使用间隔物焊接不可直接彼此焊接的金属基材料的方法与流程

本发明涉及一种通过使用焊接的间隔物来焊接金属基材料的方法，该焊接间隔物使得与材料接合相关地使用电阻焊，否则通过使用电阻焊不可彼此焊接所述材料。

电阻焊是金属制造行业中最常用的焊接工艺之一。电阻焊可以通过点焊、滚缝焊或胶接点焊焊接进行，以便焊接白色家电、燃料箱、汽车、铁路或卡车的车身结构。但是存在很多材料，例如热成型的马氏体不锈钢或两种和三种材料的组合，其不具有用于电阻焊工艺的可焊性。对于这些材料，有几个想法可以在材料上产生机械焊料或钎焊库(depot)。然而，这些机械焊料或钎焊库需要材料的变形和/或切割，以便在材料和机械焊料或钎焊库之间具有良好的结合。当通过传统的电阻焊工艺进一步处理材料时，焊点通常因此具有冷裂脆性开裂行为，且因此具有低的强度水平。

在焊接工艺之前的机械焊料或钎焊库难以使用，特别是在多材料设计过程中。此外，机械焊料或钎焊库将导致制造成本的增加。

ep专利申请1582283涉及两个刚性钢片材部件的点焊方法，其中在焊接点处在片材之间布置有小片体，优选容易焊接的金属(例如低碳铁)的小片体。在点焊之前，通常将待焊接的材料从一个位置转移到另一个位置。使用未固定到待焊接材料的板体有很大的危险：板体在转移期间将从其所需的位置移开。ep专利申请1582283没有指出任何这种危险。

de专利申请2541963描述了在所有接合表面之间使用密封剂来接合两个或更多个成形金属部件的方法，所述密封剂包含具有受控晶粒尺寸的单个金属或另一种材料的圆形晶粒，并且使两个接合的金属部件在一起，留下由预选晶粒尺寸确定的间隙；然后通过密封剂接合这些部件。因此，在de专利申请2541963中，使用传统的点焊将两个金属部件焊接在一起，而未考虑金属部件不能通过点焊焊接。

jp专利申请s59229293涉及一种通过在允许熔融接合的不同金属板材之间通过固相接合各种金属而牢固接合不同金属片材同时通过插入插件在两个金属板材之间形成缝隙的方法。jp专利申请s59229293的方法使用旋转工具用于摩擦焊。这种方法适用于能够进行塑性化的材料，例如钛和铝，其不适用于不锈钢或更一般的钢。

特别是对于不锈钢的焊接，通常使用舍弗勒(schaeffler)图，其通过铬当量(creq)和镍当量(nieq)限定钢中的显微组织区域。在该图中，根据下式计算creq和nieq

creq＝％cr+％mo+1.5x％si+0.5x％nb+0.5x％ti(1)

nieq＝％ni+30x(％c+％n)+0.5x％mn(2)。舍弗勒图提供了关于各种类型的显微组织的焊接性能的信息，因此作为它们包含的合金化元素的函数。舍弗勒图也分为焊接问题，具有不同的热裂、冷裂、晶粒生长和脆化的区域。

美国专利4959518描述了根据舍弗勒图焊接螺柱。此外，美国专利5622573在焊接已覆盖在铸铁基础金属上的材料中使用舍弗勒图。wo公开2011/060432描述了使用舍弗勒图使用激光束焊接用于twip钢和碳钢之间的不同接头。然而，这些公开没有描述任何电阻焊的内容。

在下图7中，舍弗勒图示出了热裂区域、冷裂区域、晶粒生长区域和脆化区域。图7还提供了焊接问题的实例。在该实例中，马氏体不锈钢1.4304(钢1)和非合金碳钢(钢2)之间的电阻点焊是不可能的，因为在电阻焊中产生的所得合金(r)仍在冷裂区域，因此这些钢之间的点焊熔核具有冷裂纹，因此对于使用没有价值。

本发明的目的是消除现有技术的一些缺陷，并且得到一种包含电阻焊的焊接方法，该电阻焊作为至少一个使用金属基材料的工艺步骤，所述金属基材料使用电阻焊不可焊接。通过电阻焊不可直接彼此焊接的金属基材料之间的连接是通过间隔物建立的，在电阻焊之前通过焊接将该间隔物接合到该材料。本专利申请的基本特征列在所附权利要求中。

根据本发明，焊接至少两种用电阻焊不可直接彼此焊接的金属基材料的方法包括在电阻焊步骤之前通过焊接进行的至少一个接合工艺步骤。在仅有两种金属基材料的情况(其中两种材料是通过电阻焊不可彼此焊接的)下，第一步骤是将间隔物优选地接合到那些材料之一(被描述为第一待焊接材料)。也可以将间隔物接合到两种材料。在根据本发明方法的第二步骤中，使用间隔物，使得电阻焊集中在待焊接的第一材料中的间隔物表面上和待焊接的另一材料的表面。因此，在用电阻焊不可直接彼此焊接的两种材料之间得到焊接接头。在两种金属基材料的情况(其中一种材料通过电阻焊不可焊接)下，通过电阻焊将间隔物焊接在不可焊接材料的表面上。在这种情况下，具有多于两种不可通过电阻焊直接彼此焊接的金属基材料，在利用本发明的方法中，通过焊接将至少一个间隔物接合在材料的表面上，在待焊接在不可用电阻焊直接彼此焊接的两个表面中的至少一个上的两个材料表面之间的每个空隙中。

根据本发明的间隔物有利地由填料材料或钎焊材料制成。间隔物的材料取决于接合间隔物的材料表面，以便在间隔物和接合的金属基材料之间具有良好的接触和高强度。当使用钎焊材料作为间隔物时，在本发明的方法中，待焊接材料的显微组织将不会被破坏。另外，为了用电阻焊成功地加工，需要间隔物中的良好插塞开裂(plugfracture)。

根据本发明的间隔物的形状可以基本上是片材状的。然而，使用基本上片材状材料作为基材是有利的，使得基本上片材状材料设置有突起。这些突起基本上是规则地定位的，使得突起彼此间隔开限定的距离。间隔物的构造对于间隔物给出至少为5的直径与高度的比例。此外，间隔物的高度有利地为至少0.5毫米，以便在根据本发明焊接的材料之间得到期望的间隙。

在材料的所需表面上接合间隔物之后，电阻焊有利地集中在第一材料中的间隔物表面上和另一材料的表面上，以便在第一材料和另一材料之间得到焊缝，用于产生所需构造，该所需构造包含否则不可用电阻焊直接彼此焊接的材料。然而，对于电阻焊，也可利用旁路效应，在这种情况下，电阻焊期间的加热对于待焊接的表面上的热影响区域产生物理效应。这种效应导致位于热影响区域上的间隔物熔化。因此，可将电阻焊集中在位于热影响区上的间隔物之间的区域上。旁路效应导致相邻的间隔物熔化，从而进行成功的电阻焊。当将间隔物接合到两种材料使得在电阻焊之前与待焊接材料接合的间隔物表面相对的间隔物表面彼此接触时，也考虑相同的效应。

也可利用本发明的方法，使得间隔物接合到一种材料，然后用两种或更多种可用电阻焊彼此直接焊接的材料电阻焊所述材料和间隔物。在这种情况下，可用电阻焊彼此直接焊接的两种或更多种材料位于不可用电阻焊彼此直接焊接的材料表面的相反侧，该间隔物位于所述表面之间。因此，电阻焊集中于具有间隔物的第一材料，间隔物本身和用另一材料直接电阻焊的至少一种中间材料。在这种组合中使用间隔物，使得控制和具有焊接热量的所需方向成为可能。在施加焊接热量控制的一个实施方案中，将具有低热导率的间隔物焊接到薄片材或具有高热导率的材料。然后，中间材料是较厚的片材或具有比具有间隔物的第一材料更低的热导率。基于使用间隔物的另一优点是间隔物可以避免奥氏体钢与另一片材的锌涂层之间的电阻点焊的液态金属脆化。间隔物可以用铁素体填料金属制成，且不显示液态金属脆化，并且由于两个片材之间的距离/间隙，在奥氏体片材中避免液态金属脆化。在这种情况下，必须首先将间隔物焊接到锌涂覆的片材。

有利地通过使用电弧焊或束焊接(beamwelding)进行作为本发明方法中的第一工艺步骤的间隔物的接合。例如，使用电弧焊的工艺步骤可以通过等离子体焊、气体金属电弧焊诸如tig(钨惰性气体)焊接或mig(金属惰性气体)焊接进行。使用束焊接的工艺步骤可以通过激光束焊接或电子束焊接进行。自然地，除了电阻焊之外的其他焊接方法可以用于根据本发明的间隔物的接合。

根据本发明的电阻焊工艺步骤可以通过不同种类的电阻焊进行，例如点焊、滚缝焊、凸焊或胶接点焊。胶接点焊是常规电阻点焊和粘合剂粘合的组合。当电阻焊是热和压力的结果时，粘合剂接合由施加在待接合的两个表面之间的粘合剂膜条构成。对于作为电阻焊的改变的凸焊，通过在待焊接的一个或两个工件上的突出凸起使焊接局部化。

根据本发明，不同接合材料之间没有接触腐蚀。间隔物减少了待焊接的两种材料之间的接触腐蚀。根据现有技术，材料彼此直接接触。采用间隔物的构造，在两种材料和接合位置之间存在限定的间隙。间隔物可以特别合金化以避免腐蚀问题，并且制造商也可使用具有不同电化学电位的材料。

使用采用所述间隔物的构造的本发明方法，得到了焊接材料之间的期望间隙和在缝隙条件下阴极浸涂涂层的更好润湿，因此不存在缝隙腐蚀或龟裂腐蚀。代替阴极浸涂涂覆，可以使用其它涂覆方法或镀覆方法，例如底涂、底漆涂覆、内涂覆、结构涂覆和焊接底漆涂覆。

本发明的另一可能的方案是用于管道，其中：内管道在外侧与间隔物焊接，然后施加第二管道，与该间隔物接触，并且将该组合彼此电阻焊。结果，由于间隔物，管道彼此具有限定的间隙。间隔物也可用于在电化学腐蚀电位点分离管道。由间隔物得到的间隙也可以用于空气或流体介质的冷却或加热。

本发明的方法可以用于例如汽车工业和公共汽车、卡车和铁路车辆，因为与混合接合过程诸如胶接点焊的组合的良好行为。在胶接点焊中，当使用根据本发明的间隔物时，由于间隔物在随后的电阻焊区域的区域处取代粘合剂材料，因此防止了在粘合剂中产生蒸汽通道。因此，基本上没有腐蚀性物质到达焊接区域的方法。

以下参照附图更详细地描述本发明，其中

图1从侧视图示意性地示出了本发明的一个优选实施方案，

图2从侧视图示意性地示出了本发明的另一优选实施方案，

图3a，3b和3c从侧视图示意性地示出了本发明的优选实施方案，

图4a和4b从侧视图示意性地示出了本发明的优选实施方案，

图5示意性地以横截面示出了本发明的另一优选实施方案，

图6示出了根据本发明使用舍弗勒图的实施例，和

图7示出了如在现有技术中所描述的，具有现有技术中的问题的实施例的舍弗勒图。

待在本发明方法中使用的不可用电阻焊直接焊接在一起的材料可以是例如在舍弗勒图之外的钢。通常，含有大于0.25重量％c、大于3重量％mn、大于0.1重量％n和大于3重量％mo的钢不在舍弗勒图中。此外，如图7所示，本发明可避免舍弗勒图中被分类为焊接问题的区域。避免这些问题的方式是以一种合金化元素使用间隔物。通过以这种方式使用间隔物，可用舍弗勒图计算和选择用于间隔物的材料。

此外，还用于本发明方法中的材料是碳当量(cev)大于0.65％的钢，其中cev使用下式(以重量％计的元素含量)计算：

cev＝c+mn/6+(cu+ni)/15+(cr+mo+v)/5。

还可以根据本发明处理其它金属材料，例如铝。

在图1中，已通过电阻焊将设置有间隔物6的第一焊接材料5焊接到第二材料7。间隔物6已在焊接材料5和7之间得到了间隙8。间隙8防止焊接材料5和7之间的直接接触。基于由间隔物6限定的间隙8，焊接材料5和7可以具有不同的电化学电位而没有任何接触腐蚀。

图2示出了与本发明相关的阴极浸涂。已通过电阻焊将设置有间隔物12的第一焊接材料11焊接到第二材料13。由于间隔物12，在涂覆工艺中进一步处理焊接结构14从而在第一材料11的表面上，在间隔物12的表面上和第二材料13的表面上具有涂覆层15，因为间隔物12在焊接材料11和13之间得到间隙16。

本发明适用于根据图3a，3b和3c的胶接点焊。在图3a中，待焊接的第一材料31设置有间隔物32和用于胶接点焊的粘合剂材料33。图3a还示出了待焊接的第一材料和间隔物32之间的焊接区域34。在图3b中，将待焊接的第二材料35添加到粘合剂材料33上，并且准备好焊条36和37从而在材料31和35之间开始焊接。图3c示出了胶接点焊的结果，间隔物和第二焊接的材料35之间的熔核焊缝38。因为粘合剂材料33没有溅出，所以在材料31和35之间没有流通道。

图4a示出了将间隔物23和24焊接到第一材料21并将间隔物25和26焊接到第二材料22的实施方案。如图4b所示，使用间隔物23和24以及分别25和26将材料21和22进行点焊以便具有点焊熔核28。基于在两种材料21和22上的间隔物23和25以及分别24和26，间隙27因此比图1的实施方案中更大，以更好地避免材料21和22之间的接触腐蚀。

图5示出了在电阻焊后将本发明应用于管道。内管道41首先设置有间隔物43，然后将外管道42施加在内管道41周围。内管道41和外管道42彼此电阻焊以得到点焊熔核45。因此，在内管道41和外管道42之间形成由间隔物43引起的间隙44。

图6示出了根据本发明使用舍弗勒图的实施例。在该实施例中，将与现有技术中的图7相同的钢(作为第一金属1的马氏体不锈钢1.4034和作为第二金属2的非合金碳钢)焊接在一起。对于间隔材料s，选择crni填料金属，其显微组织由奥氏体和约20体积％的铁素体组成。通过电弧焊接将间隔材料s与金属1焊接，并且在第一金属1和间隔物s之间获得所产生的合金s1。然后，在通过电阻焊用间隔物s焊接第二金属2时，在第二金属2和间隔物s之间的最终所得合金s2在电阻焊的所有问题区域之外。因此得到了期望的焊接结果。