DE3117432A1

DE3117432A1 - Method for joining metal parts

Info

Publication number: DE3117432A1
Application number: DE19813117432
Authority: DE
Inventors: Mandayam C. Seekonk Mass. Narasimhan
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1981-05-02
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS571581A

Abstract

Two metal faces with a glassy metal alloy arranged therebetween are pressed together and voltage applied to the metal parts generates a current which causes a phase transition of a part of the glassy metal alloy and results in a cohesive bond between the two base metal faces.

Description

Verfahren zur Verbindung von Procedure for connecting

Metallteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kohäsiver Verbindungen zwischen zwei Metalloberflächen. Metal parts The invention relates to a method of manufacture cohesive connections between two metal surfaces.

Schweißen ist ein Verfahren zum Verbinden von Metallteilen miteinander. Widerstands schweißen wird derzeit hauptsächlich industriell für Massenproduktion angewendet und umfaßt herkömmliche Verfahren, wie Punktschweißen, Nahtschweißen, Widerstandsabschmelzschweißen, Buckelschweißen, Schlagschweißen und Stumpfschweißen. Beim Widerstandsschweißen werden die zu verschweißenden Teile durch Anwendung von Wärme und Druck verschmolzen. Die Wärme wird mit Hilfe von berührenden Elektroden erzeugt, die Strom durch die zu verschweißenden Teile leiten. Bei der Anwendung auf Stahl gibt es zahlreiche Probleme bei diesem Verfahren, und fehlerhafte Verbindungsstellen sind nicht selten. Fehler in den geschweißten Bereichen sind beispielsweise Risse, Mikrorisse, Unterschneidungen, Porosität, fehlendes Schmelzen, fehlendes Eindringen, keine Verbindungsfestigkeit und Korrosionsfehler der Verbindungen.Welding is a method of joining metal parts together. Resistance welding is currently mainly used industrially for mass production used and includes conventional methods such as spot welding, seam welding, Resistance fusion welding, projection welding, impact welding and butt welding. In resistance welding, the parts to be welded are made using Heat and pressure merged. The heat is generated with the help of touching electrodes that conduct electricity through the parts to be welded. In the application on steel there are numerous problems with this process and faulty joints are not uncommon. Defects in the welded areas are, for example, cracks, Micro-cracks, undercuts, porosity, lack of melting, lack of penetration, no connection strength and corrosion defects of the connections.

Eine zweite Methode zur Verbindung von Metallen ist das Hartlöten. Hartlöten zur Verbindung von Metallteilen miteinander unterscheidet sich vom Schweißen dadurch, daß die Bindung durch Verwendung eines Füllmaterials mit einem Schmelzpunkt oberhalb etwa 4000 C, aber unterhalb desjenigen der zu verbindenden Basismetalle bewirkt wird. Das Füllmaterial wird durch Kapillarwirkung in dem Verbindungsbereich verteilt. Bei herkömmlichem Hartlöten gibt es kein merkliches Schmelzen des Basismetalles, wie im Falle der Schweißverfahren.A second method of joining metals is by brazing. Brazing to join metal parts together is different from welding in that the bond is achieved by using a filler material having a melting point above about 4000 C but below that the to be connected Base metals is effected. The filler material is in the joint area by capillary action distributed. With conventional brazing there is no noticeable melting of the base metal, as in the case of the welding process.

Die US-PS 4 115 682 beschreibt ein Verfahren zum Hartlöten von glasartigen Metallmaterialien, in denen zwei glasartige Metallkörper miteinander verbunden werden. Diese US-Patentschrift lehrt aber nicht die Verbindung von Metallkörpern, bei denen das Material, welches die miteinander zu verbindenden Oberflächen bildet, primär kristalline Struktur hat.U.S. Patent 4,115,682 describes a method of brazing vitreous Metal materials in which two glass-like metal bodies are bonded together. This US patent does not teach the connection of metal bodies in which the material that forms the surfaces to be joined together, primarily has crystalline structure.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Verbindung von zwei Metallflächen unter Verwendung der durch einen elektrischen Strom erzeugten Widerstandswärme. Die beiden Metallflächen werden unter Verwendung eines Füllmaterials miteinander verbunden, das aus einer glasartigen Metallegierung besteht. Die beiden Metallflächen werden mit der glasartigen Metallegierung dazwischen gegeneinandergepreßt. Ein Strom wird an den Kompressionsbereich angelegt, und die erzeugte Widerstandswärme induziert eine Phasenumwandlung einschließlich eines Schmelzens der glasartigen Metallegierung.The present invention provides a method of joining two metal surfaces using those generated by an electric current Resistance heat. The two metal surfaces are made using a filler material connected to each other, which consists of a glass-like metal alloy. The two Metal surfaces are pressed against one another with the glass-like metal alloy in between. A current is applied to the compression area, and the resistance heat generated induces a phase transition including melting of the vitreous Metal alloy.

Eine kohäsive Verbindung bekommt man zwischen zwei Metallflächen mit Hilfe einer geschmolzenen borhaltigen glasartigen Metallegierung. Spezielle metallurgische Eigenschaften der glasartigen Metallegierung und der Diffusion des Ubergangsmetalles von den zu verbindenden Oberflächen führen zu dem beginnenden Schmelzen der zu verbindenden Oberflächen, selbst wenn schnelle Schmelzzyklen verwendet werden wie jene, die beim elektrischen Widerstandsschweißen angewendet werden.You can notice a cohesive connection between two metal surfaces Using a molten, boron-containing vitreous metal alloy. Special metallurgical properties the vitreous metal alloy and diffusion of the transition metal from the surfaces to be joined lead to the beginning Melting the surfaces to be joined, even when using fast melting cycles become like those used in electrical resistance welding.

In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Apparatur für die Widerstandsverbindung unter Verwendungvonglasartigen Metallegierungen als Füllmaterial, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Nahtverbindung mit glasartigem Metall als Füllmaterial und Fig. 3a bis Fig. 3d schematische Darstellungen, die aufeinanderfolgende Stufen einer Verbindung von Basismetallflächen mit glasartiger Metallegierung dazwischen als Füllstoff erläutern.In the drawing, Fig. 1 is a schematic representation of a Apparatus for resistance connection using glass-like metal alloys as filler material, FIG. 2 is a schematic representation of a seam connection with vitreous metal as filler material and FIGS. 3a to 3d are schematic representations, the successive stages of a connection of base metal surfaces with vitreous Explain metal alloy in between as a filler.

Man bekommt ein Verfahren zur Verbindung durch Widerstandsheizen. Zwei Basismetalloberflächen besitzen dazwischen angeordnet glasartige Metallegierung.One gets a method of joining by resistance heating. Two base metal surfaces have a glass-like metal alloy arranged between them.

Die Basismetalloberflächen können aus irgendeinem Metall oder irgendeiner Metallegierung bestehen. Bevorzugte Metalllegierungen sind beispielsweise jene, die für Konstruktionsteile geeignet sind. Stärker bevorzugte Legierungen sind jene, die merkliche Mengen an Ubergangsmetallen enthalten. Solche Legierungen sind beispielsweise Stähle, rostfreie Stähle und Legierungen auf der Basis von Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Titan. Repräsentative Beispiele sind etwa Konstruktionsstähle oder Baustähle der Typen, die im ASTM-Handbuch (1961), Band 1, Seite 87 unter dem Begriff structural steels" angegeben sind.The base metal surfaces can be any metal or any Consist of metal alloy. Preferred metal alloys are, for example, those which are suitable for structural parts. More preferred alloys are those which contain significant amounts of transition metals. Such alloys are for example Steels, stainless steels and alloys based on iron, Cobalt, Nickel, copper and titanium. Representative examples are structural steels or structural steels of the types described in the ASTM Handbook (1961), Volume 1, page 87 under the Term structural steels "are given.

Bevorzugte zu verbindende Legierungen sind jene auf der Basis von Eisen, Kobalt und Nickel und jene mit einer Zusammensetzung, die Eisen, Kobalt, Nickel und deren Gemische umfaßt, wovon etwa 0 bis 30 Atom-% durch Chrom, etwa 0 bis 5 Atom-% durch Wolfram, etwa 0 bis 15 Atom-% durch Molybdän, etwa 0 bis 10 Atom-% durch Mangan, etwa 0 bis 5 Atom-% durch Aluminium, etwa 0 bis 2 Atom-% durch Niob, etwa 0 bis 6 Atom-* durch Titan, etwa 0 bis 3,5 Atom-% durch Kupfer und etwa 0 bis 0,5 Atom-% durch Vanadin ersetzt sind.Preferred alloys to be joined are those based on Iron, cobalt and nickel and those with a composition that includes iron, cobalt, Nickel and mixtures thereof, of which about 0 to 30 atomic percent by chromium, about 0 up to 5 atom% by tungsten, about 0 to 15 atom% by molybdenum, about 0 to 10 atom% by manganese, about 0 to 5 atom% by aluminum, about 0 to 2 atom% by niobium, about 0 to 6 atom% by titanium, about 0 to 3.5 atom% by copper and about 0 to 0.5 atom% are replaced by vanadium.

Die Basismetalloberflächen können Teil irgendeiner Metallstruktur sein. Bevorzugte Metallstrukturen sind beispielsweise Bögen, wie solche mit Vertiefungen oder Vorsprüngen.The base metal surfaces can be part of any metal structure be. Preferred metal structures are, for example, arcs, such as those with recesses or protrusions.

Die glasartigen Metallegierungen, die nach der Erfindung brauchbar sind, sind beispielsweise die in der US-PS 3 856 513 beschriebenen Legierungen. Bevorzugte glasartige Legierungen sind jene auf der Basis von Eisen, Nickel, Kobalt und/oder Chrom. Bevorzugt sind jene glasartigen Legierungen, die ein Metalloid enthalten, das kleine Mengen von Bor einschließt. Bevorzugt sind Legierungen, die etwa 5 bis 12 Atom-% Bor enthalten, und stärker bevorzugt sind Zusammensetzungen, die 6 bis 8 Atom-% Bor enthalten.The vitreous metal alloys useful in accordance with the invention are, for example, the alloys described in U.S. Patent 3,856,513. Preferred vitreous alloys are those based on iron, nickel, cobalt and / or chrome. Preferred are those vitreous alloys that contain a metalloid, that includes small amounts of boron. Preferred are alloys that are about 5 to Containing 12 atomic percent boron, and more preferred are compositions containing 6 to Contains 8 atomic percent boron.

Bevorzugte glasartige Metallegierungen auf der Basis von Nickel und/oder Eisen können einen Gesamtmetallgehalt von etwa 84 bis 75 Atom-% und einen Nichtmetallgehalt (Bor, Silicium, Kohlenstoff und Phosphor) von etwa 16 bis 25 Atom-% haben. Von dem Metall können etwa 0 bis 30 Atom-% durch Chrom, etwa 0 bis 35 Atom-% durch Kobalt, etwa 0 bis 5 Atom-% durch Molybdän und/oder etwa 0 bis 2 Atom durch Wolfram ersetzt sein. Bei Legierungen auf Eisenbasis können von dem Metall außerdem etwa 0 bis 10 Atom-% durch Mangan und/oder etwa 0 bis 10 Atom-% durch Vanadin ersetzt sein.Preferred glass-like metal alloys based on nickel and / or Iron can have a total metal content of about 84 to 75 atomic percent and a non-metal content (Boron, silicon, carbon and phosphorus) from about 16 to 25 atomic percent. Of the Metal can be about 0 to 30 atom% by chromium, about 0 to 35 atom% by cobalt, about 0 to 5 atomic percent replaced by molybdenum and / or about 0 to 2 atomic percent by tungsten be. For iron-based alloys, about 0-10% of the metal can also be used Atom% be replaced by manganese and / or about 0 to 10 atom% by vanadium.

Auch können die Metalle Niob, Tantal, Aluminium, Titan usw.The metals niobium, tantalum, aluminum, titanium, etc.

in die glasartige Metallegierung eingearbeitet werden, doch sind diese Metalle schwieriger zu verarbeiten.are incorporated into the vitreous metal alloy, but these are Metals more difficult to work with.

Beispielsweise kann die Legierung eine Zusammensetzung haben, die im wesentlichen aus 0 bis etwa 4 Atom-% Eisen, 0 bis etwa 26 Atom-% Chrom, 0 bis etwa 20 Atom-% Nickel, 0 bis etwa 4 Atom-% Wolfram, 0 bis etwa 4 Atom-% Molybdän, 0 bis etwa 20 Atom- Bor, 0 bis etwa 12 Atom-% Silicium, 0 bis 12 Atom-% Phosphor, 0 bis etwa 2 Atom-% Kohlenstoff und dem Rest im wesentlichen aus Kobalt und üblichen Verunreinigungen besteht.For example, the alloy can have a composition that Substantially from 0 to about 4 atomic percent iron, 0 to about 26 atomic percent chromium, 0 to about 20 atom% nickel, 0 to about 4 atom% tungsten, 0 to about 4 atom% molybdenum, 0 to about 20 atomic boron, 0 to about 12 atomic% silicon, 0 to 12 atomic% phosphorus, 0 to about 2 atomic percent carbon and the remainder essentially cobalt and common Impurities.

Abgesehen davon, daß die Zusammensetzung die obigen Elemente in den angegebenen Zusammensetzungsbereichen enthält, muß sie auch derart aufgebaut sein, daß die Gesamtheit von Eisen, Chrom, Nickel, Wolfram, Molybdän und Kobalt im Bereich von etwa 75 bis 85 Atom-% liegt und die Gesamtheit von Bor, Phosphor, Silicium und Kohlenstoff den Rest, d.h. etwa 15 bis 25 Atom-% ausmacht.Apart from the fact that the composition includes the above elements in the contains the specified composition ranges, it must also be structured in such a way that that the entirety of iron, chromium, nickel, tungsten, molybdenum and cobalt in the Range from about 75 to 85 atomic percent and the entirety of boron, phosphorus, silicon and carbon makes up the remainder, i.e., about 15 to 25 atomic percent.

Die glasartige Metallegierung kann nach einem Verfahren hergestellt werden, das darin besteht, daß man eine Schmelze der Zusammensetzung bildet und die Schmelze auf einem rotierenden Kühlrad oder Abschreckrad mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 1050 C/Sek abschreckt.The glassy metal alloy can be produced by a method which consists in forming a melt of the composition and the melt on a rotating cooling wheel or quenching wheel at one speed quenched at least about 1050 C / sec.

Die Füllmetallfolie ist leicht herstellbar als homogener duktiler Streifen, der für Hartlöten als Schmelzmaterial geeignet ist. Diese homogene Zusammensetzungseigenschaft des glasartigen Metallstreifens führt zu homogenen flüssigen Schmelzen mit minimalem Uberhitzen. Vorteilhafterweise kann die Metallfolie zu komplizierten Formen ausgestanzt werden, um Verbindungsvorformen zu erhalten.The filler metal foil is easy to manufacture as a homogeneous ductile one Strip suitable for brazing as a melting material. This homogeneous composition property of the vitreous metal strip results in homogeneous liquid melts with minimal Overheating. The metal foil can advantageously be punched out into complicated shapes to obtain joint preforms.

Die gebildete verflüssigte Schmelze hat im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie der glasartige Streifen. Die schnelle Diffusion der Übergangsmetalle aus den Stücken, die miteinander verbunden werden sollen, führt aber zur Verminderung des Borgehaltes (Metalloidgehaltes) in der verflüssigten Schmelzen so daß man eine duktile Verbindung bekommt. Die Gläser mit niedrigem Borgehalt (Metalloidgehalt) sind bevorzugt als Füllmaterial, da sie leicht duktile Verbindungen bilden. Borhaltige Metallglasschmelzen benetzen die zu verbindenden Oberflächen leicht. Oberflächenbenetzung wird durch Verwendung von glasartigen Metalllegierungen verbessert, die auf dem gleichen Metall wie die Metalloberflächen basieren. Die glasartigen Metallegierungen können in irgendeiner Form aufgebracht werden.The liquefied melt formed is essentially the same Composition like the glass-like strip. The rapid diffusion of transition metals from the pieces that are to be joined together, however, leads to a reduction the boron content (metalloid content) in the liquefied melt so that one gets ductile connection. The glasses with low boron content (metalloid content) are preferred as filler material because they easily form ductile joints. Boron-containing Metal glass melts slightly wet the surfaces to be connected. Surface wetting is enhanced by using vitreous metal alloys based on the same metal as the metal surfaces are based. The glassy Metal alloys can be applied in any form.

Geeignete Formen sind beispielsweise Bögen, Bänder, Pulver und Zusammensetzungen mit Bindemitteln.Examples of suitable shapes are sheets, ribbons, powders and compositions with binders.

Die glasartige Metallegierung wird zwischen den Metalloberflächen angeordnet. Dies erreicht man, indem man ein Stück glasartiges Metallegierungsband zwischen die Metallflächen legt. Alternativ kann auch ein Stück glasartiger Metallegierung an einer Metalloberfläche angeordnet und die zweite Metalloberfläche unter Bildung einer Sandwichstruktur dagegen gelegt werden.The glassy metal alloy is between the metal surfaces arranged. This is achieved by putting a piece of glassy metal alloy tape between the metal surfaces. Alternatively, a piece of glassy metal alloy can be used arranged on a metal surface and forming the second metal surface a sandwich structure can be placed against it.

Die Metalloberflächen werden mit der glasartigen Metallegierung dazwischen angeordnet gegeneinander gepreßt. Dies kann nach Verfahren erfolgen, die in irgendeinem herkömmlichen Widerstandsschweißverfahren, wie beim Punktschwei-Ben, Nahtschweißen, Buckelschweißen, Schlagschweißen und Stoßschweißen angewendet werden.The metal surfaces are with the vitreous metal alloy in between arranged pressed against each other. This can be done according to procedures outlined in any conventional resistance welding processes, such as spot welding, seam welding, Projection welding, impact welding and butt welding can be used.

Der Druck kann durch Elektroden aufgebracht werden, die auf die zu verbindende Fläche Druck übertragen oder ausüben und elektrischen Strom an diese Fläche liefern. Druck wird verwendet, um die Werkstücke zusammenzuhalten, den Stromfluß zu lokalisieren, beizutragen, das geschmolzene Metall in dem begrenzten Bereich zu halten und in einigen Fällen schließlich viel von dem geschmolzenen Metall bei der Vervollständigung der Verbindung abzustoßen. Da der Schmelzpunkt der glasartigen Legierung allgemein niedriger als der des Metalles ist, wird während der Bindung in dem Verbindungsbereich ein guter Wärmegradient beibehalten.The pressure can be applied by electrodes placed on the too connecting surface transfer or exert pressure and electrical current to it Deliver area. Pressure is used to hold the work pieces together, the flow of electricity To locate, help, the molten metal in the limited area and in some cases eventually add much of the molten metal the completion of the connection. Because the melting point of the vitreous Alloy generally lower than that of metal is will during maintain a good thermal gradient of the bond in the joint area.

Gute Fließfähigkeitseigenschaften der glasartigen Metallschmelzen ergeben gute Verbindungen bei vermindertem Elektrodendruck. Dies vermindert die Elektrodenabnutzung und erfordert niedrigen Elektrodenstrom und Druck. Die Elektroden für das Verklemmen der zu verbindenden Teile bestehen aus einer Kupferlegierung. Kupfer ist bevorzugt, da sein niedriger elektrischer Widerstand dazu beiträgt, Kontaktwiderstandsheizung zwischen der Elektrode und dem Arbeitsstück auf ein Minimum herabzusetzen. Durch die Elektroden kann mit Hilfe von Federn, Hebeln, Nocken und hydraulischen oder pneumatischen Systemen Druck auf gebracht werden.Vitreous metal melts have good flow properties result in good connections with reduced electrode pressure. This diminishes the Electrode wear and requires low electrode current and pressure. The electrodes for clamping the parts to be connected are made of a copper alloy. Copper is preferred because its low electrical resistance helps in contact resistance heating between the electrode and the workpiece to a minimum. By the electrodes can be with the help of springs, levers, cams and hydraulic or pneumatic systems pressure can be applied.

Elektrischer Strom wird an den zu verbindenden Bereich geliefert. Die glasartige Metallegierung hat vorzugsweise einen höheren spezifischen Widerstand als die umgebende Metalloberfläche. Die Wärme für die Verbindung wird zwischen den zu verbindenden Teilen durch den Widerstand gegen den Durchgang eines elektrischen Stromes erzeugt.Electric power is supplied to the area to be connected. The glassy metal alloy preferably has a higher specific resistance than the surrounding metal surface. The heat for the connection is between the parts to be connected by the resistance to the passage of an electrical Generated electricity.

Der Druckgang des Stromes erzeugt Wärme an den Verbindungspunkten der glasartigen Metallegierung und der Metalloberfläche. Während elektrischer Widerstand Wärme in dem Werkstück während des Stromdurchganges erzeugt, kann man noch größere Heizeffekte an den Oberflächen wegen des Kontaktwiderstandes finden. Da zwei sich berührende Oberflächen den Stromfluß nicht so wirksam erleichtern wie ein festes Teil, ist der elektrische Widerstand an dieser Grenzfläche höher. Folglich ist die Wärmeentwicklung größer. Wenn die Grenzfläche oder die Berührungsflächen weniger perfekt werden, d.h. aufgerauht sind oder mit Oxid überzogen sind, steigt der Widerstand, und bei einer bestimmten Stromstärke wird das Erhitzen stärker. Da die glasartige Metallegierung eine niedrigere Solidustemperatur hat, verflüssigt sie sich zuerst und reagiert mit der Metalloberfläche, so daß Diffusion von übergangselementen unter Bildung einer festen kohäsiven Bindung erfolgen kann.The pressure path of the current generates heat at the connection points the vitreous metal alloy and the metal surface. While electrical resistance Heat generated in the workpiece during the passage of current can be even greater Finding heating effects on the surfaces due to the contact resistance. Since two are Contacting surfaces are not as effective in facilitating the flow of current as a solid one Part, the electrical resistance is on this interface is higher. As a result, the generation of heat is greater. When the interface or the contact surfaces become less perfect, i.e. roughened or coated with oxide, increases the resistance, and at a certain current strength the heating becomes stronger. Since the glassy metal alloy has a lower solidus temperature, it liquefies they stand up first and react with the metal surface, allowing diffusion of transition elements can take place with the formation of a strong cohesive bond.

Der elektrische Strom kann mit verschiedenen Formen von Elektroden, wie Klammern, Stäben, Zylindern, Stangen, Rädern, Walzen und dergleichen, angelegt werden. Eine koordinierte Stromeinführung (gewöhnlich Wechselstrom mit hoher Stromstärke und niedriger Spannung) der geeigneten Größe ist erforderlich für die genaue Zeitdauer. Der Strom geht durch einen geschlossenen Stromkreis, der aus dem Sekundärkreis einer Schweißapparatur, den Elektroden und den Werkstücken besteht.The electric current can be generated with different forms of electrodes, such as brackets, rods, cylinders, rods, wheels, rollers and the like will. A coordinated introduction of current (usually alternating current with high amperage and low voltage) of the appropriate size is required for the exact length of time. The current goes through a closed circuit, which is made up of the secondary circuit of a Welding equipment, the electrodes and the workpieces.

Der Strom, der durch die Werkstücke geht, hat gewöhnlich eine sehr hohe Stromstärke, geht aber nur für eine relativ kurze Zeit hindurch. Beim Verbinden von zwei sauberen Stahlplatten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einer Dicke von 0,3125 cm ließe man eine Strom von 20 000 Ampere etwa 1/3 Sekunde fließen. Da der elektrische Widerstand am höchsten ist, wo die beiden Arbeitsflächen in Berührung miteinander gehalten werden, wird das Schmelzen in diesem lokalisierten Bereich initiiert.The current that goes through the workpieces is usually very high amperage, but only passes through for a relatively short time. When connecting of two clean, low carbon steel plates with a thickness of 0.3125 cm, a current of 20,000 amps would be allowed to flow for about 1/3 of a second. Since the electrical resistance is highest where the two work surfaces meet are held together, the melting will occur in this localized area initiated.

Der Stromfluß wird kurz gehalten, um das Schmelzen auf einen kleinen Metallklumpen zu beschränken. Bei der Verfestigung bildet der Klumpen den Kern der ~Punktschweißung". Die durch das Metall gehende Strommenge sollte ausreichen, um eine Phasenumwandlung in der glasartigen Metallegierung zu bewirken, und führt vorzugsweise zur Verflüssigung von etwas Legierung in dem Verbindungsbereich.The current flow is kept briefly in order to reduce the melting point to a small one Restrict lumps of metal. When solidifying, the lump forms the core of the ~ Spot Weld ". The amount of current going through the metal should be enough to to bring about a phase change in the vitreous metal alloy, and preferably leads to liquefy some alloy in the joint area.

Der Strom ist vorzugsweise Gleichstrom, doch sind auch Wechselströme mit niedrigerer Frequenz bis zu etwa 10 Hz geeignet. Typischerweise liegt die Quetschzeit bei etwa 1/100 Sekunde bis 1 Sekunde.The current is preferably direct current, but alternating currents are also possible with a lower frequency up to about 10 Hz suitable. The squeezing time is typically at about 1/100 second to 1 second.

Für wirksames Arbeiten kann die Anlage auf einer Widerstandsschweißapparatur derart angeordnet werden, daß die zwischen den Elektroden gehaltenen Stücke einer Reihe von Operationen in Schnellfeuerreihenfolge ausgesetzt werden können. Es ist möglich, mit einer Apparatur dieser Art (1) Klemmdruck auszuüben, (2) geringen Strom für das Vorerhitzen einzuführen, (3) starken Strom für die Verbindung einzuführen, (4) eine bemessene Zeitdauer verstreichen zu lassen, so daß die Verbindung abkühlen kann, (5) entweder starken oder geringen Strom für etwas spezielle Wärmebehandlung einzuführen und (6) gegebenenfalls erhöhten Schmiededruck für eine Kornverfeinerung aufzubringen. Ein Verbindungsprogramm wie dieses kann für das Verbinden einschließlich einer Härtung von glasartiger Metallegierung verwendet werden, die zu Brüchen neigen könnte, wenn sie mit einem Stromstoß verbunden und ohne Vorkehrungen gekühlt würde.For effective work, the system can be built on a resistance welding apparatus are arranged so that the pieces held between the electrodes a Series of operations can be suspended in rapid-fire order. It is possible to apply (1) clamping pressure with an apparatus of this type, (2) low current introduce for preheating, (3) introduce strong current for connection, (4) Allow a measured amount of time to pass for the joint to cool can, (5) either high or low current for some special heat treatment and (6) if necessary, increased forging pressure for grain refinement to raise. A connection program like this one can be used for connecting including a hardening of vitreous metal alloy, which tend to break could if it were connected to a power surge and cooled without any precautionary measures.

Die resultierende Metallverbindung ist fest und im wesentlichen frei von Brüchen, Mikrorissen, Hinterschneidungen und Porosität. Fehlendes Schmelzen und fehlende Durchdringung bilden keine Probleme, wenn die glasartigen Metallegierungen nach der Erfindung verwendet werden. Geeignete glasartige Metallegierungszusammensetzungen führen zu niedriger Korrosion an der Verbindung. Da die mit diesen Legierungen gebildete Verbindung dazu neigt, bezüglich der verbundenen Metalle kathodisch zu sein, wird die Verbindung gegenüber ernsthafter Korrosion geschützt. Die große anodische Fläche der verbundenen Teile und die kleine kathodische Fläche, die leicht passiviert werden kann, führt insgesamt zu einer niedrigen Korrosionsgeschwindigkeit der Struktur. Eine solche niedrige Korrosion glasartiger Legierungszusammensetzungen enthält vorzugsweise Chrom. Das Verfahren nach der Erfindung ist brauchbar zur Herstellung von Gegenständen, wie Wellenplatten, Wä.rmeaustauschern und dergleichen, wo Korrosion in Betracht gezogen werden muß.The resulting metal compound is strong and essentially free of breaks, microcracks, undercuts and porosity. Lack of melting and lack of penetration do not pose a problem when the glassy metal alloys can be used according to the invention. Suitable glassy metal alloy compositions lead to low corrosion on the joint. Since the formed with these alloys Connection tends to be cathodic with respect to the connected metals the connection protected from serious corrosion. The large anodic surface of the connected parts and the small cathodic area which are easily passivated leads to an overall low rate of corrosion of the structure. Such low corrosion of glassy alloy compositions preferably contains Chrome. The method according to the invention is useful for the manufacture of articles such as wave plates, heat exchangers and the like, where corrosion is an issue must be pulled.

Elektrische Widerstandsschweißapparaturen sind im allgemeinen für eine bestimmte Stromstärke eingerichtet und können nacheinander Bögen nur bis zu einer bestimmten Dicke verschweissen. Während der Experimente mit dem Verbindungsverfahren mit glasartigem Metall konnten Bögen, die zweimal so dick sind, leicht miteinander verbunden werden. Die elektrischen Widerstandsschweißeinrichtungen erfordern sehr genaue Strom/ Zeit-Zyklen für erfolgreiches Verschweißen. Das Verbindungsverfahren mit glasartigem Metall erfordert jedoch weniger scharfe Strom/Zeit-Zyklen.Electric resistance welding equipment is generally used for Set up a certain amperage and can only bows up to one after the other weld a certain thickness. During the experiments with the connection method with vitreous metal, arches twice as thick could easily connect with each other get connected. The electric resistance welders require a lot precise current / time cycles for successful welding. The connection procedure however, with vitreous metal requires less sharp current / time cycles.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens des Widerstandverbindens mit glasartigem Metall gezeigt.In Fig. 1, an embodiment of the present method of the Resistance bonding with vitreous metal shown.

Zwei Metallbögen 10 und 12 haben dazwischen angeordnet einen Bogen 14 aus glasartiger Metallegierung. Die Elektroden 16 und 18 liefern Strom an die Metallbögen und pressen gleichzeitig die Metallbögen in einem kleinen Bereich gegen den glasartigen Metallgierungsbogen. Das Anlegen von Spannung an die Elektroden führt zu einem Strom, der Wärme in dem Verbindungsbereich 20 entwickelt, was zu einem Verschmelzen der glasartigen Metallegierung mit den Metallbögen führt.Two metal arches 10 and 12 have an arch interposed therebetween 14 made of vitreous metal alloy. The electrodes 16 and 18 supply power to the Metal arches and at the same time press the metal arches against in a small area the vitreous metal alloy arch. Applying voltage to the electrodes leads to a current that develops heat in the connection area 20, which leads to a fusing of the vitreous metal alloy with the metal arcs.

In Fig. 2 ist die Herstellung einer Naht entlang einer Fuge gezeigt. Zwei Metallstücke 22 und 24 haben dazwischen angeordnet einen Bogen aus glasartiger Metilegierung 26. Die Elektroden (nicht gezeigt) bewegen sich entlang einer Linie in Längsrichtung der Stücke 22 und 24 und verbinden die Metallteile mit einer Reihe von Punkten 28, die eine Naht ergeben, miteinander.2 shows the production of a seam along a joint. Two pieces of metal 22 and 24 have arranged between them an arc of vitreous Metal alloy 26. The electrodes (not shown) move along a line in the longitudinal direction of the pieces 22 and 24 and connect the metal parts with a row of points 28, which result in a seam, with one another.

In Fig. 3 sind grafisch die Stufen einer Widerstandsverbindung mit glasartiger Metallegierung gezeigt.3 graphically shows the stages of a resistor connection with vitreous metal alloy shown.

Fig. 3a stellt dar, daß die Quetschzeit das Zeitintervall ist, während welchem Druck auf die Metallteile ausgeübt wird.Figure 3a illustrates that the squeeze time is the time interval during what pressure is exerted on the metal parts.

Fig. 3b stellt dar, daß die Verbindungszeit das Zeitintervall ist, während welchem elektrischer Strom an die Metallteile angelegt wird.Fig. 3b shows that the connection time is the time interval during which electric current is applied to the metal parts.

Fig. 3c stellt dar, daß die Haltezeit das Zeitintervall ist, während welchem Druck auf die Teile 22 und 24 nach Beendigung des Anlegens des elektrischen Stromes aufgebracht wird.Fig. 3c shows that the hold time is the time interval while what pressure on the parts 22 and 24 after completion of the application of the electrical Stromes is applied.

Fig. 3d stellt dar, daß die Abschaltzeit dasjenige Zeitintervall ist, bei dem auf die Teile 22 und24 durch die Elektroden aufgebrachter Druck entlastet wird.Fig. 3d shows that the switch-off time is that time interval relieved of the pressure applied to parts 22 and 24 by the electrodes will.

Claims

Method of joining metal parts Priority: Serial No. 146 816 of May 5, 1980 in USA patent claims rN 0 method for connecting metal parts, characterized in that there is a glass-like surface between two metal surfaces Metal alloy arranges, presses the metal surfaces against each other and against the metal surfaces Applying sufficient electric current to phase transform the vitreous To effect metal alloy.

2. The method according to claim 1, characterized in that one vitreous metal alloy used, the boron, preferably 5 to 12 atomic% boron, contains.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that one Metal surfaces connecting together, which are made of alloys, which predominantly Contains transition metals.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one Metal surfaces connecting together, made of an iron alloy, preferably made of steel.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that one a vitreous metal alloy is used, which has a greater specific resistance than 1.2 times the specific resistance of the metal forming the surfaces Has.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that one Interconnects metal surfaces formed by two metal sheets or sheets will.

7. The method according to claim 6, characterized in that the Applying current with the help of two electrodes, which the two metal sheets or sheets press together with the glass-like metal alloy arranged between them.

8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that one a vitreous metal alloy is used, the solidus temperature of which is at least 200 C is lower than the lowest solidus temperature of the metal surfaces.