DE102008019298B3

DE102008019298B3 - Verfahren zum Erhalten des Korrosionsschutzes vorbeschichteter Bleche beim thermischen Fügen

Info

Publication number: DE102008019298B3
Application number: DE200810019298
Authority: DE
Inventors: Peter Bannwitz; Ursel Windelen-Hoyer; Jochen Kab; Ronald Fritsche; Veit Klimpel; Martin Nitsche
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten des Korrosionsschutzes vorbeschichteter Bleche, insbesondere von elektrolytisch verzinktem Stahlfeinblech mit ZE-Mg-Phase + Korrosionsschutzprimer (KPS) beim thermischen Fügen wie stromführenden Schweißen, insbesondere Widerstandspunktschweißen, bei dem durch servomotorische Regelung der Zangenschließkraft einer Schweißzange taktmäßig nacheinander die Bleche zunächst mit einer Andrückkraft zusammengedrückt werden, dann die Zangenschließkraft zum Schweißen aufgebaut wird und anschließend der Schweißpunkt mittels der Elektrodenkappen der Schweißelektroden gesetzt wird. Um den Korrosionsschutz der vorbeschichteten Bleche bei ihrem Verschweißen zu erhalten, wird erfindungsgemäß unmittelbar vor dem Schließen der Schweißzange auf die Oberfläche der vorbeschichteten Bleche zumindest am Ort des zu setzenden Schweißpunktes und in dessen Nahbereich ein Zusatzstoff aufgebracht, der durch den Wärmeeintrag beim Setzen des Schweißpunktes mittels der Elektrodenkappen der Schweißzange verdampft und dessen Dampfphase die anfallende Wärmemenge von der Blechoberfläche wegtransportiert, wobei der Korrosionsschutz der verschweißten Bleche aufrecht erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten des Korrosionsschutzes vorbeschichteter Bleche, insbesondere von elektrolytisch verzinktem Stahlfeinblech mit ZE-Mg-Phase + Korrosionsschutzprimer (KPS) beim thermischen Fügen wie stromführenden Schweißen, insbesondere Widerstandspunktschweißen, bei dem durch servormotorische Regelung der Zangenschließkraft einer Schweißzange taktmässig nacheinander die Bleche zunächst mit einer Andrückkraft zusammengedrückt werden, dann die Zangenschließkraft zum Fügen aufgebaut wird und anschließend der Schweißpunkt mittels der Elektrodenkappen der Schweißzange gesetzt wird.
Korrosionsschutz am Automobil wird herkömmlicherweise im Wesentlichen durch die KTL-Beschichtung gewährleistet. Da bei diesem Prozeß nicht alle Bereiche der Karosserie erreicht werden, sind darüber hinaus sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen wie Hohlraumkonservierung und Nahtdichtung erforderlich. Aus der Sicht der Lackierung stellen die Prozesse zum Korrosionsschutz den größten Umfang der Gesamtbeschichtung dar, so dass der Wegfall dieser Prozesse in der Lackiererei in hohes Einsparpotential bietet.
Zum Korrosionsschutz wird das Fahrzeug heutzutage verzinkt. Beim Verbinden dünnwandiger verzinkter Bleche mittels Schweißen oder Löten kommt es durch das Einbringen großer Wärmemengen zur Beschädigung des Blechs.
Aus der DE 195 28 272 C1 geht ein Verfahren zum Aufschweißen von Kontakten auf einen Kontaktträger hervor, bei dem das Kontaktstück während des Schweißvorgangs mittels eines Fluids wie Wasser oder Luft gekühlt wird. Das Fluid wird dabei über im Elektrodenkörper ver laufende Kanäle der Kontaktstückoberfläche zugeführt.
Um beim Punktschweißen von zwei Blechelementen mit einem Korrosionsschutz wie einer Verzinkung eine Beschädigungen der Oberflächenbeschichtung zu vermeiden, werden gemäß der DE 36 05 115 A1 ) an dem einen der miteinander zu verbindenden Blechelemente an vorgesehenen Punktschweißstellen Verformungen vorgenommen, die auf der Seite des Elektrodenangriffs von kleinen Vertiefungen und auf der anderen Seite des Blechelementes, die dem anzuschweißenden anderen Blechelementen zugewandt ist, von kleinen nietkopfartigen Buckeln gebildet sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die beim thermischen Fügen bislang unvermeidliche Beschädigung der Beschichtung der Bleche sowie ebenfalls schädliche Gefügeveränderungen möglichst gar nicht erst entstehen zu lassen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem der Korrosionsschutz vorbe allen stromführenden Schweißverfahren zu erhalten ist, um somit die heutzutage übliche KTL-Beschichtung entfallen zu lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass unmittelbar vor dem Schließen der Schweißzange auf die Oberfläche der vorbeschichteten Bleche zumindest am Ort des zu setzenden Schweißpunktes und in dessen Nahbereich ein Zusatzstoff aufgebracht wird, der durch den Wärmeeintrag beim Setzen des Schweißpunktes mittels der Elektrodenkappen der Schweißzange verdampft und dessen Dampfphase die anfallende Wärmemenge von der Blechoberfläche wegtransportiert, wobei der Korrosionsschutz der verschweißten Bleche aufrecht erhalten wird.
Vorzugsweise wird der Zusatzstoff auch vor dem Aneinanderdrücken der zu verschweissenden vorbeschichteten Bleche zwischen diesen eingebracht, womit beim Setzen des Schweißpunktes der Korrosionsschutz in den Kapillaren der gesamten thermisch schädigungsgefährdeten Bereiche zwischen den vorbeschichteten Blechen aufrechterhalten wird.
Als Zusatzstoff kann ein Feststoff, ein Fluidum und/oder ein Gel verwendet werden, wobei vorzugsweise als Feststoff Trockeneis, als Fluidum gekühltes Wasser und/oder Kaltluft und als Gel wässriges Silikagel verwendet werden.
Bevorzugt wird der Zusatzstoff zur aktiven Verbesserung des Korrosionsschutzes und zur Erhöhung der Verdampfungsenthalpie mit entsprechenden Additiven versetzt.
Als besonders vorteilhaft ist der Verwendung des wässrigen Silikagels als Zusatzstoff zu sehen, da einerseits beim Setzen des Schweißpunktes die anfallende Wärmemenge durch die Verdampfung des Wasseranteils des Gels abtransportiert wird und andererseits die besonders gefährdeten Bereiche zwischen den zu verschweißenden vorbeschichteten Blechen durch Rückstände des Gels zu verschließen sind. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, dass beim Setzen des Schweißpunktes verdampfendes Metall wie Zn vom Gel absorbiert, in Nähe des Schweißpunktes im Gel gespeichert und anschließend aus dem Gel für einen Selbstheilungsprozeß der Beschichtung der Blechoberfläche freigesetzt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine Schweißzange mit zwei relativ zueinander beweglichen Schweißzangenarmen, die jeweils an ihrem ersten Ende eine Schweißelektrode aufweisen, wobei die Schweißelektroden zum Setzen eines Schweißpunktes durch eine jeweils am entgegengesetzten zweiten Ende jedes Schweißzangenarmes angreifende Antriebskraft aneinander heranzuführen sind. Erfindungsgemäß ist – gesehen im Längsschnitt der Schweißelektrode – beidseitig jeder Schweißelektrode zum Auftragen des Zusatzstoffes wie Kaltluft und/oder gekühltes Wasser oder pulverisiertes Trockeneis auf die jeweilige Blechoberfläche eine Düse vorgesehen, die jeweils an einander gegenüberliegenden und in Richtung der Längsachse jeder Schweißelektrode verfahrbaren Führungen gehaltert und unter einem gleichem spitzen Ausströmwinkel α in Bezug auf die jeweilige beschichtete Blechoberfläche auszurichten ist. Mittels der Düsen ist der Zusatzstoff taktmäßig gesteuert unmittelbar vor dem Setzen des Schweißpunktes an dessen vorbestimmten Ort und dessen Nahbereich auf der beschichteten Blechoberfläche aufzubringen.
Alternativ kann auch ein Ringspalt jeweils um den Umfang der Schweißkappe jeder Schweißelektrode geführt sein, über den taktmäßig gesteuert ein wässriges oder gasförmiges Kühlmittel auf die beschichtete Blechoberfläche am vorgesehenen Ort des zu setzenden Schweißpunktes und dessen Nahbereich unmittelbar vor dem Setzen des Schweißpunktes aufzubringen ist.
Weiterhin ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt mit einer automatisierten Pinsel- oder Rakeleinrichtung ausgerüstet, von der das Gel wie Silikagel taktmäßig gesteuert vor dem Aneinanderdrücken der zu fügenden Bleche auf deren einander gegenüberliegenden beschichteten Oberflächen und/oder unmittelbar vor Setzen des Schweißpunktes an dessen vorgesehenem Ort und dessen Nahbereich aufzutragen ist.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr unter Bezug auf die einzige Figur der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine schematische Schnittansicht einer Schweißelektrode 1 einer nicht dargestellten Schweißzange mit zwei relativ zueinander beweglichen, ebenfalls nicht dargestellten Schweißzangenarmen. Beidseitig der Schweißelektrode 1 ist an jeweils einer Führung 3 Düsen 2 zum Auftragen des Zusatzstoffes auf die beschichtete Oberfläche 4 jeweils eines der beiden zu verschweißenden Bleche 5 beweglich gehaltert. Die Führungen 3 sind in Richtung der Längsachse 6 der Schweißelektrode 1 in Bezug auf die jeweilige beschichtete Blechoberfläche 4 verfahrbar. Die Düsen 2 sind unter einem gleichen spitzen Anströmwinkel α in Bezug auf die jeweilige Blechoberfläche 4 auszurichten. Mittels der Düsen 2 ist taktmäßig gesteuert unmittelbar vor dem Setzen des Schweißpunktes der Zusatzstoff wie Kaltluft und/oder gekühltes Wasser oder pulverisiertes Trockeneis am vorgesehenen Ort 7 des zu setzenden Schweißpunktes und dessen Nahbereich aufzubringen. Der Wärmeeintrag in die zu verschweißenden Bleche 5 beim nachfolgenden Schließen der Schweißzangenarme und Setzen des Schweißpunktes mittels der Kappen der Schweißelektroden 1 lässt den auf die beschichtete Blechoberfläche 4 aufgebrachten Zusatzstoff verdampfen, wobei dessen Dampfphase die anfallende Wärmemenge von der Blechoberfläche wegtransportiert und der Korrosionsschutz somit aufrechterhalten wird.

1: Schweißelektrode
2: Düse
3: Führung
4: Oberfläche der Bleche
5: Bleche
6: Längsachse der Schweißelektrode
7: Ort des zu setzenden Schweißpunktes
α: Anströmwinkel der Düse

Claims

Verfahren zum Erhalten des Korrosionsschutzes vorbeschichteter Blechen, insbesondere von elektrolytisch verzinktem Stahlfeinblech mit ZE-Mg-Phase + Korrosionsschutzprimer (KPS) beim thermischen Fügen wie stromführenden Schweißen, insbesondere Widerstandspunktschweißen, bei dem durch servomotorische Regelung der Zangenschließkraft einer Schweißzange taktmässig nacheinander die Bleche zunächst mit einer Andrückkraft zusammengedrückt werden, dann die Zangenschließkraft zum Schweißen aufgebaut wird und anschließend der Schweißpunkt mittels der Elektrodenkappen der Schweißelektroden gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Schließen der Schweißzange auf die Oberfläche der vorbeschichteten Bleche zumindest am Ort des zu setzenden Schweißpunktes und in dessen Nahbereich ein Zusatzstoff aufgebracht wird, der durch den Wärmeeintrag beim Setzen des Schweißpunktes mittels der Elektrodenkappen der Schweißzange verdampft und dessen Dampfphase die anfallende Wärmemenge von der Blechoberfläche wegtransportiert, wobei der Korrosionsschutz der verschweißten Bleche aufrecht erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff auch vor dem Aneinanderdrücken der zu verschweißenden vorbeschichteten Bleche zwischen diesen eingebracht wird, wobei beim Setzen des Schweißpunktes die Kapillare der gesamten schädigungsgefährdeten Bereiche zwischen den vorbeschichteten Blechen von Rückständen des Gels verschlossen werden und der Korrosionsschutz somit aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff mit die Verdampfungsenthalpie steigernden Additiven versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoff ein Feststoff, ein Fluidum und/oder ein Gel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gel wässriges Silikagel verwendet wird
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Feststoff Trockeneis verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidum gekühltes Wasser und/oder Kaltluft verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Setzen des Schweißpunktes verdampfendes Metall wie Zn von dem auf die beschichtete Blechoberfläche aufgetragenen Gel absorbiert, in Nähe des Schweißpunktes gespeichert und anschließend aus dem Gel für einen Selbstheilungsprozeß der Beschichtung der Blechoberfläche freigesetzt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, mit einer Schweißzange mit zwei relativ zueinander beweglichen Schweißzangenarmen, die jeweils an ihrem ersten Ende eine Schweißelektrode (1) aufweisen, wobei die Schweißelektroden (1) zum Setzen eines Schweißpunktes durch eine jeweils am entgegengesetzten zweiten Ende jedes Schweißzangenarmes angreifende Antriebskraft aneinander heranzuführen sind, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig jeder Schweißelektrode (1) zum Auftragen eines Zusatzstoffes wie Kaltluft und/oder gekühltes Wasser oder pulverisiertes Trockeneis auf die jeweilige beschichtete Blechoberfläche (4) eine Düse (2) vorgesehen ist, die jeweils an einer von zwei einandergegenüberliegenden und in Richtung der Längsachse (6) der Schweißelektrode (1) in Bezug auf die jeweilige beschichtete Blechoberfläche (4) verfahrbaren Führungen (3) gehaltert und unter einem spitzen Anströmwinkel (α) in Bezug auf die jeweilige beschichtete Blechoberfläche (4) auszurichten ist, wobei unmittelbar vor dem Schließen der Schweißzange mittels der Düsen (2) taktmäßig gesteuert ein Zusatzstoff wie Kaltluft und/oder gekühltes Wasser oder pulverisiertes Trockeneis am vorgesehenen Ort (7) des zu setzenden Schweißpunktes und in dessen Nahbereich auf der beschichteten Blechoberfläche (4) aufzubringen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatisierte Pinsel- oder Rakeleinrichtung vorgesehen ist, von der das Gel wie Silikagel taktmäßig gesteuert vor dem Aneinanderdrücken der zu verschweißenden Bleche (5) auf deren einandergegenüberliegende beschichtete Oberflächen (4) und/oder unmittelbar vor Setzen des Schweißpunktes an dessen vorgesehenem Ort (7) und dessen Nahbereich aufzutragen ist.