專利名稱：通過熔焊－釬焊連接來接合兩塊一方面由鋁材料而另一方面由鐵或鈦材料制成的板材的方法
技術領域：
本發明涉及一種在使用一種焊接填充料的情況下通過一種熔焊-釬焊連接來接合兩塊一方面由一種鋁材料而另一方面由一種鐵或鈦材料制成的板材的方法，其中，用于形成一個連接焊縫的焊接填充料在熔化條件下進行涂敷之前，鐵或鈦材料至少在接合區域內設有一種優選以鋅或鋁為基的涂層。
背景技術：
在一種鋁材料與一種鋼材料的熱連接過程中，鋁材料在接合區域被熔化，使得熔化的鋁潤濕鋼材料并且在冷卻之后形成一種材料鎖合的連接。而在材料之間的過渡區域內形成了脆性的金屬間的金相，該金相決定性地共同決定連接的承載能力。為了保持該金屬間金相邊的厚度小，必需相應地影響各材料的過渡區域的擴散條件，即通過保持相對高的加熱和冷卻速度使熔化被限制在相對較短的時間間隔內進行。如果待連接的板材以一個搭接的接口進行布置并且在板材的搭接區域內從鋼材料那邊用一個發散的激光束進行加熱，就可以實現上述條件。搭接的連接接口使得此后形成的接合板材的局部硬度較高。另外，人們還必須預想到由于在鋼與鋁材料之間的電化學勢能差導致在搭接接口的區域中有較高的受腐蝕的傾向，因為即使在鋁材料的熔化過程中加入以鋁為基的焊接填充料，也不能指望完全封閉搭接區域的分隔線。在接合一方面由一種鋁材料而另一方面由一種鈦材料制成的板材的過程中也會產生類似的困難，因為在這樣的材料結合時也會出現一種脆性的金屬間的金相邊。
為了基本上防止在一種鋼材料和一種鋁材料之間的連接焊縫的區域內發生脆性的金屬間的金相，最新公知的是(DE 10 017 453 A1)在以鋅為基的焊接填充料被涂敷到鋼或熔化條件下的鋁材之間以前，至少在鋼材的接合區域設有一種以鋅或鋁為基的涂層以便在熔化條件下在鋼材料和鋁材料之間形成一個連接焊縫。這種焊接填充料與鋁材料一起進入到一個熔化冶金的熔焊連接中，并且該焊接填充料被用作為一種焊料用于與鋼材料連接，該焊接填充料將不會熔化地與鋼材料接觸，而是單獨地與涂層接觸，這樣金屬間的金相就基本上被抑制，因為所選擇的焊接填充料是以鋅為基的。但在該公知的接合方法中的缺點是，由焊接填充料形成的連接焊縫僅能夠設置在各待接合材料的兩個分開的表面區域之間的楔形區域內，并且需要所述焊接填充料是以鋅為基的，而鋅是完全不同于鋁材料的。如果采用了以鋁為基的焊接填充料(US 3 202 793 A)，那么就可能防止這一缺點，但是該熔焊-釬焊接口的強度不夠，即使在接合區域提供了帶有增加強度的貫穿孔的鐵板材，使鐵板材穿過流過所述貫穿孔的焊接填充料以便改善這種焊接填充料的連接力，情況還是如此。
發明內容
因此本發明的目的在于，提供一種用于接合兩塊一方面由一種鐵或鈦材料而另一方面由一種鋁材料制成的板材的方法，該方法能夠在不同材料的板材之間實現一種滿足所有載荷要求的、耐用的連接，而不必采用以鋁為基的焊接填充料。
從開頭所述類型的方法出發，本發明以下述方式達到這一目的，即，將兩個板材以一種對接接口的形式進行接合，其中，將用于形成連接焊縫的以鋁為基的焊接填充料在一個跨接所述接口的區域內在板材的兩側以一個至少等于所述板材厚度的三倍的寬度涂敷到由鐵或鈦材料制成的板材上。
由于這一措施的結果是使以鋁為基的焊接填充料在各板材的兩側跨接在各個板材之間的接口，由所述焊接填充料所形成的連接焊縫在板材的兩側覆蓋鐵或鈦材料的周邊區域，這樣不僅加大了接合面，而且還意味著一個前提條件，即在接口區域內可以沒有裂縫腐蝕發生。由于在鐵或鈦材料涂層與焊接填充料之間的電化學勢能差與在鐵或鈦材料與鋁材料之間的電化學勢能差相比明顯減小，所以接觸腐蝕的可能性也大幅度減小。通過在接合區域內在鐵或鈦材料的涂層，還減小了形成脆性的金屬間金相的可能性。為此，以鋁為基的焊接填充料可以由本身已知的方式進行融合以便增加強度，特別是通過跨接兩塊板材之間的接口的連接焊縫，使支承橫截面得到增加，這樣根據本發明的連接就會導致高的承載能力。
為了能夠通過連接焊縫保證一種滿足所有要求的強度，由焊接填充料形成的連接焊縫必須在兩側以一種相應的面積嵌接由鐵或鈦材料制成的板材的邊緣。如果涂敷在由鐵或鈦材料制成的板材上的焊接填充料的寬度至少等于所述板材的厚度的三倍，就可以保持至少焊縫區域的強度值與相接的板材區域的強度值相同。
為了在不同材料之間達到漸變地承受載荷而避免過高的應力峰值，由鐵和鈦材料制成的板材可以有利地在接口區域至少在一個板材側上設置一個斜面，使得鐵或鈦材料靠著鋁材料那邊的支承橫截面減小，而鋁材料的支承橫截面相應地增加。但該斜面需要像接合區域的其余部分一樣被覆蓋上一個以鋅、錫或鋁為基的涂層，以便確保在鐵或鈦材料和焊接填充料之間的材料結合。雖然由焊接填充料形成的跨接板材之間的接口區域的連接焊縫導致了在接口區域的凸起，但該在兩側由連接焊縫形成的凸起在隨后對接接合的板材的成型中不起任何決定性的作用。該連接焊縫在某些情況下也可通過一種塑性變形而被平整。也可以這樣接合兩塊板材，即它們的表面在一側被放置在一個共同的平面上，并且在焊縫區域內涂敷連接焊縫之后，使其遠離所述共同平面地彎曲了所述焊縫凸出部超過共同表面的各自的厚度。該措施導致在一側形成了一個接合的板材的連續地穿過連接焊縫的表面。
由于連接焊縫兩側覆蓋鐵或鈦材料的邊緣區域，所以任何裂縫腐蝕的可能性被限制到在鐵或鈦材料的一側上的連接焊縫縱向邊緣與其涂層之間的過渡區域上。如果涂層材料具有一種有限可溶于鋁的性能，則可能會出現涂層材料在過渡區域中在以鋁為基的焊接填充料中堆積并且形成腐蝕侵襲的起始點的危險。為了以簡單的方式防止這種低程度的危險，在兩塊板材之間由焊接填充料形成的連接焊縫可以至少在一個板材側上向涂覆的鐵或鈦材料的過渡區域中由一個防腐蝕層特別是一個漆層進行覆蓋。
借助本發明的焊縫進行接合的一方面由一種鐵或鈦材料而另一方面由一種鋁材料制成的板材毛坯可以在連接焊縫區域內進行成型而不需要對連接焊縫進行過度加載，這樣就可以對由這些板材毛坯形成的工件進行簡單生產，因為板材毛坯在冷成型之前進行接合并且共同通過冷成型而成型為工件。先決條件是，所需要的力可以通過熔焊-釬焊連接進行傳遞，以便讓接合的板材毛坯可以塑化并且因此產生變形。這要這樣達到，即，連接焊縫以一個寬度被涂敷在由鐵或鈦材料制成的板材毛坯的側面，該寬度至少等于所述板材毛坯厚度的三倍。這種只用很少的費用就可滿足的條件確保了對于連接焊縫的承載能力的臨界的正常應力值保持在一個允許的范圍內，即使在以鋁為基的焊接填充料和由鐵或鈦材料制成的板材之間的釬焊區域中對接合的板材毛坯進行塑性變形也是如此，這是因為接合表面相應增加的緣故。
雖然跨接板材毛坯之間接口區域的焊接填充料材料的連接焊縫導致了一個在接口區域的凸起，該凸起作為連接焊縫在兩側的結果起不會在隨后的對接接合的板材的成型中起任何決定性的作用，因為可以通過成型工具相應的凹陷可以將該連接焊縫的凸起考慮進去。為了減小焊縫的凸起，在對接合的板材毛坯進行共同冷成型之前，可以對在兩塊板材之間由焊接填充料形成的連接焊縫進行平整。
通過附圖對本發明的方法進行更詳細的描述圖1兩塊以本發明的方法進行接合的一方面由一種鋼材料而另一方面由一種鋁材料制成的板材毛坯的俯視圖；圖2沿圖1的線II-II的通過在對接的板材毛坯之間的連接焊縫的剖面的放大比例的剖面圖；圖3一個對應于圖2的視圖，具有通過一種塑性變形被平整的連接焊縫；圖4一個根據本發明產生的連接焊縫的一種結構變化形式的同樣對應于圖2的視圖；圖5一個對應于圖4的連接焊縫，但是在一次附加成型之后的情況；和圖6由按圖1進行接合的板材毛坯通過一種冷成型所產生的工件的放大比例的透示圖。
具體實施例方式
如圖1所清楚看到的那樣，為了能夠制造在圖6中所示的工件，例如一種異型梁，它包括一塊冷成型的由一種鐵材料制成的板材毛坯1和一塊同樣冷成型的由一種鋁材料制成的板材毛坯2，將從平的板材毛坯1和2出發。所述板材毛坯1和2以對接接口的方式進行接合。為此由鐵材料制成的板材毛坯1在形成接縫的邊緣的區域內設有兩側的斜面3，如圖2所示。與接合區域的其它面積一樣，這些斜面3具有一種最好以鋅為基的涂層。在待接合的板材毛坯1和2聚在一起之后，在接口區域將一種以鋁為基的焊接填充料涂敷到毛坯1和2的兩側上并且借助一種電弧將其熔化，其中，在板材毛坯2的鋁材料與形成連接焊縫4的以鋁為基的焊接填充料之間產生一種熔化冶金的焊接連接。這種由熔化鋁材料而獲得的焊接連接由板材毛坯2和連接焊縫4的統一剖面線表示，其中，板材毛坯2的原來的邊緣由虛線表示。熔化的焊接填充料是一種用于結合到由鐵材料制成的板材毛坯1上的焊料，該焊料不僅被涂敷到兩塊板材毛坯1和2的直接的接口區域，還跨接所述接口并且在兩側覆蓋由鐵材料制成的板材毛坯1的邊緣。形成焊料的焊接填充料被涂敷在一個覆蓋區域，該覆蓋區域的寬度b至少是厚度d的三倍。通過結合長度的這樣增加，一方面將共同決定連接焊縫的承載能力的在釬焊區的區域內的正常應力限制在一個可接受的量以內，另一方面，將由相當長的腐蝕路徑所產生的由腐蝕引起的強度損失保持在接合的板材毛坯1、2的較弱的基礎材料的由腐蝕引起的強度損失以下，使得接合區域在工件的整個壽命上具有至少等于兩塊板材毛坯1、2中的較弱者的強度值的強度值。
在產生出連接焊縫4之后，接合起來的板材毛坯1和2可以設置一個防腐蝕的保護層。為此，可以以傳統的方式對板材毛坯進行浸漬涂漆，其中，在連接焊縫4與涂覆過的由鋼材料制成的板材毛坯1之間的過渡區域5最好由一個漆層進行覆蓋，使得在該過渡區域內可以沒有腐蝕發生，而過渡區域的腐蝕隨著時間將會直接傳播到接口區域那邊。
由于為了匹配固有強度而選擇使由鋁材料制成的板材毛坯的厚度大于由鋼材料制成的板材毛坯1的厚度d，連接焊縫4會導致一個在兩塊板材毛坯1和2之間的連接點的相應凸起。為了在不對兩塊板材毛坯1和2之間的連接產生任何危害的條件下限制這種凸起，按圖3，原來的形狀由點劃線表示的連接焊縫4可以通過一種塑性變形而得以平整，如實線所示的那樣。
根據本發明，在圖2和圖3中所示的板材毛坯1和2的對稱配置對本發明的生產連接焊縫4的方法并不是必需的。板材毛坯1和2的表面例如可以放置在一個共同的表面上，如圖4所示。在沒有改變基本條件的情況下，這種構造導致不同形狀的連接焊縫4。由于在圖4的實施例中，在板材毛坯1邊緣的與板材毛坯2平齊的那一側表面上設置一個斜面沒有什么意義，所有僅在板材毛坯的相對置的一側上設有一個斜面3。在這種情況下，推薦在由鋁材料制成的板材毛坯2上設置一個導棱6，以便確保有利地形成焊縫。另外，焊縫區域也可按圖5進行變形，使得在一個板材側上獲得一個連續地穿過連接焊縫4的共同的表面。當板材毛坯在焊縫區域內遠離共同表面地彎曲了所述焊縫凸出部超過共同表面的各自的厚度時就可以實現這一點，如圖5所示。
在通過一種熔焊-釬焊連接進行接合之后，板材毛坯1和2例如通過彎曲或拉深被共同成型為圖6所示的工件。在這些冷變形方法中，板材毛坯1和2的塑性變形所需要的力可以很容易借助于連接焊縫傳遞。由連接焊縫4造成的凸起可以在接合的、首先為平的板材毛坯1、2的塑性成型過程中通過模具的一種相應的結構例如通過在連接焊縫4區域內的凹陷來加以考慮。所述凸起還可以如圖3所示通過塑性變形而被平整。
應該理解的是本發明不局限于圖示的實施例。一塊由一種鈦材料制成的板材毛坯可以用來代替由鐵材料制成的板材毛坯1，只要遵守本發明的參數，該鈦材料制成的毛坯可以以類似的方式由一種熔焊-釬焊以防腐蝕的方式通過一種以鋁為基的焊接填充料與一種鋁材料連接。
權利要求
1.一種在使用一種焊接填充料的情況下通過一種熔焊-釬焊連接來接合兩塊一方面由一種鋁材料而另一方面由一種鐵或鈦材料制成的板材的方法，其中，用于形成一個連接焊縫的焊接填充料在熔化條件下進行涂敷之前，鐵或鈦材料至少在接合區域內設有一種優選以鋅或鋁為基的涂層，其特征在于將兩塊板材以一種對接接口的形式進行接合，其中，將用于形成連接焊縫的以鋁為基的焊接填充料在一個跨接所述接口的區域內在板材的兩側以一個至少等于所述板材厚度的三倍的寬度涂敷到由鐵或鈦材料制成的板材上。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在接口區域涂敷涂層之前，由鐵或鈦材料制成的板材至少在一個板材側上設有一個斜面。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于在涂敷焊接填充料之后，通過一種塑性變形對在兩塊板材之間由焊接填充料形成的連接焊縫進行平整。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于以在一側位于一個共同的平面上的表面接合所述兩塊板材，并且在焊縫區域內涂敷連接焊縫之后，使其遠離所述共同平面地彎曲了所述焊縫凸出部超過共同表面的各自的厚度。
5.根據權利要求1到4之一所述的方法，其特征在于在兩塊板材之間由焊接填充料形成的連接焊縫至少在一個板材側上向涂覆的鐵或鈦材料的過渡區域中由一個防腐蝕層特別是一個漆層進行覆蓋。
6.一種制造由接合的冷成型板材毛坯構成的工件的方法，所述板材毛坯一方面由一種鋁材料而另一方面由一種鐵或鈦材料制成，其特征在于在共同冷成型之前，所述板材毛坯在使用一種以鋁為基的焊接填充料情況下通過一種以對接接口形式的熔焊-釬焊連接進行接合，所述焊接填充料在熔化條件下以一個至少等于所述板材毛坯厚度的三倍的寬度涂敷到鐵或鈦材料的一個涂層上，用于在由鐵或鈦材料制成的板材毛坯的兩側形成連接焊縫。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于在對接合的板材毛坯共同冷成型之前，對在兩塊板材毛坯之間由焊接填充料形成的連接焊縫進行平整。
全文摘要
本發明涉及一種在使用一種焊接填充料的情況下通過一種熔焊－釬焊連接來接合兩塊一方面由一種鋁材料而另一方面由一種鐵或鈦材料制成的板材(1、2)的方法，其中，用于形成一個連接焊縫(4)的焊接填充料在熔化條件下進行涂敷之前，鐵或鈦材料至少在接合區域內設有一種優選以鋅或鋁為基的涂層。為了實現有利的接合條件，建議，將兩塊板材(1、2)以一種對接接口的形式進行接合，其中，將用于形成連接焊縫(4)的以鋁為基的焊接填充料在一個跨接所述接口的區域內在板材的兩側以一個至少等于所述板材(1)厚度(d)的三倍的寬度(b)涂敷到由鐵或鈦材料制成的板材(1)上。
文檔編號B23K31/02GK1703296SQ200380101048
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月6日 優先權日2002年10月7日
發明者C·施馬蘭澤, 卡爾-海因茨·施泰爾恩伯格, A·萊特納 申請人:福斯特阿爾派因鋼鐵有限公司