EP2451608A2

EP2451608A2 - Zusatzwerkstoff zum löten von blechen

Info

Publication number: EP2451608A2
Application number: EP10736999A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Schmid
Original assignee: Berkenhoff and Co KG
Current assignee: Berkenhoff and Co KG
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-05-16
Also published as: CN102470491A; CN102470491B; WO2011003857A3; US20120152928A1; WO2011003857A2; BRPI1015572A2; RU2012102502A; RU2548356C2; DE102009032371A1; JP2012532759A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zusatzwerkstoff zum Löten von Stahlblechen, wobei der Zusatzwerkstoff in Gew.-% 15 bis 40 % Zn, 5 bis 30 % Mn, 0,01 bis 10 % Ni sowie übliche Verunreinigungen nicht mehr als 1 % und als Rest Cu enthält.

Description

Zusatzwerkstoff zum Löten von Blechen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zusatzwerkstoff zum Löten von Blechen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Zusatzwerkstoffe der eingangsgenannten Art finden insbesondere Verwendung in der Automobilindustrie, wo sie zum Fügen dünnwandiger Karosseriebleche eingesetzt werden. Beim Fügen der in der Regel mit Zink beschichteten dünnwandigen Karosseriebleche kommt es insbesondere darauf an, den zum Fügen benötigten Wärmeeintrag so gering wie möglich zu halten, um einerseits miteinander zu verbindende Bleche möglichst verzugsfrei zu fügen und andererseits die Zinkbeschichtung der Bleche beim Fügevorgang möglichst geringfügig zu beschädigen, und so eine Fügenaht mit möglichst geringer Korrosionsanfälligkeit zu ermöglichen.

Aufgrund des bei den bekannten, Kupfer enthaltenden Zusatzwerkstoffen regelmäßig oberhalb von 1000 ⁰C liegenden Schmelzpunkt sind entsprechend hohe Temperaturen für die Durchführung des Fügevorgangs notwendig. Einerseits führen diese hohen Temperaturen zu einem Verdampfen der Zinkbeschichtung der Karosseriebleche im Bereich der Fügeverbindung und zum anderen werden durch die hohen Temperaturen thermische Spannungen in den miteinander zu fügenden Blechzuschnitten erzeugt, die die Aufbringung entsprechender Haltekräfte erforderlich macht um einen Verzug der Blechzuschnitte zu verhindern, der ansonsten zu Verwerfungen der Blechzuschnitte bzw. ungleichmäßiger Spaltausbildung des durch die Fügeränder der Blechzuschnitte definierten Fügespaltes führen würde.

Aus den im Stand der Technik bekannten Nachteilen wird deutlich, dass Bedarf an einem kupferhaltigen Zusatzwerkstoff besteht, der die Durch- führung von Fügevorgängen an dünnwandigen Blechen bereits bei vergleichsweise geringer Fügetemperatur ermöglicht, um die erkannten Nachteile zu verhindern, so dass einerseits die Verdampfung der Zinkbe- schichtung verhindert oder zumindest reduziert wird und andererseits eine Reduzierung der beim Fügevorgang auftretenden Verzugskräfte möglich wird, die es ermöglichen, dass bereits vergleichbar geringe Kräfte zur Fixierung der miteinander zu fügenden Blechzuschnitte ausreichend sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kupferhaltigen Zusatzwerkstoff vorzuschlagen, der einen vergleichsweise geringen Schmelzpunkt aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Zusatzwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß enthält der Zusatzwerkstoff in Gewichtsprozent 15 bis 40 % Zn, 5 bis 30 % Mn, 0,01 bis 10 % Ni, nicht mehr als 1 % der üblichen Verunreinigungen und Cu als Rest.

Insbesondere dem vergleichsweise hohen Zinkanteil ist es im Zusammenwirken mit den weiteren Legierungsbestandteilen zu verdanken, dass der erfindungsgemäße, insbesondere korrosionsbeständige Zusatzwerkstoff nicht nur beim Schweißen im Metallschutzgas (MSG)-Verfahren oder Laser-Löten oder insbesondere beim Metallinertgas (MIG)-Löten rostfreier Stahlbleche einsetzbar ist, sondern aufgrund seiner relativ geringen Schmelztemperatur, die je nach Zusammensetzung der Legierung in den angegebenen Bereichsgrenzen wesentlich unter 900 ⁰C liegen kann, ganz besonders zum Fügen von dünnen Blechen geeignet ist, mit Blechstärken, die kleiner als 1 ,5 mm sein können.

Die Eignung für die Lötverbindung dünner Bleche ist insbesondere auf den aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur nur geringen Energiebedarf zurückzuführen. Die somit entsprechend reduzierbare Energieein- bringung führt im Ergebnis zu einem geringeren Verzug der Bleche.

Aufgrund der geringen Verzugsgefahr ist der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff auch besonders zur Fügeverbindung unterschiedlich dicker Bleche geeignet, wie es beispielsweise im Übergang zwischen der Karosserie und dem Chassis eines Fahrzeugs der Fall ist. Die geringe Schmelztemperatur macht den erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff besonders geeignet zum Fügen von verzinkten Blechen, da bei einer Verdampfungstemperatur des Zinks von 91 1⁰C im Vergleich zur Verwendung bekannter Zusatzwerkstoffe eine wesentlich geringere Verdampfungsrate der Zinkbeschichtung erzielbar ist. Weiterhin zeichnet sich der Zusatzwerkstoff aufgrund der erfindungsgemäß Zn, Mn und Ni aufweisenden Legierung durch ein gutes Flies- und Benetzungsverhalten sowie eine gute Spaltüberbrückung aus, um im Ergebnis eine stabile und dichte Naht zu gewährleisten. Zur Erzielung einer guten Spaltüberbrückung trägt auch besonders die hohe Oberflä- chenspannung des aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffs bei, die insbesondere auf den Mn- Anteil der Legierung in Verbindung mit der niedrigen Schmelztemperatur zurückzuführen ist.

Darüber hinaus ist es insbesondere auf den vergleichsweise hohen

Zinkanteil zurückzuführen, dass der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff über sehr gute Kaltverformungseigenschaften verfügt, so dass ein aus dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff gefertigter Schweiß- oder Lotmitteldraht kostengünstig auch mit einem Durchmesser von 0,8 mm oder kleiner herstellbar ist. Aufgrund des guten Benetzungsverhaltens und der sich aus der Legierungszusammensetzung ergebenden gräulichen Farbe des Zusatzwerkstoffs ähnelt er im Erscheinungsbild einer Blechoberfläche, so dass der Zusatzwerkstoff besonders für eine Verwendung im Außenhautbereich einer Karosserie geeignet ist. Somit erhält eine aus unterschiedlichen Blechzuschnitten zusammengesetzte Außenhaut trotz der Lotnähte eine einstückige Anmutung.

Weiterhin werden aufgrund des guten Fließ- und Benetzungsverhaltens bei lediglich geringem Energiebedarf vergleichsweise hohe Fügegeschwindigkeiten möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Zusatzwerkstoff 20 bis 25 Gew.-% Zn, 8 bis 13 Gew.-% Mn und 0,2 bis 1 ,2 % Ni. Insbesondere aufgrund des relativ hohen Mangananteils eignet sich diese Ausführungsform zum Fügen von rostfreien hochlegierten Blechen.

Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Legierung des Zusatzwerkstoffes mit 22 Gew.-% Zn, 10 Gew.-% Mn und 0,5 Gewichtsprozent Ni, insbesondere bei Einhaltung eines jeweiligen Toleranzbereiches von +/- 10 % für die angegebenen Legierungsbestandteile, ungeachtet der jeweils gegebenen tatsächlichen Zusammensetzung der miteinander zu fügenden hochlegierten Bleche besonders universell einsetzbar ist. Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Zusatzwerkstoff 27 bis 33 Gew.-% Zn, 15 bis 25 Gew.-% Mn und 2 bis 6 Gew.-% Ni enthält, eignet sich der Zusatzwerkstoff in besonderem Maße zur Verbindung von hochfesten Blechen, da aufgrund des erhöhten Ni- Gehalts die Festigkeit steigt. Mit einer Erhöhung des Mn-Gehalts ist eine Steigerung der Zähigkeit des Werkstoffs verbunden, so dass insbesondere die Herstellung von fallenden Nähten erleichtert wird.

Ungeachtet der jeweils gegebenen tatsächlichen Zusammensetzung der miteinander zu fügenden hochfesten Bleche hat es sich herausgestellt, dass ein Zusatzwerkstoff, der 30 Gew.-% Zn, 20 Gew.-% Mn und 4

Gew.-% Ni, insbesondere jeweils in einem Toleranzbereich von +/- 10 %, aufweist, universell einsetzbar ist.

Um einen Einfluss der üblichen Verunreinigungen auf die vorteilhaften Eigenschaften des Zusatzwerkstoffs weitestgehend ausschließen zu können, sollten die üblichen Verunreinigungen nicht mehr als 0,2

Gew.-% Al und Sn sowie nicht mehr als 0, 1 Gew.-% Mg, Cr und Co aufweisen.

Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Festigkeit sowie einer leichteren Benetzung auf Stahlwerkstoffen beim Fügen hat sich ein Zusatzwerk- stoff herausgestellt, der als weiteren Bestandteil 0,01 bis 4 Gew.-% Fe aufweist. Ebenfalls festigkeitssteigernd wirkt sich ein Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.-% Si aus.

Die vorstehend erläuterten, bei Verwendung des Zusatzwerkstoffes zum Fügen erreichbaren vorteilhaften Effekte, die insbesondere auf die ge ringe Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoffes zurückzuführen sind, lassen sich noch dadurch steigern, dass der Zusatzwerkstoff zur Durchführung eines Löt- oder Schweißverfahrens mit einer Strahlquelle als Wärmeeintragseinrichtung eingesetzt wird. Da mittels einer Strahlquelle ein sehr diskreter Wärmeeintrag möglich ist, kann sichergestellt werden, dass die ohnehin relativ geringe Fügetemperatur auf einen engen lokalen Bereich begrenzt wird, so dass das Risiko eines Verzuges der Blechzuschnitte beim Fügen bzw. einer hohen Verdampfungsrate einer auf die Blechzuschnitte aufgebrachten Zinkbeschichtung weiter minimiert wird. Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff für eine Verwendung im Lichtbogenverfahren; sowohl im Dauerbetrieb als auch im Impulsbetrieb.

Claims

Patentansprüche

1. Zusatzwerkstoff zum Löten von Blechen,

d a dur c h g e k e nnz e i c hn e t,

dass der Zusatzwerkstoff in Gew.-%

15 bis 40 % Zn,

5 bis 30 % Mn,

0,01 bis 10 % Ni

sowie übliche Verunreinigungen nicht mehr als 1 % und als Rest Cu enthält.

2. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1,

g e k e nnz e i c hn e t dur c h,

20 bis 25 % Zn,

8 bis 13 % Mn,

0,2 bis 1,2 % Ni.

3. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 2,

g ek ennz e ic hnet durc h,

22 % Zn,

10 % Mn,

0,5 % Ni.

4. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1,

g ek ennz e ic hnet durc h,

27 bis 33 % Zn,

15 bis 25 % Mn,

2 bis 6 % Ni.

5. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 4,

g ek ennz e ic hnet durc h,

30 % Zn,

20 % Mn,

4 % Ni.

6. Zusatzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a dur c h g ek ennz e i c hnet,

dass die Verunreinigungen in Gew.-%

Al < 0,2 %,

Sn < 0,2 %,

Mg < 0,1 %,

Cr < 0,1 %,

Co < 0,1 %,

enthalten.

7. Zusatzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch,

0,01 bis 4 Gew.-% Fe.

8. Zusatzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch,

0,01 bis 0,05 Gew.-% Si.

9. Verwendung des Zusatzwerkstoffs nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Durchführung eines Löt- bzw. Schweißverfahrens mit einer Strahlquelle als Wärmeeintragseinrichtung.