尤其用於改善在兩個金屬結構部件的熱連接期間形成的接縫質量的填充材料的製作方法

2023-04-25 16:06:11 3

專利名稱：尤其用於改善在兩個金屬結構部件的熱連接期間形成的接縫質量的填充材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及填充材料(filler material )，尤其是用於改善在兩個金屬結 構部件的熱連接(thermaljoining)期間形成的接縫質量的填充材料。
背景技術：
在結構部件的熱連接期間，經常使用填充材料以提高接縫的質量。根 據各種結構部件材料，使用特別匹配上述各種結構部件材料的填充材料， 例如在釺焊或焊接期間將所述填充材料加入接縫形成區域中。通常，填充 材料以條或線狀存在。為獲得最佳的接縫質量，必須將一定量的合金元素 加入填充材料。然而，由於合金元素在基體材料中的溶解度有限和由於所 導致的分離問題，目前為止還不能隨意地實現合金組合物。
已知的填充材料具有如下缺點合金元素不能以無限制的濃度溶於填 充材料中，從而不能實現最佳接縫質量真正所需要的^r元素的濃度。而 且，將^Jr元素均勻地置於接縫形成區域中通常存在困難。
可能需要避免用於熱接頭連接(joint connection)的已知填充材料的 上述缺點。
由於填充材料包括芯和至少部分包圍所述芯的塗層，塗層可包括用於 在熱連接工藝期間形成最佳接縫的幾乎任何濃度的合金添加劑，而與涉及 填充材料的芯的冶金組成的任何限制無關。
在填充材料的一個示例性實施方案中，填充材料包括基本圓形、卵形 或橢圓形截面幾何形狀。這使得能夠容易地例如以巻形物形式存儲填充材料。
填充材料的另一個示例性實施方案包括基本為H-形的截面幾何形狀。 首先，這允許最佳地將填充材料放置在接縫形成區域中而不需要另外的引 導。第二，該設計使得可以將待通過熱連接而連接的結構部件進行固定或 對準。在這種布置中，通過填充材料本身的特定的幾何形狀來進行對準。 在熱連接工藝期間，無需單獨供給填充材料，從而可實現在時間和成本上 相當大的節省。
根據填充材料的另一個示例性實施方案，在所有的情況下，填充材料 的兩個肢狀物(limbs )相間隔一定距離，該距離大約對應於待連接的結構 部件的材料厚度，使得兩個結構部件可由填充材料固定。以此方式，接縫 形成區域中的結構部件稍^t擠塞或夾緊在填充材料的肢狀物之間，使得利 用填充材料本身可在熱連接工藝之前使結構部件彼此相對地可靠定位固 定。
根據填充材料的另 一個示例性實施方案，填充材料的中間蹼狀物 (middle web)的材料厚度大約對應於待形成的接縫的寬度。這確保沒有過 量的材料供入接縫區域中。
在另一個示例性實施方案中，塗層包括小於100 pm的材料厚度。以 此方式，確保塗層可以容易地產生並且同時確保在塗層中供給足夠量的另 外的材料，所述另外的材料提高焊縫質量。
在另 一個示例性實施方案中，芯包括金屬基材(metal base material), 尤其是鋁或鋁合金。以此方式，基材的組成可以基本上與冶金要求無關地 進行選擇，以提供在塗層中^r化材料的最佳接縫特性。因此，基材可例 如以著眼於易加工性和/或低的生產成本的目標化方式(targeted 進行優化。基材優選基本上包括鋁或鋁^r。
在另一個示例性實施方案中，塗層包括金屬^ir化材料，尤其是銅、 矽、鋰等。以此方式，用於塗層的金屬合金化材料的組成或質量可以以目 標化方式集中於實現最佳接縫特性，而很大程度上與基材金屬(base metal)必須滿足的要求無關。為了實現接縫的最佳特性，用於塗層的金屬 合金材料優選包括銅、矽、鋰或其組合。


附圖所示如下
圖l在第一實施方案變體中的根據本發明的填充材料的橫截面，
圖2在第一實施方案變體中的填充材料的縱截面，
圖3在具有兩個待進行熱連接的結構部件的第二實施方案變體中填 充材料的橫截面，和
圖4在第二實施方案變體中的具有兩個結構部件的填充材料的頂視圖。
在附圖中，相同附圖標記用於表示相同的結構元件。
示例性實施方案詳述
圖l顯示在第一實施方案變體中根據本發明的填充材料的橫截面。
用於改善熱連接工藝中、尤其是焊接或釺焊工藝中接縫質量的根據本 發明非均質填充材料l包括基本上為圓形的橫截面幾何形狀。填充材料l 由芯2和包圍所述芯2的塗層3形成。在給出的示例性實施方案中，塗層 3同心地包圍芯2。填充材料l的基本上為圓形的橫截面幾何形狀(圓柱形 的線)使得能夠容易地存儲填充材料1，例如以巻狀物的形狀存儲，並且 確保將填充材料容易輸入或供給接縫形成區域，這尤其在自動化熱連接工 藝的情況下很重要。其它的橫截面形狀例如多邊形、卵形或橢圓形的橫截 面幾何形狀也是能夠想到的。
填充材料1的芯2可以使用非貴金屬例如鋁、鋁務t等作為基材來形 成。芯2的塗層3可包括^ir化材料例如銅、矽、鋰或這些材料的任何期 望的組合。根據待熱連接的結構部件的材料組成，其中根據本發明填充材 料1的材料組合物用作輔助M材料以提高接縫質量，芯2和/或塗層3可 包括與上述不同的金屬和/或金屬^ir。可選擇塗層3的^T化成分而完全 不考慮涉及芯2的化學組成的任何冶金限制的事實是非常重要的。
圖2顯示填充材料1的縱截面。芯2被塗層3完全地(即共軸地)包 圍。以不同於此的方式，芯2也可^5L僅被塗層3部分地包圍。例如，塗層 3可以在線狀(wire -shaped)填充材料1的縱向上設計為^ir化材料條的
形式，所述條布置在芯2上，使得彼此在徑向上均勻間隔。
通過已知方法例如通過電鍍塗敷法，刷塗(brushingon)糊狀金屬合 金化材料、噴塗金屬合金化材料或通過PVD塗敷工藝，可將塗層3例如 施加於芯2。
圖3顯示在第二實施方案變體中填充材料的橫截面。
在該實施方案變體中，填充材料4包括具有基本上為H形或雙T形橫 截面幾何形狀的芯5。填充材料4的芯5也可包括非貴金屬例如鋁、鋁合 金等作為基材。芯5包括總共四個肢狀物6至9，其通it^本上垂直延伸 的中間蹊狀物10而彼此連接。肢狀物6、 7以;S^L狀物8、 9以稍微V-形、 以相對於水平面小於30。的角度指向內部。由於填充材料4的基本上為H 形橫截面幾何形狀和肢狀物6至9的稍微V形排列，待通過熱連接工藝而 連接的結構部件11、 12可以在肢狀物6和8以及7和9之間夾持，並且可 以彼此相對對準和固定。為了確保以不存在較大程度上位移的方式來夾住 結構部件ll、 12，肢狀物6、 8或7、 9之間的距離比結構部件11、 12的 材料厚度13、 14略小。
結構部件ll、 12例如可以是片狀結構，例如鋁片或包括鋁合金的片。 此外，結構部件ll、 12可以是線性結構，例如包括鋁或鋁^ir的增強物外 形(reinforcement profile )。
在所示的示例性實施方案中，填充材料4的芯5也包括周圍的塗層15， 所述塗層15包括適合的^T化材料例如銅、矽、鋰或這些金屬的組合，以 便製造非均質的填充材料4。塗層15也可僅僅在某些部分存在。
在中間璞狀物10的區域中，在結構部件ll、 12的對接邊緣之間的熱 連接工藝中出現接縫(圖3中未顯示)，所述接縫中芯5的基材、結構部件 11、 12的材料和塗層15的合金化材料充分混合。在這種布置中，中間蹼 狀物10的寬度16優選基本上對應於待形成或正在產生的接縫的寬度。與 剛剛提到的方式不同，中間蹼狀物10的寬度16可以更窄或更寬。
根據本發明，由於填充材料4的基本上為H形的橫截面幾何形狀，基 材和/或合金化材料以精確局部定位和精確計量的方式供給進入接縫形成 區域。無需單獨地供給傳統的焊接助劑或釺焊助劑，這導致有可能在時間 和成本上實現相當大的節省。
圖4顯示根據第二實施方案變體的填充材料4的頂視圖。
將結構部件ll、 12固定或對準用於後續掩^工藝，並且通過由中間蹼 狀物10連接的肢狀物6、 7以及布置在其下方的肢狀物8、 9 (圖4中未顯 示)而保持在一起。
應注意，表述"包括"不排除其它的元件或步驟，並且沒有用數量詞修 飾的名詞("a"或"an")不排除多個。而且在不同的實施方案中描述的元 件可以進行結合。
也應該說明權利要求中的附圖標記不應該解釋為限制權利要求的範圍。
附圖標記列表
1 填充材料
2 芯
3 塗層
4 填充材料
5 芯
6 肢狀物
7 肢狀物
8 肢狀物
9 肢狀物
10 中間蹼狀物
11 結構部件
12 結構部件
13 材料厚度
14 材料厚度
15 塗層
16 寬度
權利要求
1.一種尤其用於改善在兩個金屬結構部件(11，12)的熱連接期間形成的接縫質量的填充材料(1，4)，其中所述填充材料(1，4)包括芯(2，5)和包圍至少部分所述芯的塗層(3，15)。
2. 根據權利要求1所述的填充材料(1 )，其中所述填充材料(1)包括基 本上為圓形、卵形或橢圓形的橫截面幾何形狀。
3. 根據權利要求1所述的填充材料(4 )，其中所述填充材料(1)包括基 本上為H形的橫截面幾何形狀。
4. 根據權利要求3所述的填充材料(4),其中在所有的情況下，所述填 充材料(4)的兩個肢狀物(6， 7， 8， 9)間隔一定距離，所^巨離大約對 應於待連接的所述結構部件(11， 12)的材料厚度(13， 14)，使得所述兩 個結構部件(ll， 12)可以由所述填充材料(4)來固定。
5. 根據權利要求3或4所述的填充材料(4 )，其中所述填充材料(4 )的 中間蹼狀物(10 )的材料的厚度大約對應於待形成的所述接縫的寬度(16 )。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的填充材料(1,4)，其中所述塗 層(3， 15)包括小於100nm的材料厚度。
7. 根據權利要求1至6中任意一項所述的填充材料(1,4)，其中所述芯 (2， 5)包括金屬基材，尤其是鋁或鋁合金。
8. 根據權利要求1至7中任意一項所述的填充材料(1,4)，其中所述塗 層(3， 15)包括金屬合金化材料，尤其是銅、矽、鋰等。
全文摘要
本發明涉及尤其用於改善在兩個金屬結構部件11、12的熱連接期間形成的接縫質量的填充材料1、4。根據本發明，填充材料1、4包括芯2、5和包圍至少部分芯的塗層3、15。由於填充材料包括在芯2、5上的塗層3、15，可選擇用於塗層3、15的合金材料，而在很大程度上與關於用於芯2、5的基材的任何可能的限制冶金要求無關，使得利用根據本發明的非均質填充材料1、4，始終得到連接結構部件的最優接縫特性，而在很大程度上與芯2、5的材料組成無關。而且，如果使用基本為H-形的橫截面幾何形狀的填充材料1、4，則在熱連接工藝中待連接的結構部件11、12的初級固定或對準變得可能。
文檔編號B23K35/00GK101370614SQ200780002902
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月19日 優先權日2006年1月24日
發明者塞巴斯蒂安·卡舍爾, 延斯·哈基烏斯, 延斯·舒馬赫, 賴納·科奇克 申請人:空中巴士德國有限公司