EP2797712A1 - Verfahren zum fügen metallischer bauteile - Google Patents

Verfahren zum fügen metallischer bauteile

Info

Publication number
EP2797712A1
EP2797712A1 EP12787438.6A EP12787438A EP2797712A1 EP 2797712 A1 EP2797712 A1 EP 2797712A1 EP 12787438 A EP12787438 A EP 12787438A EP 2797712 A1 EP2797712 A1 EP 2797712A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
titanium
component
components
weight
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12787438.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Matic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2797712A1 publication Critical patent/EP2797712A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550°C
    • B23K35/325—Ti as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by any single one of main groups B23K1/00 - B23K28/00
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by any single one of main groups B23K1/00 - B23K28/00 relating to soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/323—Bonding taking account of the properties of the material involved involving parts made of dissimilar metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by any single one of main groups B23K1/00 - B23K28/00
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by any single one of main groups B23K1/00 - B23K28/00 relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/005—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a refractory metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
    • C23C8/38—Treatment of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/42—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
    • C23C8/48—Nitriding
    • C23C8/50—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/52—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being applied in one step
    • C23C8/54—Carbo-nitriding
    • C23C8/56—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for joining metallic components
  • nitrogen-containing components are understood as meaning metal or steel components which contain at least one non-disappearing or even significant proportion of nitrogen.
  • nitrogen may be dissolved in the alloy, but on the other hand, it may also be contained on the surface in a nitriding layer.
  • weld is weakened in its cross section. Consequently, this limits the applications of nitrogenous or nitrogen treated materials, since the strength of the welds can not be guaranteed safe.
  • the invention therefore has as its object a method for joining
  • welding to provide the method should be simple and safe to carry out, and wherein even in deep welds pore formation by outgassing nitrogen should preferably be avoided over the entire cross section of the weld.
  • titanium is added to at least one of the components prior to the step of welding.
  • the addition of titanium takes place before the welding process, whereas in the prior art, a welding wire is supplied during welding.
  • the welding process itself is simplified because it is not necessary to add titanium during welding.
  • the titanium may be added to at least one component by any method in which the chemical composition of the component is suitably adjustable, in particular free or nearly free.
  • the at least one component for example, in the context of steelmaking, already a corresponding titanium content can be added.
  • the method proves to be particularly advantageous for the welding of nitrogen-containing, that is, nitrogen-alloyed or provided with a nitriding layer components.
  • An advantageous embodiment of the method results from the fact that at least one component before the step of welding titanium is added.
  • the admixture can take place in the context of steelmaking or in the context of component production or post-processing.
  • a homogeneous admixture of titanium in the entire component is conceivable, in which case the entire component has the same titanium content.
  • Welding is therefore advantageous because over the entire component geometry sufficient for binding the outgassing nitrogen titanium content is present. Consequently, the disadvantages of the prior art, namely the formation of gas bubbles in the root of the weld, can be avoided.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that prior to the step of welding titanium is applied to a weld joint of the at least one component.
  • the titanium can be melted for this purpose, for example, and applied to the weld joint.
  • a titanium-containing substance in particular without melting, to the weld joint.
  • titanium in atomic form for example via sputtering, to the weld joint. This could be the Adjust the titanium content extremely precisely.
  • titanium in the form of pure titanium and / or in the form of titanium-containing compounds and / or in the form of titanium-containing alloys is added. This may in particular depend on how the titanium is introduced into the components. For example, if titanium is added as part of steelmaking, it is conceivable to use titanium in
  • titanium in the form of titanium-containing compounds and / or in the form of titanium-containing alloys.
  • Manufacturing process is produced.
  • the chemical composition of the components to be produced can be set very precisely.
  • an application-optimized content of titanium in the component can be added in the powder-metallurgical production process.
  • the powder injection molding method Metal Injection Molding, short MI M, applied, or the process variant 2k-MI M.
  • the metal injection molding, MIM belongs together with the Ceramic Injection Molding, short CIM, the
  • Pulverspitzg cordclar, short PI M Pulverspitzg cordclar, short PI M.
  • a sinterable powder with a binder for example in the form of polyolefin wax blends is mixed.
  • a so-called green compact is then produced. By heating it comes to
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the components is subjected to a nitriding process before the step of welding. It can be provided that a nitrogen-alloyed component is subjected to a nitriding process before the step of welding, wherein at the component surface then a nitriding layer is applied.
  • a titanium-containing component can additionally be provided with a nitriding layer on its component surface. It is conceivable to provide the component with a nitriding layer by known methods, such as so-called carbonitriding or nitrocarburizing. Both in carbonitriding and in nitrocarburizing, in addition to nitrogen, carbon is also enriched in the surface layer of workpieces.
  • At least one of the components after the step of adding titanium at least partially has a titanium content in the range of about 0.2 wt% to about 10 wt%, preferably in the range of about 0.5 wt% to about 5 wt .-% and more preferably in the range of about 0.5 wt .-% to about 1, 5 wt .-%, on.
  • This order of magnitude has proved to be particularly advantageous because in this titanium content, the components have a sufficient titanium content during welding with nitrogen-containing components, without, moreover, a disadvantageous restriction of the function of the component.
  • areal means that the at least one component has at least one area in the entire component volume, which has the corresponding titanium content based on the volume of the respective area. For example, it may be provided that in the vicinity of the component surface, for example at the weld joint, such an area with a certain titanium content is provided according to the invention.
  • Component surface in a depth range of about 0 millimeters to about 20 millimeters, preferably from about 0 millimeters to about 12 millimeters, a titanium content of about 0.2 wt .-% to about 5 wt .-%, preferably from about 0.5 wt .-% to about 1, 5 wt .-% is formed. Consequently, it can be ensured that the presence of a certain titanium content in the
  • Component surface of ausgasende from the components or from the nitridation nitrogen can be bound and with the titanium to
  • Titanium nitride connects. Such, from the distance from the component surface Dependent, titanium content is also beneficial because for most
  • Welding process to improve the weldability and to bind the outgassing nitrogen titanium is necessary only to a certain depth of the component.
  • Such an optimized, local adaptation of the titanium content in the component can save costs since a smaller amount of titanium is required. It is conceivable to adapt the titanium content to the geometry of the components and / or to the geometry of the weld seam.
  • the at least one nitrogen-containing component is a
  • nitrogen-alloyed and / or nitrided component Such components have a relatively high nitrogen content on the component surface.
  • outgassing nitrogen is at least partially bound in the form of titanium nitride during the welding process. This way a can
  • Pore formation in the weld can be reliably avoided, since the ausgasende from the nitride layer or from the nitrogen-alloyed component nitrogen with the titanium, which is added to at least one of the components prior to the step of welding, to titanium nitride.
  • a component according to claim 1 1 is given. Accordingly, it is provided that the component at least partially a titanium content in the range of about 0.2 wt .-% to about 10 wt .-%, preferably in the range of about 0.5 wt .-% to about 5 wt .-% and more preferably in the range of about 0.5% to about 1.5% by weight.
  • areal means that the at least one component has at least one area in the entire component volume, which has the corresponding titanium content based on the volume of the respective area. For example, it may be provided that in the vicinity of the component surface, for example at the weld joint, a such area with a certain titanium content is provided according to the invention.
  • Component surface in a depth range of about 0 millimeters to about 20 millimeters, preferably from about 0 millimeters to about 12 millimeters, a titanium content of about 0.2 wt .-% to about 5 wt .-%, preferably from about 0.5 wt .-% to about 1, 5 wt .-%. It is not absolutely necessary that the component has such a titanium content on all surface regions of the component. It can also be provided that the component has such a titanium content only at the weld joint.
  • the component has the titanium content in the range of about 0.2 wt .-% to about 10 wt .-%, preferably in the range of about 0.5 wt .-% to about 5 wt .-% and further preferably in the range of about 0.5% to about 1.5% by weight, homogeneously over its entire volume.
  • Figure 1 is a schematic representation of two components before and after the
  • Figure 2 shows two components before and after the welding process when using the method according to the invention
  • FIG. 3 shows two components after the welding process when using a
  • FIG. 4 shows a component according to the invention when the method according to the invention is used.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of the method according to the invention.
  • the left-hand component 10 may be a component which was produced by the metal-injection molding process. However, it is also conceivable that this component 10 was produced by means of conventional production methods, that is to say an ordinary steel production and subsequent shaping in the form of injection molding and / or turning and / or milling.
  • the right-hand component 12 has a nitriding layer 16 on its component surface 14.
  • the two components 10, 12 touch one another on one of their short narrow sides 18, 20.
  • the nitriding layer 16 is a surface layer produced by nitriding or chemically correct nitriding.
  • the nitriding is a
  • Nitrogen is bound in the nitriding layer 16.
  • FIG. 1 shows the two components 10, 12 after the application of a welding process, as it is currently known from the prior art.
  • the two components 10, 12 are welded to a welded part 22.
  • the components 10, 12 are connected to the contact surface of the two short sides 18, 20 shown in FIG. 1 above via the weld seam 24.
  • Weld 24 has a plurality of pores 26.
  • the nitrogen bound in the nitriding layer is dissolved by the melting of the nitriding layer or of the strongly nitrogen-containing material. This leads to the so-called outgassing of nitrogen.
  • Cross-section is weakened.
  • FIG. 2 shows two representations of components as they are joined together using a welding method according to the invention.
  • components 10, 12 are shown, wherein component 12 has a nitriding layer 16 on the component surface 14.
  • the component 10, which has been produced, for example, by a powder metallurgical method, such as metal injection molding, has a titanium content which is sufficient for bonding the nitrogen outgassing during the welding process. This titanium content may for example be between 0.5 and 1, 5 wt .-%. This component is therefore hereinafter referred to as titanium-containing component 28.
  • the two components 28, 12 touch each other with their two short narrow sides 18, 20.
  • FIG. 3 shows a welding part 22, which consists of a first component 10 and a titanium-containing component 12, 28.
  • the titanium-containing component 28 has a nitriding layer 16 in its component surface 14. It is thus possible, for example, to produce titanium-containing components 28 in the context of conventional steelmaking or in the context of component production by metal injection molding and to coat them with a nitriding layer 16 in the subsequent process step. This titaniferous component 28 provided with a nitriding layer 16 can then be treated with a conventional
  • FIG. 4 shows a component 10, 12, 28 according to the invention as shown in FIG.
  • inventive method before welding with another Component 10, 12 may be present.
  • the component 10, 12, 28 has at least on its left component surface 30 a region 32 with a titanium content of about 1.5% by weight. This region 32 can extend, for example, to a depth of 20 millimeters starting from the component surface 14.
  • the component On its right component surface 34, the component has a region 36 with a titanium content of about 0.5% by weight. This area may extend, for example, to a depth of 12 millimeters starting from the component surface 14. Consequently, depending on the geometry of the component 10, 12, 28 too
  • the titanium content are added to the respective requirements of the component.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method according to the invention.
  • At the beginning of the welding process 100 at least two unconnected components 10, 12 are present. At least one of these components is then added in a process step 1 10 titanium. Now it can be decided 1 1 1, whether titanium should be applied to the surface of the component or not.
  • the titanium can either be mixed in a process step 1 12 or applied in a process step 1 14 to the joint of the two components. If the titanium is mixed in the process step 1 12 and is not applied to the component surface 14, this is already at
  • Manufacturing process of at least one of the components introduced into the component This can be done on the one hand in the conventional steel production in the form of a titanium alloy by adding an application-optimized amount of titanium.
  • titanium is applied to the weld joint of the components. This can be done by
  • step 1 16 it can now be decided whether titanium is to be applied to the surface of the component to which titanium has already been mixed in step 1 12. The application of the titanium on the component surface takes place in the
  • Process step 120 analogous to process step 1 14, but after Process step 1 12, so that titanium is not only mixed in the component production, but also titanium is applied to the component surface or on the weld joint of the components.
  • decision 122 may follow as to whether a nitriding process should take place.
  • a nitriding process 130 one of the two components to be welded or also both components can be provided with a nitriding layer. It is also possible to provide the component, which was admixed with titanium in the process step 12, with a nitriding layer. If no nitriding process is to be carried out or following the nitriding process 130, the welding process 140 takes place. The welding takes place analogously to FIGS. 2 and 3
  • a welded part 22 is produced, as shown, for example, in FIGS. 2 and 3.
  • two components 10, 12, 28 are connected to each other via a non-porous weld 24.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile, insbesondere Stahlbauteile, durch Schweißen, wobei ein erstes Bauteil mit einem zweiten Bauteil verschweißt wird, wobei mindestens eines der Bauteile ein stickstoffhaltiges Bauteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Bauteile vor dem Schritt des Schweißens Titan zugefügt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile,
insbesondere Stahlbauteile, durch Schweißen, wobei ein erstes Bauteil mit einem zweiten Bauteil verschweißt wird, wobei mindestens eines der Bauteile ein stickstoffhaltiges Bauteil ist. Unter stickstoffhaltigen Bauteilen versteht man in diesem Fall Metall- beziehungsweise Stahlbauteile, welche wenigstens einen nichtverschwindenden oder sogar signifikanten Anteil an Stickstoff enthalten. Der
Stickstoff kann dabei einerseits in der Legierung gelöst sein, wobei er andererseits auch auf der Oberfläche in einer Nitrierschicht enthalten sein kann.
Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile, insbesondere Stahlbauteile, durch Schweißen sind vielfach bekannt. Beim Fügen stickstoffhaltiger Bauteile tritt jedoch öfter das Problem auf, dass aufgrund der hohen Temperaturen beim Schweißen ein Aufschmelzen des stickstoffhaltigen Materials erfolgt.
Infolgedessen kommt es zu einem Ausgasen des im Werkstoff enthaltenen bzw. in der Legierung und/oder in der Nitrierschicht enthaltenen Stickstoffs. Dieses Ausgasen führt zu einer Porenbildung in der Schweißnaht, wodurch die
Schweißnaht in ihrem Querschnitt geschwächt wird. Folglich schränkt dies die Einsatzgebiete von stickstoffhaltigen beziehungsweise mit Stickstoff behandelten Werkstoffen ein, da die Festigkeit der Schweißnähte nicht sicher gewährleistet werden kann.
Stand der Technik um diesem Problem zu begegnen ist beispielsweise, vor dem Schweißen die Nitrierschicht am Schweißstoß der Bauteile zu entfernen, so dass es zu keinem Ausgasen des Stickstoffs kommen kann. Bei Großserien und infolgedessen großen Stückzahlen ist ein Abschleifen der Nitrierschicht jedoch mit hohem Aufwand und daher auch mit hohen Kosten verbunden, weshalb diese
Vorgehensweise möglichst vermieden werden soll. Gu et al. offenbaren in ihrem Paper„Laser Beam Welding of Nitride Steel Components" (veröffentlicht in Physics Procedia 12 (201 1 ) 40 bis 45) ein
Verfahren zum Laserstrahlschweißen, welches sich mit dem Problem des aus der Nitrierschicht ausgasenden Stickstoffs beim Schweißen beschäftigt. Beim Schweißen wird dabei ein Schweißdraht zugeführt, welcher einen bestimmten Titangehalt aufweist. Die experimentellen Untersuchungen von Gu haben gezeigt, dass sich dabei eine Verbesserung des Schweißvorgangs in Bezug auf die Gasblasenbildung aufgrund des Ausgasens von Stickstoff ergibt (siehe dazu Figur 2 rechts in der Veröffentlichung von Gu). Die Verbesserung der
Schweißnahtqualität wurde dabei dadurch erreicht, dass sich Teile des ausgasenden Stickstoffs in der Schmelze mit dem im Schweißdraht enthaltenen Titan verbinden. Der Stickstoff geht dabei mit Titan eine Verbindung in Form von Titannitrid ein. Diese Reaktion geschieht bei verhältnismäßig hohen
Temperaturen.
Bei einer näheren Untersuchung der Schweißnaht ergab sich jedoch, dass insbesondere die Schweißwurzel, das heißt der Grund der Schweißnaht, immer noch eine erhebliche Anzahl von Gasblasen enthielt.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Fügen
stickstoffhaltiger metallischer Bauteile, insbesondere Stahlbauteile, durch
Schweißen, bereitzustellen, wobei das Verfahren einfach und sicher durchführbar sein soll, und wobei auch bei tiefen Schweißnähten Porenbildung durch ausgasenden Stickstoff vorzugsweise über den gesamten Querschnitt der Schweißnaht vermieden werden soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen, dass mindestens einem der Bauteile vor dem Schritt des Schweißens Titan zugefügt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt das Zufügen von Titan dabei vor dem Schweißprozess, wohingegen im Stand der Technik ein Schweißdraht beim Schweißen zugeführt wird. Dadurch wird erfindungsgemäß der Schweißprozess selbst vereinfacht, weil nicht erst während des Schweißens Titan zugefügt werden muss. Ferner sind deutlich mehr Freiheitsgrade für das Hinzufügen von Titan zu dem zu
schweißenden Bauteil gegeben, wenn das Hinzufügen, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, vor dem Schweißen erfolgt. Das vor dem Schritt des Schweißens zugefügte Titan bindet dann beim Schweißen den aus dem stickstoffhaltigen Bauteil ausgasenden Stickstoff und verhindert eine Blasen- beziehungsweise Porenbildung durch den Stickstoff in der Schweißnaht. Folglich kann eine Schwächung der Schweißnaht verhindert werden. Das Titan kann mindestens einem Bauteil mit jedem Verfahren zugefügt werden, bei welchem die chemische Zusammensetzung des Bauteils in geeigneter Weise, insbesondere frei oder nahezu frei, einstellbar ist. Somit kann dem mindestens einem Bauteil, beispielsweise auch im Rahmen der Stahlerzeugung, schon ein entsprechender Titangehalt zugefügt werden. Das Verfahren erweist sich insbesondere als vorteilhaft für das Schweißen von stickstoffhaltigen, das heißt stickstofflegierten beziehungsweise mit einer Nitrierschicht versehenen Bauteilen. Somit kann auch ohne das aus dem Stand der Technik bekannte, komplizierte Zuführen von Zusatzmaterialien während des Schweißens eine Porenbildung in der
Schweißnaht vermieden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass mindestens einem Bauteil vor dem Schritt des Schweißens Titan beigemischt wird. Die Beimischung kann dabei im Rahmen der Stahlerzeugung oder im Rahmen der Bauteilerzeugung oder -nachbearbeitung erfolgen. Dabei ist eine homogene Beimischung des Titans in das gesamte Bauteil denkbar, wobei dann das gesamte Bauteil denselben Titangehalt aufweist. Weiterhin ist es jedoch auch denkbar, Titan derart beizumischen, dass das Bauteil einen heterogenen, anwendungsoptimiert an die Form der Schweißnaht angepassten Verlauf des Titangehalts aufweist. Das Beimischen des Titans vor dem Schritt des
Schweißens ist daher von Vorteil, da über die gesamte Bauteilgeometrie ein zum Binden des ausgasenden Stickstoffs ausreichender Titangehalt vorhanden ist. Folglich können die Nachteile des Standes der Technik, nämlich das Bilden von Gasblasen in der Wurzel der Schweißnaht, vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass vor dem Schritt des Schweißens Titan auf einen Schweißstoß des mindestens einen Bauteils aufgebracht wird. Das Titan kann hierzu beispielsweise aufgeschmolzen und auf den Schweißstoß aufgebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, einen titanhaltigen Stoff, insbesondere auch ohne Schmelzen, auf den Schweißstoß aufzubringen. Weiterhin ist es möglich, Titan in atomarer Form, beispielsweise über Sputtern, auf den Schweißstoß aufzubringen. Hierdurch ließe sich der Titangehalt extrem präzise einstellen. Das Aufbringen von Titan auf den
Schweißstoß vor dem Schritt des Schweißens erweist sich gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls als vorteilhaft, da auch hier eine Gasblasenbildung im Schweißgrund vermieden werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens einem der Bauteile Titan in Form von Reintitan und/oder in Form von titanhaltigen Verbindungen und/oder in Form von titanhaltigen Legierungen zugefügt wird. Dies kann insbesondere davon abhängen, wie das Titan in die Bauteile eingebracht wird. Sollte beispielsweise Titan im Rahmen der Stahlerzeugung zugefügt werden, ist es vorstellbar, Titan in
Form von Reintitan zuzufügen. Beim Aufbringen des Titans auf den Schweißstoß ist es jedoch auch möglich, Titan in Form von titanhaltigen Verbindungen und/oder in Form von titanhaltigen Legierungen zuzufügen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass mindestens eines der Bauteile nach einem pulvermetallurgischen
Herstellungsverfahren hergestellt wird. Mittels pulvermetallurgischer Verfahren lässt sich die chemische Zusammensetzung der herzustellenden Bauteile sehr genau einstellen. Somit kann je nach Anwendung ein anwendungsoptimierter Gehalt von Titan im Bauteil im pulvermetallurgischen Herstellungsprozess beigefügt werden. Vorteilhafterweise wird als pulvermetallurgisches Verfahren das Pulverspritzgießverfahren Metal-Injection-Molding, kurz MI M, angewandt, oder auch die Verfahrensvariante 2k-MI M. Das Metal-Injection-Molding, MIM, gehört zusammen mit dem Ceramic Injection Molding, kurz CIM, zu den
Pulverspitzgießverfahren, kurz PI M. Bei diesen Pulverspritzgießverfahren wird ein sinterfähiges Pulver mit einem Binder, beispielsweise in Form von Polyolefin- Wachsmischungen vermischt. Im Rahmen eines Spritzgussprozesses wird dann ein sogenannter Grünling hergestellt. Durch Erwärmen kommt es zum
Ausschmelzen des Binders aus dem Grünling, wodurch sich der sogenannte Braunling, ein poröses Formteil, bildet. Schließlich werden die Braunlinge in einem sogenannten Sinterprozess durch eine thermische Erhitzung verdichtet, wobei sich die endgültigen Materialeigenschaften der Bauteile einstellen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eines der Bauteile vor dem Schritt des Schweißens einem Nitrierprozess unterzogen wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein stickstofflegiertes Bauteil noch vor dem Schritt des Schweißens einem Nitrierprozess unterzogen wird, wobei an der Bauteiloberfläche dann eine Nitrierschicht aufgebracht wird.
Weiterhin ist es auch möglich, ein Bauteil, welchem bereits Titan zugefügt wurde, einem Nitrierprozess zu unterziehen. Dabei kann ein titanhaltiges Bauteil an seiner Bauteiloberfläche zusätzlich mit einer Nitrierschicht versehen werden. Es ist denkbar, das Bauteil durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise das sogenannte Carbonitrieren oder das Nitrocarburieren mit einer Nitrierschicht zu versehen. Sowohl beim Carbonitrieren, als auch beim Nitrocarburieren, wird dabei neben Stickstoff auch Kohlenstoff in der Randschicht von Werkstücken angereichert.
Vorteilhafterweise weist mindestens eines der Bauteile nach dem Schritt des Zufügens von Titan zumindest bereichsweise einen Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1 ,5 Gew.-%, auf. Diese Größenordnung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da bei diesem Titangehalt die Bauteile beim Verschweißen mit stickstoffhaltigen Bauteilen einen ausreichenden Titangehalt aufweisen, ohne dass darüber hinaus eine nachteilige Einschränkung der Funktion des Bauteils erfolgt. Bereichsweise bedeutet in diesem Fall, dass das mindestens eine Bauteil zumindest einen Bereich im gesamten Bauteilvolumen aufweist, welcher den entsprechenden Titangehalt bezogen auf das Volumen des jeweiligen Bereichs aufweist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Nähe der Bauteiloberfläche, beispielsweise am Schweißstoß, ein derartiger Bereich mit einem bestimmten Titangehalt erfindungsgemäß vorgesehen wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens einem der Bauteile vor dem Schritt des Schweißens Titan derart zugefügt wird, dass, ausgehend von einer
Bauteiloberfläche, in einem Tiefenbereich von etwa 0 Millimeter bis etwa 20 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0 Millimeter bis etwa 12 Millimeter, ein Titangehalt von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1 ,5 Gew.-% gebildet wird. Folglich kann gewährleistet werden, dass durch das Vorhandensein eines bestimmten Titangehalts an der
Bauteiloberfläche der aus den Bauteilen beziehungsweise aus der Nitrierschicht ausgasende Stickstoff gebunden werden kann und sich mit dem Titan zu
Titannitrid verbindet. Ein solcher, vom Abstand von der Bauteiloberfläche abhängiger, Titangehalt, ist auch daher von Vorteil, da für die meisten
Schweißverfahren zur Verbesserung der Schweißeignung und zum Binden des ausgasenden Stickstoffs Titan nur bis in eine bestimmte Tiefe des Bauteils notwendig ist. Somit lassen sich durch eine solche optimierte, lokale Anpassung des Titangehalts im Bauteil Kosten sparen, da eine geringere Menge Titan benötigt wird. Es ist denkbar, den Titangehalt an die Geometrie der Bauteile und/oder an die Geometrie der Schweißnaht anzupassen.
Es kann auch vorgesehen sein, ausgehend von der Bauteiloberfläche, ein beliebiges Konzentrationsgefälle des Titans vorzusehen.
Vorzugsweise ist das mindestens eine stickstoffhaltige Bauteil ein
stickstofflegiertes und/oder nitriertes Bauteil. Solche Bauteile weisen einen relativ hohen Stickstoffgehalt an der Bauteiloberfläche auf. Bei solchen
stickstofflegierten und/oder nitrierten Bauteilen tritt daher das Problem des ausgasenden Stickstoffs vermehrt auf, dies führt zur Porenbildung in der Schweißnaht, wodurch die Schweißnaht in ihrem Querschnitt geschwächt wird.
Vorteilhafterweise wird während des Schweißprozesses ausgasender Stickstoff zumindest teilweise in Form von Titannitrid gebunden. Auf diese Weise kann eine
Porenbildung in der Schweißnaht sicher vermieden werden, da der aus der Nitrierschicht beziehungsweise aus dem stickstofflegierten Bauteil ausgasende Stickstoff sich mit dem Titan, welches mindestens einem der Bauteile vor dem Schritt des Schweißens zugefügt wird, zu Titannitrid verbindet.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil gemäß Patentanspruch 1 1 angegeben. Demgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil zumindest bereichsweise einen Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1 ,5 Gew.-%, aufweist. Bereichsweise bedeutet in diesem Fall, dass das mindestens eine Bauteil zumindest einen Bereich im gesamten Bauteilvolumen aufweist, welcher den entsprechenden Titangehalt bezogen auf das Volumen des jeweiligen Bereichs aufweist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Nähe der Bauteiloberfläche, beispielsweise am Schweißstoß, ein derartiger Bereich mit einem bestimmten Titangehalt erfindungsgemäß vorgesehen wird.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Bauteil, ausgehend von einer
Bauteiloberfläche, in einem Tiefenbereich von etwa 0 Millimeter bis etwa 20 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0 Millimeter bis etwa 12 Millimeter, einen Titangehalt von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1 ,5 Gew.-% aufweist. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass an allen Oberflächenbereichen des Bauteils das Bauteil einen derartigen Titangehalt aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bauteil einen derartigen Titangehalt nur am Schweißstoß aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Bauteil den Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 1 ,5 Gew.-%, homogen über sein gesamtes Volumen aufweist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte Erfindung näher beschrieben und erläutert ist. Die sich
entsprechenden Elemente sind dabei mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung zweier Bauteile vor und nach dem
Schweißprozess, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist;
Figur 2 zwei Bauteile vor und nach dem Schweißprozess bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 zwei Bauteile nach dem Schweißprozess bei Anwendung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Bauteil bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Figur 1 oben sind zwei Bauteile 10, 12 vor dem Verschweißen dargestellt. Das linke Bauteil 10 kann dabei ein Bauteil sein, welches nach dem Metal-Injection- Molding-Prozess hergestellt wurde. Es ist jedoch auch denkbar, dass dieses Bauteil 10 mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren, das heißt einer gewöhnlichen Stahlherstellung und einer daran anschließenden Formgebung in Form von Spritzgießen und/oder Drehen und/oder Fräsen, hergestellt wurde. Das rechte Bauteil 12 weist an seiner Bauteiloberfläche 14 eine Nitrierschicht 16 auf. Die beiden Bauteile 10, 12 berühren sich an einer ihrer kurzen Schmalseiten 18, 20. Die Nitrierschicht 16 ist eine durch Nitrieren beziehungsweise chemisch korrekt Nitridieren hergestellte Oberflächenschicht. Das Nitrieren ist ein
Verfahren zum Oberflächenhärten von Stahl. Dabei sind verschiedene Verfahren denkbar, beispielsweise Badnitrieren, Gasnitrieren oder Plasmanitrieren. In der Nitrierschicht 16 ist Stickstoff gebunden.
Figur 1 unten zeigt die beiden Bauteile 10, 12 nach der Anwendung eines Schweißverfahrens, wie es derzeit aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die beiden Bauteile 10, 12 sind dabei zu einem Schweißteil 22 verschweißt. Die Bauteile 10, 12 sind an der Berührfläche der beiden in Figur 1 oben gezeigten kurzen Schmalseiten 18, 20 über die Schweißnaht 24 verbunden. Diese
Schweißnaht 24 weist eine Vielzahl von Poren 26 auf. Beim Schweißprozess wird durch das Aufschmelzen der Nitrierschicht beziehungsweise des stark stickstoffhaltigen Materials der in der Nitrierschicht gebundene Stickstoff gelöst. Dies führt zum sogenannten Ausgasen des Stickstoffs. Infolgedessen kommt es zu einer starken Porenbildung in der Schweißnaht 24, wodurch deren
Querschnitt geschwächt wird.
Figur 2 zeigt zwei Darstellungen von Bauteilen, wie sie bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens miteinander verbunden werden. In Figur 2 oben sind Bauteile 10, 12 gezeigt, wobei Bauteil 12 eine Nitrierschicht 16 an der Bauteiloberfläche 14 aufweist. Das Bauteil 10, welches beispielsweise mit einem pulvermetallurgischen Verfahren, wie dem Metal-Injection-Molding, hergestellt wurde, weist einen zur Bindung des beim Schweißverfahren ausgasenden Stickstoffs ausreichenden Titangehalt auf. Dieser Titangehalt kann beispielsweise zwischen 0,5 und 1 ,5 Gew.-% liegen. Dieses Bauteil wird daher im Folgenden als titanhaltiges Bauteil 28 bezeichnet. Die beiden Bauteile 28, 12 berühren sich mit ihren beiden kurzen Schmalseiten 18, 20.
In Figur 2 unten ist nun ein fertiges Schweißteil 22 dargestellt, wie es bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Schweißverfahrens hergestellt wird. Die beiden Bauteile 28, 12 sind durch eine Schweißnaht 24 miteinander verbunden. Diese Schweißnaht 24 weist im Gegensatz zur Schweißnaht 24 nach Figur 1 keine Poren 26 auf. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden beim
Schweißen die beiden Bauteile an ihrem Stoß an den beiden kurzen
Schmalseiten 18, 20 aufgeschmolzen. Auch hier kommt es zum Ausgasen des in der Nitrierschicht 16 des Bauteils 12 gelösten Stickstoffs. Dieser wird jedoch vom im titanhaltigen Bauteil 28 gelösten Titan sofort im Bereich der gesamten Schweißnaht, also insbesondere auch in tieferen Lagen des Bauteils 22, gebunden und verbindet sich mit diesem zu Titannitrid. Infolgedessen kann eine Bildung der Poren 26 (wie in Figur 1 ) vermieden werden. Folglich kommt es zu keiner Schwächung des Querschnitts der Schweißnaht 24. Die Festigkeit der Schweißnaht 24 kann somit gegenüber dem Stand der Technik gemäß Figur 1 erheblich gesteigert werden. Figur 3 zeigt ein Schweißteil 22, welches aus einem ersten Bauteil 10 und einem titanhaltigen Bauteil 12, 28 besteht. Im Gegensatz zu Figur 2 weist jedoch das titanhaltige Bauteil 28 in seiner Bauteiloberfläche 14 eine Nitrierschicht 16 auf. So ist es beispielsweise möglich, titanhaltige Bauteile 28 im Rahmen der konventionellen Stahlerzeugung oder im Rahmen der Bauteilherstellung durch Metal-Injection-Molding herzustellen und im darauffolgenden Prozessschritt mit einer Nitrierschicht 16 zu beschichten. Dieses mit einer Nitrierschicht 16 versehene, titanhaltige Bauteil 28 kann dann mit einem herkömmlichen
Stahlbauteil 10 verschweißt werden. Auch in diesem Fall wird der aus der Nitrierschicht 16 ausgasende Stickstoff von dem in dem titanhaltigen Bauteil enthaltenen Titan zu Titannitrid gebunden, wodurch eine Porenbildung in der
Schweißnaht 24 vermieden wird. Wie auch in Figur 2 wird folglich die
Schweißnaht 24 in Figur 3 nicht durch durch Stickstoff gebildete Poren 26 geschwächt. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 10, 12, 28 wie es im
erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Verschweißen mit einem weiteren Bauteil 10, 12 vorliegen kann. Das Bauteil 10, 12, 28 weist zumindest an seiner linken Bauteiloberfläche 30 einen Bereich 32 mit einem Titangehalt von etwa 1 ,5 Gew.- % auf. Dieser Bereich 32 kann beispielsweise bis in eine Tiefe von 20 Millimetern ausgehend von der Bauteiloberfläche 14 reichen. An seiner rechten Bauteiloberfläche 34 weist das Bauteil einen Bereich 36 mit einem Titangehalt von etwa 0,5 Gew.- % auf. Dieser Bereich kann beispielsweise bis in eine Tiefe von 12 Millimetern ausgehend von der Bauteiloberfläche 14 reichen. Folglich kann, abhängig von der Geometrie des mit dem Bauteil 10, 12, 28 zu
verschweißenden Bauteils, der Titangehalt jeweils angepasst an die jeweiligen Anforderungen dem Bauteil zugefügt werden.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn des Schweißverfahrens 100 liegen wenigstens zwei nicht miteinander verbundene Bauteile 10, 12 vor. Wenigstens einem dieser Bauteile wird dann in einem Verfahrensschritt 1 10 Titan zugefügt. Nun kann entschieden werden 1 1 1 , ob Titan auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht werden soll oder nicht. Das Titan kann dabei in einem Verfahrensschritt 1 12 entweder beigemischt oder in einem Verfahrensschritt 1 14 auf den Stoß der beiden Bauteile aufgebracht werden. Wenn das Titan in dem Verfahrensschritt 1 12 beigemischt wird und nicht auf die Bauteiloberfläche 14 aufgebracht wird, wird dieses schon beim
Herstellungsprozess wenigstens eines der Bauteile in das Bauteil eingebracht. Dies kann einerseits bei der herkömmlichen Stahlerzeugung in Form einer Titanlegierung durch Zugabe einer anwendungsoptimierten Menge Titan geschehen. Andererseits ist es möglich, bei der Herstellung der Bauteile das Pulverspritzgussverfahren MI M anzuwenden. Dort ist es möglich, einen beliebigen Titangehalt in das Ausgangsmetallpulver beizumischen, wobei dann ein anwendungsoptimierter Titangehalt einstellbar ist. Im Prozessschritt 1 14 wird Titan auf den Schweißstoß der Bauteile aufgebracht. Dies kann durch
Aufschmelzen von Titan auf den Schweißstoß geschehen. Es ist auch möglich, ein titanhaltiges Material in Form einer leicht schmelzbaren Titanlegierung auf den Schweißstoß aufzubringen. Alternativ ist es auch denkbar, durch Sputtern einzelne Titanatome in die Oberfläche der Bauteile einzubringen. Im nächsten Schritt 1 16 kann nun entschieden werden, ob auf die Oberfläche des Bauteils, welchem im Schritt 1 12 bereits Titan beigemischt wurde, Titan aufgebracht werden soll. Das Aufbringen des Titans auf die Bauteiloberfläche erfolgt dabei im
Prozessschritt 120 analog zu Prozessschritt 1 14, jedoch im Anschluss an Prozessschritt 1 12, so dass Titan nicht nur bei der Bauteilherstellung beigemischt wird, sondern auch Titan auf die Bauteiloberfläche beziehungsweise auf den Schweißstoß der Bauteile aufgebracht wird. Im Anschluss an Prozessschritt 1 14 beziehungsweise an Prozessschritt 120 kann die Entscheidung 122 folgen, ob ein Nitrierprozess stattfinden soll. In einem solchen Nitrierprozess 130 kann eines der beiden zu verschweißenden Bauteile oder auch beide Bauteile mit einer Nitrierschicht versehen werden. Dabei ist es auch möglich, das Bauteil, welchem im Prozessschritt 1 12 Titan beigemischt wurde, mit einer Nitrierschicht zu versehen. Falls kein Nitrierprozess durchgeführt werden soll beziehungsweise im Anschluss an den Nitrierprozess 130 erfolgt der Schweißprozess 140. Das Verschweißen erfolgt dabei analog zu den Figuren 2 und 3. Der aus den
Bauteilen beim Aufschmelzen während des Schweißprozesses 140 ausgasende Stickstoff wird sofort vom in den Bauteilen gebundenen Titan zu Titannitrid gebunden. Am Ende des Schweißprozesses 140 entsteht ein Schweißteil 22, wie es beispielsweise in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Bei diesem Schweißteil 22 sind zwei Bauteile 10, 12, 28 über eine porenfreie Schweißnaht 24 miteinander verbunden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile (10, 12), insbesondere
Stahlbauteile, durch Schweißen, wobei ein erstes Bauteil (10, 12) mit einem zweiten Bauteil (10, 12) verschweißt wird, wobei mindestens eines der Bauteile ein stickstoffhaltiges Bauteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Bauteile (10, 12) vor dem Schritt des Schweißens (140) Titan zugefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mindestens einem der Bauteile (10, 12) vor dem Schritt des Schweißens (140) Titan beigemischt (1 12) wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Schritt des Schweißens (140) Titan auf einen Schweißstoß (18, 20) des mindestens einen Bauteils (10, 12) aufgebracht (1 14, 120) wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einem der Bauteile (10, 12) Titan in Form von Reintitan und/oder in Form von titanhaltigen Verbindungen und/oder in Form von titanhaltigen
Legierungen zugefügt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Bauteile (10, 12) nach einem pulvermetallurgischen
Herstellungsverfahren hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Bauteile (10, 12) vor dem Schritt des Schweißens (140) einem Nitrierprozess (130) unterzogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Bauteile (10, 12) nach dem Schritt (1 12, 1 14) des Zufügens von Titan zumindest bereichsweise einen Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.- % bis etwa 10 Gew.- %, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 5 Gew.- % und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 1 ,5 Gew.- % aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einem der Bauteile (10, 12) vor dem Schritt des Schweißens (140) Titan derart zugefügt wird, dass, ausgehend von einer Bauteiloberfläche (14), in einem Tiefenbereich von etwa 0 Millimeter bis etwa 20 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0 Millimeter bis etwa 12 Millimeter, ein Titangehalt von etwa 0,2 Gew.- % bis etwa 5 Gew.- %, vorzugsweise von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 1 ,5 Gew.- % gebildet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
mindestens eine stickstoffhaltigen Bauteil (10, 12) ein stickstofflegiertes und/oder nitriertes Bauteil ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Schweißprozesses (140) ausgasender Stickstoff zumindest teilweise in Form von Titannitrid gebunden wird.
1 1 . Metallisches Bauteil (10), insbesondere Stahlbauteil, dadurch
gekennzeichnet, dass es zumindest bereichsweise einen Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.- % bis etwa 10 Gew.- %, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 5 Gew.- % und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 1 ,5 Gew.- % aufweist.
12. Bauteil (10) nach Anspruch 1 1 , wobei es zumindest bereichsweise
ausgehend von einer Bauteiloberfläche (14), in einem Tiefenbereich von etwa 0 Millimeter bis etwa 20 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0 Millimeter bis etwa 12 Millimeter, einen Titangehalt von etwa 0,2 Gew.- % bis etwa 5 Gew.- %, vorzugsweise von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 1 ,5 Gew.- % aufweist.
13. Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 12, wobei das Bauteil den Titangehalt im Bereich von etwa 0,2 Gew.- % bis etwa 10 Gew.- %, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 5 Gew.- % und weiter vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 Gew.- % bis etwa 1 ,5 Gew.- %, homogen über sein gesamtes Volumen verteilt aufweist.
EP12787438.6A 2011-12-27 2012-11-15 Verfahren zum fügen metallischer bauteile Withdrawn EP2797712A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011089965A DE102011089965A1 (de) 2011-12-27 2011-12-27 Verfahren zum Fügen metallischer Bauteile
PCT/EP2012/072698 WO2013097978A1 (de) 2011-12-27 2012-11-15 Verfahren zum fügen metallischer bauteile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2797712A1 true EP2797712A1 (de) 2014-11-05

Family

ID=47189937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12787438.6A Withdrawn EP2797712A1 (de) 2011-12-27 2012-11-15 Verfahren zum fügen metallischer bauteile

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150017052A1 (de)
EP (1) EP2797712A1 (de)
CN (1) CN104023901A (de)
DE (1) DE102011089965A1 (de)
WO (1) WO2013097978A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2819095C (en) * 2010-12-17 2018-09-04 Magna International Inc. Laser beam welding
US10974349B2 (en) * 2010-12-17 2021-04-13 Magna Powertrain, Inc. Method for gas metal arc welding (GMAW) of nitrided steel components using cored welding wire
US11327942B2 (en) * 2015-10-08 2022-05-10 Signal Vine, Inc. Systems and methods for providing a two-way, intelligent text messaging platform
CN108367377A (zh) * 2015-12-07 2018-08-03 麦格纳动力系有限公司 使用带芯焊丝对氮化钢部件进行气体金属电弧焊接(gmaw)的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3201233A (en) * 1962-06-13 1965-08-17 Westinghouse Electric Corp Crack resistant stainless steel alloys
US4261739A (en) * 1979-08-06 1981-04-14 Armco Inc. Ferritic steel alloy with improved high temperature properties
DE3480602D1 (de) * 1983-12-12 1990-01-04 Armco Advanced Materials Warmfester ferritischer stahl.
US5171968A (en) * 1991-09-30 1992-12-15 Inco Alloys International, Inc. Low porosity welding electrode
DK1930462T3 (en) * 2006-11-16 2014-03-24 Viega Gmbh & Co Kg Fittings for drinking water installations
SE533635C2 (sv) * 2009-01-30 2010-11-16 Sandvik Intellectual Property Austenitisk rostfri stållegering med låg nickelhalt, samt artikel därav

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013097978A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104023901A (zh) 2014-09-03
US20150017052A1 (en) 2015-01-15
WO2013097978A1 (de) 2013-07-04
DE102011089965A1 (de) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3963113A1 (de) Stahlmaterial in pulverform und verfahren zu dessen herstellung
DE102009034566B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tanks für Treibstoff
EP1707296B2 (de) Verfahren zum Lichtbogenschweissen
EP1066913B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Klinge eines Schneidwerkzeuges und damit hergestelltes Erzeugnis
DE102017213391A1 (de) Multimaterialkomponente und Verfahren zu deren Herstellung
EP3774167B1 (de) Verfahren zum schweissen beschichteter stahlbleche
EP2790871B1 (de) Schweisszusatz zum lichtbogen- und laserstrahlschweissen von mischverbindungen aus austenitischem und ferritischem stahl
EP0417546A1 (de) Basische Metall-Kernelektrode
EP3733326A1 (de) Verfahren zur herstellung eines stahlbauteils mit einem additiven fertigungsverfahren
WO2021245158A1 (de) Stahlmaterial zum formen von bauteilen durch additive fertigung und verwendung eines solchen stahlmaterials
EP2797712A1 (de) Verfahren zum fügen metallischer bauteile
EP3074167B1 (de) Verfahren zur herstellung eines vormaterials für ein zerspanungswerkzeug
DE102009000262A1 (de) Thermisches Fügeverfahren und Werkstück hierfür
DE2528188A1 (de) Verfahren zur herstellung von eisen- oder eisenlegierungspulvern mit einem niedrigen sauerstoffgehalt
DE68919635T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer mittels Nitriddispersion verstärkten Legierung.
DE102007056259A1 (de) Laserschmelz- oder Sinterverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke
WO2022090054A1 (de) Pulver für die verwendung in einem pulvermetallurgischen oder additiven verfahren, stahlwerkstoff und verfahren zur herstellung eines bauteils
EP2875890A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials für ein Zerspanungswerkzeug und entsprechendes Vormaterial
DE102017108020A1 (de) Steuerung des Wachstums einer intermetallischen Verbindung beim Widerstandsschweißen von Aluminium an Stahl
DE102014226411A1 (de) Beeinflussung der Schweißmetallurgie beim Widerstandsschweißen von Mischverbindungen
EP2085174B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung an Nickel legierten Stählen
DE102013109572A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Sinterbauteilbaugruppe
DE102019135298A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Pulverspritzguss-Verbundes und ein Pulverspritzguss-Verbund
AT411877B (de) Composite-flachstab
AT500561B1 (de) Verfahren zum schweissen eines gesinterten formkörpers

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140728

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170601