專利名稱：用于產(chǎn)生空心型材接頭的方法和空心型材接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分的、用于在由鋼構(gòu)成的空心型材和由鋁 材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件之間產(chǎn)生接頭的方法。本發(fā)明還涉及一種按權(quán)利要求16的、由鋼構(gòu)成的空心型材與由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu) 元件的空心型材接頭。
背景技術(shù)：
通常使用非熱接合方法來連接由鋼和鋁材構(gòu)成的部件，例如鉚接或螺紋連接。在 此，不同部件通過鉚釘或螺釘?shù)男捂i合而連接起來。但這種連接的強度由于其點狀的力傳 遞而有限。鋼鋁混合部件的應(yīng)用具有很大的減重潛力并且恰好改善了車身中的產(chǎn)品性能。上 述冷接合方法，例如鉚接技術(shù)和粘合技術(shù)，都不能帶來所需要的穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)中公開了熔焊工藝，通過其可實現(xiàn)鋼和鋁的材料鎖合的焊接，盡管這兩 種合金的熔點極大不同。這種工藝在現(xiàn)有技術(shù)中也作為熔焊-釬焊工藝被公知。在此僅鋁 構(gòu)件的材料部分熔化，由鋼構(gòu)成的部件通過釬焊過程與鋁材材料鎖合地連接。為了可實現(xiàn) 釬焊過程，鋼部件在熔焊-釬焊過程之前被施加覆蓋層。這種覆蓋層例如可以通過鍍鋅來 完成。用焊縫金屬浸濕鍍鋅的鋼構(gòu)件，金屬間的相可降低到較低程度。然而即使是這種材 料鎖合連接也僅僅具有有限的強度。DE 10 2007 060 116 Al公開了一種鋼管-鋁鑄件的接頭，其借助鋼管與鋁填充 料的形鎖合的周邊焊來實現(xiàn)。在此首先將鋼管一側(cè)的一個區(qū)段擴寬，并且將一個由鑄件材 料構(gòu)成的構(gòu)件設(shè)置在該管的被擴寬的區(qū)段上。緊接著如此焊接由鑄件材料構(gòu)成的構(gòu)件，使 得管的被擴寬的區(qū)段至少部分形鎖合地被包圍。由此可實現(xiàn)管的被擴寬的區(qū)段通過焊縫金 屬從后面咬住，并且因此可確保管的徑向方向和軸向方向上的牢固連接。形鎖合地包圍被 擴寬的區(qū)段既可用于鍍鋅的管也可用于未鍍鋅的管。根據(jù)DE 10 2007 060 116 Al的接頭的缺點在于直至熱接合之前必須將鋼管額 外固定，例如借助夾緊裝置。此外必要時還必須在工作中使用焊劑，以確保焊接填充料的熔 體流近鋼管。但這種焊劑常常具有腐蝕性，并且對如此連接的混合部件的耐久性產(chǎn)生不利 的影響。鋁鑄件和鋼管之間存在的縫隙也是不利的。通過該縫隙環(huán)境空氣在焊接過程中可 進入熔體，這引起焊接效果差且由此較低的強度。此外在工作期間濕氣可到達鋼與鋁的過 渡位置，這導(dǎo)致進一步的縫隙腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種實現(xiàn)兩個具有不同材料特性的部件的接頭的方 法，該接頭的特點為高強度和耐久性。此外還提供相應(yīng)的空心型材接頭。借助一種用于在由鋼構(gòu)成的空心型材和由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件之間產(chǎn)生接頭的方法這樣的來實現(xiàn)本發(fā)明的任務(wù)，即根據(jù)權(quán)利要求1的特征，施加覆蓋層到空心型材上，將 空心型材壓裝到結(jié)構(gòu)元件上，并且將空心型材和結(jié)構(gòu)元件熱接合。如此構(gòu)成的接頭優(yōu)點在于產(chǎn)生力鎖合的(kraftschlilssig)連接與材料鎖合的 連接的結(jié)合，力鎖合連接通過縱向壓裝被施加覆蓋層的鋼管形成，材料鎖合連接通過熱接 合過程例如借助鋁填充料的MIG焊接形成。同樣通過壓配合也省去熱接合期間對不同部件 的固定過程。在本方法另一個有利的實施變型中，通過形鎖合的(formschlilssig)連接補充熱 接合和在結(jié)構(gòu)元件和空心型材之間產(chǎn)生的材料鎖合的(materialschlilssig)連接。該形鎖 合連接通過在結(jié)構(gòu)元件和空心材料之間輸入焊縫金屬產(chǎn)生。如此產(chǎn)生的材料鎖合的和力鎖 合的連接的強度通過形鎖合被進一步提高。有利的是，鋁制結(jié)構(gòu)元件被構(gòu)造為鑄體或銑削體，并且在結(jié)構(gòu)元件在壓裝之前在 用于空心型材的接納區(qū)域中切削加工。由此可實現(xiàn)要壓裝的空心型材在結(jié)構(gòu)元件上的精確 配合。另外以這樣的方式還可將制造誤差限制到最低程度。結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選具有一個接納銷，空心型材被壓裝到其上。通過這樣產(chǎn)生的接納銷 和空心型材之間的壓配合而在這兩個部件之間形成了力鎖合連接。該力鎖合連接額外地補 充了部件間的形鎖合和材料鎖合的連接。因此進一步提高接頭的強度。優(yōu)選接納銷在其自由端部具有一個倒角角度和一定的長度，空心型材在該長度上 被壓裝到接納銷上。倒角角度應(yīng)在20 60°的范圍內(nèi)。長度優(yōu)選應(yīng)在8 60mm。通過倒 角可特別容易地接合所述兩個結(jié)構(gòu)部件，其方式為在壓裝過程的開始通過倒角將空心型 材對中心并且由此可容易地在接納銷上方在開始區(qū)域中按壓空心型材。接納銷的長度和形 狀的選擇可以影響力鎖合連接的強度，即當(dāng)接納銷的長度較大時形成高的力鎖合連接。同 理，當(dāng)接納銷的長度較小時形成較低的力鎖合連接。在此倒角也可構(gòu)造成半徑或者說花萼 形或卷邊形。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施形式中，結(jié)構(gòu)元件具有一個用于接納空心型材的一 個變形區(qū)域的、圍繞接納銷延伸的槽形凹部，其具有一個分區(qū)，該分區(qū)在兩側(cè)具有彎曲部， 優(yōu)選該彎曲部的半徑在1 18mm。與結(jié)合空心型材的變形區(qū)域結(jié)合的槽形凹部可使兩 個結(jié)構(gòu)部件通過焊接既形鎖合又材料鎖合地接合。在此，相對于接納銷來說，槽形凹部 在外側(cè)用于接納焊縫金屬，槽形凹部在內(nèi)側(cè)用于接納空心型材的變形區(qū)域。因此，在外 側(cè)通過材料鎖合與結(jié)構(gòu)元件連接在一起的焊縫金屬對于空心型材的變形區(qū)域構(gòu)成咬邊 (Hinterschneidung)。由此形成形鎖合的連接，其在靜態(tài)及動態(tài)拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷的情 況下具有特別高的強度。優(yōu)選槽形凹部在內(nèi)部側(cè)上通過接納銷且在外部側(cè)上通過接納凸起被限定。在此， 接納凸起應(yīng)具有優(yōu)選在3 IOmm的高度。接納凸起也應(yīng)在其朝向接納銷的一側(cè)上相對于 接納銷的縱軸線以一個角度延伸。該角度應(yīng)優(yōu)選在20至60°。上述所描述的接納凸起的 特性在熱接合時為接納焊縫金屬和焊接填充料提供優(yōu)化的性能。優(yōu)選空心型材在壓裝之前在要壓裝的端部被變形和/或校準(zhǔn)。有利的是，通過使 要壓裝的端部擴寬為一個凸緣來實現(xiàn)變形過程。在此，空心型材在連接區(qū)域內(nèi)可具有極其 不同的橫截面，但優(yōu)選是圓形的。也可為非圓的、橢圓的和多邊形的橫截面。因此，應(yīng)相應(yīng) 于各種型材類型來變形。通過所使用的型材類型將空心型材校準(zhǔn)且定向在結(jié)構(gòu)元件上，其方式為空心型材的內(nèi)輪廓結(jié)合接納銷使空心型材和結(jié)構(gòu)元件彼此定位。根據(jù)本發(fā)明，空心 型材和接納銷也可構(gòu)造為四邊形或更多邊形的。優(yōu)選在將空心型材的要壓裝的端部變形時在空心型材的內(nèi)側(cè)構(gòu)造一個與槽形凹 部內(nèi)部側(cè)的半徑相同的半徑。由此空心型材和結(jié)構(gòu)元件之間的壓緊連接在端部區(qū)域在結(jié)構(gòu) 元件和空心型材之間沒有縫隙。所以環(huán)境空氣在熱接合期間不可能進入熔體，而如果環(huán)境 空氣進入熔體就會降低焊接效果。來自環(huán)境空氣中的濕氣也不會進入如此產(chǎn)生的壓緊連 接，因而不會產(chǎn)生縫隙腐蝕。這兩個優(yōu)點不僅提高了如此產(chǎn)生的壓緊連接的強度，也提高了 其耐久性。此外，將空心型材頂鍛到接納銷上構(gòu)成本發(fā)明的一種實施變型。通過頂鍛免去 了對空心型材端部的機械后加工。在另一種優(yōu)選實施形式中，空心型材在其變形端部的外側(cè)被去毛刺。這樣的優(yōu)點 在于在熱接合期間通過被去毛刺的端部將空心型材和結(jié)構(gòu)元件之間產(chǎn)生的縫隙減小到最 小。這點同樣改善了如此產(chǎn)生的連接的強度和耐久性。優(yōu)選通過鍍鋅或噴涂(Spritzbeschichtung)對空心型材施加覆蓋層。鍍鋅為低 溫鍍鋅或高溫鍍鋅，噴涂優(yōu)選是鋁噴涂或鋅噴涂。由鋁構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件與被施加覆蓋層的 空心型材通過釬焊而材料鎖合地連接，這可歸因于覆蓋層。原則上也可為錫制覆蓋層。優(yōu)選在熱接合時使用焊接填充料，其在一種尤其優(yōu)選的實施形式中由鋁合金構(gòu) 成。所使用的焊接填充料通過熱接合過程即熔焊與接納凸起的內(nèi)側(cè)接合并且形成了材料鎖 合的牢固連接。在空心型材側(cè)焊接填充料通過熱結(jié)合即釬焊與空心型材的覆蓋層連接在一 起。因此在這一側(cè)也形成材料鎖合的連接。有利的是利用保護氣體來實施熱接合。由此形成了對接合過程特別好的監(jiān)視和控 制。原則上可以選擇氬氣作為保護氣體，氦氣的混合物(氦氣的質(zhì)量百分比最多為50%) 可以與構(gòu)件相關(guān)地改善焊接效果。在一種有利的實施變型中，熱接合可單層地或多層地進行。通過多層實施接合過 程的可能性可以有目的地達到連接要求。優(yōu)點在于焊接區(qū)強度的提高以及低的熱影響。在 多層焊接過程中無須僅通過一個過程將大量焊縫金屬材料鎖合地連接。焊接填充料可在多 個層中施加。此外有利的是，在多層實施方式中的熱接合期間在施加不同焊層之間對焊縫進行 機械的、物理的和/或化學(xué)的清理。這種清理例如通過干冰噴射來實現(xiàn)。相對于未處理的焊 縫，清理的焊縫帶來的結(jié)果是更好的連接及對接下來要被施加的焊縫的更好的焊接效果。本發(fā)明的主題也包括一種根據(jù)上述方法產(chǎn)生的空心型材接頭。由鋼構(gòu)成的空心型 材與由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件材料鎖合和力鎖合地相連。空心型材壓緊到結(jié)構(gòu)元件上并且附 加地與之熱接合。此連接可以根據(jù)當(dāng)前的幾何形狀附加地補充形鎖合。


接下來借助附圖由優(yōu)選實施例來說明本發(fā)明其它的優(yōu)點、特征、特性和各方面。這 些附圖僅僅用作對本發(fā)明的較簡單的理解。圖1根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的接頭的示意橫截面；圖2結(jié)構(gòu)元件的接納區(qū)域的示意橫截面；圖3結(jié)構(gòu)元件的接納區(qū)域的示意橫截面的另一實施方式；6
圖4要壓裝的空心型材的示意橫截面；圖5熱結(jié)合過程的原理圖。
具體實施例方式在附圖中對相同或相似的部件使用相同的附圖標(biāo)記，在此即使出于簡單化原因省 略重復(fù)的說明，也達到相應(yīng)或可比的優(yōu)點。圖1示出了一個空心型材2與一個結(jié)構(gòu)元件3的根據(jù)本發(fā)明的接頭1?？招男筒?2由鋼構(gòu)成，結(jié)構(gòu)元件3由鋁構(gòu)成，優(yōu)選構(gòu)成為鋁鑄體。在空心型材2上將一個覆蓋層4至 少施加在一個接納區(qū)域5中。鋁制結(jié)構(gòu)元件3在接納區(qū)域5中具有一個接納銷6。通過將 空心型材2壓裝到結(jié)構(gòu)元件3上，在接納區(qū)域5中在空心型材2和結(jié)構(gòu)元件3之間產(chǎn)生力 鎖合的連接。該力鎖合連接產(chǎn)生于被施加覆蓋層的空心型材2和結(jié)構(gòu)元件3之間的過盈。 為了將空心型材2壓裝到結(jié)構(gòu)元件3上，接納銷6在其上方的自由端部具有一個倒角7。圖2示出了一個沒有壓裝的空心型材2時的結(jié)構(gòu)元件3的示例性橫截面。結(jié)構(gòu)元 件3在接納銷6的下端部上具有一個凹部8?？招男筒?的一個變形區(qū)域9伸入該凹部8 中。凹部8的特點是一個谷底區(qū)域10。該谷底區(qū)域10在兩側(cè)具有彎曲部11，其過渡到接 納銷6處的一個內(nèi)部側(cè)12和過渡到一個外部側(cè)13中。結(jié)構(gòu)元件3在外部側(cè)13上具有一 個接納凸起14。該接納凸起14在熱接合過程中用于接納焊縫金屬。外部側(cè)13以一個角 度α相對于接納銷6的縱軸線L延伸。為了有利地通過氣焊嘴施加焊縫金屬并且為了增 大接納凸起14和焊縫金屬之間的接觸面積，該角度α的范圍優(yōu)選在10至75度之間。圖3示出了結(jié)構(gòu)元件3的另一種實施變形的橫截面圖。在此倒角7具有一個帶有 半徑的彎曲部。此外，結(jié)構(gòu)元件3的朝向中心縱軸線L的區(qū)域B實心地構(gòu)成，該區(qū)域在接納 區(qū)域5中從倒角7至縱軸線L呈山谷狀地下降并且構(gòu)成凹部V。通過將管端部頂鍛到接納 銷6上借助凹部V產(chǎn)生優(yōu)化的應(yīng)力曲線。圖4示出了空心型材2的要壓裝的端部15的橫截面。在此通過使要壓裝的端部 15擴寬為凸緣16使空心型材2變形。變形為凸緣16的區(qū)域9在空心型材2的內(nèi)側(cè)上具有 一個凸緣內(nèi)側(cè)，其半徑與凹部8在內(nèi)部側(cè)12上的半徑相等。空心型材在凸緣16的外側(cè)18 上在一側(cè)被去毛刺。圖5示出了一個熱接合過程的示意圖。在此，空心型材2被壓裝到結(jié)構(gòu)元件3上。 它在凹部8中通過利用焊接填充料19的焊層與結(jié)構(gòu)元件3形鎖合和材料鎖合地連接。熱 接合過程在此示意性地被實施了兩層，在此示出第一層20和第二層21。通過氣焊嘴22施 加層20、21，在此例如在MIG(惰性氣體保護金屬極電弧焊)焊接過程中進行。附圖標(biāo)記列表1 接頭2空心型材3結(jié)構(gòu)元件4覆蓋層5接納區(qū)域6接納銷7 倒角
8 凹部9空心型材的變形區(qū)域10谷底區(qū)域11彎曲部12內(nèi)部側(cè)13外部側(cè)14接納凸起15壓裝的端部16 凸緣17 內(nèi)側(cè)18 外側(cè)19焊接填充料20第一焊層21第二焊層22氣焊嘴B 區(qū)域L接納銷的縱軸線V 凹部α 角度
權(quán)利要求
1.用于在由鋼構(gòu)成的空心型材(2)和由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件(3)之間產(chǎn)生接頭(1)的 方法，其特征在于施加覆蓋層(4)到空心型材(2)上，將空心型材(2)壓裝到結(jié)構(gòu)元件(3) 上，并且將空心型材(2)和結(jié)構(gòu)元件(3)熱接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過熱接合在結(jié)構(gòu)元件(3)和空心型材(2)之 間產(chǎn)生形鎖合的和材料鎖合的接頭(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)元件(3)構(gòu)成為鋁鑄體或銑削 體，并且結(jié)構(gòu)元件(3)在壓裝之前在用于空心型材O)的接納區(qū)域(5)中進行切削加工。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)元件(3)具有接納銷(6)， 并且空心型材(2)壓裝到接納銷(6)上，此時在結(jié)構(gòu)元件(3)和空心型材(2)之間產(chǎn)生力 鎖合的接頭⑴。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述接納銷(6)在其自由端部上具有倒角 (7)，所述倒角優(yōu)選具有20 60°的角度，并且接納銷(6)在接納區(qū)域(5)中具有一定的長 度、優(yōu)選8 60mm的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)元件(3)具有用于接納所述空 心型材⑵的變形區(qū)域(9)的、圍繞接納銷(6)延伸的槽形凹部(8)，并且槽形凹部⑶在 谷底區(qū)域(10)中在兩側(cè)具有彎曲部(11)，所述彎曲部優(yōu)選具有Imm 18mm的半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述槽形凹部(8)在內(nèi)部側(cè)(12)上由接納銷 (6)構(gòu)成，而在外部側(cè)(13)上由接納凸起(14)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述接納凸起(14)優(yōu)選具有3 IOmm的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于所述接納凸起(14)在其朝向接納銷(6) 的一側(cè)上相對于接納銷(6)的縱軸線(L)以一定的角度、優(yōu)選以20 60°的角度延伸。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于所述空心型材(2)在壓裝之前在要 壓裝的端部(1 上變形和/或校準(zhǔn)，優(yōu)選通過使要壓裝的端部(1 擴寬為凸緣(16)而實 現(xiàn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于通過要壓裝的端部(15)的變形在空心型材 (2)的內(nèi)側(cè)(17)上產(chǎn)生的半徑與谷底區(qū)域(10)在內(nèi)部側(cè)(12)上的半徑相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于所述空心型材(2)在要壓裝的端部 (15)上在空心型材(2)的外側(cè)(18)去毛刺。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于通過鍍鋅或鋁噴涂給空心型材(2) 施加覆蓋層，覆蓋層的厚度為7 100 μ m。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于在熱接合時使用由鋁合金構(gòu)成的 焊接填充料(19)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法，其特征在于多層地實施熱接合，在熱接合期間 在施加各層(20、21)之間進行機械的和/或化學(xué)的清理。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項的方法產(chǎn)生的空心型材接頭，由鋼構(gòu)成的空心型材(2) 在端部與由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)元件(3)相連接，空心型材(2)被壓裝到結(jié)構(gòu)元件(3)上并且 附加地與結(jié)構(gòu)元件(3)熱接合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的空心型材接頭，其特征在于所述接納銷(6)在接納區(qū)域(5)中從倒角(7)至縱軸線(L)延伸地具有山谷狀構(gòu)成的凹部(V)。
全文摘要
在一種用于產(chǎn)生由鋼構(gòu)成的空心型材(2)和由鋁材構(gòu)成的結(jié)構(gòu)部件(3)的接頭(1)的方法中，通過熔焊-釬焊過程與壓裝相結(jié)合產(chǎn)生力鎖合的、形鎖合的和材料鎖合的連接。在此首先將空心型材(2)在一個接納區(qū)域(5)中壓裝到結(jié)構(gòu)元件(3)上。然后通過熱接合利用焊接填充料施加焊層，所述焊層在空心型材(2)和結(jié)構(gòu)元件(3)之間產(chǎn)生形鎖合的和材料鎖合的連接。通過空心型材(2)的要壓裝的端部的事先的變形支持所述形鎖合的連接。所述變形優(yōu)選通過使要壓裝的端部擴寬成凸緣來實現(xiàn)。
文檔編號B23P15/00GK102049667SQ20101053045
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者A·楚貝, J·克羅格邁爾, M·維貝克, S·波特哈斯特, S·費克 申請人:本特勒爾汽車技術(shù)有限公司