DE102011012008A1

DE102011012008A1 - Fügebereichsschutz

Info

Publication number: DE102011012008A1
Application number: DE102011012008A
Authority: DE
Inventors: Mathias Kotzian; Dr. Malek Roland; Dr. Mekkaoui Alaoui Mohamed; Peter Oelkers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Bei dem Verfahren zum Beschichten eines Fügebereichs, insbesondere einer Schweißnahtoberfläche einer im Fügebereich von Stahlsubstraten angeordneten Schweißnaht, bei welchem zumindest ein Stahlsubstrat eine Oberflächenbeschichtung aufweist, ist vorgesehen — Schmelzen von Material der Oberflächenbeschichtung mittels Induzieren von hochfrequenten oberflächennahen Wechselströmen im Stahlsubstrat mittels einer Einrichtung zum Erzeugen eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes — Transport von geschmolzenem Material in den Fügebereich, insbesondere auf die Oberfläche der Schweißnaht zum Aufbringen einer Beschichtung auf den Fügebereich, insbesondere die Oberfläche der Schweißnaht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Schweißnahtoberfläche mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs.
Bekanntlich können durch Laserschweißen erzeugte Schweißnähte oder Schweißraupen in der Schweißnahtoberfläche Poren, Mikrorisse, Unebenheiten und dergleichen aufweisen Aus der EP 2 007 545 B1 ist ein Blech bekannt, das aus einem Stahlsubstrat und einer Vorbeschichtung gebildet ist, wobei die Vorbeschichtung aus einer Schicht einer intermetallischen Legierung in Kontakt mit dem Substrat gebildet ist und bei der auf mindestens einer vorbeschichteten Fläche des Blechs eine Zone ohne die Schicht der metallischen Legierung vorgesehen ist. Eine geschweißte Scheibe, die durch Stumpfnahtschweißen von mindestens zwei derartigen Blechen erhalten wird, weist eine Schweißverbindung auf an dem die Zone ohne Schicht der metallischen Legierung angrenzenden Raum. Ferner muss in bestimmten Fällen eine Korrosionsschutzbeschichtung, beispielsweise eine AlSi-Beschichtung (Aluminium-Silizium-Beschichtung) bei der Herstellung von Tailored Blanks, insbesondere bei der Herstellung von Platinen für pressgehärtete Bauteile, entfernt werden, damit die Platinen lasergeschweißt werden können. Im Bereich der Laserschweißnaht ist dann kein Korrosionsschutz mehr vorhanden. Beispielsweise ist aus der DE 10 2008 006 624 A1 die Herstellung von Tailored Blanks aus Stahlsubstraten mit einer Korrosionsschutzbeschichtung bekannt, wobei in einem Fügebereich die Korrosionsschutzbeschichtung durch hochfrequente oberflächennahe Ströme auf Schmelztemperatur erhitzt, geschmolzen und aus dem Fügebereich entfernt wird. Im Fügebereich ist somit der Korrosionsschutz nicht mehr gegeben. Üblich ist dann, das Ölen der ungeschützten Bereichen mit einem Schutzöl. Aus der DE 199 24 905 C2 ist ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnahtoberfläche beim Laserstrahlschweißen bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein Tiefschweißen erfolgt und in einem zweiten Verfahrensschritt die beim Tiefschweißen entstandene Schweißraupe nochmals mit im Vergleich zum ersten Verfahrensschritt geringerer Laserleistung zum Wärmeleitschweißen überfahren wird. Dabei wird der jeweils überfahrene Bereich der Schweißraupe über den gesamten Querschnitt ausgeschmolzen. Ferner ist in der DE 103 24 274 A1 ein Verfahren zum Schweißen von Metallkörpern beschrieben, wobei die Metallkörper mit einer beschichteten Oberfläche versehen sind und das Schweißen mittels Laserschweißen erfolgt und bei dem die Beschichtung der Oberfläche in eine beim Schweißen gebildete Schweißnaht eingezogen wird.
Dazu wird ein Laserstrahl mehrmals über die selbe Schweißnaht geführt. Die Schweißnaht wird dabei mehrmals bereichsweise aufgeschmolzen, bis Bestandteile der Beschichtung im Bereich der Schweißnaht weitgehend einlegiert sind und eventuelle metallurgische Kerben verschwunden sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Schutz eines Fügebereichs, insbesondere einer Schweißnahtoberfläche durch Beschichten zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zusammengefasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Fügebereichs, insbesondere einer Schweißnahtoberfläche einer in einem Fügebereich von Stahlsubstraten angeordneten Schweißnaht, bei welchem zumindest ein Stahlsubstrat eine Oberflächenbeschichtung aufweist, zeichnet sich aus durch Schmelzen von Material der Oberflächenbeschichtung mittels Induzieren von hochfrequenten oberflächennahen Wechselströmen im Stahlsubstrat mittels einer Einrichtung zum Erzeugen eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes sowie Transport von geschmolzenem Material in den Fügebereich, insbesondere auf die Oberfläche der Schweißnaht zum Aufbringen einer Beschichtung auf den Fügebereich, insbesondere auf die Oberfläche der Schweißnaht.
Zumindest eines der Stahlsubstrate besteht aus einem Grundmaterial und ist mit einer Oberflächenbeschichtung zum Korrosionsschutz versehen. Ein erfindungsgemäß beschichteter Fügebereich wird ebenso wie das Grundmaterial des Stahlsubstrats vom Material der Oberflächenbeschichtung bedeckt, so dass ein Korrosionsschutz erreicht wird, der genauso gut wie bei dem Grundmaterial des Stahlsubstrats ist. Entsprechend wird auch die Schweißnahtoberfläche von dem Material der Oberflächenbeschichtung bedeckt. Überraschenderweise gelingt die Beschichtung mittels einer Verwendung hochfrequenter elektromagnetischer Felder, die in der DE 10 2008 006 624 A1 zum Entfernen von Oberflächenbeschichtungen eines Stahlsubstrats eingesetzt werden. Während die DE 2008 006 624 A1 , deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung inkorporiert wird, darauf gerichtet ist, den Fügebereich von der Oberflächenbeschichtung zu befreien, gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegenteil, die Fügebereiche, nachdem die Substrate gefügt wurden, mit dem Material der Oberflächenbeschichtung zu beschichten. Durch die hochfrequenten oberflächennahen Wechselströme werden oberflächennahe Bereiche des Stahlsubstrats erhitzt, so dass dieses erweicht und aufgrund der dann auf das fließfähige Material der Oberflächenbeschichtung wirkenden Lorentzkraft und/oder einer wirkenden Oberflächenspannung in den Fügebereich getrieben wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schweißnaht unter Verwendung eines induktiven Hochfrequenzschweißens, Widerstandsschweißens, Lichtbogen- oder Laserstrahlschweißens im Fügebereich hergestellt wurde. Der Aufwand zum Beschichten wird dann besonders gering, wenn die Einrichtung zum Erzeugen des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes gleichzeitig zum Hochfrequenzschweißen eingesetzt wird. Ebenso kann das Verfahren zweckmäßigerweise mit einem Lichtbogen- oder Laserstrahlschweißen kombiniert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Fügebereich mindestens eines Strahlsubstrats eine Fügekante ist und durch das induzierte elektromagnetische Feld die Beschichtung auf die Oberfläche der Fügekante aufgebracht wird. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Fügebereich mindestens eines Stahlsubstrats eine Fügefläche ist und durch das induzierte elektromagnetische Feld die Beschichtung auf die Oberfläche der Fügefläche aufgebracht wird. Die beiden letzten Ausführungsformen der Erfindung sind besonders geeignet zum Fügen von Tailored Blanks, wobei die Stahlsubstrate unterschiedliche Dicken und/oder Güten aufweisen können.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass auf beiden Seiten der Schweißnaht und versetzt zur Schweißnaht hochfrequente elektromagnetische Felder induziert werden und von beiden Seiten geschmolzenes Material in den Fügebereich transportiert wird zum Aufbringen einer Beschichtung auf die Oberfläche, womit eine besonders symmetrische und schnelle Beschichtung der Oberfläche erfolgen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Stahlsubstrate eine Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere eine Aluminium-Silizium Oberflächenbeschichtung-aufweisen, womit eine durchgehende Korrosionsschutzbeschichtung der Stahlsubstrate realisierbar ist. Vorzugsweise besteht mindestens ein Stahlsubstrat aus einer Stahllegierung, beispielsweise einer borhaltigen, warmumformbaren Stahllegierung, insbesondere einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einrichtung zum Erzeugen des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes als Induktionsleiter ausgebildet ist, wobei eine Einrichtung verwendet werden kann, die zusätzlich zum Schweißen sowie zum Entfernen von Material der Oberflächenbeschichtung aus dem Fügebereich ausgebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Stahlsubstrate bandförmig sind und dass der Induktionsleiter als Leiterschleife ausgebildet ist, die parallel zu einer oberen und/oder zu einer unteren Oberfläche des Stahlsubstrats positioniert wird, womit eine besonders wirtschaftliche Möglichkeit geschaffen werden kann, oberflächenbeschichtete bandförmige Stahlsubstrate miteinander zu fügen, vom Material der Oberflächenbeschichtung im Fügebereich zu befreien und anschließend den Fügebereich wieder mit Material der Oberflächenbeschichtung zu beschichten.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Stahlsubstrate relativ gegenüber der Einrichtung zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes bewegt werden, womit über die Relativgeschwindigkeit die Höhe des Induktionsstroms und/oder die Frequenz die Breite des Fügebereichs, der mit einer Beschichtung versehen wird, variiert werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei der Herstellung der Schweißnaht die Oberflächenbeschichtung des mindestens einen Stahlsubstrats mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes im Fügebereich entfernt und anschließend zumindest zwei Stahlsubstrate im Fügebereich unter Bildung der Schweißnaht miteinander verbunden werden und unmittelbar anschließend oder zu einem späteren Zeitpunkt die Beschichtung auf die Schweißnaht aufgebracht wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich, dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Erfindungen sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen
1 zwei mit einer Oberflächenbeschichtung versehene bandförmige miteinander mittels einer Schweißnaht gefügte Stahlsubstrate in einer Schnittdarstellung
2 die Substrate der 1 in einer räumlichen Darstellung.
In 1 und 2 sind zwei bandförmige Stahlsubstrate 1, 1', welche vorzugsweise aus einer warmumformbaren Stahllegierung, insbesondere einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5 bestehen, eine AlSi-Oberflächenbeschichtung 2, 2' aufweisen und miteinander mittels einer Schweißnaht 3 gefügt sind, dargestellt. Als Fügetechnik kommt beispielsweise das induktive Hochfrequenzschweißen unter Verwendung von Induktionsleitern, welche mit hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt werden, in Frage. Alternativ zum induktiven Hochfrequenzschweißen kann natürlich auch ein Laserstrahlschweißen oder Lichtbogenschweißen zum Verschweißen der Stahlsubstrate 1, 1' in dem Fügebereich F verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird ein Induktionsleiter 4 mit einem hochfrequenten Strom beaufschlagt. Das hierdurch entstehende Wechselfeld induziert einen oberflächennahen Wechselstrom in den Kantenbereichen 10, 10' nahe dem Fügebereich F der zu verbindenden Stahlsubstrate 1, 1'. Die aus dem Wechselfeld induzierten Ströme verlaufen oberflächennah entlang der Kanten 10, 10'. Aufgrund des induzierten Wechselstroms werden wiederum ein Magnetfeld und eine daraus resultierende Lorentzkraft erzeugt, welches erweichtes und gegebenenfalls geschmolzenes paramagnetische Material der Oberflächenbeschichtung, bestehend aus einer Al-Si-Legierung, vom Bereich des stärkeren in den Bereich des schwächeren magnetischen Flusses, also zum Fügebereich F transportiert. Ferner kann ein Transport von erweichtem oder geschmolzenem Material zusätzlich oder alternativ durch Benetzung aufgrund niedriger Oberflächeenergie des Fügebereichs, insbesondere der Schweißnaht erfolgen.
Die Breite, über welche die Korrosionsschutzbeschichtung zum Schmelzen gebracht wird, ist neben der Frequenz abhängig von der Geschwindigkeit der bandförmigen Stahlsubstrate 1, 1' relativ zu dem Induktionsleiter 4. Durch Einstellen der Höhe des durch die Induktionsleiter fließenden hochfrequenten Wechselstroms kann die in das Stahlsubstrat eingebrachte Energie ebenso gesteuert werden.
Es wird deutlich, dass mit geringem Aufwand, nämlich allein durch die Positionierung von entsprechend geformten Induktionsleitern auf einfache Weise eine Oberflächenbeschichtung eines Stahlsubstrats in den Fügebereich F und auf die Schweißnahtoberfläche 3' transportiert werden kann, so dass Fügebereich F und Schweißnaht durch eine Oberflächenbeschichtung geschützt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Stahlsubstrat
1': Stahlsubstrat
2: Oberflächenbeschichtung
2': Oberflächenbeschichtung
3: Schweißnaht
3': Oberfläche der Schweißnaht
4: Induktionsleiter
10: Kantenbereich
10': Kantenbereich
F: Fügebereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2007545 B1 [0002]
DE 102008006624 A1 [0002, 0007]
DE 19924905 C2 [0002]
DE 10324274 A1 [0002]
DE 2008006624 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Fügebereichs, insbesondere einer Schweißnahtoberfläche einer im Fügebereich von Stahlsubstraten angeordneten Schweißnaht, bei welchem zumindest ein Stahlsubstrat eine Oberflächenbeschichtung aufweist, gekennzeichnet durch Schmelzen von Material der Oberflächenbeschichtung mittels Induzieren von hochfrequenten oberflächennahen Wechselströmen im Stahlsubstrat mittels einer Einrichtung zum Erzeugen eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes Transport von geschmolzenem Material in den Fügebereich, insbesondere auf die Oberfläche der Schweißnaht zum Aufbringen einer Beschichtung auf den Fügebereich, insbesondere die Oberfläche der Schweißnaht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügung der Stahlsubstrate, insbesondere die Bildung der Schweißnaht, unter Verwendung eines induktiven Hochfrequenzschweißens, Widerstandsschweißens, Lichtbogen- oder Laserstrahlschweißens im Fügebereich erfolgte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich mindestens eines Stahlsubstrats eine Fügekante ist und durch das induzierte elektromagnetische Feld die Beschichtung auf die Oberfläche der Fügekante aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügebereich mindestens eines Stahlsubstrats eine Fügefläche ist und durch das induzierte elektromagnetische Feld die Beschichtung auf die Oberfläche der Fügefläche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Schweißnaht versetzt zur Schweißnaht hochfrequente elektromagnetische Felder induziert werden und zum Aufbringen der Beschichtung von beiden Seiten geschmolzenes Material in den Fügebereich transportiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlsubstrate eine Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere eine Aluminium Silizium-Oberflächenbeschichtung aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes als Induktionsleiter ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlsubstrate bandförmig sind, und der Induktionsleiter als Leiterschleife ausgebildet ist, die parallel zu einer oberen und/oder zu einer unteren Oberfläche des Stahlsubstrats positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlsubstrate relativ gegenüber der Einrichtung zur Erzeugung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Schweißnaht die Oberflächenbeschichtung des mindestens einen Stahlsubstrats mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes im Fügebereich entfernt und anschließend zumindest zwei Stahlsubstrate im Fügebereich unter Bildung der Schweißnaht miteinander verbunden werden und unmittelbar anschließend oder zu einem späteren Zeitpunkt die Beschichtung auf die Schweißnaht aufgebracht wird.