尤其用于改善在两个金属结构部件的热连接期间形成的接缝质量的填充材料

摘要

本发明涉及尤其用于改善在两个金属结构部件11、12的热连接期间形成的接缝质量的填充材料1、4。根据本发明，填充材料1、4包括芯2、5和包围至少部分芯的涂层3、15。由于填充材料包括在芯2、5上的涂层3、15，可选择用于涂层3、15的合金材料，而在很大程度上与关于用于芯2、5的基材的任何可能的限制冶金要求无关，使得利用根据本发明的非均质填充材料1、4，始终得到连接结构部件的最优接缝特性，而在很大程度上与芯2、5的材料组成无关。而且，如果使用基本为H－形的横截面几何形状的填充材料1、4，则在热连接工艺中待连接的结构部件11、12的初级固定或对准变得可能。

说明书

相关申请

本申请要求2006年1月24日提交的德国专利申请No.102006 003 191.1的优先权，其公开内容通过引用并入本发明中。

技术领域

本发明涉及填充材料(filler material)，尤其是用于改善在两个金属结 构部件的热连接(thermal joining)期间形成的接缝质量的填充材料。

背景技术

在结构部件的热连接期间，经常使用填充材料以提高接缝的质量。根 据各种结构部件材料，使用特别匹配上述各种结构部件材料的填充材料， 例如在钎焊或焊接期间将所述填充材料加入接缝形成区域中。通常，填充 材料以条或线状存在。为获得最佳的接缝质量，必须将一定量的合金元素 加入填充材料。然而，由于合金元素在基体材料中的溶解度有限和由于所 导致的分离问题，目前为止还不能随意地实现合金组合物。

已知的填充材料具有如下缺点：合金元素不能以无限制的浓度溶于填 充材料中，从而不能实现最佳接缝质量真正所需要的合金元素的浓度。而 且，将合金元素均匀地置于接缝形成区域中通常存在困难。

可能需要避免用于热接头连接(joint connection)的已知填充材料的 上述缺点。

由于填充材料包括芯和至少部分包围所述芯的涂层，涂层可包括用于 在热连接工艺期间形成最佳接缝的几乎任何浓度的合金添加剂，而与涉及 填充材料的芯的冶金组成的任何限制无关。

在填充材料的一个示例性实施方案中，填充材料包括基本圆形、卵形 或椭圆形截面几何形状。这使得能够容易地例如以卷形物形式存储填充材 料。

填充材料的另一个示例性实施方案包括基本为H-形的截面几何形状。 首先，这允许最佳地将填充材料放置在接缝形成区域中而不需要另外的引 导。第二，该设计使得可以将待通过热连接而连接的结构部件进行固定或 对准。在这种布置中，通过填充材料本身的特定的几何形状来进行对准。 在热连接工艺期间，无需单独供给填充材料，从而可实现在时间和成本上 相当大的节省。

根据填充材料的另一个示例性实施方案，在所有的情况下，填充材料 的两个肢状物(limbs)相间隔一定距离，该距离大约对应于待连接的结构 部件的材料厚度，使得两个结构部件可由填充材料固定。以此方式，接缝 形成区域中的结构部件稍微挤塞或夹紧在填充材料的肢状物之间，使得利 用填充材料本身可在热连接工艺之前使结构部件彼此相对地可靠定位固 定。

根据填充材料的另一个示例性实施方案，填充材料的中间蹼状物 (middle web)的材料厚度大约对应于待形成的接缝的宽度。这确保没有过 量的材料供入接缝区域中。

在另一个示例性实施方案中，涂层包括小于100μm的材料厚度。以 此方式，确保涂层可以容易地产生并且同时确保在涂层中供给足够量的另 外的材料，所述另外的材料提高焊缝质量。

在另一个示例性实施方案中，芯包括金属基材(metal base material)， 尤其是铝或铝合金。以此方式，基材的组成可以基本上与冶金要求无关地 进行选择，以提供在涂层中合金化材料的最佳接缝特性。因此，基材可例 如以着眼于易加工性和/或低的生产成本的目标化方式(targeted manner) 进行优化。基材优选基本上包括铝或铝合金。

在另一个示例性实施方案中，涂层包括金属合金化材料，尤其是铜、 硅、锂等。以此方式，用于涂层的金属合金化材料的组成或质量可以以目 标化方式集中于实现最佳接缝特性，而很大程度上与基材金属(base metal)必须满足的要求无关。为了实现接缝的最佳特性，用于涂层的金属 合金材料优选包括铜、硅、锂或其组合。

附图说明

附图所示如下：

图1在第一实施方案变体中的根据本发明的填充材料的横截面，

图2在第一实施方案变体中的填充材料的纵截面，

图3在具有两个待进行热连接的结构部件的第二实施方案变体中填 充材料的横截面，和

图4在第二实施方案变体中的具有两个结构部件的填充材料的顶视 图。

在附图中，相同附图标记用于表示相同的结构元件。

示例性实施方案详述

图1显示在第一实施方案变体中根据本发明的填充材料的横截面。

用于改善热连接工艺中、尤其是焊接或钎焊工艺中接缝质量的根据本 发明非均质填充材料1包括基本上为圆形的横截面几何形状。填充材料1 由芯2和包围所述芯2的涂层3形成。在给出的示例性实施方案中，涂层 3同心地包围芯2。填充材料1的基本上为圆形的横截面几何形状(圆柱形 的线)使得能够容易地存储填充材料1，例如以卷状物的形状存储，并且 确保将填充材料容易输入或供给接缝形成区域，这尤其在自动化热连接工 艺的情况下很重要。其它的横截面形状例如多边形、卵形或椭圆形的横截 面几何形状也是能够想到的。

填充材料1的芯2可以使用非贵金属例如铝、铝合金等作为基材来形 成。芯2的涂层3可包括合金化材料例如铜、硅、锂或这些材料的任何期 望的组合。根据待热连接的结构部件的材料组成，其中根据本发明填充材 料1的材料组合物用作辅助接合材料以提高接缝质量，芯2和/或涂层3可 包括与上述不同的金属和/或金属合金。可选择涂层3的合金化成分而完全 不考虑涉及芯2的化学组成的任何冶金限制的事实是非常重要的。

图2显示填充材料1的纵截面。芯2被涂层3完全地(即共轴地)包 围。以不同于此的方式，芯2也可仅仅被涂层3部分地包围。例如，涂层 3可以在线状(wire-shaped)填充材料1的纵向上设计为合金化材料条的 形式，所述条布置在芯2上，使得彼此在径向上均匀间隔。

通过已知方法例如通过电镀涂敷法，刷涂(brushing on)糊状金属合 金化材料、喷涂金属合金化材料或通过PVD涂敷工艺，可将涂层3例如 施加于芯2。

图3显示在第二实施方案变体中填充材料的横截面。

在该实施方案变体中，填充材料4包括具有基本上为H形或双T形横 截面几何形状的芯5。填充材料4的芯5也可包括非贵金属例如铝、铝合 金等作为基材。芯5包括总共四个肢状物6至9，其通过基本上垂直延伸 的中间蹼状物10而彼此连接。肢状物6、7以及肢状物8、9以稍微V-形、 以相对于水平面小于30°的角度指向内部。由于填充材料4的基本上为H 形横截面几何形状和肢状物6至9的稍微V形排列，待通过热连接工艺而 连接的结构部件11、12可以在肢状物6和8以及7和9之间夹持，并且可 以彼此相对对准和固定。为了确保以不存在较大程度上位移的方式来夹住 结构部件11、12，肢状物6、8或7、9之间的距离比结构部件11、12的 材料厚度13、14略小。

结构部件11、12例如可以是片状结构，例如铝片或包括铝合金的片。 此外，结构部件11、12可以是线性结构，例如包括铝或铝合金的增强物外 形(reinforcement profile)。

在所示的示例性实施方案中，填充材料4的芯5也包括周围的涂层15， 所述涂层15包括适合的合金化材料例如铜、硅、锂或这些金属的组合，以 便制造非均质的填充材料4。涂层15也可仅仅在某些部分存在。

在中间蹼状物10的区域中，在结构部件11、12的对接边缘之间的热 连接工艺中出现接缝(图3中未显示)，所述接缝中芯5的基材、结构部件 11、12的材料和涂层15的合金化材料充分混合。在这种布置中，中间蹼 状物10的宽度16优选基本上对应于待形成或正在产生的接缝的宽度。与 刚刚提到的方式不同，中间蹼状物10的宽度16可以更窄或更宽。

根据本发明，由于填充材料4的基本上为H形的横截面几何形状，基 材和/或合金化材料以精确局部定位和精确计量的方式供给进入接缝形成 区域。无需单独地供给传统的焊接助剂或钎焊助剂，这导致有可能在时间 和成本上实现相当大的节省。

图4显示根据第二实施方案变体的填充材料4的顶视图。

将结构部件11、12固定或对准用于后续接合工艺，并且通过由中间蹼 状物10连接的肢状物6、7以及布置在其下方的肢状物8、9(图4中未显 示)而保持在一起。

应注意，表述“包括”不排除其它的元件或步骤，并且没有用数量词修 饰的名词(“a”或“an”)不排除多个。而且在不同的实施方案中描述的元 件可以进行结合。

也应该说明：权利要求中的附图标记不应该解释为限制权利要求的范 围。

附图标记列表

1       填充材料

2       芯

3       涂层

4       填充材料

5       芯

6       肢状物

7       肢状物

8       肢状物

9       肢状物

10      中间蹼状物

11      结构部件

12      结构部件

13      材料厚度

14      材料厚度

15      涂层

16      宽度

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种适应于在两个金属结构部件(11，12)的热连接期间形成接缝的 填充材料(1，4)，其中所述填充材料(1，4)包括芯(2，5)和包围至少 部分所述芯的涂层(3，15)，并且具有基本上为H形的横截面几何形状， 使得在所有情况下，所述填充材料(4)的两个间隔的肢状物(6，8；7，9) 间隔一定距离，所述距离大约对应于待连接的结构部件(11，12)的材料 厚度(13，14)，使得所述两个结构部件(11，12)可以由所述填充材料(4) 来固定。

2.根据权利要求1所述的填充材料，其中所述填充材料(4)的中间蹼状 物(10)的材料厚度大约对应于待形成的所述接缝的宽度(16)。

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的填充材料(1，4)，其中所述涂 层(3，15)包括小于100μm的材料厚度。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的填充材料(1，4)，其中所述芯 (2，5)包括金属基材，尤其是铝或铝合金。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的填充材料(1，4)，其中所述涂 层(3，15)包括金属合金化材料，尤其是铜、硅或锂。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的填充材料(1，4)，其中所述填 充材料(4)的所述两个分别间隔的肢状物(6，8；7，9)彼此相互倾斜， 使得它们适应于使待连接的所述两个结构部件(11，12)对准和固定。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的填充材料的用途，用于在接 缝的形成工艺中固定结构部件(11，12)。