WO2004087366A1 - Verfahren zum schutzgasschweissen oder schutzgaslöten von werkstücken gleicher oder verschiedener metalle oder metalllegierungen mit einem zn/al zusatzmaterial - Google Patents

Verfahren zum schutzgasschweissen oder schutzgaslöten von werkstücken gleicher oder verschiedener metalle oder metalllegierungen mit einem zn/al zusatzmaterial Download PDF

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Jochen Spriestersbach
Jürgen Wisniewski
Frank Prenger
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    • B23K2101/006—Vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for inert gas welding or inert gas soldering of workpieces of the same or different metals
  • Body construction used galvanized sheet are in the prior art Among other things, inert gas welding or inert gas soldering are used. Such methods are described in DIN1910-2.
  • Metal inert gas welding is a method in which the workpiece is melted in the area to be welded by means of an arc which burns between a wire electrode 5 surrounded by inert gas and the workpiece.
  • the wire electrode can contain welding additives and must be matched to the material to be welded. The areas of the workpieces to be welded are thus connected to one another.
  • An alternative method is the metal shielding gas soldering, which differs from the metal shielding gas welding only in that a lower than the base materials to be melted is solder is used as the wire electrode, so that the entire process can be carried out at lower temperatures ,
  • Argon or an argon-containing gas can be used as the shielding gas for this process.
  • These gas mixtures contain active gases that produce smoother solder seams and good seam transitions to the base material.
  • solder a mixture of argon with low oxygen proportions is used, for example.
  • Hard or high-temperature solders such as, for example, are used as the solder
  • Copper base wires used consist essentially of copper with different alloying elements such as silicon, aluminum, tin, nickel, zinc and manganese.
  • the melting point of the solders is approximately 950 to 1400 ° C and the corresponding soldering is also carried out in this area.
  • the soldering process also has the advantage that the thermal load on the components is considerably lower and the zinc layer of the galvanized thin sheet is not changed so much by the welding temperatures that the corrosion resistance suffers.
  • the following invention is intended to provide an improvement in the welding process or soldering process, in order to also enable the joining of materials to one another and from different metals and metal alloys, in particular from steel, aluminum, magnesium, copper or their alloys. So far, the connection of these materials using inert gas welding or inert gas soldering with zinc-based solders has not been described.
  • DE 100 57 180 A1 describes a method for connecting steel tubes to aluminum fins.
  • a zinc-aluminum alloy with an aluminum content of 0.5 to 20% by weight is used as the solder.
  • the joining process is carried out in such a way that the solder layer is first applied to the steel tubes or the aluminum fins using a flame spraying process or an arc process. Only then are the aluminum fins contacted with the steel tubes and a flux in the form of cesium-aluminum tetrafluoride is applied at room temperature.
  • the steel tubes with the aluminum fins are then soldered in an oven at a soldering temperature between 370 and 470 ° C. This process is a process with two process steps.
  • the solder is applied to the individual parts.
  • the solder then cools down.
  • the parts are then contacted and the flux becomes applied at room temperature and the parts are soldered in an oven. It is obvious that such a process cannot be carried out in the form of an industrial continuous process, particularly in body construction.
  • the technical object of the invention is therefore that of
  • steps b and c are carried out successively and at least steps b and c are carried out using a protective gas.
  • a protective gas in the sense of the invention, such gases or
  • gas mixtures that do not react with the additional metal alloy or with the material of the workpieces during the process.
  • Noble gases in particular argon
  • gas mixtures of protective gases with active gases can also be used, which influence the process or the formation of alloys. These include, for example, gas mixtures made from argon and small amounts of oxygen or carbon dioxide.
  • a further advantage is that the steel parts, provided they are used as galvanized steel sheets, are not damaged due to the lower temperature in the plating, the corrosion protection in the area of the weld seam or soldered seam is retained, and therefore extensive reworking to maintain the corrosion
  • Zinc has a melting point of 419 ° C and a boiling point of 908 ° C. This means that at soldering temperatures in the range of 1000 ° C, a larger proportion of the galvanizing of the steel sheet evaporates. On the one hand, this interferes with the joining process and the strength of the joining connection and, on the other hand, leads to a reduction in the corrosion resistance of the steel sheet, which it does the galvanizing is to be achieved and destroyed during the joining process. By means of the method according to the invention, the joining takes place at considerably lower temperatures, so that this problem cannot occur.
  • solder connection thus produced is very strong and has good corrosion resistance.
  • Materials made of steel, aluminum, aluminum alloys, magnesium, magnesium alloys, copper and copper alloys are particularly preferred. They have good mechanical properties and, due to their low specific weight, lead to a reduction in the overall body weight and thus to a reduction in fuel consumption.
  • materials made of steel, in particular galvanized steel are to be combined with materials made of aluminum, aluminum alloys, magnesium, magnesium alloys.
  • a zinc-based alloy with aluminum is preferably used for this.
  • the workpieces are connected by means of the inert gas welding / soldering method.
  • This method is a method in which a
  • Solder is melted by means of an arc or plasma or laser and the liquid solder is applied to the areas to be welded / soldered.
  • Corresponding processes are known as arc welding processes, plasma welding processes or TIG welding processes, the special feature of the process according to the invention being that these processes are carried out using a zinc-based solder.
  • the arc welding A soldering process is particularly preferred.
  • Arc burns between a wire electrode and the workpiece.
  • the wire electrode is surrounded by a protective gas nozzle, from which protective gas is directed to the point to be connected.
  • the wire electrode consists of the additional metal alloy and is therefore the solder with which the workpiece is connected. This process enables the continuous joining of metal materials in a one-step process.
  • the additional metal alloy is preferably melted by the electric arc that burns between the wire electrode and the workpiece.
  • the light metals are partially melted.
  • a solder is used, so that it is a combined welding-soldering process.
  • the inventive method can be carried out with or without flux.
  • a flux is usually used to facilitate the melting of the solder during soldering, to promote the deposition of individual substances or to prevent oxidation.
  • a flux is generally used to remove the obstructive oxide layer.
  • the use of fluxes has the disadvantage that most fluxes are very aggressive and the aluminum causes corrosion after being connected to other metals. Additional steps are therefore necessary to remove the flux again after the thermal connection.
  • the method according to the invention can be carried out completely without flux, and that nevertheless strong and durable connections between the materials to be connected can be produced.
  • Zinc-based alloys are used, which contain 1 to 25% by weight of aluminum in addition to the usual impurities. Zinc alloys which contain 5 to 15% by weight of aluminum are particularly preferred, and those which contain 4% by weight of aluminum are very particularly preferred.
  • the following zinc alloys can be used: ZnAI5, ZnAI15, ZnAI2, ZnAI20, Zn AI22 and ZnAI4.
  • this zinc-based alloy can also contain one or more alloy additives, in particular up to 500 ppm Mg, up to 500 ppm Cr, up to 2000 ppm Mn, up to 300 ppm Li, up to 4% Cu, up to 50 ppm B, up to 500 ppm Ti, up to 1000 ppm Si.
  • alloy additives in particular up to 500 ppm Mg, up to 500 ppm Cr, up to 2000 ppm Mn, up to 300 ppm Li, up to 4% Cu, up to 50 ppm B, up to 500 ppm Ti, up to 1000 ppm Si.
  • the additional metal alloy is used for the method according to the invention in the form of a solid or cored wire.
  • the core of this cored wire can contain appropriate additives that are necessary for soldering.
  • Additives can be, for example, fluxes (e.g. based on Cs), metal powders selected from the group comprising aluminum, chromium, titanium, manganese and nickel.
  • the inventive method is preferably carried out in such a way that the wire electrode, which is surrounded by protective gas, is melted from the zinc-based alloy in an arc, plasma or laser, and the melted additional metal alloy is applied to the contacted workpieces at the corresponding contact points or partial areas of the contact points. This takes place immediately after the additional metal alloy has melted.
  • Another object of the invention is wire with a diameter of 0.8 to 3.2 mm for use in a method for inert gas welding or inert gas soldering of workpieces A made of steel, aluminum, magnesium, copper or their alloys with workpieces B made of steel, aluminum, magnesium , Copper or their alloys, whereby the workpieces A and B can consist of the same or different metals or metal alloys using a molten additional metal alloy consisting of a zinc-based alloy with an Al content of 1 to 25% by weight.
  • Aluminum alloy individually or in combination contain one or more of the following alloy additives: up to 500 ppm Mg, up to 500 ppm Cr, up to 2000 ppm Mn, up to 300 ppm Li, up to 4% Cu, up to 50 ppm B, up to 500 ppm Ti, up to 1000 ppm Si.
  • the wire can preferably be a solid wire or a cored wire.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken (A) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen mit Werkstücken (B) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen, wobei die Werkstücke (A) und (B) aus gleichen oder verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen bestehen können unter Verwendung einer geschmolzenen Zusatzmetalllegierung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Kontaktieren der zu verbindenden Werkstücke auf Stoß oder überlappend, b) Aufschmelzen der Zusatzmetalllegierung enthaltend eine Zn/Al Legierung, c) Aufbringen der geschmolzenen Zusatzmetalllegierung auf die Kontaktierungsstellen oder Teilbereiche der Kontaktierungsstellen der kontaktierten Werkstücke, d) Abkühlen der verbundenen Werkstücke, wobei die Schritte b) und c) unmittelbar nacheinander durchgeführt werden und wobei mindestens die Schritte b) und c) unter Einsatz eines Schutzgases durchgeführt werden. Ein weiterer Gegenstand ist ein Draht zur Anwendung in dem Verfahren.

Description

VERFAHREN ZUM SCHUTZGASSCHWΞISSEN ODER SCHUTZGASLÖTEN VON WERKSTÜCKEN GLEICHER ODER VERSCHIEDENER METALLE ODER METALLLEGIERUNGEN MIT EINEM ZN/AL ZUSATZMATERIAL
[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken gleicher oder verschiedener Metalle
5 oder Metalllegierungen unter Verwendung einer Zπ-Basis-Zusatzmetaillegierung. Es werden Werkstücke aus Stahl, Magnesium, Aluminium, Kupfer und deren Legierungen verschweißt oder verlötet, wobei die zu verbindenden Werkstücke aus gleichen oder ungleichen Metallen oder Metalllegierungen bestehen können. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Draht, der in diesen Verfahren ιo verwendet wird.
[0002] Im Fahrzeugbau und insbesondere im Automobilbau ist es üblich geworden, beim Karosseriebau eine Vielzahl von Leichtmetallteilen zu verwenden, um so das Gesamtgewicht der Karosserie zu verringern, was sich auf den Ge- samtkraftstoffverbrauch positiv auswirkt. In diesem Zusammenhang werden häufig is Teile aus Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Magnesiumlegierungen eingesetzt. Inzwischen sind sogar Fahrzeuge auf dem Markt, deren Karosserien zu weit mehr als der Hälfte aus diesen Materialien bestehen.
[0003] Mit der Änderung der für den Karosseriebau verwendeten Materialien ist auch eine entsprechende Anpassung der Fügeverfahren des Standes der 20 Technik notwendig geworden. Während früher im Karosseriebau im wesentlichen Stahlbleche verbunden werden mussten, müssen jetzt auch Fügeverbindungen zwischen verschiedenen Materialien so zur Verfügung gestellt werden, dass sie in einem industriellen Fertigungsverfahren ohne größere Komplikationen eingesetzt werden können.
25 [0004] Für das Fügen von Stahlblechen wie beispielsweise den häufig im
Karosseriebau verwendeten verzinkten Feinblechen, werden im Stand der Technik u.a. das Schutzgasschweißen bzw. das Schutzgaslöten eingesetzt. Derartige Verfahren werden in der DIN1910-2 beschrieben.
[0005] Beim Metall-Schutzgasschweißen handelt es sich um ein Verfahren, bei dem mittels eines Lichtbogens, der zwischen einer von Schutzgas umströmten 5 Drahtelektrode und dem Werkstück brennt, das Werkstück im zu verschweißenden Bereich aufgeschmolzen wird. Dabei kann die Drahtelektrode Schweißzusatzstoffe enthalten und muss auf den zu verschweißenden Werkstoff abgestimmt werden. Die zu verschweißenden Bereiche der Werkstücke werden so miteinander verbunden.
ιo [0006] Mit diesen Verfahren werden Stähle wie auch Nicht-Eisen-Metalle miteinander verschweißt.
[0007] Ein hierzu alternatives Verfahren ist das Metall-Schutzgaslöten, das sich vom Metall-Schutzgasschweißen nur dadurch unterscheidet, dass als Drahtelektrode ein niedriger als die zu verbindenden Grundwerkstoffe schmelzendes is Lot eingesetzt wird, so dass der gesamte Vorgang bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann.
[0008] Dieses auch als "MSG-Löten" bezeichnete Verfahren hat sich insbesondere zum Verbinden von verzinkten Feinblechen in der Automobilindustrie durchgesetzt. Im Vergleich zu dem entsprechenden Schweißverfahren bietet es
20 den Vorteil höherer Prozesssicherheit, besserer Qualität der Lötnähte und sehr guter Verbindungsfestigkeit sowie sehr guter Korrosionsbeständigkeit der verbundenen Metallteile. Als Schweißschutzgas kann für dieses Verfahren Argon oder ein Argon-haltiges Gas eingesetzt werden. Diese Gasgemische enthalten aktive Gase, die glattere Lötnähte und gute Nahtübergänge zum Grundwerkstoff erzeu-
?5 gen können. Hierzu wird beispielsweise ein Gemisch von Argon mit geringen Sauerstoff Anteilen verwendet. [0009] Als Lot werden Hart- bzw. Hochtemperaturlote wie beispielsweise
Kupferbasisdrähte eingesetzt. Diese bestehen im wesentlichen aus Kupfer mit unterschiedlichen Legierungselementen wie Silizium, Aluminium, Zinn, Nickel, Zink und Mangan. Der Schmelzpunkt der Lote beträgt etwa 950 bis 1400°C und in diesem Bereich wird auch das entsprechende Verlöten vorgenommen. Gegenüber dem Schweißverfahren besitzt das Lötverfahren weiterhin den Vorteil, dass die thermische Belastung der Bauteile erheblich geringer ist und die Zinkschicht des verzinkten Feinbleches durch die Schweißtemperaturen nicht so stark verändert wird, dass die Korrosionsbeständigkeit leidet.
[0010] Die nachfolgende Erfindung soll eine Verbesserung des Schweißverfahrens bzw. Lötverfahrens Verfahrens zur Verfügung stellen, um auch das Verbinden von Werkstoffen untereinander und aus unterschiedlichen Metallen und Metalllegierungen, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen zu ermöglichen. Bisher ist die Verbindung dieser Werkstoffe mit Hilfe des Schutzgasschweißens oder Schutzgaslötens mit Zink-Basis-Loten nicht beschrieben worden.
[0011] Aus dem Stand der Technik sind aber andere Verfahrens zum Verbinden von Stahl mit Aluminium bekannt. So beschreibt die DE 100 57 180 A1 ein Verfahren zur Verbindung von Stahlrohren mit Aluminiumrippen. Dabei wird als Lötmittel eine Zink-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumanteil von 0,5 bis 20 Gew.-% verwendet. Das Fügeverfahren erfolgt so, dass zunächst die Lötmittelschicht mit Hilfe eines Flammspritzverfahrens oder eines Lichtbogenverfahreπs auf die Stahlrohre oder die Aluminiumrippen aufgebracht wird. Erst danach werden die Aluminiumrippen mit den Stahlrohren kontaktiert und bei Raumtemperatur ein Flussmittel in Form von Cäsium-Alumiπium-Tetrafluorid aufgebracht. Danach werden die mit den Aluminiumrippen versehenen Stahlrohre in einem Ofen bei einer Löttemperatur zwischen 370 und 470°C verlötet. Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Verfahren mit zwei Prozessschritten. Im ersten Schritt wird das Lot auf die einzelnen Teile aufgebracht. Das Lot erkaltet dann. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Teile dann kontaktiert, das Flussmittel wird bei Raumtemperatur aufgebracht und in einem Ofen werden die Teile verlötet. Es liegt auf der Hand, dass ein solches Verfahren insbesondere im Karosseriebau in Form eines industriellen kontinuierlichen Verfahrens nicht durchführbar ist.
[0012] Die technische Aufgabe der Erfindung ist es daher, das aus dem
5 Stand der Technik bekannte Schutzgasschweißverfahren bzw. Schutzgaslötverfahren so zu modifizieren, dass es neben dem Verbinden gleicher Metalle auch für das Verbinden verschiedener Metalle geeignet ist, insbesondere von Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen.
[0013] Diese technische Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zum Schutz- o gasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken (A) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen mit Werkstücken (B) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen, wobei die Werkstücke (A) und (B) aus gleichen oder verschiedenen Metallen oder Metallegierungen bestehen können unter Verwendung einer geschmolzenen ZusatzmetalUegierung, s gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Stahl mit Werkstücken aus anderen metallischen Werkstoffen unter Verwendung einer ZusatzmetalUegierung gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a. Kontaktieren der zu verbindenden Werkstücke auf Stoß oder überlappend,
0 b. Aufschmelzen der ZusatzmetalUegierung enthaltend eine Zn/Al Legierung,
c. Aufbringen der geschmolzenen ZusatzmetalUegierung auf die Kontaktierungsstellen oder Teilbereiche der Kontaktierungsstellen der kontaktierten Werkstücke,
d. Abkühlen der verbundenen Werkstücke,
5 wobei die Schritte b und c uπtermittelbar nacheinander durchgeführt werden und wobei mindestens die Schritte b und c unter Einsatz eines Schutzgases durchgeführt werden. [0014] Als Schutzgas im Sinne der Erfindung werden solche Gase oder
Gasgemische angesehen, die während des Verfahrens keinerlei Reaktion mit der ZusatzmetalUegierung oder mit dem Material der Werkstücke eingehen. In bevorzugter Weise werden hierzu Edelgase verwendet, insbesondere Argon. Zum 5 anderen können aber auch Gasgemische aus Schutzgasen mit aktiven Gasen eingesetzt werden, die den Prozess bzw. die Legieruπgsbildung beeinflussen. Hierzu gehören beispielsweise Gasgemische aus Argon und geringen Anteilen Sauerstoff oder Kohlendioxid.
[0015] Durch den Einsatz der Zink-Basis-Legieruπgen als Zusatzmetalllegie- ιo rung und dem Einsatz eines Schutzgases ist es möglich, Werkstücke aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen in einem Eiπ-Schritt-Prozess, der auch kontinuierlich und automatisiert durchgeführt werden kann, miteinander zu verbinden. Aufgrund der niedrigeren Schmelztemperatur der Ziπk-Basis-Legierung, die im Bereich von 350 bis 450°C liegt, ist es möglich, das gesamte Verfahren bei is niedrigeren Temperaturen durchzuführen als bisherige Schutzgaslötverfahren, die bei etwa 1000°C durchgeführt wurden. Hierdurch erfolgt ein erheblich geringerer Verzug der Bauteile, da bei insgesamt niedrigerer Temperatur gearbeitet werden kann. Dadurch wird es insbesondere auch möglich sehr dünne Materialien, wie Bänder oder Bleche von einer Dicke kleiner 1 mm zu verbinden. Die niedrigere
20 Temperatur spart weiterhin auch erhebliche Energiekosten für den Lötvorgang. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Stahlteile, sofern sie als verzinkte Stahlbleche eingesetzt werden, aufgrund der niedrigeren Temperatur in ihrer Verziπkung nicht beschädigt werden, der Korrosionsschutz im Bereich der Schweißnaht bzw. Lötnaht erhalten bleibt und somit aufwendige Nacharbeiten zum Erhalt des Korrosi-
?5 onsschutzes entfallen.
[0016] Zink besitzt einen Schmelzpunkt von 419°C und einen Siedepunkt von 908°C. Dies bedeutet, dass bei Löttemperaturen im Bereich von 1000°C ein größerer Anteil der Verzinkung des Stahlbleches verdampft. Dies stört zum einen den Fügeprozess und die Festigkeit der Fügeverbindung und führt zum anderen 30 zu einer Verminderung des Korrosionsbeständigkeit des Stahlblechs, die ja durch die Verzinkung erreicht werden soll und während des Fügeprozesses zerstört wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt das Fügen bei erheblich niedrigeren Temperaturen, so dass dieses Problem nicht auftreten kann.
[0017] Es wurde weiterhin festgestellt, dass die so hergestellte Lötverbindung sehr fest ist und gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.
[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform werden für das Verfahren
Werkstücke aus Stahl eingesetzt, die aus verzinktem oder unverzinktem Stahl bestehen. Häufig werden heutzutage im Fahrzeugbau dünne und verzinkte Feinbleche eingesetzt, mit der die Lebensdauer der Fahrzeuge verlängert werden soll. Heute beträgt der durchschnittliche Anteil dieser Bleche im Karosseriebau über 70 %. Als Folge davon, geben die meisten Kraftfahrzeughersteller mittlerweile Garantiezeiten von bis zu 12 Jahren gegen Durchrostung.
[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die metallischen
Werkstoffe aus Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium, Magnesi- umlegierungen, Kupfer und Kupferiegierungen. Insbesondere bevorzugt sind Aluminium und Aluminiumlegierungen und Aluminium-Magπesium-Legierungen, die heutzutage häufig im Kraftfahrzeugbau verwendet werden. Sie besitzen gute mechanische Eigenschaften und führen aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichtes zu einer Verringerung des Karosseriegesamtgewichtes und damit zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sollen Werkstoffe aus Stahl, insbesondere verzinktem Stahl mit Werkstoffen aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegie- ruπgen verbunden werden. In bevorzugter Weise wird hierzu eine Zink-Basis- Legierung mit Aluminium eingesetzt.
[0020] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Verbinden der Werkstücke mittels des Schutzgasschweiß/-Iötverfahrens. [0021] Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Verfahren bei dem ein
Lot mittels eines Lichtbogens oder Plasmas oder Lasers geschmolzen wird und das flüssige Lot auf die zu verschweißende/zu verlötende Stellen aufgebracht wird. Entsprechende Verfahren sind als Lichtbogenschweißverfahren, Plas- maschweißverfahren oder WIG-Schweißverfahren bekannt, wobei im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens die Besonderheit besteht, dass diese Verfahren unter Verwendung eines Zink-Basis-Lotes durchgeführt werden.
[0022] Das LichtbogeπschweißA-lötverfahren ist besonders bevorzugt. Der
Lichtbogen brennt dabei zwischen einer Drahtelektrode und dem Werkstück. Die Drahtelektrode ist umgeben von einer Schutzgasdüse, aus der Schutzgas auf die zu verbindende Stelle geleitet wird. Die Drahtelektrσde besteht aus der ZusatzmetalUegierung und ist damit das Lot, mit dem das Werkstück verbunden wird. Dieses Verfahren ermöglicht das kontinuierliche Verbinden von Metallmaterialien in einem einschrittigen Durchlaufverfahreπ. Das Aufschmelzen der ZusatzmetalUegierung erfolgt vorzugsweise durch den elektrischen Lichtbogen, der zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück brennt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Falle des Verbindens von Stahl mit Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium und deren Legierungen die Leichtmetalle teilweise angeschmolzen. Weiterhin wird ein Lot verwendet, so dass es sich um ein kombiniertes Schweiß- Lötverfahren handelt.
[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit oder ohne Flussmittel durchgeführt werden. Der Einsatz eines Flussmittels erfolgt üblicherweise, um beim Löten das Schmelzen des Lotes zu erleichtern, die Abscheidung einzelner Stoffe zu fördern bzw. die Oxidation zu verhindern. Insbesondere bei Aluminium wird in der Regel ein Flussmittel verwendet, um die hinderliche Oxidschicht zu entfernen. Der Einsatz von Flussmitteln hat aber den Nachteil, dass die meisten Flussmittel sehr aggressiv sind und das Aluminium nach dem Verbinden mit anderen Metallen zur Korrosion bringt. Es sind daher zusätzliche Schritte notwendig, um die Flussmittel nach dem thermischen Verbinden wieder zu beseitigen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren vollständig ohne Flussmittel durchgeführt werden kann, und dass trotzdem feste und haltbare Verbindungen zwischen den zu verbindenden Wertstoffen erzeugt werden können. Dies ist umso erstaunlicher, als dass gerade beim Verbinden von verschiedenen Metallen, beispielsweise aus Stahl-, Aluminium- oder Magπesium- legierungen, äußerst spröde intermetallische Phasen entstehen können, die zu einer mangelnden Festigkeit der Verbindung führen. Offensichtlich wird die Bildung dieser intermetallischen Phasen gerade durch die erheblich geringere Temperatur, die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendig ist, vermieden und hierdurch eine festere Verbindung erhalten.
[0024] In bevorzugter Weise werden als Zusatzmetalllegierungen solche
Zink-Basis-Legierungen verwendet, die neben den üblichen Verunreinigungen 1 bis 25 Gew.-% Aluminium enthalten. Besonders bevorzugt sind Zinklegierungen, die 5 bis 15 Gew.-% Aluminium enthalten, ganz besonders bevorzugt sind solche, die 4 Gew.-% Aluminium enthalten. Im einzelnen können die folgenden Zinklegie- rungen eingesetzt werden: ZnAI5, ZnAI15, ZnAI2, ZnAI20, Zn AI22 und ZnAI4.
[0025] Diese Zink-Basis-Legierung kann neben den üblichen Verunreinigungen weiterhin einen oder mehrere Legierungszusätze enthalten, insbesondere bis 500 ppm Mg, bis 500 ppm Cr, bis 2000 ppm Mn, bis 300 ppm Li, bis 4 % Cu, bis 50 ppm B, bis 500 ppm Ti, bis 1000 ppm Si.
[0026] Die ZusatzmetalUegierung wird für das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Massiv- oder Fülldrahtes eingesetzt. Falls ein Fülldraht verwendet wird, kann die Seele dieses Fülldrahtes entsprechende Zusatzstoffe, die für das Verlöten notwendig sind, enthalten. Zusatzstoffe können beispielsweise Flussmittel (z.B. auf Cs-Basis), Metallpulver ausgewählt aus der Gruppe umfassend Alu- minium, Chrom, Titan, Mangan und Nickel sein.
[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren wird in bevorzugter Weise so durchgeführt, dass die von Schutzgas umströmte Drahtelektrode aus der Zink- Basis-Legierung im Lichtbogen, Plasma oder Laser aufgeschmolzen wird und die aufgeschmolzene ZusatzmetalUegierung auf die kontaktierten Werkstücke an den entsprechenden Kontaktierungsstellen oder Teilbereichen der Kontaktierungsstellen aufgebracht wird. Dies erfolgt unmittelbar nach dem Aufschmelzen der ZusatzmetalUegierung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist Draht eines Durchmessers von 0,8 bis 3,2 mm zur Anwendung in einem Verfahren zum Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken A aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen mit Werkstücken B aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen, wobei die Werkstücke A und B aus gleichen oder verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen bestehen können unter Verwendung einer geschmolzenen ZusatzmetalUegierung bestehend aus einer Zink- Basis-Legierung mit einem AI-Anteil von 1 bis 25 Gew.-%
[0028] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Zink-
Aluminium-Legierung einzeln oder in Kombination einen oder mehrere der nach- folgenden Legierungszusätze enthalten: bis 500 ppm Mg, bis 500 ppm Cr, bis 2000 ppm Mn, bis 300 ppm Li, bis 4 % Cu, bis 50 ppm B, bis 500 ppm Ti, bis 1000 ppm Si. Bei dem Draht kann es sich in bevorzugter Weise um einen Massivdraht oder einen Fülldraht handeln.
[0029] Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher darstellen.
Beispiele
[0030] Es wurden Versuche zur Herstellung von Lötverbindungen von verzinkten Stahlteilen untereinander und von verzinkten Stahlteilen mit Aluminiumteilen mittels Schutzgasschweißen und Zink-Aluminium-Loten durchgeführt. Es wurden hierbei Schweißanlagen unterschiedlicher Hersteller eingesetzt.
[0031] Als Grundwerkstoff wurde verzinkte Stahlteile einer Dicke von 0,7 bis
2 mm und Aluminiumteile einer Dicke von 0,8 bis 2,5 mm eingesetzt. Als Lotwerk- stoff wurde ein ZnAI4-Lotdraht eines Durchmessers von 1 ,6 mm als Massivdraht eingesetzt. Als Schutzgas wurde Argon verwendet. Es wurden Überlappungsver- bindungeπ und Stumpfstoßverbinduπgen zwischen den Stahlteilen untereinander und zwischen den Stahlteilen und den Aluminiumteileπ hergestellt.
s [0032] Der Anstellwinkel betrug 45 bis 80° und die Neigung des Brenners
(elektrischer Lichtbogen beim Brenner) betrug 60 bis 90°. Der Brennerabstaπd zu den zu verbindenden Werkstücken betrug 10 bis 25 mm an der Schutzgasdüse und die Verfahrgeschwindigkeit beim Verlöten betrug 0,3 bis 1,3 m/min.
[0033] Es wurde festgestellt, dass sich mit diesen Parametern reproduzier- o bar Verbindungen zwischen Stahlteilen untereinander und Stahlteilen mit Aluminiumteilen mit einer gleichmäßigen Schweiß-/Lötnahtausbildung erzeugen lassen. Die anschließende Untersuchung der mechanisch-technologischen Eigenschaften zeigte, dass bei durchgelöteten Proben der Bruch beim Zugversuch im Werkstoff Aluminium (Rm>205 MPa) außerhalb der Wärmeeiπflusszone liegt.
5 [0034] Dies zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beispiel feste und korrosionsbeständige Verbindungen von Werkstoffen aus Stahl mit Werkstoffen aus Aluminium erzeugt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken (A) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen mit Werkstücken (B) aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legie- rungeπ, wobei die Werkstücke (A) und (B) aus gleichen oder verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen bestehen können unter Verwendung einer geschmolzenen ZusatzmetalUegierung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) Kontaktieren der zu verbindenden Werkstücke auf Stoß oder überlappend, b) Aufschmelzen der ZusatzmetalUegierung enthaltend eine Zn-Basis- Legierung, c) Aufbringen der geschmolzenen ZusatzmetalUegierung auf die Kontaktierungsstellen oder Teilbereiche der Kontaktierungsstellen der kontaktierten Werkstücke, d) Abkühlen der verbundenen Werkstücke
wobei die Schritte b) und c) unmittelbar nacheinander durchgeführt werden und wobei mindestens die Schritte b) und c) unter Einsatz eines Schutzgases durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke aus Stahl aus verzinktem oder unverzinktem Stahl bestehen.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen der ZusatzmetalUegierung im elektrischen Lichtbogen oder mittels Plasmaverfahrens oder mittels Laser erfolgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Werkstücke mit oder ohne Einsatz eines Flussmittels erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-Basis-Legierung 1 bis 25 Gew.-% AI enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn/Al Legierung einzeln oder in Kombination eine oder mehrere der nachfolgenden Legie- rungszusätze enthalten kann: bis 500 ppm Mg, bis 500 ppm Cr, bis 2000 ppm Mn, bis 300 ppm Li, bis 4 % Cu, bis 50 ppm B, bis 500 ppm Ti, bis 1000 ppm Si.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Werkstücke mit Zusatzmetalllegierungeπ er- folgt, deren Schmelztemperaturen im Bereich von 370 bis 600 °C liegen.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ZusatzmetalUegierung in Form eines Massiv- oder Fülldrahtes eingesetzt wird.
9. Draht eines Durchmessers von 0,8 bis 3,2 mm zur Anwendung in einem Ver- fahren zum Schutzgasschweißen oder Schutzgaslöten von Werkstücken A aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen mit Werkstücken B aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen, wobei die Werkstücke A und B aus gleichen oder verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen bestehen können unter Verwendung einer geschmolzenen ZusatzmetalUegierung bestehend aus einer Zink-Basis- Legierung mit einem AI-Anteil von 1 bis 25 Gew.-%
10. Draht nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn/Al Legierung einzeln oder in Kombination eine oder mehrere der nachfolgenden Legierungszusätze enthalten kann: bis 500 ppm Mg, bis 500 ppm Cr, bis 2000 ppm Mn, bis 300 ppm Li, bis 4 % Cu, bis 50 ppm B, bis 500 ppm Ti, bis 1000 ppm Si.
1. Draht nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Massivdraht oder ein Fülldraht ist.
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