материал наполнителя для образования соединительного шва во время термического соединения двух металлических элементов конструкции

Формула изобретения

1. Присадочный материал (1,4) для образования соединительного шва во время термического соединения двух металлических элементов конструкции, выполненный в виде сердечника (5) с покрытием (15), охватывающим сердечник по меньшей мере в отдельных зонах, который имеет по существу Н-образное поперечное сечение, образованное четырьмя ветвями (6,8; 7,9), соединенными друг с другом средней перемычкой (5), предназначенной для ее размещения между соединяемыми металлическими элементами (11, 12) конструкции, при этом ветви смещены друг от друга на расстояние, которое соответствует толщине упомянутых соединяемых элементов из условия закрепления их между упомянутыми ветвями.

2. Материал по п.1, в котором толщина средней перемычки (10) ориентировочно соответствует ширине (16) образуемого соединительного шва.

3. Материал по п.1 или 2, в котором покрытие (3, 15) имеет толщину меньше 100 мкм.

4. Материал по п.1, в котором сердечник (2, 5) содержит металлический базовый материал, в частности алюминий или сплав алюминия.

5. Материал по п.1, в котором покрытие (3, 15) содержит металлический легирующий материал, в частности медь, кремний, или литий.

6. Материал по п.1, в котором ветви (6,8; 7,9) наклонены друг к другу с возможностью выравнивания или закрепления между ними двух соединяемых элементов (11, 12) конструкции.

7. Применение материала по одному из пп.1-6 для фиксации элементов (11, 12) конструкции в процессе образования соединительного шва.

Описание изобретения к патенту

Область применения изобретения

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию материала наполнителя, в частности, для улучшения качества соединительного шва, образованного во время термического соединения двух металлических элементов конструкции.

Предпосылки к созданию изобретения

Во время термического соединения элементов конструкции материалы наполнителя часто используют для улучшения качества шва. В зависимости от различных материалов элементов конструкции используют материалы наполнителя, которые специально согласовывают с указанными материалами, причем эти материалы наполнителя добавляют, например, в область образования шва в ходе пайки или сварки. Обычно материалы наполнителя имеются в виде полос или проволоки. Для получения оптимального качества шва определенные количества легирующих элементов необходимо добавлять в материал наполнителя. Однако, за счет ограниченной растворимости легирующих элементов в материале матрицы и за счет результирующих проблем разделения, до настоящего времени не было возможности внедрять легирующие композиции по желанию.

Известные материалы наполнителя имеют недостаток, связанный с тем, что легирующие элементы не могут растворяться в неограниченных концентрациях в материале наполнителя, так что концентрация легирующих элементов, которая действительно требуется для оптимального качества шва, является недостижимой. Более того, часто возникают трудности, связанные с однородным введением легирующих элементов в область образования шва.

Таким образом, существует необходимость исключения указанных выше недостатков известных материалов наполнителя, используемых для термических соединений.

Так как материал наполнителя содержит сердечник и покрытие, которое окружает указанный сердечник по меньшей мере на некоторых его участках, то покрытие может содержать практически любые концентрации легирующих добавок для образования оптимального шва во время процесса термического соединения, вне зависимости от любых ограничений, связанных с металлургической композицией сердечника материала наполнителя.

В соответствии с примерным вариантом изобретения, материал наполнителя имеет по существу круглую, овальную или эллиптическую форму поперечного сечения. Это позволяет легко хранить материал наполнителя, например, в виде рулона.

В соответствии с другим примерным вариантом, материал наполнителя имеет по существу Н-образную геометрию поперечного сечения. Во-первых, это позволяет оптимально вводить (размещать) материал наполнителя в область образования шва без необходимости в использовании дополнительных направляющих. Во-вторых, это позволяет крепить или выравнивать (совмещать) элементы конструкции, подлежащие термическому соединению. В этой схеме расположения, выравнивание осуществляют за счет использования специальной геометрической формы самого материала наполнителя. При этом нет необходимости в обеспечении отдельной подачи материала наполнителя во время процесса термического соединения, так что может быть достигнута значительная экономия времени и материальных затрат.

В соответствии с еще одним примерным вариантом изобретения, в каждом случае две ветви материала наполнителя смещены друг от друга на расстояние, которое ориентировочно соответствует толщине материала соединяемых элементов конструкции, так что два элемента конструкции могут быть закреплены при помощи материала наполнителя. За счет этого, элементы конструкции в области образования шва немного зажаты между ветвями материала наполнителя, так что обеспечивается надежное положение фиксации элементов конструкции друг относительно друга ранее осуществления процесса термического соединения при помощи самого материала наполнителя.

В соответствии с еще одним примерным вариантом, толщина материала в средней перемычке материала наполнителя ориентировочно соответствует ширине соединительного шва, который должен быть образован. Это гарантирует отсутствие ввода избыточного материала в область соединительного шва.

В соответствии с еще одним примерным вариантом, покрытие материала имеет толщину меньше чем 100 мкм. За счет этого гарантируется легкость образования покрытия, но с одновременной подачей в покрытие достаточного количества дополнительных материалов, которые повышают качество сварного шва.

В соответствии с еще одним примерным вариантом, сердечник содержит материал на базе металла, в частности, алюминия или сплава алюминия. За счет этого, композиция базового материала может быть по существу выбрана вне зависимости от металлургических требований, так чтобы обеспечить оптимальные характеристики соединительного шва (за счет) легирующего материала в покрытии. Таким образом, базовый материал может быть, например, оптимизирован заданным образом, чтобы повысить технологичность и/или снизить издержки производства. Преимущественно, базовый материал по существу содержит алюминий или сплав алюминия.

В соответствии с еще одним примерным вариантом, покрытие материала содержит металлический легирующий материал, в частности, медь, кремний, литий и т.п. За счет этого, композиция или качество металлического легирующего материала для покрытия может быть сфокусирована заданным образом на достижении оптимальных характеристик соединительного шва, почти совершенно независимо от требований, которым должен соответствовать базовый металл. Для достижения оптимальных характеристик соединительного шва металлический легирующий материал для покрытия преимущественно содержит медь, кремний, литий или их комбинацию.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано поперечное сечение материала наполнителя в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения.

На фиг.2 показано продольное сечение материала наполнителя в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения.

На фиг.3 показано поперечное сечение материала наполнителя в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения, для случая термического соединения двух элементов конструкции.

На фиг.4 показан вид сверху материала наполнителя в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения, для случая двух элементов конструкции.

На всех чертежах аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показано поперечное сечение материала наполнителя в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения. Гетерогенный материал 1 наполнителя для улучшения качества соединительных швов в процессах термического соединения, в частности, в процессах сварки или пайки, в соответствии с настоящим изобретением, имеет по существу круговую геометрию поперечного сечения. Материал 1 наполнителя образован при помощи сердечника 2 и покрытия 3, которое окружает указанный сердечник 2. В показанном примерном варианте покрытие 3 концентрически охватывает сердечник 2. По существу круговая геометрия поперечного сечения (цилиндрическая форма проволоки) материала 1 наполнителя позволяет легко хранить материал 1 наполнителя, например, в виде рулона, и, кроме того, обеспечивает легкую подачу материала наполнителя в область образования шва, что важно, в частности, в случае автоматизированных процессов термического соединения. Также могут быть использованы и другие формы поперечного сечения, например, многоугольная, овальная или эллиптическая геометрия поперечного сечения.

Сердечник 2 материала 1 наполнителя может быть образован с использованием недрагоценных металлов в качестве базовых материалов, например, таких как алюминий, сплавы алюминия и т.п. Покрытие 3 сердечника 2 может содержать легирующий материал, например, медь, кремний, литий или любую желательную комбинацию этих материалов. В зависимости от композиции материалов элементов конструкции, которые необходимо термически соединить, когда композицию материала 1 наполнителя в соответствии с настоящим изобретением используют в качестве вспомогательного соединительного материала для повышения качества шва, сердечник 2 и/или покрытие 3 могут содержать металлы и/или металлические сплавы, которые отличаются от указанных здесь выше. Тот факт, что легирующую композицию покрытия 3 можно свободно выбирать без каких-либо металлургических ограничений, связанных с химическим составом сердечника 2, имеет особую важность.

На фиг.2 показано продольное сечение материала 1 наполнителя. Сердечник 2 полностью, то есть коаксиально, охвачен покрытием 3. Однако сердечник 2 может быть охвачен покрытием 3 и частично. Например, покрытие 3 может быть нанесено, в продольном направлении материала 1 наполнителя в виде проволоки, в форме полос легирующего материала, причем указанные полосы распределены на сердечнике 2 с равными промежутками друг от друга в радиальном направлении.

Покрытие 3 может быть, например, нанесено на сердечник 2 при помощи известных методов, таких как, например, гальванические методы нанесения покрытия, нанесение кистью пасты металлического легирующего материала, напыление металлического легирующего материала, или при помощи PVD процессов нанесения покрытия.

На фиг.3 показано поперечное сечение материала наполнителя в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения.

В этом варианте, материал 4 наполнителя содержит сердечник 5, который имеет главным образом Н-образную или сдвоенную Т-образную геометрию поперечного сечения. Сердечник 5 материала 4 наполнителя может содержать недрагоценные металлы в качестве базовых материалов, например, такие как алюминий, сплавы алюминия и т.п. Сердечник 5 имеет всего четыре ветви 6-9, которые соединены друг с другом при помощи средней перемычки 10, которая идет главным образом перпендикулярно к ним. Ветви 6, 7, также как и ветви 8, 9, наклонены внутрь и образуют V-образую конфигурацию с небольшим углом к горизонтали, меньшим чем 30°. За счет главным образом Н-образной геометрии поперечного сечения материала 4 наполнителя и V-образой конфигурации с небольшим углом ветвей 6-9 элементы 11, 12 конструкции, которые соединяют при помощи процесса термического соединения, могут быть зажаты между ветвями 6 и 8 и 7 и 9 и могут быть выровнены друг относительно друга и закреплены. Для обеспечения в значительной степени защищенного от смещения зажима элементов 11, 12 конструкции расстояние между ветвями 6, 8 или 7, 9 несколько меньше толщины 13, 14 элементов 11, 12 конструкции.

Элементами 11, 12 конструкции могут быть, например, листовые структуры, например, алюминиевые листы или листы из алюминиевого сплава. Более того, элементами 11, 12 конструкции могут быть линейные структуры, например, армирующие профили из алюминия или алюминиевого сплава.

В показанном примерном варианте сердечник 5 материала 4 наполнителя кругом содержит покрытие 15, причем указанное покрытие 15 содержит подходящий легирующий материал, например медь, кремний, литий или их комбинацию, так что образуется гетерогенный (неоднородный) материал 4 наполнителя. Покрытие 15 также может быть нанесено только в некоторых зонах (на некоторых участках).

В области средней перемычки 10 в процессе термического соединения между примыкающими концами элементов 11, 12 конструкции возникает соединительный шов (не показанный на фиг.3), в котором имеет место полное перемешивание материалов элементов 11, 12 конструкции, базового материала сердечника 5 и легирующего материала покрытия 15. В этой схеме расположения ширина 16 средней перемычки 10 преимущественно по существу соответствует ширине соединительного шва, который должен быть образован. Однако следует иметь в виду, что, в отличие от только что описанного случая, ширина 16 средней перемычки 10 может быть уже или шире.

За счет использования геометрии поперечного сечения материала 4 наполнителя в соответствии с настоящим изобретением, которая по существу представляет собой Н-образную геометрию, подача базового материала и/или легирующего материала в область образования шва происходит с точным локальным расположением и с точной дозировкой. Нет необходимости в отдельной подаче обычного вспомогательного материала сварки или пайки, что приводит к значительной экономии времени и денег.

На фиг.4 показан вид сверху материала 4 наполнителя в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения.

Элементы 11, 12 конструкции закреплены или выровнены для выполнения последующего процесса соединения и удерживаются вместе при помощи ветвей 6, 7, соединенных при помощи средней перемычки 10, и при помощи ветвей 8, 9 (не показанных на фиг.4), расположенных снизу.