden muss, wird das zweite Verfahren, bei dem das Erfordernis der Freigabe des Sitzes 3 umgangen wird, bevorzugt.
Bei dieser oben beschriebenen Ausführungsform weist die Schweißelektrode 24 den Mechanismus zum Halten des Sitzes 3 auf und ist zusammen mit dem (nicht gezeigten) Arm schwenkbar. Dadurch kann die Schweißelektrode 24 einen neuen Sitz 3 in die Sitzzufuhrposition holen. Darüber hinaus kann die X-Y-Stufe 26 nacheinander mehrere zu verschweißende Teile von Köpfen 2 in die vorbestimmte Schweißposition (unmittelbar unter der A.S. der Schweißelektrode 24) bewegen. Indem gestattet wird, dass die Steuereinheit 100 die elektrische Widerstandsschweißeinheit 21 und die X-Y-Stufe 26 in Zusammenwirkung miteinander auf Basis der gemeinsamen Positionssteuertechnik betreibt, können der Sitz 3 und der Kopf 2 mit hoher Genauigkeit miteinander verbunden werden, und es kann eine hohe Massenproduktivität gewährleistet werden.
(Verfahren zum Anlegen des elektrischen Stroms und zum Pressen beim Schweißen)
Im Folgenden werden Verfahren zum Anlegen von elektrischem Strom und Pressen beim Schweißen beschrieben.
13 ist eine graphische Darstellung, die Stromanlegungs- und Druckmuster bei elektrischem Widerstandsschweißen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 14 ist eine graphische Darstellung, die Temperaturänderungen des Zylinderkopfs zeigt, wenn das Stromanlegungsmuster von elektrischem Widerstandsschweißen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird das Anlegen von Strom an den Sitz 3 und den Kopf 2 in Form von Impulsen intermittierend durchgeführt (während eines EIN-Zeitraums des Stromanlegens wird ein Strom von ca. 70 kA angelegt, und während eines AUS-Zeitraums wird 0 A angelegt), wie in den 13 und 14 gezeigt. Gemäß dieser Prozedur wird ein elektrischer Strom an der Schweißelektrode 24 angelegt, um die Temperatur des Sitzes 3 nach Beendigung des Schweißens allmählich zu verringern, wodurch ein übermäßiges Aushärten (so genanntes Härten) des Sitzes aufgrund einer schnellen Abnahme der Temperatur des Sitzes 3 verhindert wird.
Diese Stromanlegungs- und Druckmuster werden unten ausführlicher beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die den Sitz 3 haltende Schweißelektrode 24 mit dem Kopf 2 in Kontakt gebracht, und es wird mit der Versorgung mit elektrischem Strom begonnen, während der Druckzylinder 22 einen Druck anlegt. In diesem Zustand strömt ein vorbestimmter elektrischer Strom von dem Sitz 3 zum Kopf 2. Der Druck beträgt wünschenswerterweise ca. 29 420 N (3 000 kgf). Wie in 13 gezeigt, wird unter Halten dieses Drucks mit dem Anlegen des elektrischen Stroms begonnen, wenn ca. 1,5 Sekunden seit Beginn des Pressens vergangen sind, wodurch die Wachsschicht 7 geschmolzen wird. Der Stromwert in diesem Zustand beträgt wünschenswerterweise ca. 70 kA. Die Stromanlegungszeit beträgt 0,25 bis 1 s im EIN-Zeitraum und ca. 0,1 bis 0,5 s im AUS-Zeitraum. Die Anzahl von Impulsen während des Anlegens des elektrischen Stroms beträgt wünschenswerterweise 3 bis 9 (4 in den 13 und 14). Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeit von Beginn des Pressens zu Beginn des Anlegens des ersten Stromimpulses 1,5 s beträgt und die Zeit vom Anhalten des Anlegens des letzten Impulses zum Anhalten des Pressens auch 1,5 s beträgt.
14 zeigt Temperaturänderungen des Sitzes 3, wenn dieses intermittierende Anlegen des Stroms durchgeführt wird. Da die Wärmekapazität des aus Fe-Material hergestellten Sitzes 3 sehr gering ist, ist ein Temperaturanstieg aufgrund der Erzeugung von Widerstandswärme des Sitzes 3 abrupt, wenn an den Sitz 3 ein elektrischer Strom angelegt wird. Insbesondere in einem mittleren Bereich in Vertikalrichtung (Dickenrichtung) des Sitzes 3 ist Wärme schwieriger abzustrahlen als im oberen und unteren Endteil, wo Wärme leicht zur Schweißelektrode 24 oder zum Kopf 2 abgestrahlt wird. In diesem Teil ist des Weiteren das Ausmaß der Erzeugung der Widerstandswärme groß, weil der Berührungswiderstand zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 größer ist als der nach Beendigung des Verbindens während der EIN-Zeitdauer des ersten Stromimpulses. Somit ist die Temperatur in diesem mittleren Teil in Vertikalrichtung des Sitzes 3 größer gleich einer kritischen Temperatur A1, wenn das Anlegen dieses ersten Stromimpulses angehalten wird.
In diesem Stadium ist der Sitz 3 fast vollständig im Kopf 2 vergraben (4C), so dass das Anlegen von elektrischem Strom vollständig angehalten werden kann. Ist dies der Fall, kühlt sich der Sitz 3 jedoch abrupt von der Temperatur größer gleich der Umwandlungstemperatur A1 ab. Folglich wird der mittlere Teil in Vertikalrichtung dieses Sitzes 3 gehärtet, was zu einer vergrößerten Härte des Teils führt.
Bei dieser Ausführungsform wird deshalb der zweite Stromimpuls angelegt, wenn die Temperatur etwas absinkt. Zu diesem Zeitpunkt ist die metallurgische Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 beendet, und somit verringert sich der Kontaktwiderstand im Gegensatz zu dann, wenn der erste Stromimpuls angelegt wird. Das Ausmaß der Erzeugung der Widerstandswärme verringert sich gemäß dieser Verringerung des Kontaktwiderstands, und von den beiden Gliedern wird Wärme abgestrahlt. Demgemäß kommt es zu keinem großen Temperaturanstieg, selbst wenn der Wert des zweiten Stromimpulses gleich dem des ersten Stromimpulses ist. Durch Wiederholen des gleichen intermittierenden Anlegens des Stroms von dem dritten und den anschließenden Impulsen, kann der Sitz 3 allmählich gekühlt werden. Folglich wird die Härte des Sitzes fast nicht vergrößert. Bei dieser Ausführungsform ist es durch Durchführen dieses intermittierenden Anlegens des Stromes möglich, ein Härten des Sitzes 3 und eine Beeinträchtigung der Bearbeitbarkeit zu verhindern, wenn der Sitz 3 in einem Endbearbeitungsprozess als Nachbehandlung geschnitten wird. Des Weiteren ist es möglich, einen Verschleiß des Ventils aufgrund übermäßig großer Härte der Ventilkontaktfläche des geschnittenen Sitzes 3 effektiv zu unterdrücken.
Bei dieser Ausführungsform wird, während das oben erwähnte intermittierende Anlegen des Stroms durchgeführt wird, der Pressvorgang mit dem gleichen Druck seit Beginn des ersten Pressens weitergeführt. Dadurch soll der gleiche Druck gehalten werden, bis die Schmelzreaktionsschicht 6 vollständig erstarrt ist und sich abkühlt, um dadurch Abschälen oder Rissbildung des Sitzes 3 und des Kopfs 2 an den Verbindungsflächen aufgrund verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Glieder zu verhindern.
Beim oben erwähnten intermittierenden Anlegen des Stroms nach der Darstellung in den 13 und 14 werden Stromimpulse mit dem gleichen Muster mehrmals angelegt, Der Stromanlegungsmodus kann jedoch auch nach Beendigung des Verbindens allmählich geregelt werden, solange die metallurgische Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 im ersten Stromanlegungszeitraum beendet werden kann. Insbesondere wird in einem in 15A gezeigten ersten Muster ein anzulegender elektrischer Strom nach Beendigung der metallurgischen Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 kontinuierlich verringert. In einem in 15B gezeigten Muster wird das Anlegen des Stroms nach Beendigung der metallurgischen Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 einmal angehalten, und dann wird ein anzulegender elektrischer Strom kontinuierlich verringert. In einem in 15C gezeigten Muster werden nach Beendigung der metallurgischen Verbindung zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 durch den ersten Stromimpuls Stromimpulse mit geringeren Stromwerten als die des ersten Stromimpulses mehrmals angelegt. In allen dieser in den 15A bis 15C gezeigten Muster ist der Druck wie bei 13 vorbestimmt.
(Sitzhaltemechanismus)
Als Nächstes wird der Sitzhaltemechanismus der Schweißelektrode 24 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform weist die Schweißelektrode 24 einen Haltemechanismus auf, der den Sitz 3 in der Nähe ihres Endteils halten kann. Praktische Beispiele sind die drei unten erläuterten Mechanismen.
Die 16 und 17 sind Ansichten zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Elektrode weist in der Nähe ihres Endteils eine Spannzange auf.
Auf die 16 und 17 Bezug nehmend, enthält eine Schweißelektrode 24A einen Kolben 24A-2 und eine Spannzange 24A-3. Der Kolben 24A-2 wird gemäß Steuerluft betrieben, die durch Einlass-/Auslass-Löcher 24A-1 zugeführt und abgeführt wird. Die Spannzange 24A-3 kann sich mit der Bewegung des Kolbens in Vertikalrichtung in 16 bewegen. Wenn sich der Kolben 24A-2 am oberen Totpunkt befindet, wird die Spannzange 24A-3 an den Positionen H1 und H2 breiter und kann den Sitz 3 an seiner Innenumfangsfläche halten. Wenn sich der Kolben 24A-2 an seinem unteren Totpunkt befindet, verschmälert sich der Endteil der Spannzange 24A-3, wie in den 16 und 17 durch die gepunkteten Linien gezeigt, so dass die Spannzange 24A-3 den Sitz 3 freigeben oder anordnen kann.
18 und 19 sind Ansichten zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Struktur wird der Sitz 3 durch aus der Umgebung des Endteils der Elektrode abgegebener Luft gehalten.
Auf die 18 und 19 Bezug nehmend, weist eine Schweißelektrode 24B innen einen Wasserkanal 24B-1 zum Kühlen von Wasser und ein Lüftungsloch 24B-2 zur Abgabe von Luft aus den Luftabgabeöffnungen 24B-3 auf. Diese Schweißelektrode 24B kann den Sitz 3 durch Abgabe von Luft aus den Luftabgabeöffnungen 24B-3 unter der Steuerung der elektrischen Widerstandsschweißeinheit 21 in den Positionen H1 und H2 halten. Zum Freigeben oder Anordnen dieses Sitzes muss nur die Luftabgabe aus den Luftabgabeöffnungen 24B-3 angehalten werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Wasserkanal 24B-1 auch weggelassen werden kann, wenn die Schweißelektrode 24B beim Schweißen auch in Kühlwasser getaucht wird.
Die 20 und 21 sind Ansichten zur Erläuterung der Struktur einer Schweißelektrode als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Struktur wird der Sitz 3 durch aus der Umgebung des Endteils dieser Elektrode abgegebener Luft gehalten.
Auf die 20 und 21 Bezug nehmend, ist am Endteil einer Schweißelektrode 24C ein Aufhängungsring 24C-2 befestigt. Der Sitz kann durch Spannen der Innenfläche des Sitzes 3 durch die Rückstellkraft dieses Aufhängungsrings in den Positionen H1 und H2 gehalten werden. Diese Struktur erfordert keinen speziellen Steuervorgang zur Freigabe und Anordnung des gehaltenen Sitzes 3.
In der Schweißelektrode 24C ist ein Wasserkanal 24C-1 für Kühlwasser ausgebildet. Dieser Wasserkanal 24C-1 kann weggelassen werden, wenn die Schweißelektrode 24C beim Schweißen auch in Kühlwasser eingetaucht wird.
Als Schweißelektrode 24 gemäß dieser Ausführungsform kann irgendeine der Schweißelektroden 24A bis 24C verwendet werden. Wenn die Schweißelektrode 24A verwendet wird, muss jedoch ein Vorgang der Freigabe des Sitzes 3 durchgeführt werden, wenn diese Elektrode in Schritt S45 des in 12 gezeigten Schweißprozesses angehoben wird. Wenn die Schweißelektrode 24B verwendet wird, kann der Sitz 3 durch Anhalten der Luftzufuhr zum Lüftungsloch 24B-2 freigegeben werden. In diesem Zustand ist der Sitz 3 jedoch mit dem Kopf 2 verbunden. Deshalb kann durch Zuführen von Luft, mit der der Sitz 3 mit einer Stärke gehalten wird, die geringer ist als die Bindungsfestigkeit, ein Vorgang der Freigabe des Sitzes 3 vor dem Anheben der Schweißelektrode 24B weggelassen werden. Wenn die Schweißelektrode 24C verwendet wird, kann der gehaltene Sitz 3 durch die Anhebewirkung der Elektrode unter Verwendung des Aufhängungsrings 24C-2 mit einer Haltekraft, die geringer ist als die Bindungsfestigkeit zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2, dynamisch freigegeben werden.
Wie oben beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform eine Metallverbindungsvorrichtung realisiert, die den Sitz 3 und den Kopf 2 in einem kurzen Zeitraum mit hoher Bindungsfestigkeit verschweißen und dieses Schweißverfahren leicht in einem Massenherstellungsprozess realisieren kann. Dadurch werden die Größe und die Dicke eines Ventilsitzes im Vergleich zu einem gebräuchlichen Verfahren, mit dem ein Ventilsitz durch Presspassung in einem Zylinderkopf angebracht wird, deutlich verringert. Demgemäß ist es möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der die Abstände zwischen benachbarten Einlass-/Auslass-Öffnungen des gleichen Zylinderkopfs verengt sind oder der Halsdurchmesser vergrößert ist. Dadurch können die Leistung, Zuverlässigkeit und der Freiheitsgrad der Konzeption eines Motors stark erhöht werden.
Bei der ersten Ausführungsform sind zwei verschiedene Konizitäten 3a und 3b an der Außenumfangsfläche des Sitzes 3 ausgebildet. Um durch Anlegen von elektrischem Strom zwischen der Öffnungskante 2a und der Außenumfangsfläche des Sitzes erzeugte Wärmediffusion zu erleichtern, können jedoch auch eine an der Öffnungskante 2a des Kopfs 2 ausgebildete konische Fläche und eine an der Außenumfangsfläche des Sitzes 3 ausgebildete konische Fläche vollständig miteinander in Berührung gebracht werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der Sitz 3 durch Sintern hergestellt, und ein auf Cu basierendes Material wird in diesen gesinterten Sitz 3 infiltriert. Es braucht jedoch kein auf Cu basierendes Materials infiltriert zu werden, wenn der Sitz 3 eine gewisse innere Dichte aufweist. Des Weiteren kann durch Herstellung des Sitzes 3 als ein gesintertes Schmiedeprodukt durch Schmieden des Sitzes 3 nach seinem Sintern auf innere Poren des Sitzes 3 verzichtet werden.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Erwärmen auf eine Temperatur größer gleich dem Schmelzpunkt der Wachskomponente der Wachsschicht 7 durch Wärme, die dann erzeugt wird, wenn zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 ein elektrischer Strom angelegt wird, wodurch die Wachsschicht 7 geschmolzen wird. Die Wachsschicht 7 kann jedoch auch durch lokales Erwärmen, wie zum Beispiel Hochfrequenzerwärmen, geschmolzen werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Wachs eine eutektische Zn-Al-Legierung, die 95 Gew.-% Zn enthält. Das Wachs kann jedoch auch eine auf Zn-Al basierende Legierung mit einer eutektischen Zusammensetzung oder nahe gelegenen Zusammensetzung sein (der Gehalt von Zn beträgt z.B. 92 bis 98 Gew.-%. Wenn dies der Fall ist, dann kann der Schmelzpunkt der Wachsschicht 7 auf 400°C oder darunter abgesenkt werden. Dadurch wird es möglich, eine Verformung des Sitzes 3 oder ein Schmelzen oder Erweichen des Kopfs 2 zuverlässiger zu verhindern und dadurch die Bindungsfestigkeit zwischen dem Sitz 3 und dem Kopf 2 wirksam zu verbessern.
[Zweite Ausführungsform]
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Verbindungsfläche 2a des Kopfs 2 vorher konisch ausgeführt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist jedoch der Teil des Kopfs 2, der mit dem Sitz 3 verbunden werden soll, nicht konisch ausgeführt, sondern behält einen im Wesentlichen rechwinkligen Rand, der beim Ausbilden der Einlass-/Auslass-Öffnung im Kopf 2 gebildet wird. Der Rest der Anordnung entspricht der ersten Ausführungsform, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung davon verzichtet wird.
Die 22A bis 22C sind Ansichten zur Erläuterung der Schritte des Verbindens eines Zylinderkopfs mit einem Ventilsitz bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf die 22A bis 22C Bezug nehmend, wird im Gegensatz zu 4 kein Sitzhaltemechanismus einer Schweißelektrode 24 gezeigt.
Bei der in 22A gezeigten Ausführungsform weist der Teil des Kopfs 2, der mit dem Sitz 3 verbunden werden soll, einen im Wesentlichen rechtwinkligen Rand auf. Der Sitz 3 wird mit dem diese Form aufweisenden Kopf 2 in Kontakt gebracht, und es erfolgt das oben beschriebene Anlegen des elektrischen Stroms und Pressen (22B). Der Sitz 3 wird im Kopf 2 vergraben, während der Kopf 2 durch die Verbindungsflächen 3a und 3b des Sitzes plastisch fluidisiert wird. Wenn das Anbringen somit beendet wird, ist der Sitz 3 vollständig im Kopf 2 vergraben, wie in 22C gezeigt, und die metallurgische Verbindung ist beendet.
Wie oben beschrieben, ist der Teil des Kopfs 2, der mit dem Sitz 3 verbunden werden soll, nicht konisch ausgebildet, sondern behält einen im Wesentlichen rechtwinkligen Rand, der bei der Ausbildung der Einlass-/Auslass-Öffnung im Kopf 2 gebildet wird. Wenn der Sitz während des Verbindens mit diesem Teil in Kontakt gebracht wird, kommt es zu Heißstellen in diesem rechtwinkligen Teil, wodurch lokales Schmelzen erleichtert wird. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch, wie in 22C gezeigt, beim Verbinden das Ausmaß der plastischen Verformung des Kopfs 2 größer als das des Kopfs 2, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert. Selbst wenn ein Oxidfilm an diesem Verbindungsteil haftet, kann deshalb der Oxidfilm durch plastische Verformung des Verbindungsteils effektiv entfernt werden. Dadurch wird eine nachteilige Auswirkung des Oxidfilms verhindert.
Wie in 22C gezeigt, ist das aufgrund von plastischer Verformung während des Verbindens in eine Einlass-/Auslass-Öffnung 2b ragende Ausmaß von Al größer als das bei der ersten Ausführungsform. Dieser vorragende Teil kann jedoch in einem Endbearbeitungsschritt, der auch bei der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, abgestreift werden. Somit ist kein neuer Endbearbeitungsschritt des Abstreifens des vorragenden Teils erforderlich. Demgemäß ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Sitz 3 und den Kopf 2 in einem kurzen Zeitraum mit hoher Bindungsfestigkeit wie bei der ersten Ausführungsform miteinander zu verschweißen. Darüber hinaus kann im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Produktivität verbessert werden, indem der Schritt des Bildens der Konizität im Kopf 2 weggelassen wird.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen ist die Systemkonfiguration derart, dass sich die Schweißelektrode 24 in eine vorbestimmte Position bewegt, um den Sitz 3 zu holen. Es ist jedoch auch möglich, diese Elektrode nur in Z-Richtung zu bewegen und den Sitz 3 extern der Elektrode zuzuführen.
Des Weiteren ist das Kühlmittel nicht auf Wasser begrenzt. Zum Beispiel hat Alkaliionenwasser keinen Einfluss auf einen Fe-Sitz und wirkt dahingehend, eine Adhäsion eines Oxidfilms an der Verbindungsfläche (dem Verbindungsteil) des Al-Kopfs zu verhindern. Insbesondere wenn Alkaliionenwasser mit diesen Eigenschaften als ein Kühlmittel für den Kopf 2 mit der bei der ersten Ausführungsform erläuterten Konizität verwendet wird, ist es möglich, eine Adhäsion eines Oxidfilms an der mit dem Sitz 3 zu verbindenden Fläche fast vollständig zu verhindern. Somit ist Alkaliionenwasser insofern ein besonders effektives Kühlmittel, als es eine nachteilige Wirkung eines Oxidfilms verhindern kann, obgleich das Ausmaß der plastischen Verformung beim Verbinden geringer wird als das des Kopfs 2, das bei der zweiten Ausführungsform erläutert wird.
Wie oben beschrieben, kann jede der Ausführungsformen ein Metallschweißverfahren und eine Metallverbindungsstruktur bereitstellen, die Verbindungsmetallglieder mit unterschiedlichen Schmelzpunkten mit hoher Bindungsfestigkeit verbinden.
Das heißt, bei jeder der obigen Ausführungsformen wird auf den Verbindungsflächen der oben genannten ersten und zweiten Glieder eine das dritte Metallglied enthaltene ternäre Bondschicht gebildet. Dadurch wird die hohe Bindungsfestigkeit realisiert. In einem angenommenen Materialkombinationsbeispiel ist das erste Metallglied ein auf Eisen basierendes Glied, das zweite Metallglied ein auf einer Leichtlegierung basierendes Glied und das dritte Metallglied eine eutektische Legierung, die Zink oder Kupfer und ein auf einer Leichtlegierung basierendes Glied enthält.
Wenn bei jeder obigen Ausführungsformen das erste und das zweite Metallglied miteinander verbunden sind, dann kann der geschmolzene Teil des dritten Metallglieds, das nicht mit dem ersten und zweiten Metallglied reagiert hat, von dem Berührungsteil abgeführt werden. Demgemäß kann durch zwei Arten von Diffusionsschichten, die das dritte Metallglied enthalten, das durch Reagieren mit dem ersten und dem zweiten Metallglied erstarrt ist, eine hohe Bindungsfestigkeit erreicht werden.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform weist ein Teil des zweiten Metallglieds, wo das zweite Metallglied mit dem ersten Metallglied verbunden ist, eine Randform auf. Bei der Verbindung des ersten und des zweiten Metallglieds wird deshalb dieses zweite Metallglied weitgehend plastisch verformt. Folglich können ein Oxidfilm und Verunreinigungen effizient entfernt werden.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen wird bei der Verbindung des ersten und des zweiten Metallglieds das zweite Metallglied mit Wasser gekühlt. Dadurch kann eine unnötige plastische Verformung des zweiten Metallglieds mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des ersten Metallglieds verhindert werden.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen werden bei der Verbindung des ersten und des zweiten Metallglieds dieses erste und zweite Metallglied mit Wasser gekühlt. Dadurch kann eine unnötige plastische Verformung des zweiten Metallglieds mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des ersten Metallglieds verhindert werden. Es ist auch möglich zu verhindern, dass das erste Metallglied mit geringer Wärmekapazität übermäßig und schnell auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, bevor es mit dem zweiten Metallglied verbunden ist. Dadurch wird eine Erhärtung durch eine Temperaturabnahme nach der Beendigung des Anlegens des elektrischen Stroms verhindert.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen wird bei der Verbindung des ersten und des zweiten Metallglieds auch die Elektrode in Wasser eingetaucht. Dadurch wird die Beeinträchtigung der Elektrode verhindert, wenn das erste und das zweite Metallglied durch elektrisches Widerstandsschweißen erwärmt und gepresst werden.
Da viele offensichtlich stark verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, ohne von ihrem Schutzbereich abzuweichen, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist und der Definition in den angehängten Ansprüchen entspricht.

Claims

Metallschweißverfahren zum Verschweißen eines ersten Metallglieds (3) und eines zweiten Metallglieds (2) mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des ersten Metallglieds mit den folgenden Schritten: einen ersten Schritt des Schweißens eines dritten Metallglieds (7) mit einer hohen Reaktivität gegenüber dem ersten und zweiten Metallglied an das erste Metallglied über eine erste Diffusionsschicht (5), die aus dem ersten und dem dritten Metallglied besteht, einen zweiten Schritt des derartigen Positionierens des verschweißten ersten und dritten Metallglieds, dass das dritte Metallglied mit dem zweiten Metallglied in Berührung gebracht wird, einen dritten Schritt des Startens des Erwärmens und Pressens des ersten Metallglieds gegen das dritte Metallglied, die im zweiten Schritt positioniert worden sind, durch eine Schweißelektrode, einen vierten Schritt des Verschweißens des zweiten und des dritten Metallglieds, unter weiterem Erwärmen und Pressen, über eine zweite Diffusionsschicht (6), die aus dem zweiten und dem dritten Metallglied besteht, einen fünften Schritt des Abführens des dritten Metallglieds, unter weiterem Erwärmen und Pressen, das während der Bildung der zweiten Diffusionsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Metallglied nicht reagiert hat, und des direkten Inberührungbringens der ersten und der zweiten Diffusionsschicht, einen sechsten Schritt des Diffundierens der ersten und der zweiten Diffusionsschicht, die im fünften Schritt in direkte Berührung gebracht werden, unter weiterem Erwärmen und Pressen, und einen siebten Schritt des Verschweißens des ersten und des zweiten Metallglieds, unter Diffusionsreaktion der ersten und der zweiten Diffusionsschicht, durch eine ternäre Bondschicht (10), die statt der ersten und der zweiten Diffusionsschicht gebildet wird und aus dem ersten und dem dritten Metallglied besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein auf Eisen basierendes Glied als das erste Metallglied verwendet wird und ein auf einer Leichtlegierung basierendes Glied als das zweite Metallglied verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine eutektische Legierung, die entweder Zink oder Kupfer und ein auf einer Leichtlegierung basierendes Glied enthält, als das dritte Metallglied verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Teil des zweiten Metallglieds, das mit dem ersten Metallglied verbunden werden soll, eine Randform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das dritte Metallglied durch Ultraschall-Galvanisieren im ersten Schritt mit dem ersten Metallglied verschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schmelzpunkt des dritten Metallglieds niedriger ist als der des ersten Metallglieds und höher ist als der des zweiten Metallglieds.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds zumindest eine Umgebung eines mit dem ersten Metallglied zu verbindenden Teils des zweiten Metallglieds gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds die Umgebung einer Verbindungsfläche des zweiten Metallglieds durch ein extern zugeführtes Kühlmittel gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds das erste und das zweite Metallglied durch elektrisches Widerstandsschweißen erwärmt und gepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem Wasser als Kühlmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds das zweite Metallglied in dem Wasser gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds auch das erste Metallglied in Wasser gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem nach dem Verschweißen des ersten und des zweiten Metallglieds durch elektrisches Widerstandsschweißen eine Elektrode zum Anlegen eines elektrischen Stroms an das erste und das zweite Metallglied auch in Wasser gekühlt wird.