通过焊接具有孔口的铝板和钢板的组装方法与流程

本发明涉及不同材料的板件的组装方法，特别是一块板件为钢制，另一块板件为铝制。

背景技术：

在汽车领域，特别是为了减少能源消耗，从而减少CO2的排放量，我们希望尽可能地减轻机动车。因此，从减轻结构来看，可以考虑用较轻的铝合金的元件替换某些钢制部件。

为了组装两个部件，其中，一个是钢制而另一个是铝基材料，已知和适用的是传统机械组装方法(铆合，压铆(clinchage)，螺钉固定)。然而，对实现元件间连续连接的刚性问题是必须解决的。

Fe-Al铁铝合金的冶炼是极其复杂的，所有通过这两种材料间的熔合的组装都需要使用特殊的工艺和实施专用的操作模式。

同样地，已实施的研究证明必须使焊接接头的设计适应钢/铝焊接的特殊性。

实际上，钢和铝是两种具有非常不同的物理性质的材料，这使得通过熔合组装非常复杂。主要差异有以下几种：

铝Al的熔化温度为660℃而铁Fe的为1536℃，它们的熔化温度的差距相当大，含硅铝合金的熔化温度还要高。当研究这两种材料的熔合时，这个差距对焊接是非常不利的，然而证实在钎焊(brasage)的情况却是有利的(在这种情况下，铝熔化而钢保持在固体状态)。

线性膨胀为：对于铝Al为23.1×10^-6K^-1，对于铁Fe(铁素体)为12.6×10^-6K^-1。冷却产生的形变的不同导致在焊接中非常大的应力(牵引力或压力)水平，这极大程度地利于裂缝的出现。

此外，铝和钢的热属性也不同，所以产生了两种材料间非常不同的热特性。

比热容 热导率：

Al 897J.Kg^-1.K^-1 237W.m^-1.K^-1

Fe 450J.Kg^-1.K^-1(铁素体) 75W.m^-1.K^-1(铁素体)

因此，当施加热源时，在连接的两侧的能量分布具有强不对称性。焊接的操作条件总是很复杂。

另一个实施焊接钢/铝的难点在于不可能得到这两种材料的延性合金。因为，铝在钢中的溶解度几乎为零，会很快地形成脆性金属间化合物，其不可能将形成的合金用于全部机械用途。平衡图提供了多种定义化合物或金属间化合物的形成。

因此，通常用于实现组装所采用的解决办法，并不是术语的固有含义上的钢和铝的焊接，而是通过扩散形成连接，类似于钎焊。因此，铝变为液体状态而钢保持固体状态。

尽管不可能避免金属间化合物的形成，然而有可能通过调节给组装物的热量输入，即使用弧焊CMT(冷金属过渡)或激光类型的焊接工艺，来控制层的性质和厚度。

然而，冶金分析证实在填充金属和钢之间存在金属间化合物。因此，虽然已经显示可以通过使用CMT工艺或激光来控制形成层的厚度，但无论如何，这种层是脆的，而且必须使焊接接头的设计适应这一连接的特殊性。

在接头的平面结构中，可以使用搭接(参见图1)，其在拉伸剪应力上表现非常出色。然而，当该组装结构垂直于该层受力(在方向F上的牵引力)或者剥离(en pelage)时，这样的结构不能支撑应力。

技术实现要素：

因此本发明的目的是提出一种方法，其可以获得具有不同热特性的不同材料板件如钢板和铝板的组装，其允许纳入方向的改变，如果可能的话为平滑过渡，以分散法向和切向应力。

本发明涉及一种不同材料板件的组装方法，其至少包括堆叠板件的步骤和焊接步骤，其特征是，其中板件之一具有至少一个孔口，穿过该孔口可接触到另一板件，在所述孔口处，使用填充金属实施焊接步骤。

有利地，所述板件一个是以铝为基础而另一个为钢制，它们具有不同的物理属性和热属性。因此，只在所述孔口处实施焊接，获得钢板和铝板间的焊接，其相当于无法实施的电点焊。与根据搭接结构实施的钢/铝板件间的组装相反，本发明实施的组装大大改善了机械耐久度，尤其是具有对抗拉伸剪应力和纯牵引力的较优值。

因此，本发明的方法还包括在板件的所述堆叠区域中预先切割出孔口的步骤。

根据本发明方法的实施变化例，设置在板件中的孔口是长条形即椭圆孔形的孔口。

本发明方法中实施的焊接可以是CMT(冷金属过渡)型电弧焊或激光焊接，优选使用铝基、硅基和锰基合金，如AlSi3Mn作为填充金属。

通过实施从孔口一边到另一边的振荡型焊道(passé oscillante)，在孔口处，从所述孔口的一端到另一端，实施所述焊接步骤。

根据本发明的优选方案，其中一个板件包括孔口，而另一个板件具有至少一个冲压部分，以便使冲压产生的至少一个凸起在板件堆叠时容纳在另一个板件的孔口里，所述凸起定位在孔口中，相对于孔口边缘有一间隙(jeu)。

因此，本发明的方法还包括在所述堆叠区域中冲压板件(例如压铆)的步骤，以在所述板件中形成凸起部分。

有利的是，可发现这个凸起部分间隙装配到孔口里，这进一步提高了焊接步骤后所实现的组装的机械耐久性品质。

根据本发明的组装方法的优选实施方式，所述至少一个孔口设置在铝板中，而钢板是平的或设有至少一个凸起，在板件堆叠时，该凸起可以间隙装配在所述孔口中。

优选地，所设置的凸起为销(picot)的形状。在板件堆叠时，销从孔口中凸出，销和所述孔口边缘之间的间隙优选至少等于所述销的半径。

所述孔口优选为椭圆孔形，可考虑在另一板件上设置两个销，组装时其在孔口中凸出。

本发明还涉及通过本发明的组装方法得到的部件。

附图说明

现在参照附图对本发明进行更加详细地描述，其中：

图1表示现有技术的搭接结构的两块钢/铝板件的组装；

图2a表示在焊接步骤前，本发明方法的第一种方式的两块组装板件的俯视图；

图2b表示根据图2a的一旦进行焊接步骤后的平面图；

图3a表示在焊接步骤前，本发明方法的第二种方式的两块组装板件的俯视图；

图3b表示根据图3a的一旦进行焊接步骤后的平面图。

具体实施方式

在图2a可以看出，组装方法提出在第一时间堆叠两块板件1、2。因此，每块板件1、2包括所述堆叠区域11、21。

铝制板件1在所述区域11的孔口12处事先接受切割步骤。此孔口12是椭圆形的长条孔口。

一旦两个板件1和2叠合，可以穿过设置在板件1上的孔口12看到钢板2。然后通过CMT型电弧焊实施焊接步骤。例如，在氩气保护下采用AlSi3Mn焊丝。焊接参数(电弧强度、保护气体流量、焊丝直径等)是对于本领域技术人员而言通常实施的。通过实施从椭圆孔12的一边到另一边的振荡型焊道，从椭圆孔的一端12a到另一端12b实施焊接。该振荡是正弦的。

在所选实施例中，板件1是铝UM5182的试件，厚度为1.2mm，尺寸为38mm×125mm，椭圆孔的尺寸为16mm×8mm。板件已进行脱油。

板件2是钢试件，厚度为1mm，有保护层G 10/10，尺寸为38mm×125mm，已脱油。

焊接方式是CMT型焊接方式(冷金属过渡)。

焊丝：性质：AluSi3Mn

直径：12/10

气体：性质：Arcal 1(氩气)

流量：15l/min

管道触点/部件距离：14mm/1mm

焊接位置：平整且水平

媒介液(support de bain)：有

焊接源的参数：

送丝速度：4.5m/min

弧高校正值-5％

焊接强度：72amp

焊接速度：600mm/min

使用的振荡参数：

振荡类型：正弦

振荡周期长度：1.5mm

振幅：11mm

振荡角度：90°

从图2a可见，获得的焊接接头3质量很好，且由“点”焊组成。接着对该焊接进行拉伸试验(传统方法)，以测出在剪切力和纯牵引力方面该焊接抗断裂的程度。

由此得到以下值：拉伸剪应力585daN(达因牛)和纯牵引力35daN(焊接法向上的撕裂)。

在图3a和3b上，实现与图2a和2b相同条件下的组装方法，但另外在钢板2上通过压铆设置两个销22。优选地，销22的直径为4mm，并且在销22周缘与孔口12边缘之间的最小间隙优选为2mm。

然后根据前述同样的条件实施焊接步骤，由此获得如图3a所示的组装。在将此组装进行以类似方法实施的拉伸试验，得到以下值：拉伸剪应力590daN(达因牛)和纯牵引力80daN(焊接法向上的撕裂)。

从这些值可见，将钢板的凸起与铝板的孔口相配合而进行的组装方法，允许使组装获得增加一倍的纯牵引力，并且以相对简单的方式实施。