EP2822729A1 - Schweissverfahren mit einer magnetischen schweissspannvorrichtung - Google Patents

Schweissverfahren mit einer magnetischen schweissspannvorrichtung

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EP2822729A1
EP2822729A1 EP13707685.7A EP13707685A EP2822729A1 EP 2822729 A1 EP2822729 A1 EP 2822729A1 EP 13707685 A EP13707685 A EP 13707685A EP 2822729 A1 EP2822729 A1 EP 2822729A1
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EP
European Patent Office
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welding
magnetic field
magnet
weld
parts
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13707685.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Dannheisig
Johannes Kraus
Michael Hamers
Jörgen VON BODENHAUSEN
Bernd Gross
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.)
Adient Luxembourg Holding SARL
Original Assignee
Johnson Controls GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Controls GmbH filed Critical Johnson Controls GmbH
Publication of EP2822729A1 publication Critical patent/EP2822729A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for holding or positioning work
    • 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
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    • B23K37/0435—Clamps
    • 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
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method in which two parts by means of a
  • Electron beam welding CMT arc welding, especially when joining non-similar materials, eg. As aluminum / steel, to form intermetallic phases in the molten bath, whose nature and thickness is difficult to control, but
  • the object is achieved with a method in which two parts are joined together by means of a weld and in which the two parts are fixed during welding by a magnet, wherein the magnetic field of this magnet influences the flow of a melt in the weld.
  • the parts to be joined are fixed, in particular held together and / or connected to each other during the thermal joining by a magnetic force, so that a between the parts to be joined
  • the magnetic force is preferably made available over a very large area, so that sets a constant small gap between the parts to be joined.
  • the magnet providing the magnetic force may be a permanent magnet or an electromagnet.
  • a permanent magnet or an electromagnet.
  • At least one electromagnet used whose field strength is adjustable.
  • this part can be attracted directly by the magnet.
  • the other part to be joined then becomes placed between this ferromagnetic part and the magnet.
  • the magnetic field of the clamping device is now used simultaneously to influence the flow in the molten bath and thus to influence the local composition and / or the local metallic structure of the resulting weld.
  • the magnetic field can be used to homogenize the molten bath, and / or to influence the divergence / convergence.
  • the magnetic field is used to achieve a very specific concentration and / or microstructure gradient in the molten bath and thus in the resulting weld. This allows the quality, d. H.
  • the resulting weld can be specifically influenced.
  • the magnetic field does not serve to prevent the running away of the melt.
  • the quality, i. H. the local chemical composition and / or the local microstructure, the resulting weld can be specifically influenced.
  • the method according to the invention is suitable for joining two parts made of different materials, for example aluminum and steel. With the method according to the invention can be achieved very uniform, well reproducible connections between the parts to be joined.
  • the magnetic field is changed during welding.
  • the change may relate to the strength of the magnetic field and / or its direction.
  • the magnetic field extends over the entire length of the weld.
  • the influence of the magnetic field on the melt is interrupted only when it is sufficiently solidified, ie, if its structure is so far frozen that it no longer or only slightly changed.
  • the invention will be explained with reference to the single FIGURE 1.
  • Figure 1 shows a welding jig by means of which a first part 2 and a second part 3 are connected to a weld 6.
  • the first part 2 is, for example, an aluminum sheet and the second part 3 is a steel sheet.
  • the sheets 2, 3 are designed as very thin sheets. These two sheets are pressed together with the clamping direction 4, which is magnetically provided according to the invention, preferably over a large area, so that during welding by means of
  • Welding device 5 for example the laser, only a smaller, more uniform
  • the clamping device 4 consists in the present case of a magnet, in particular an electromagnet, and a ferromagnetic clamping piece, which is attracted by the magnet and thereby the parts 2, 3rd
  • the ferromagnetic clamping piece By the energy input during welding, for example by a laser 5, the first and / or the second part 2, 3 are at least partially locally, in the region of the subsequent weld, melted, so that a molten bath 6 is formed. According to the magnetic field of the magnet 4 will now be used to a flow in the
  • the local composition and / or the local structure of the resulting weld can be influenced. It is preferably not provided that the magnetic field prevents or reduces loss of the weld pool.
  • the magnetic field of the magnet 4 can be changed during the welding process. For example, during the welding process, the strength of the magnetic field can be reduced or increased.

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Abstract

Verfahren, bei dem zwei Teile (2, 3) mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (2, 3) während des Schweißens durch einen Magnet (4) fixiert werden und dass das Magnetfeld dieses Magneten (4) die Strömung einer Schmelze in der Schweißnaht (6) beeinflusst.

Description

SCHWEISSVERFAHREN MIT EINER MAGNETISCHEN SCHWEISSSPANNVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zwei Teile mittels einer
Schweißnaht miteinander verbunden werden.
Derartige Schweißverfahren sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10
2007 028 956 A1 , der DE 10 2007 027 226 A1 , der DD 268 418 sowie der EP 0 743 133 A1 , bekannt. Diese Schweißverfahren ermöglichen jedoch kein prozesssicheres Spannen, insbesondere von sehr dünnen Blechen, da es aufgrund deren Flexibilität zu ungewollten Spaltmaß-Schwankungen kommt. Daraus resultieren sehr hohe, ungewollte Ausschussraten. Darüber hinaus kommt es beim thermischen Fügen, z. B. Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen, CMT-Lichtbogenschweißen, insbesondere beim Fügen von nicht gleichartigen Materialien, z. B. Aluminium/Stahl, zur Bildung von intermetallischen Phasen in dem Schmelzbad, deren Art und Dicke schwierig zu kontrollieren ist, die aber
entscheidenden Einfluss auf die Festigkeit und Dauerfestigkeit der Verbindung haben.
Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren zur
Verfügung zu stellen, das sich insbesondere für das Fügen dünner Bleche eignet und mit dem reproduzierbare Verbindungen erzielt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem zwei Teile mittels einer Schweißnaht miteinander verbunden werden und bei dem die beiden Teile während des Schweißens durch einen Magnet fixiert werden, wobei das Magnetfeld dieses Magnet die Strömung einer Schmelze in der Schweißnaht beeinflusst.
Erfindungsgemäß werden die zu verbindenden Teile, insbesondere Bleche, während des thermischen Fügens durch eine magnetische Kraft fixiert, insbesondere zusammengehalten und/oder miteinander verbunden, so dass sich zwischen den zu fügenden Teilen ein
geringes, gleichmäßiges Spaltmaß einstellt. Die magnetische Kraft wird vorzugsweise sehr großflächig zur Verfügung gestellt, so dass sich ein gleichbleibendes geringes Spaltmaß zwischen den zu fügenden Teilen einstellt.
Bei dem Magneten, durch den die magnetische Kraft zur Verfügung gestellt wird, kann es sich um einen Permanent- oder einen Elektromagneten handeln. Vorzugsweise wird
mindestens ein Elektromagnet eingesetzt, dessen Feldstärke regelbar ist. Für den Fall, dass eines der zu verbindenden Teile ferromagnetische Eigenschaften aufweist, kann dieses Teil von dem Magnet direkt angezogen werden. Das andere zu verbindende Teil wird dann zwischen diesem ferromagnetischen Teil und dem Magneten angeordnet. Für den Fall, dass keines der beiden zu verbindenden Teile ferromagnetische Eigenschaften aufweist, wird vorzugsweise ein ferromagnetisches Spannelement zur Verfügung gestellt, das von dem Magneten angezogen wird und die beiden zu verbindenden Teile zusammenzieht.
Beim thermischen Fügen, insbesondere beim Laserschweißen, entsteht durch die eingebrachte Wärmeenergie oftmals ein sogenanntes Schmelzbad, das in der Regel Schmelze, d. h. flüssiges Metall, beider zu fügender Teile aufweist. Erfindungsgemäß wird das Magnetfeld der Spannvorrichtung nun gleichzeitig dazu eingesetzt, die Strömung in dem Schmelzbad zu beeinflussen und damit die lokale Zusammensetzung und/oder das lokale metallische Gefüge der resultierenden Schweißnaht zu beeinflussen. Beispielsweise kann das Magnetfeld dazu eingesetzt werden, das Schmelzbad zu homogenisieren, und/oder um die Divergenz/Konvergenz zu beeinflussen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Magnetfeld jedoch dazu eingesetzt, einen ganz bestimmten Konzentrations- und/oder Gefügegradienten in dem Schmelzbad und damit in der resultierenden Schweißnaht zu erzielen. Dadurch kann die Qualität, d. h. die lokale chemische Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge, der resultierenden Schweißnaht gezielt beeinflusst werden. Das Magnetfeld dient nicht dazu das Weglaufen der Schmelze zu verhindern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Qualität, d. h. die lokale chemische Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge, der resultierenden Schweißnaht gezielt beeinflusst werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren beim Fügen von sehr dünnen
Metallblechen eingesetzt. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von zwei Teilen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium und Stahl, bestehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sehr gleichmäßige, gut reproduzierbare Verbindungen zwischen den zu fügenden Teilen erzielen.
Vorzugsweise wird das Magnetfeld während des Schwei ßens verändert. Die Änderung kann dabei die Stärke des Magnetfeldes und/oder dessen Richtung betreffen.
Vorzugsweise erstreckt sich das Magnetfeld über die gesamte Länge der Schweißnaht.
Vorzugsweise wird der Einfluss des Magnetfelds auf die Schmelze erst dann unterbrochen wird, wenn diese hinreichend erstarrt ist, d.h. wenn deren Gefüge soweit erstarrt ist, dass es sich nicht mehr oder nur noch geringfügig verändert. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen Figur 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Figur 1 zeigt eine Schweißspannvorrichtung mittels derer ein erstes Teil 2 und ein zweites Teil 3 mit einer Schweißnaht 6 verbunden werden. Bei dem ersten Teil 2 handelt es sich beispielsweise um ein Aluminiumblech und bei dem zweiten Teil 3 um ein Stahlblech.
Insbesondere sind die Bleche 2, 3 als sehr dünne Bleche ausgeführt. Diese beiden Bleche werden mit der Spannrichtung 4, die erfindungsgemäß magnetisch vorgesehen ist, vorzugsweise großflächig aneinandergedrückt, so dass beim Schweißen mittels der
Schweißeinrichtung 5, beispielsweise dem Laser, nur ein kleiner, gleichmäßiger
Schweißspalt vorhanden ist. Die Spannvorrichtung 4 besteht in dem vorliegenden Fall aus einem Magneten, insbesondere einem Elektromagneten, und einem ferromagnetischen Spannstück, das von dem Magneten angezogen wird und dadurch die Teile 2, 3
zusammendrückt. Der Fachmann versteht, dass auf das ferromagnetische Spannstück verzichtet werden kann, wenn eines der Teile 2, 3 ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Durch den Energieeintrag beim Schweißen, beispielsweise durch einen Laser 5, werden das erste und/oder das zweite Teil 2, 3 zumindest teilweise lokal, im Bereich der späteren Schweißnaht, geschmolzen, so dass ein Schmelzbad 6 entsteht. Erfindungsgemäß wird nun das Magnetfeld des Magneten 4 dazu eingesetzt werden, eine Strömung in dem
Schmelzbad 6, insbesondere während des Schweißens, zu beeinflussen. Dadurch kann die lokale Zusammensetzung und/oder das lokale Gefüge der resultierenden Schweißnaht beeinflusst werden. Es ist vorzugsweise nicht vorgesehen, dass durch das Magnetfeld ein Verlust des Schweißbades verhindert oder vermindert wird. Das Magnetfeld des Magneten 4 kann während des Schweißvorgangs verändert werden. Beispielsweise kann während des Schweißvorgangs die Stärke des Magnetfeldes vermindert oder erhöht werden.
Bezugszeichenliste:
1 Schweißspannvorrichtung
2 erstes Teil
3 zweites Teil
4 Magnet
5 Energiestrahl, Laser, Schweißeinrichtung
6 Schmelzbad, Schweißnaht

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren, bei dem zwei Teile (2, 3) mittels einer Schweißnaht miteinander
verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (2, 3) während des Schweißens durch einen Magnet (4) fixiert werden und dass das Magnetfeld dieses Magneten (4) die Strömung einer Schmelze in der Schweißnaht (6) beeinflusst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung die Schmelze homogenisiert.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld während des Schweißens verändert wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Magnet ein Spalt mit einer konstanten Breite eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetfeld über die gesamte Länge der Schweißnaht erstreckt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Magnetfelds auf die Schmelze erst dann unterbrochen wird, wenn diese hinreichend erstarrt ist.
EP13707685.7A 2012-03-07 2013-03-07 Schweissverfahren mit einer magnetischen schweissspannvorrichtung Withdrawn EP2822729A1 (de)

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