專利名稱：：用添加的sn基合金電弧或束釬焊/焊接相同或不同金屬或金屬合金的工件的方法和sn基...的制作方法用添加的SN基合金電弧或束釬焊/焊接相同或不同金屬或金屬合金的工件的方法和SN基合金焊絲本發(fā)明涉及利用添加的Sn基金屬合金電弧或束釬焊/焊接相同或不同金屬或金屬合金的工件的方法。將由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、石更金屬(hardmetal)及其4、金制成的工件焊接或釬焊，待連接的該工件可由相同或不同金屬或金屬合金構成。本發(fā)明還涉及填充由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件中的縫隙或凹陷的方法。本發(fā)明還涉及用于上述方法中的焊絲。在汽車制造業(yè)中尤其在小汽車制造中，為了降低車身的整體重量，在車身結構中采用各種輕金屬部件已經(jīng)變得常見，這對降低總燃料消耗具有積極作用。通常在這方面釆用由鋁、鋁合金或鎂合金制成的部件。實際上，目前在市場上銷售的汽車中，這些材料構成了其車身的一半以上。用在車身結構中的材料變化還使得需要現(xiàn)有連接工藝技術的相應配合。雖然早期車身結構主要需要薄鋼板連接，但是現(xiàn)在變得必須以提供連接。特別是對于用在輕質(zhì)結構中的薄金屬板在連:加工期間存在由引入大量的熱所引起的高的組成部件變形和涂層破壞的風險。為了連接薄鋼板例如通常用在車身結構中的鍍鋅金屬薄板，現(xiàn)有技術尤其采用惰性氣體焊接或惰性氣體釬焊。在DIN1910-2中已經(jīng)描述了這些方法。金屬的惰性氣體焊接是這樣一種方法，其中通過惰性氣體流中的焊絲電極與工件之間的電弧燃燒使待焊接區(qū)域中的工件熔融。焊絲電極可包括焊接添加劑，并且必須適應于待焊接的材料。這樣，待焊接的工件區(qū)域相互連接。在束焊接/釬焊中，連接過程中使用的能量通過光源、激光源或電子束源引入。利用上述方法，將鋼以及有色金屬焊接在一起一種可選的方法是金屬惰性氣體釬焊，其與金屬惰性氣體焊接的不同之處僅在于使用熔點低于待連接基底材料的焊料作為焊絲電極，從而使整個過程可在較低的溫度下進行。該方法也被稱作"MIG釬焊"，尤其在汽車工業(yè)中連接鍍鋅薄金屬板中獲得承認。與相應的焊接方法相比，其提供的優(yōu)點是過程安全性更高、焊縫質(zhì)量提高和連接強度高，以及連接的金屬部件的抗腐蝕性高。在該方法中，可使用惰性氣體(例如氬氣)或具有活性組分的氣體的混合物作為用于焊接的惰性氣體。這些氣體混合物包括能夠產(chǎn)生較平滑焊縫和良好的到基底材料的焊縫過渡部分的組分。為此，例如使用氬氣與少量氧氣的混合物。使用釬焊焊料或高溫焊料例如銅基焊絲作為焊料。它們基本上由包括各種合金化元素例如硅、鋁、錫、鎳、鋅和錳的銅組成。焊料的熔點為約950'C-140(TC，這是進行這種釬焊的區(qū)域。熔點低于銅基焊絲的熔點的焊料由例如Zn、Al或Sn基合金組成。迄今，在利用焊炬、氣體燃燒器或利用烙鐵的火焰釬焊中尤其使用SnPb合金，這該方法中，填充凹陷或焊封裂紋代表主要目的。在另一應用中，這些焊接材料用在熱交換結構內(nèi)的爐內(nèi)釬焊中。下面描述的本發(fā)明意欲提供電弧或束焊接/釬焊的改進，從而允許將各材料類似地互相連接在一起，和將不同金屬和金屬合金尤其是由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的那些類似地連接在一起。通過使用錫基焊料進行電弧或束焊接/釬焊來連接這些材料迄今尚未被述及。在使用根據(jù)本發(fā)明的方法和添加材料時，甚至在自動化方式下有可能用低的能量輸入來焊封裂紋、填充部件之間的間隙和填充凹陷。歐洲專利申請EP1462207Al公開了一種使用Zn/Al添加材料來惰性氣體焊接或惰性氣體釬焊由相同或不同金屬或金屬合金制成的工件的方法。通過使用鋅-鋁合金作為焊料材料，該方法可在350'C-45(TC的溫度進行。因此本發(fā)明的技術目的是改進現(xiàn)有技術中已知的電弧或束焊接/釬焊方法，從而使除了連接相同金屬之外，該方法還適用于連接不同金屬尤其是鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金，并且此外，通過進一步降低所采用合金的熔化溫度該方法可適用于連接薄壁的、涂敷的或低熔點的材料而基本上不降低連接部的強度。上述技術目的通過使用添加金屬合金來電弧或束焊接/釬焊由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件(A)和由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件(B)的方法來實現(xiàn)，其中所述工件(A)和(B)可由相同或不同金屬或金屬合金構成，其特征在于以下步驟(a)定位待連接的工件，例如以鄰接或搭接方式。(b)將包含SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金的添加金屬合金熔融；(c)將熔融的添加金屬合金施用到被定位的工件之間的接觸表面或接觸表面的局部區(qū)域上；和(d)冷卻連接的工件；其中步驟b)和c)緊接著相繼進行。步驟a)至d)的一個步驟或多個步驟可使用惰性氣體進行。本發(fā)明意義中作為惰性氣體的是在該過程中不與添加的金屬合金或者不與工件材料進行任何反應的那些氣體或氣體混合物。在優(yōu)選方式中，為此使用惰性氣體尤其是氬氣。在另一方面，還有可能使用包含惰性氣體和影響工藝或合金形成的活性氣體的氣體混合物。例如，這些包括含有氬氣和少量氧氣或二氧化碳的氣體混合物。通過利用所述錫基合金作為添加金屬合金，可在單步驟過程中將由不同金屬材料制成的工件連接在一起，該過程也可按照連續(xù)的或自動化的方式來進行。由于錫基合金的150X:-40(rC、優(yōu)選180°C-350。C和更優(yōu)選200。C-300X:的較低熔化溫度，與在約IOOO'C下進行的先前惰性氣體釬焊方法相比，整個過程可在較低溫度下進行。因此，由于整個操作有可能在較低溫度下進行，組成部件的變形顯著較小。特別地，這還允許連接非常薄的材料或涂敷的材料例如厚度小于1mm的帶材或薄金屬板，該帶材或薄金屬板由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成。此外，較低溫度有利于釬焊過程節(jié)約相當大的能耗。由于Sn基焊接材料的良好縫隙填充，有可能高效地密封連接部和凹陷。另一優(yōu)點在于，鋼組件如果以鍍鋅薄鋼板的形式使用，則由于較低的溫度而不損壞它們的鋅鍍層，焊接焊縫或釬焊焊縫的區(qū)域中的腐蝕防護得以保持，使得不必進行繁瑣的二次操作來保持腐蝕防護。例如，可使用厚度低于1mm如0.3-1.0mm的熱浸鍍鋅薄鋼板。鋅的熔點為419。C并且沸點為908°C。因此，在1000。C左右釬焊溫度下，薄鋼板的大部分量的鋅鍍層將蒸發(fā)。在一方面，這影響連接過程和連接部的強度，在另一方面，造成薄鋼板的抗腐蝕性降低，該抗腐蝕性由所述鋅鍍層實現(xiàn)并將在連接過程中被破壞。利用根據(jù)本發(fā)明的方法，在顯著較低的溫度例如200-300。C下實現(xiàn)連接，從而避免了上述問題。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點是，使用的合金的低熔化溫度甚至允許連接低熔點基材例如用在如建筑(construction)部門中的薄鋅板。此外，有可能連接敏感的或疊層的材料。另一優(yōu)點之處在于，可釬焊例如鎳、鈹或鈦基材料而不使用侵蝕性的助熔劑。此外，發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的釬焊連接部具有高的強度和良好的抗腐蝕性。在優(yōu)選實施方案中，該方法使用由包含鍍鋅鋼或非鍍鋅鋼的鋼制成的工件。目前，在汽車制造工業(yè)中常使用傾向于延長汽車壽命的精細且鍍鋅的薄金屬板。在車身結構中這些薄金屬板的平均百分比目前大于70%。因此，大多數(shù)汽車制造商保證長達12年的防銹保質(zhì)期。在優(yōu)選實施方案中，金屬材料由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金構成。特別優(yōu)選的是汽車制造工業(yè)中目前常使用的鋁和鋁合金以及鋁-鎂合金。它們具有良好的機械性能，并且由于它們的低比重，導致車身總重量降低，且因此導致燃料消耗減少。在特別優(yōu)選實施方案中，擬將由鋼、尤其是鍍鋅鋼制成的材料與由鋁、鋁合金、鎂、鎂合金以及鋅和鋅合金制成的材料連接。在優(yōu)選實施方式中，為此使用具有鋅或銅的二元錫基合金即SnZn或SnCu合金、或者包含SnZnCu體系的三元合金。在優(yōu)選實施方案中，該方法可用來連接鋅與鋅合金，特別是在構建屋頂?shù)牟块T中。在特別優(yōu)選實施方案中，使用電弧焊接/釬焊方法或束焊接/釬焊方法來連接工件。上述方法是這樣的方法，其中通過電弧或等離子體或激光源來熔化焊料，并且將液體焊料施用到待焊接/釬焊的位置上。這些方法被稱為電弧焊接/釬焊方法、等離子體焊接/釬焊方法、激光焊接/釬焊方法或WIG焊接/釬焊方法，根據(jù)本發(fā)明的這些方法包括的具體特征是，這些方法利用錫基焊料來進行。特別優(yōu)選的是惰性氣體焊接/釬焊方法。電弧在焊絲電極和工件之間燃燒。該焊絲電極被從中將惰性氣體通入到待連接的位置的惰性氣體噴嘴圍繞。該焊絲電極由所述添加金屬合金構成，因此提供用來連接工件的焊料。這種方法允許在單步驟連續(xù)過程中連續(xù)連接金屬材料。特別有利的是，可實現(xiàn)高處理速率。優(yōu)選使用焊絲電極和工件之間的電弧燃燒來實現(xiàn)添加金屬合金的熔融。當連接鋼和輕金屬例如鋁或鎂和其合金時，在根據(jù)本發(fā)明的方法中使輕金屬部分熔融。此外，使用焊料使得該方法為組合的焊接-釬焊方法。電弧或束焊接/釬焊的另一優(yōu)點是，不必如同爐內(nèi)釬焊的情況中那樣加熱全部組成部件。因此，避免了爐內(nèi)釬焊的缺點例如關于在溫度下準確定位的大量操作、變形風險和氧化。本發(fā)明的方法可在具有或不具有助熔劑下進行。一般而言，助熔劑用來促進焊料在釬焊期間熔融，促進特殊物質(zhì)的析出或防止氧化。尤其在鋁的情況下，為了除去有妨礙的氧化物層，通常使用助熔劑。然而，使用助熔劑是不利的，因為大多數(shù)助熔劑具有高度侵蝕性，造成鋁在與其它金屬連接之后腐蝕。因此在熱連接之后需要額外步驟來除去助熔劑。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法可不利用任何助熔劑來進行，并且仍然可在被連接的材料之間產(chǎn)生高強度且持久的連接。更令人驚奇的是，正是這種例如由鋼、鋁或鎂的合金制成的不同的金屬的連接可形成極脆的金屬間相，導致連接部的強度不夠。顯然，正是本發(fā)明方法中所需的基本上較低溫度避免形成所述金屬間相，從而獲得強度較高的連接部。作為添加的金屬合金，優(yōu)選使用那些錫基合金，其除正常雜質(zhì)外還包括至多55重量％鋅和/或至多5重量％銅和/或至多5重量。Mg。特別優(yōu)選的錫合金包括10-55重量％鋅，甚至更優(yōu)選的是包括20-52重量%鋅的那些。同樣優(yōu)選的錫合金包括2-4重量％銅，或5-10重量％鋅和2-4重量％銅。更具體地，可使用以下錫合金SnZn2。、SnZn3。、SnZn52、SnCii3和SnZn7Cu3。除正常雜質(zhì)外，所述錫基合金可包括一種或多種合金化添加劑，特別是至多5重量。/。Ti、至多5重量。/。Sb、至多2000ppmLi、至多5000ppmBi、至多5000ppmCe和至多5000ppmGa。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用以實心焊絲或帶芯焊絲形式的添加金屬合金。如果使用帶芯焊絲，其芯可包括釬焊所需的合適的添加劑。例如，添加劑可為助熔劑或選自包含鋁、鉻、鈦、錳和鎳的組的金屬粉末。在優(yōu)選方式中，本發(fā)明的方法可按照這樣的方式進行，即，用電弧、等離子體或激光使由惰性氣體流包圍的由錫基合金制成的焊絲電極熔融，并且將熔融的添加金屬合金施用到被定位的工件的相應接觸表面或接觸表面的局部區(qū)域上。這在熔化添加金屬合金之后立刻進行。由于高的施用速率，根據(jù)本發(fā)明的方法還允許在薄金屬板處理和車身構建中簡單地填充縫隙和凹陷。由于使用的合金硬度低，很有可能進行修復區(qū)域的二次處理。因此，本發(fā)明還涉及在通過電弧或束焊接/釬焊由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件進行薄金屬板處理和車身構建中使用熔融的添加金屬合金填充縫隙或凹陷的方法，其特征在于以下步驟a)將包含SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金的添加金屬合金熔融；b)將熔融的添加金屬合金施用到工件的縫隙或凹陷中，和任選地整平添力口材料；和c)冷卻工件；其中步驟a)和b)緊接著相繼進行。關于它們的實施和使用方法的說明，填充縫隙或凹陷的方法的優(yōu)式:、,'；5'曰'，、、'.'、，本發(fā)明還涉及在上述方法之一中直徑為0.8-3.2mm的用作添加材料的焊絲，該焊絲由具有至多55重量％水平的鋅和/或至多5重量％水平的銅和/或至多5重量％水平的Ag的錫基合金構成。在所述焊絲的優(yōu)選實施方式中，錫基合金即錫-鋅、錫-銅或錫-鋅-銅合金除正常雜質(zhì)外，還包括作為單獨組分或以組合形式的一種或多種以下合金化添加劑至多5重量。/。Ti、至多5重量y。Sb、至多2000ppmLi、至多5000ppmBi、至多5000ppmCe和至多5000ppmGa。在優(yōu)選實施方式中，焊絲可為實心焊絲或帶芯焊絲。將參考以下實施例對本發(fā)明進行更加詳細說明。實施例使用惰性氣體焊接和各種錫基焊料進行試驗以產(chǎn)生熱浸鍍鋅薄鋼板的釬焊連接部。使用厚度為0.7-1mm的熱浸鍍鋅薄鋼板作為基底材料。在一測試系列中，使用實心焊絲形式的直徑為1.6mm的SnZn2。、SnZri52和SnCu3釬焊絲作為焊接材料?，F(xiàn)有技術中的ZnAlXuu釬焊絲(EP1462207Al)用于對比。氬氣用作惰性氣體。裝置角為45-80°，并且焊炬(在焊炬處的電弧)的傾角為60-90°。焊炬和待連接工件之間的間距在惰性氣體噴嘴處為10-25mm，并且在釬焊期間軌跡(path)進給速率為0.3-1.3m/分鐘。發(fā)現(xiàn)當采用上述參數(shù)時，有可能在鋼部件之間產(chǎn)生可再現(xiàn)的連接部，形成均勻的焊接縫/釬焊縫，該焊縫具有平滑、均勻的表面，對基底材料具有良好的結合。隨后，對機械-技術性能的研究顯示，可施加到焊縫橫截面上直至出現(xiàn)斷裂的力比得上用添加的Zn基材料進行釬焊中所得到的力。測試參數(shù)和得到的結果見表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>上述結果證明，當使用根據(jù)本發(fā)明的方法時，有可能在低溫下于鋼材料之間產(chǎn)生例如牢固和抗腐蝕的連接部。在另一測試系列中，使用MIG方法用SnZri7Cu3添加材料填充組成部件之間縫隙寬度為2mm的縫隙。權利要求1.一種通過使用熔融的添加金屬合金來電弧或束焊接/釬焊工件(A)和工件(B)的方法，所述工件(A)由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成，所述工件(B)由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成，其中所述工件(A)和(B)可由相同或不同金屬或金屬合金構成，其特征在于以下步驟a)定位待連接的工件；b)將包含SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金的添加金屬合金熔融；c)將熔融的添加金屬合金施用到被定位的工件之間的接觸表面或接觸表面的局部區(qū)域上；和d)冷卻連接的工件；其中步驟b)和c)緊接著相繼進行。2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，由鋼制成的所述工件由鍍鋅鋼或非鍍鋅鋼或涂敷材料枸成。3.根據(jù)權利要求1或2的一項或多項的方法，其特征在于，用電弧或通過等離子體處理或者通過激光或光來熔化添加金屬合金。4.根據(jù)權利要求1至3的一項或多項的方法，其特征在于，使用助熔劑來連接工件。5.根據(jù)權利要求1至4的一項或多項的方法，其特征在于，步驟a)至d)的一個步驟或多個步驟使用惰性氣體來進行。6.根據(jù)權利要求1至5的一項或多項的方法，其特征在于，Sn基合金包括至多55重量％鋅和/或至多5重量％銅和/或至多5重量y。Ag。7.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于，Sn基合金可包括作為單獨組分或以組合形式的一種或多種以下合金化添加劑至多5重量。/。Ti、至多5重量。/。Sb、至多2000ppmLi、至多5000ppmBi、至多5000ppmCe和至多5000ppmGa。8.根據(jù)權利要求1至7的一項或多項的方法，其特征在于，添加金屬合金以實心焊絲或帶芯焊絲形式使用。9.一種在通過電弧或束焊接/釬焊由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件進行薄金屬板處理和車身構建中使用熔融添加金屬合金填充縫隙或凹陷的方法，其特征在于以下步驟a)將包含SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金的添加金屬合金熔融；b)將熔融的添加金屬合金施用到工件的縫隙或凹陷中，和任選地整平添加材料；和c)冷卻工件；其中步驟a)和b)緊接著相繼進行。10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于，由鋼制成的所述工件由鍍鋅鋼或非鍍鋅鋼或涂敷材料構成。11.根據(jù)權利要求9或10的一項或多項的方法，其特征在于，用電孤或通過等離子體處理或者通過激光或光來熔化添加金屬合金。12.根據(jù)權利要求9至11的一項或多項的方法，其特征在于，使用助熔劑來實施所述方法。13.根據(jù)權利要求9至12的一項或多項的方法，其特征在于，步驟a)至c)的一個步驟或多個步驟使用惰性氣體來進行。14.根據(jù)權利要求9至13的一項或多項的方法，其特征在于，Sn基合金包括至多55重量％鋅和/或至多5重量°/。銅和/或至多5重量。Mg。15.根據(jù)權利要求14的方法，其特征在于，Sn基合金可包括作為單獨組分或以組合形式的一種或多種以下合金化添加劑至多5重量%Ti、至多5重量。/。Sb、至多2000ppmLi、至多5000ppmBi、至多5000ppmCe和至多5000ppmGa。16.根據(jù)權利要求9至15的一項或多項的方法，其特征在于，添加金屬合金以實心焊絲或帶芯焊絲形式使用。17.—種直徑為0.8-3.2mm的焊絲，用作根據(jù)權利要求1-16的方法之一中的添加材料，該焊絲由具有至多55重量％水平的鋅和/或至多5重量°/。水平的銅和/或至多5重量％水平的Ag的錫基合金構成。18.權利要求17的焊絲，其特征在于，SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金除正常雜質(zhì)外，還可包括作為單獨組分或以組合形式的一種或多種以下合金化添加劑至多5重量Vn、至多5重量。/。Sb、至多2000ppmLi、至多5000ppmBi、至多5000ppmCe和至多5000ppmGa。19.權利要求17或18的焊絲，其特征在于，該焊絲為實心焊絲或帶芯焊絲。全文摘要通過使用熔融添加金屬合金來電弧或束釬焊/焊接由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件(A)和由鋼、鑄鐵、鎳、鎘、鈹、鈦、鉬、鎂、鋁、銅、鉛、鋅、錫、硬金屬及其合金制成的工件(B)的方法，其中所述工件(A)和(B)可由相同或不同金屬或金屬合金構成，其特征在于以下步驟a)定位待連接工件；b)將包含SnZn、SnAg、SnZnAg、SnCu、SnCuAg、SnZnCu或SnZnCuAg合金的添加金屬合金熔融；c)將熔融的添加金屬合金施用到被定位工件之間的接觸表面或接觸表面的局部區(qū)域；和d)冷卻連接的工件；其中步驟b)和c)緊接著相繼進行。本發(fā)明還涉及在薄金屬板處理和車身構建中填充縫隙或凹陷的方法以及用于該方法的焊絲。文檔編號B23K35/02GK101223001SQ200680026000公開日2008年7月16日申請日期2006年8月1日優(yōu)先權日2005年8月5日發(fā)明者F·普倫格,J·施普里斯特斯巴赫,J·維希涅夫斯基申請人:格里洛工廠股份公司