[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2776711C2 - Contact welding of non-welded metals using intermediate layers applied by thermal spraying - Google Patents

Contact welding of non-welded metals using intermediate layers applied by thermal spraying Download PDF

Info

Publication number
RU2776711C2
RU2776711C2 RU2019126649A RU2019126649A RU2776711C2 RU 2776711 C2 RU2776711 C2 RU 2776711C2 RU 2019126649 A RU2019126649 A RU 2019126649A RU 2019126649 A RU2019126649 A RU 2019126649A RU 2776711 C2 RU2776711 C2 RU 2776711C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
aluminum
layer
thermally sprayed
steel
Prior art date
Application number
RU2019126649A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019126649A3 (en
RU2019126649A (en
Inventor
Кристиан ДЁМКЕС
Томас ХЮНДГЕН
Стефан Линднер
Original Assignee
Оутокумпу Оюй
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP17157773.7A external-priority patent/EP3366406A1/en
Application filed by Оутокумпу Оюй filed Critical Оутокумпу Оюй
Publication of RU2019126649A publication Critical patent/RU2019126649A/en
Publication of RU2019126649A3 publication Critical patent/RU2019126649A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2776711C2 publication Critical patent/RU2776711C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: present invention relates to a method for the lap connection of materials not directly welded to each other, in particular a sheet of stainless steel and a sheet of aluminum or aluminum alloy, or magnesium or magnesium alloy. At the first stage, a protective aluminum layer is applied to the surface of steel base (1) by thermal spraying. At the second stage, a method for contact welding is used for welding protective layer (2) to overlayed sheet (3), while the ratio of a thickness of thermally sprayed layer (2) to an achieved diameter of welding point (4) is less than or equal to 0.25, and a temperature in a contact area between base (1) and thermally sprayed coating layer is less than 350°C. Used welding parameters are selected in such a way that only a contact zone of aluminum with aluminum is melted, in the absence of fragile intermetallic phases between an aluminum layer and steel.
EFFECT: method provides for quality welding connection, while combining non-welded dissimilar metals.
10 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к получению сочетаний несвариваемых металлов, таких как алюминий с (нержавеющей) сталью, свариваемость контактной сваркой которых обеспечивают посредством нанесения термическим напылением слоя алюминия на поверхность (нержавеющей) стали со строго определенной толщиной, шероховатостью поверхности и переходным сопротивлением. Затем на второй стадии проводят процесс контактной (точечной) сварки. Используемые параметры сварки необходимо выбирать таким образом, чтобы расплавлялась только зона контакта алюминия с алюминием, при отсутствии хрупких интерметаллических фаз между слоем алюминия и (нержавеющей) сталью.The present invention relates to the production of combinations of non-weldable metals such as aluminum with (stainless) steel, the resistance welding of which is achieved by thermally spraying a layer of aluminum onto the surface of (stainless) steel with a well-defined thickness, surface roughness and contact resistance. Then, at the second stage, the process of contact (spot) welding is carried out. The welding parameters used must be chosen in such a way that only the aluminum-to-aluminum contact zone is melted, in the absence of brittle intermetallic phases between the aluminum layer and the (stainless) steel.

Контактная сварка сопротивлением является одним из наиболее часто используемых способов сварки в металлообрабатывающей промышленности. Контактную сварку сопротивлением можно выполнять, например, точечной сваркой, роликовой сваркой, рельефной сваркой или адгезионной сваркой, чтобы получить сваренную крупную бытовую технику, топливные баки, кузовные конструкции автомобилей, железные дороги или грузовики. Но существует множество материалов, таких как горячеформованные мартенситные нержавеющие стали или сочетания двух или трех соединяемых материалов, которые не поддаются свариванию посредством контактной сварки. Для этих материалов есть несколько идей по созданию механических припоев или паяльных депо на материале. Однако эти механические припои или паяльные депо требуют деформации и/или резки материала, чтобы иметь хорошую связь или сформировать смыкание между материалом и механическим припоем или паяльным депо. Когда материалы далее обрабатывают традиционными способами контактной сварки, сварная точка обычно в результате обладает свойством хрупкого разрушения с образованием холодных трещин и, следовательно, низким уровнем прочности, а также низкой передачей усилия.Resistance welding is one of the most commonly used welding methods in the metalworking industry. Resistance welding can be performed, for example, by spot welding, roller welding, projection welding, or adhesive welding to weld large household appliances, fuel tanks, car bodies, railways, or trucks. But there are many materials, such as hot-formed martensitic stainless steels or combinations of two or three materials to be joined, that cannot be welded by resistance welding. For these materials, there are several ideas for creating mechanical solders or solder depots on the material. However, these solders or solder depots require deformation and/or cutting of the material in order to have a good bond or form a closure between the material and the mechanical solder or solder depot. When materials are further processed by conventional resistance welding processes, the spot weld typically results in a brittle fracture property with cold cracking and hence a low level of strength as well as low force transmission.

Во всей автомобильной машиностроительной промышленности для кузова автомобиля предпочитают использовать различные металлы, такие как (нержавеющие) стали и алюминий, в конструкции со многими материалами, имеющей соединения несходных материалов. В известном уровне техники отсутствует способ термической сварки, можно использовать только склеивание и механическое соединение. С помощью традиционных способов сварки образуются непрочные интерметаллические фазы между алюминием и (нержавеющей) сталью. С помощью изобретения можно использовать дешевую контактную точечную сварку с коротким производственным циклом. Кроме того, может быть повышена коррозионная стойкость (контакта). С помощью изобретения можно достичь подобной алюминиевым соединениям прочности соединения для несходных сочетаний.Throughout the automotive engineering industry, various metals such as (stainless) steels and aluminum are preferred for the car body in a multi-material structure having dissimilar material compounds. In the prior art, there is no method of thermal welding, only gluing and mechanical connection can be used. Conventional welding processes create weak intermetallic phases between aluminum and (stainless) steel. With the help of the invention it is possible to use cheap resistance spot welding with a short production cycle. In addition, corrosion (contact) resistance can be improved. With the invention it is possible to achieve a bond strength similar to aluminum joints for dissimilar combinations.

Патентная заявка ЕР 2679328 A1 относится к способу соединения первого соединяемого объекта со вторым соединяемым объектом посредством контактной сварки сопротивлением и неразъемному соединению с помощью современного технологического способа двух объектов. Целью изобретения является обеспечение альтернативного способа соединения первого соединяемого объекта со вторым соединяемым объектом с применением вспомогательного соединения и способа сварки, в частности, обеспечение способа добавления различных соединяемых элементов, в частности, различных соединяемых объектов, из которых по меньшей мере один включает оксидный слой.Patent application EP 2679328 A1 relates to a method of connecting the first object to be joined with the second object to be connected by means of resistance welding and permanent connection using the modern technological method of the two objects. The aim of the invention is to provide an alternative method for connecting the first object to be connected to the second object to be connected using an auxiliary connection and a welding method, in particular, to provide a method for adding various elements to be connected, in particular, various objects to be connected, of which at least one includes an oxide layer.

Патентная заявка DE 102016106756 относится к термическому напылению для защиты от коррозии, например, к термическому напылению алюминия. В одном воплощении обеспечивают коррозионностойкую сборку, включающую: первый металлический элемент, который собран со вторым металлическим элементом, соединение между первым и вторым элементом и противокоррозионный слой, покрывающий по меньшей мере часть соединения, где противокоррозионный слой состоит из алюминия и цинка.Patent application DE 102016106756 relates to thermal spraying for corrosion protection, for example thermal spraying of aluminium. In one embodiment, a corrosion resistant assembly is provided, including: a first metal element that is assembled with a second metal element, a connection between the first and second element, and an anti-corrosion layer covering at least a portion of the connection, where the anti-corrosion layer consists of aluminum and zinc.

Патентная заявка DE 102014011599 относится к способу соединения по меньшей мере двух элементов, в котором можно просто в технологическом и производственном отношении обеспечить надежное соединение двух компонентов. Сварные точки формируют в центре между соединяющим вспомогательным элементом и внутренней стороной второго компонента (стали). Это позволяет устранить недостатки эксцентрического замыкающего материал соединения, а также плохое линзообразование, наклон вспомогательного соединяющего элемента, образование пор и пустот и изотропные прочностные свойства. Диаметр купола над утолщением материала может быть меньше, чем диаметр головки элемента и иметь настолько большую высоту, чтобы лишь получить между двумя компонентами допустимый зазор.Patent application DE 102014011599 relates to a method for connecting at least two elements, in which it is possible to ensure a reliable connection of two components simply in terms of technology and production. Weld points are formed in the center between the connecting auxiliary element and the inner side of the second component (steel). This eliminates the disadvantages of an eccentric material-closing connection, as well as poor lens formation, the tilt of the auxiliary connecting element, the formation of pores and voids, and isotropic strength properties. The diameter of the dome above the thickening of the material may be smaller than the diameter of the head of the element and have such a high height that only allowable clearance is obtained between the two components.

Патентная заявка ЕР 1582283 относится к способу точечной сварки двух жестких стальных элементов, которые окончательно загрунтованы или окрашены, в электрофоретической ванне, включающий размещение небольших пластин, предпочтительно из легко свариваемого металла, такого как низкоуглеродистый чугун, между листами в местах сварки. Способ обеспечивает точечную сварку двух листовых металлических элементов из высокопрочной стали, которые затем окрашивают с помощью электрофоретической ванны или они уже были окрашены.Patent application EP 1582283 relates to a process for spot welding two rigid steel members that are finally primed or painted in an electrophoretic bath, comprising placing small plates, preferably of an easily weldable metal such as low carbon iron, between the sheets at the weld points. The method provides spot welding of two sheet metal elements of high strength steel, which are then painted using an electrophoretic bath or they have already been painted.

Патентная заявка DE 10251414 относится к способу точечной сварки или пайки деталей посредством резистивного или индукционного нагрева, в частности, деталей из листового металла, изготовленных из металлических материалов, а также к особому способу осуществления присоединения вспомогательного элемента. Способ точечной сварки или пайки с использованием резистивного или индукционного нагрева включает определение подвода тепла путем контролируемого изменения силы тока и прочности соединения в зависимости от выбранного контура поперечного сечения соединительного вспомогательного элемента, вставленного между свариваемыми или спаиваемыми элементами.Patent application DE 10 251 414 relates to a method for spot welding or soldering parts by means of resistive or induction heating, in particular sheet metal parts made from metallic materials, and also to a particular method for effecting the connection of an auxiliary element. The method of spot welding or soldering using resistive or induction heating includes determining the heat input by controlling the current strength and strength of the connection depending on the selected cross-sectional contour of the connecting auxiliary element inserted between the elements to be welded or soldered.

Патентные заявки DE 102004025493 и DE 102004025492 относятся к способу соединения компонентов, соединительному элементу и компоненту для соединения компонентов. Две или более соединительных частей, в частности, металлические листы и/или пластмассовые листы, соединяют посредством соединительных элементов. При соединении элементами могут служить заклепки или болты. Соединяемые компоненты снабжены отверстиями, в частности, отверстиями, в которые могут быть вставлены соединительные элементы. Части совмещают друг с другом и после этого соединяют посредством пайки соединительных элементов. Предпочтительно можно использовать в качестве обычной сварки традиционный сварочный пистолет, но там, где требуется значительно меньший подвод тепла из-за пайки по сравнению со сваркой.Patent applications DE 102004025493 and DE 102004025492 relate to a method for connecting components, a connecting element and a component for connecting components. Two or more connecting parts, in particular metal sheets and/or plastic sheets, are connected by means of connecting elements. When connected, the elements can be rivets or bolts. The components to be connected are provided with holes, in particular holes, into which the connecting elements can be inserted. The parts are aligned with each other and then connected by soldering the connecting elements. Preferably, a traditional welding gun can be used as conventional welding, but where a significantly lower heat input due to soldering is required compared to welding.

Патентная заявка DE 102012013325 относится к композиту из трех или более компонентов, более простому в изготовлении, в частности, благодаря упрощенной предварительной фиксации двух или более компонентов к неполному композиту перед окончательным получением композиционного компонента в целом. Также заявка относится к способу сборки компонентов из различных материалов. Улучшенный композиционный компонент из первого компонента, второго компонента и третьего компонента получают посредством обеспечения вспомогательного связующего средства, изготовления части композита из одного из двух компонентов с помощью соединительного вспомогательного средства, протыкания двух компонентов соединительным средством и получения подвижного или неподвижного соединения между двумя компонентами и соединительным инструментом, и присоединения неполного композита с пронизывающим соединительным вспомогательным средством к оставшемуся одному из компонентов сваркой под давлением.Patent application DE 102012013325 relates to a composite of three or more components that is easier to manufacture, in particular due to the simplified pre-fixation of two or more components to an incomplete composite before finally obtaining the composite component as a whole. The application also relates to a method for assembling components from various materials. An improved composite component of the first component, the second component and the third component is obtained by providing an auxiliary bonding agent, making a part of the composite from one of the two components with the connection aid, piercing the two components with the connection agent, and obtaining a movable or fixed connection between the two components and the connecting tool , and attaching the partial composite with the penetrating bonding aid to the remaining one of the components by pressure welding.

Патентная заявка DE 102012013589 относится к самопробивающему крепежному элементу для сварки элемента сопротивления для соединения более двух сформированных из плоского материала компонентов. Самопробивающий крепежный элемент указанного типа пригоден для соединения более чем двух компонентов, причем по меньшей мере один из этих компонентов может быть также выполнен из непластмассового деформируемого материала.Patent application DE 102012013589 relates to a self-piercing fastener for welding a resistance element for connecting more than two components formed from a flat material. A self-piercing fastener of this type is suitable for connecting more than two components, at least one of these components may also be made of non-plastic deformable material.

Патентная заявка WO 2010022709 относится к способу получения узлового соединения, в котором обеспечивают соединение по меньшей мере листового металлического элемента из стали, в частности, горячеформованной высокопрочной стали, с по меньшей мере одним листовым металлическим компонентом из алюминиевого материала, где сначала фиксируют припой дуговым или лазерным методом для обеспечения безопасного переноса к одному из металлических компонентов, а затем его размещают между листовыми металлическими элементами, и металлические компоненты нагревают путем приложения электрического тока и прикладывают к металлическим компонентам сжимающее усилие, или нагревают посредством индукционного нагрева в зоне соединения таким образом, что между листовым металлическим элементом, изготовленным из стали, и припоем образуется паяное соединение, а между листовым металлическим элементом из алюминиевого материала и припоем образуется сварное или паяное соединение.Patent application WO 2010022709 relates to a method for producing a nodal joint, in which at least a sheet metal element made of steel, in particular hot-formed high-strength steel, is connected to at least one sheet metal component made of aluminum material, where the solder is first fixed with an arc or laser method to ensure safe transfer to one of the metal components, and then it is placed between the metal sheet members, and the metal components are heated by applying an electric current and applying a compressive force to the metal components, or heated by induction heating in the joint area so that between the sheet metal a brazed joint is formed between a metal member made of steel and solder, and a welded or brazed joint is formed between a metal sheet member made of aluminum material and the solder.

Патент US 5273204 относится к способу, в котором используют конфигурацию стыкового соединения для термического напыления сварного шва в v-образный стыковой шов. Термически напыленный материал в то же время является сварным швом.US 5,273,204 relates to a method that uses a butt joint configuration to thermally spray a weld into a v-butt weld. The thermally sprayed material is at the same time a weld.

В заявке на патент US 20100089977 описан способ ротационной сварки трением, в котором порошок наносят рыхлым слоем между двумя металлами, чтобы создать особый металлургический состав и упрочнить, например, алюминиевый сплав.US Patent Application 20100089977 describes a friction friction welding process in which a powder is applied in a loose layer between two metals to create a specific metallurgical composition and strengthen, for example, an aluminum alloy.

В настоящее время в уровне техники не существует способа сварки для соединения сочетаний разнородных металлов, таких как алюминий и (нержавеющая) сталь, работает только склеивание или механическое соединение (оба с более низкой передачей усилия). При обычной (контактной) сварке зона сварочного контакта расплавляется с образованием хрупких интерметаллических фаз FeAl3 и Fe2Al5 в температурных диапазонах выше 350°С.Currently, there is no welding method in the prior art for joining combinations of dissimilar metals such as aluminum and (stainless) steel, only bonding or mechanical joining (both with lower force transmission) works. In conventional (resistance) welding, the welding contact zone melts with the formation of brittle intermetallic phases FeAl 3 and Fe 2 Al 5 in temperature ranges above 350°C.

В свете увеличения количества конструкций из множества материалов для кузова легкового автомобиля, в машиностроительной промышленности применяют одновременно алюминий и (нержавеющие) стали. Контактная точечная сварка является основным способом соединения, применяемым для изготовления кузова легкового автомобиля.In light of the increasing number of multi-material designs for the car body, the engineering industry is using aluminum and (stainless) steel at the same time. Resistance spot welding is the main connection method used for the manufacture of a car body.

Идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать сочетания несвариваемых металлов, такие как алюминий с (нержавеющей) сталью или главным образом несвариваемыми материалами, такими как горячеформованные мартенситные нержавеющие стали, свариваемость которых обеспечивают посредством термического напыления слоя алюминия на поверхность (нержавеющей) стали со строго определенной толщиной, шероховатостью поверхности и переходным сопротивлением. Затем на второй стадии осуществляют процесс контактной (точечной) сварки. Используемые параметры сварки должны быть выбраны таким образом, чтобы плавилась только зона контакта алюминия с алюминием, при отсутствии хрупких интерметаллических фаз между слоем алюминия и (нержавеющей) сталью.The idea of the present invention is to create combinations of non-weldable metals, such as aluminum with (stainless) steel, or primarily non-weldable materials, such as hot-formed martensitic stainless steels, the weldability of which is ensured by thermal spraying of an aluminum layer on the surface of (stainless) steel with strictly certain thickness, surface roughness and contact resistance. Then, in the second stage, the contact (spot) welding process is carried out. The welding parameters used must be chosen such that only the aluminum-to-aluminum contact area melts, with no brittle intermetallic phases between the aluminum layer and the (stainless) steel.

Формула для роста фазы может быть сформулирована с помощью параболической кривой роста: Xm 2=k⋅t, гдеThe formula for phase growth can be formulated using a parabolic growth curve: X m 2 =k⋅t, where

xm = средняя глубина проникновения = толщина интерметаллической фазы,x m = average penetration depth = thickness of the intermetallic phase,

k = коэффициент роста, значение из литературных данных: 8,46⋅10-15 м2/с при температуре 873K,k = growth factor, literature value: 8.46⋅10-15 m2 /s at 873K,

t = время сварки.t = welding time.

Формула параболической кривой роста дает информацию о толщине слоя для типичных сварных точек, что означает снижение прочности более чем на 50% по сравнению с алюминием материалом основы.The parabolic growth curve formula gives information on the layer thickness for typical spot welds, which means a strength reduction of more than 50% compared to the aluminum base material.

Толщина слоя, характерная для сварных точек, больше или равна 15 мкм. Это соответствует снижению прочности более чем на 50% по сравнению с алюминиевым материалом основы (280 Н/мм2). В результате этого, в данном изобретении следует избегать любого роста интерметаллической фазы в ходе сварки.The layer thickness characteristic of welded spots is greater than or equal to 15 µm. This corresponds to a strength reduction of more than 50% compared to the aluminum base material (280 N/mm 2 ). As a result, the present invention should avoid any growth of the intermetallic phase during welding.

Способ термомеханического нанесения покрытий в соответствии с настоящим изобретением может состоять из пламенного напыления, дугового напыления, плазменного напыления, лазерного напыления, холодного газодинамического напыления, детонационного напыления, высокоскоростного напыления кислородного топлива или напыления из сварочной ванны.The thermomechanical coating method according to the present invention may consist of flame spraying, arc spraying, plasma spraying, laser spraying, cold gas spraying, detonation spraying, high speed oxyfuel spraying, or weld pool spraying.

В процессе напыления материал или напыляемый расходный материал поставляют в виде проволоки, стержня, бруска, прутка, порошка или в виде расплавленной ванны.In the spraying process, the material or consumable to be sprayed is supplied in the form of wire, rod, bar, rod, powder, or as a molten bath.

Материалы, несвариваемые непосредственно друг с другом без термически напыленного слоя и используемые в способе по настоящему изобретению, могут представлять собой, например, стали, такие как нелегированные, низколегированные или нержавеющие стали; алюминий, сплав на основе алюминия; магний или сплав на основе магния.Materials not weldable directly to each other without a thermally sprayed layer and used in the method of the present invention may be, for example, steels such as non-alloyed, low-alloyed or stainless steels; aluminium, aluminum alloy; magnesium or an alloy based on magnesium.

Термически напыленный слой сваривают в соответствии с настоящим изобретением с наложенным листом посредством дуговой, лазерной, электроннолучевой сварки, приварки шпилек или плазменной сварки, предпочтительно методом контактной сварки, таким как контактная точечная сварка, адгезионная сварка, сварка роликовым швом или рельефная сварка. Естественно, могут быть использованы другие способы сварки в процессе сварки в соответствии с настоящим изобретением.The thermally sprayed layer is welded in accordance with the present invention to the overlay sheet by arc, laser, electron beam, stud or plasma welding, preferably by a resistance welding method such as resistance spot welding, adhesion welding, roller seam welding or projection welding. Naturally, other welding methods may be used in the welding process in accordance with the present invention.

Отношение толщины термически напыленного слоя к достигнутому диаметру сварной точки ниже/меньше или равно 0,25 мм.The ratio of the thickness of the thermally sprayed layer to the achieved diameter of the weld point is lower/less than or equal to 0.25 mm.

Общая толщина листа, включая основу, термически напыленный слой, накладываемый лист, составляет от 1,5 мм до 6,0 мм, тогда как зона перехода между термически напыленным слоем и материалом основы находится при температуре ниже 350°С. Одно типичное сочетание толщин для тонких деталей конструкции сидения в транспортной области применения может быть таким:The total thickness of the sheet, including the base, thermally sprayed layer, applied sheet, is from 1.5 mm to 6.0 mm, while the transition zone between the thermally sprayed layer and the base material is at a temperature below 350°C. One typical combination of thicknesses for thin parts of a seat structure in a transportation application might be:

Т [мм] = tосновы + tнапыленного слоя + tнакладываемого листа = 0,5 мМ + 0,25 мМ + 0,75 мМ = 1,5 мМT [mm] = t base + t sprayed layer + t overlay sheet = 0.5 mM + 0.25 mM + 0.75 mM = 1.5 mM

Другой пример расчетной толщины может быть получен для важных при аварии деталей конструкции легковых автомобилей, таких как центральная стойка или соединение корпуса аккумулятора для электромобиля:Another example of design thickness can be obtained for crash-relevant structural parts of passenger cars, such as the B-pillar or battery case connection for an electric vehicle:

Т [мм] = tосновы + tнапыленного слоя + tнакладываемого листа = 1,7 мм + 1,5 мМ + 2,8 мМ = 6,0 мМ,T [mm] = t base + t sprayed layer + t overlay sheet = 1.7 mm + 1.5 mm + 2.8 mm = 6.0 mm,

где Т - общая толщина листа [мм], полученная при суммировании tосновы + tнапыленного слоя + tнакладываемого листа, tосновы представляет собой толщину листа [мм] материала основы, в указанном примере (нержавеющая) сталь. tнапыленного слоя представляет собой толщину [мм] термически напыленного слоя, в указанных примерах, полученного посредством метода дугового напыления, в котором использовали проволоку AlMg3. По меньшей мере tнакладываемого листа представляет собой толщину листа [мм], который накладывают на термомеханический слой покрытия, который в указанных примерах представлял собой алюминиевый лист из сплава EN AW-6081.where T is the total sheet thickness [mm] obtained by summing t of the base + t of the sprayed layer + t of the overlay sheet , t of the base is the sheet thickness [mm] of the base material, in the given example (stainless) steel. t of the sprayed layer is the thickness [mm] of the thermally sprayed layer, in the above examples, obtained by the arc spraying method in which AlMg 3 wire was used. At least t of the applied sheet is the thickness of the sheet [mm] which is applied to the thermomechanical coating layer, which in these examples was EN AW-6081 aluminum sheet.

Основа для термического напыления может состоять из стального материала, предпочтительно из нелегированной или низколегированной стали с поверхностным покрытием, полученным горячим погружением и оцинковыванием. Более предпочтительно это нержавеющая сталь с пассивирующим слоем из оксида хрома. Кроме того, материалы, используемые в способе по настоящему изобретению, могут представлять собой горячеформованные или закаленные под прессом стали с чешуйчатой поверхностью или защищающим поверхность слоем с алюмокремниевым или цинковым покрытием.The thermal spray base may consist of a steel material, preferably unalloyed or low alloyed steel with a hot dip galvanized surface coating. More preferably it is stainless steel with a chromium oxide passivating layer. In addition, the materials used in the method of the present invention may be hot-formed or press-hardened steels with a flaked surface or a surface protection layer coated with aluminosilicon or zinc.

Способ особенно подходит для хрупких материалов, таких как высокопрочные стали с прочностью на растяжение более 800 МПа. Также основой для термического напыления может быть нелегированная или низколегированная сталь, имеющая углеродный эквивалент (УЭ) более 0,65%, где УЭ рассчитывают по формуле (содержание элементов в мас.%) УЭ=С+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5.The method is particularly suitable for brittle materials such as high strength steels with a tensile strength of more than 800 MPa. Also, the basis for thermal spraying can be non-alloyed or low-alloyed steel having a carbon equivalent (CE) of more than 0.65%, where CE is calculated by the formula (element content in wt.%) CE=C+Mn/6+(Cu+Ni) /15+(Cr+Mo+V)/5.

Также поверхность основы можно предварительно обрабатывать в соответствии с настоящим изобретением путем очистки или обезжиривания, а также посредством дробеструйной обработки или дробеструйного упрочнения поверхности. В этом случае абразив с крупной крошкой для дробеструйной обработки или дробеструйного упрочнения поверхности может состоять также из корунда, стальной проволоки, карбида кремния и твердого литого гравия или стеклянных шариков.Also, the surface of the substrate can be pre-treated in accordance with the present invention by cleaning or degreasing, as well as by shot-blasting or shot-peening the surface. In this case, the coarse grit abrasive for shot blasting or surface shot peening may also consist of corundum, steel wire, silicon carbide and hard cast gravel or glass beads.

В настоящем изобретении показана высокая передача энергии этих разнородных сварных швов. Поведение при разрушении может быть сконцентрировано в области наложенного листа. Поэтому с помощью изобретения можно достичь более высокой или равной передачи энергии в отношении аналогичного сварного шва для одного из материалов известного уровня техники, по сравнению с сочетанием такой же толщины.The present invention shows the high energy transfer of these heterogeneous welds. The fracture behavior can be concentrated in the area of the superimposed sheet. Therefore, with the invention, a higher or equal energy transfer can be achieved with respect to a similar weld for one of the prior art materials compared to a combination of the same thickness.

Предпочтительную технологическую стадию контактной сварки, используемую в способе по настоящему изобретению, можно выполнять посредством различных видов контактной сварки, таких как точечная сварка, сварка роликовым швом, сварка рельефным швом или адгезионная сварка.The preferred resistance welding process used in the method of the present invention can be performed by various types of resistance welding, such as spot welding, roller seam welding, projection seam welding or adhesion welding.

Далее изобретение описано более подробно со ссылками на чертежи, где:In the following, the invention is described in more detail with reference to the drawings, where:

на Фиг. 1 представлена, как описано в предшествующем изобретению уровне техники, бинарная система Fe/Al интерметаллического роста фаз между алюминием и сталью;in FIG. 1 shows, as described in the prior art, a Fe/Al binary system of intermetallic phase growth between aluminum and steel;

на Фиг. 2 представлено, как описано в предшествующем изобретению уровне техники, соотношение толщины интерметаллического слоя и уровня получаемой прочности;in FIG. 2 shows, as described in the prior art, the relationship between the thickness of the intermetallic layer and the level of strength obtained;

на Фиг. 3 представлено предпочтительное воплощение термически напыленного слоя с подложкой из (нержавеющей) стали по изобретению на виде сбоку и показана первая стадия напыления слоя алюминия на основной материал/основу;in FIG. 3 shows a preferred embodiment of a thermally sprayed layer with a (stainless) steel backing according to the invention in side view and shows the first step of spraying an aluminum layer onto a base material/substrate;

на Фиг. 4 представлено еще одно предпочтительное воплощение термически напыленного слоя алюминия, сваренного точечной контактной сваркой с плоским алюминиевым листом по изобретению, схематически на виде сбоку, где показаны термически напыленный слой/нержавеющая сталь, сваренные с другим плоским алюминиевым листом.in FIG. 4 shows another preferred embodiment of a thermally sprayed aluminum spot welded to a flat aluminum sheet according to the invention, schematically in side view showing a thermally sprayed layer/stainless steel welded to another flat aluminum sheet.

Одним из примеров является создание термически напыленного слоя алюминия на верхней части поверхности нержавеющей стали, при котором используют эффект диффузии, адгезии, механического сцепления слоя, химического связывания, где слой на нержавеющей стали состоит из сплава на основе алюминия, и это сочетание сваривают посредством контактной сварки с наложенным алюминиевым листом, чтобы избежать интерметаллических хрупких фаз.One example is the creation of a thermally sprayed layer of aluminum on the top of the surface of stainless steel, which uses the effect of diffusion, adhesion, mechanical adhesion of the layer, chemical bonding, where the layer on the stainless steel consists of an aluminum-based alloy, and this combination is welded by resistance welding with superimposed aluminum sheet to avoid intermetallic brittle phases.

На Фиг. 1 представлены теоретические основы бинарной системы, которая работает только для бесконечно длительных скоростей охлаждения, и поэтому при скорости охлаждения точки сварки сопротивлением, составляющей ≈1500 К/с, образуются хрупкие интерметаллические фазы: FeAl3 и Fe2Al5. Бинарная система * Fe/Al представлена с интервалом температур.On FIG. 1 presents the theoretical foundations of a binary system that works only for infinitely long cooling rates, and therefore, at a cooling rate of the welding point with a resistance of ≈1500 K/s, brittle intermetallic phases are formed: FeAl 3 and Fe 2 Al 5 . The binary system * Fe/Al is presented with a temperature range.

*Источник: Guimaraens, Е., university of Bayreuth, 2005.*Source: Guimaraens, E., university of Bayreuth, 2005.

На Фиг. 2 показаны теоретические предпосылки для фазового роста, который описан с помощью параболической кривой роста. Представлено соотношение толщины интерметаллического слоя и прочности на растяжение. В результате толщина слоя для типичных сварных точек больше или равна 15 мкм. Кривая показывает снижение прочности более чем на 50% по сравнению с алюминиевым основным материалом (280 Н/мм2). Из-за этого явления в способе, рассматриваемом в настоящем изобретении, необходимо избегать любого роста интерметаллической фазы во время сварки.On FIG. 2 shows the theoretical background for phase growth, which is described using a parabolic growth curve. The relationship between the thickness of the intermetallic layer and the tensile strength is presented. As a result, the layer thickness for typical spot welds is greater than or equal to 15 µm. The curve shows a strength reduction of more than 50% compared to the aluminum base material (280 N/mm 2 ). Because of this phenomenon, in the process of the present invention, it is necessary to avoid any growth of the intermetallic phase during welding.

На Фиг. 3 представлен схематический вид предпочтительного воплощения изобретения на виде сбоку. Термомеханическое или механическое легированное Al поверхностное покрытие, выполненное в виде термически напыленного промежуточного слоя (2), расположено поверх материала (1) основы, такого как нержавеющая сталь, при этом указанные материалы не поддаются непосредственной сварке друг с другом.On FIG. 3 is a schematic side view of a preferred embodiment of the invention. A thermomechanical or mechanical Al-alloyed surface coating in the form of a thermally sprayed intermediate layer (2) is placed on top of a base material (1) such as stainless steel, and these materials cannot be directly welded to each other.

На Фиг. 4 представлен схематический вид сбоку предпочтительного воплощения изобретения, в котором используют традиционный способ контактной сварки между слоем (2) покрытия, нанесенного термическим напылением на основу (1), и наложенным алюминиевым листом (3) для соединения сочетания материалов. Между основой (1), термически напыленным промежуточным слоем (2) и алюминиевым листом (3) расположена зона (4) точечной сварки. Температура в области контакта между основой (1) и термически напыленным слоем покрытия составляет менее 350 градусов Цельсия.On FIG. 4 is a schematic side view of a preferred embodiment of the invention in which a conventional resistance welding method is used between a thermally sprayed coating layer (2) on a substrate (1) and a superimposed aluminum sheet (3) to join the combination of materials. Between the base (1), the thermally sprayed intermediate layer (2) and the aluminum sheet (3), there is a spot welding zone (4). The temperature in the area of contact between the base (1) and the thermally sprayed coating layer is less than 350 degrees Celsius.

Claims (10)

1. Способ соединения по меньшей мере двух материалов, несвариваемых непосредственно друг с другом, посредством процессов теплового соединения в конфигурации соединения внахлест, отличающийся тем, что используют последовательность из двух стадий, состоящую из первой стадии нанесения поверхностного защитного алюминиевого слоя посредством термического напыления на поверхность стальной основы (1) и второй стадии, на которой применяют способ сварки для сваривания защитного слоя (2) с наложенным листом (3) из алюминия, алюминиевого сплава, магния или магниевого сплава, при отсутствии хрупких интерметаллических фаз во всей конфигурации материала, при этом отношение толщины термически напыленного слоя (2) к достигнутому диаметру сварной точки (4) меньше или равно 0,25 и температура в области контакта между основой (1) и термически напыленным слоем покрытия составляет менее 350°С.1. A method of joining at least two materials that are not directly weldable to each other by means of thermal joining processes in a lap joint configuration, characterized in that a two-stage sequence is used, consisting of a first stage of applying a surface protective aluminum layer by means of thermal spraying onto a steel surface. base (1) and the second stage, in which a welding method is used to weld the protective layer (2) with a superimposed sheet (3) of aluminum, aluminum alloy, magnesium or magnesium alloy, in the absence of brittle intermetallic phases in the entire configuration of the material, while the ratio the thickness of the thermally sprayed layer (2) to the achieved diameter of the weld point (4) is less than or equal to 0.25 and the temperature in the contact area between the base (1) and the thermally sprayed coating layer is less than 350°C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение поверхностного защитного слоя осуществляют термомеханическим способом нанесения покрытия.2. The method according to p. 1, characterized in that the application of the surface protective layer is carried out by thermomechanical coating. 3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что термически напыленный слой (2) представляет собой алюминий, сплав на основе алюминия или сочетание алюминия с карбидами.3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermally sprayed layer (2) is aluminium, an aluminum-based alloy or a combination of aluminum and carbides. 4. Способ по любому из предшествующих пп. 1-3, отличающийся тем, что термически напыленный слой (2) сваривают с наложенным листом (3) методом контактной сварки, таким как адгезионная сварка, точечная сварка, или рельефная сварка, или сварка роликовым швом.4. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-3, characterized in that the thermally sprayed layer (2) is welded to the superimposed sheet (3) by a contact welding method, such as adhesion welding, spot welding, or projection welding, or roller seam welding. 5. Способ по любому из предшествующих пп. 1-4, отличающийся тем, что общая толщина листа, включая основу (1), термически напыленный слой (2) и наложенный лист (3), составляет от 1,5 мм до 6,0 мм.5. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-4, characterized in that the total thickness of the sheet, including the base (1), the thermally sprayed layer (2) and the superimposed sheet (3), is from 1.5 mm to 6.0 mm. 6. Способ по любому из предшествующих пп. 1-5, отличающийся тем, что толщина термически напыленного слоя (2) составляет от 0,25 до 1,5 мм.6. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-5, characterized in that the thickness of the thermally sprayed layer (2) is from 0.25 to 1.5 mm. 7. Способ по любому из предшествующих пп. 1-6, отличающийся тем, что основа (1) для термического напыления представляет собой углеродистую сталь, имеющую углеродный эквивалент (УЭ) более 0,65%, где УЭ рассчитывают по формуле (содержание элементов в мас.%) УЭ = С + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5.7. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-6, characterized in that the base (1) for thermal spraying is a carbon steel having a carbon equivalent (CE) of more than 0.65%, where the CE is calculated by the formula (element content in wt.%) CE = C + Mn /6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5. 8. Способ по любому из предшествующих пп. 1-7, отличающийся тем, что основа (1) для термического напыления представляет собой материал из углеродистой стали, предпочтительно из углеродистой стали с цинковым поверхностным покрытием.8. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-7, characterized in that the base (1) for thermal spraying is a carbon steel material, preferably carbon steel with a zinc surface coating. 9. Способ по любому из предшествующих пп. 1-6, отличающийся тем, что основа (1) для термического напыления состоит из нержавеющей стали.9. The method according to any of the preceding paragraphs. 1-6, characterized in that the basis (1) for thermal spraying consists of stainless steel. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поверхность основы (1) предварительно обрабатывают посредством очистки и дробеструйной обработки.10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the support (1) is pretreated by cleaning and shot blasting.
RU2019126649A 2017-02-24 2018-02-16 Contact welding of non-welded metals using intermediate layers applied by thermal spraying RU2776711C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17157773.7A EP3366406A1 (en) 2017-02-24 2017-02-24 Resistance welding of unweldable metals with thermal sprayed interlayers
EP17157773.7 2017-02-24
PCT/EP2018/053892 WO2018153785A1 (en) 2017-02-24 2018-02-16 Resistance welding of unweldable metals with thermal sprayed interlayers

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019126649A RU2019126649A (en) 2021-03-24
RU2019126649A3 RU2019126649A3 (en) 2021-04-07
RU2776711C2 true RU2776711C2 (en) 2022-07-25

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU141228A1 (en) * 1960-05-18 1960-11-30 А.М. Поволоцкий The method of contact butt welding of aluminum with steel
SU131208A1 (en) * 1959-12-16 1960-11-30 А.А. Воробьев Method of making bimetallic products
WO2000038854A1 (en) * 1998-12-28 2000-07-06 Abb Alstom Power Inc. Method of fabricating fins on heat exchanger tubes
WO2010022709A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Volkswagen Ag Method for producing a joint between a sheet-metal component of steel and a sheet-metal component of an aluminium material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU131208A1 (en) * 1959-12-16 1960-11-30 А.А. Воробьев Method of making bimetallic products
SU141228A1 (en) * 1960-05-18 1960-11-30 А.М. Поволоцкий The method of contact butt welding of aluminum with steel
WO2000038854A1 (en) * 1998-12-28 2000-07-06 Abb Alstom Power Inc. Method of fabricating fins on heat exchanger tubes
WO2010022709A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Volkswagen Ag Method for producing a joint between a sheet-metal component of steel and a sheet-metal component of an aluminium material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10500679B2 (en) Resistance welding electrode and method of resistance welding
US10857619B2 (en) Control of intermetallic compound growth in aluminum to steel resistance welding
JP7261167B2 (en) Resistance welding of non-weldable metals with thermally sprayed interlayers
Kouadri-David et al. Study of metallurgic and mechanical properties of laser welded heterogeneous joints between DP600 galvanised steel and aluminium 6082
US20170297137A1 (en) Method of joining aluminum and steel workpieces
US10376984B2 (en) Conical shaped current flow to facilitate dissimilar metal spot welding
US11524358B2 (en) Mechanical performance of al-steel weld joints
WO2017038981A1 (en) Spot welding method
TW201706065A (en) Spot welding method
US20200016679A1 (en) Pretreatment of weld flanges to mitigate liquid metal embrittlement cracking in resistance welding of galvanized steels
CN114340833B (en) Method for manufacturing dissimilar material joined structure and dissimilar material joined structure
US11548091B2 (en) Pretreatment of weld flanges to mitigate liquid metal embrittlement cracking in resistance welding of galvanized steels
RU2776711C2 (en) Contact welding of non-welded metals using intermediate layers applied by thermal spraying
US20200324358A1 (en) Welding of dissimilar materials with features in faying surface
JP7028735B2 (en) Manufacturing method of dissimilar material joint structure and dissimilar material joint structure
US20220274199A1 (en) Method for manufacturing heterometallic complex and heterometallic complex
Satheeshkumar et al. Hybrid Joining Processes
PL227090B1 (en) Method for joining various metals by means of resistance welding