DE102009000892A1

DE102009000892A1 - Method for layer application of film-shaped soldering materials by ultrasonic welding on same or different surfaces of component, comprises coupling the ultrasonics on component surface to its activation and wettability

Info

Publication number: DE102009000892A1
Application number: DE102009000892A
Authority: DE
Inventors: Jörg Herrmann; Claas Dr.-Ing. Bruns
Original assignee: SLV HALLE GmbH
Current assignee: Schweisstechnische Lehr- und Versuchsanstalt H De
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-06-17

Abstract

The method for layer application of film-shaped soldering materials by a linear, torsional- or roll seam ultrasonic welding on same or different surfaces of component (4) that has an oxidation layer, without use of flux and a subsequent heating for the purpose of connection of components among one another and/or a surface treatment for corrosion- or wear protection, comprises coupling the ultrasonic on a component surface to its activation and wettability and/or on the single film-shaped soldering materials for the construction of a sandwich braze in a first process. The method for layer application of film-shaped soldering materials by a linear, torsional- or roll seam ultrasonic welding on same or different surfaces of component (4) that has an oxidation layer, without use of flux and a subsequent heating for the purpose of connection of components among one another and/or a surface treatment for corrosion- or wear protection, comprises coupling the ultrasonic on a component surface to its activation and wettability and/or on the single- film-shaped soldering materials for the construction of a sandwich braze in a first process, remelting the sandwich braze by external heat input for the production of an alloy and the diffusion of the soldering alloy in surface near layer of the component surface in a second process, and connecting the components through its heating on processing temperature over the sandwich braze to be subjected in a third step. The sandwich braze is deposited on one or both surfaces of component, where nickel-chromium alloy of the film-shaped soldering material is subjected to re-melting and diffusion in the surface-near layer of the component. The heat for the connection of the components is locally produced over the film-shaped soldering materials by induction, resistance heating, electric arc, laser beam or through heating in an oven. The film-shaped soldering materials are metallic or non-metallic origin, where film (5) exists as massive, sintered or amorphous layer or exists out of several layers. The other two component surfaces exist as further wokpieces with a wettable coating during soldering the component surface, where the coating is galvanically produced. The layer application for the ultrasound utilizes oscillation amplitude of 20-50 mu m in combination with a welding energy of 100-3000 Ws.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaffung einer Beschichtung und/oder Lötverbindung mittels folienförmiger Lotwerkstoffe ohne Einsatz von Flussmitteln. Das Verfahren ist vorzugsweise auf metallische Werkstoffe, die stabile Oxidschichten bilden, anzuwenden. Das Verfahren kann zum Löten nicht artgleicher Fügepartner genutzt werden, beispielhaft zur Herstellung einer Aluminium-Stahl- oder Stahl-Titan-Verbindung. Hierbei werden sprödphasenarme Verbindungen hergestellt. Das Verfahren kann weiterhin zum partiellen Beschichten zum Zwecke des Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzes auf vorzugsweise metallischen Werkstoffen, die auch zur Versprödung neigen können, genutzt werden.The The invention relates to a method for creating a coating and / or solder joint by means of film-shaped Solder materials without the use of fluxes. The method is preferred to apply to metallic materials that form stable oxide layers. The method can be used for soldering non-identical joining partners be used, for example, to produce an aluminum-steel or Steel-titanium compound. Here are brittle phase poor Made connections. The method may continue to be partial Coating for the purpose of wear and / or corrosion protection on preferably metallic materials, which are also used for embrittlement tend to be used.

Unter Löten versteht man das Verbinden erwärmter, im festen Zustand verbleibender Metalle durch schmelzende metallische Zusatzwerkstoffe (Lote). Die Werkstücke müssen an der Lötstelle mindestens die Arbeitstemperatur erreicht haben. Sie liegt immer höher als der untere Schmelzpunkt (Soliduspunkt) des Lots und kann unterhalb des oberen Schmelzpunkts (Liquiduspunkt) liegen. Eine Bindung zwischen Werkstück und Lotmetall tritt auch auf, wenn das Werkstück zwar die Arbeitstemperatur nicht erreicht, dafür aber das Lotmetall eine wesentlich höhere Temperatur hat. Diese Werkstücktemperatur wird häufig mit Bindetemperatur oder Benetzungstemperatur bezeichnet. Sie ist stets niedriger als die Arbeitstemperatur und hat nur beim Fugenlöten (Schweißloten) technische Bedeutung.Under Soldering means the bonding of heated, in solid state of remaining metals by melting metallic Filler metals (solders). The workpieces must at least reached the working temperature at the solder joint to have. It is always higher than the lower melting point (Solidus point) of the solder and may be below the upper melting point (Liquidus point) lie. A bond between the workpiece and solder metal also occurs when the workpiece while the Working temperature not reached, but the soldering metal has a much higher temperature. This workpiece temperature often with binding temperature or wetting temperature designated. It is always lower than the working temperature and has only with the Fugenlöten (welding solder) technical Importance.

Die Bindung ist abhängig von den Reaktionen zwischen Lot und Grundwerkstoff und von der Verarbeitungstemperatur. Neben der reinen Oberflächenbindung im Fall fehlender Legierungsbildung zwischen Grundwerkstoff und Lot tritt in den meisten Fällen Diffusion einer oder mehrerer Komponenten des Lots in den Grundwerkstoff und umgekehrt ein. Beim Hartlöten von weichem Stahl diffundiert häufig Kupfer entlang der Korngrenzen und führt dadurch zur Lotbrüchigkeit oder Lotrissigkeit. Die Festigkeit der Lötverbindung ist von der Spaltbreite abhängig. Unterhalb einer kleinsten Spaltbreite (etwa 0,02 mm) fällt die Festigkeit wegen zunehmender Bindefehler stark ab. Umgekehrt bringt auch eine zunehmende Spaltbreite eine Abnahme der Festigkeit mit sich. Der obere Grenzwert der Spaltbreite von etwa 0,5 mm sollte daher nicht überschritten werden. Als günstigster Bereich hat sich 0,05 bis 0,2 mm bewährt. Bearbeitungsriefen vom Drehen oder Hobeln sollen, wenn ihre Tiefe 0,02 mm übersteigt, möglichst in Flussrichtung des Lots liegen.The Bonding is dependent on the reactions between Lot and Base material and from the processing temperature. In addition to the pure Surface bonding in case of missing alloy formation between Base material and solder occurs in most cases diffusion one or more components of the solder in the base material and vice versa. When brazing soft steel diffused often copper along the grain boundaries and leads thereby to the solder brittleness or Lotrissigkeit. The strength of the Solder connection depends on the gap width. Below a minimum gap width (about 0.02 mm) drops the strength strong due to increasing binding errors. Conversely, one also brings increasing gap width a decrease in strength with it. The upper Limit value of the gap width of about 0.5 mm should therefore not be exceeded become. The cheapest range is 0.05 to 0.2 mm proven. Processing calls from turning or planing, if its depth exceeds 0.02 mm, if possible lie in the flow direction of the solder.

Zahlreiche metallische Werkstoffe bilden stabile Oxidschichten aus, welche aufgrund ihrer schlechten Benetzbarkeit beim Löten den Einsatz von Flussmitteln erfordern. Die nach dem Löten unter Verwendung von Flussmitteln in der Regel erforderliche Reinigung der Bauteile verursacht Kosten. Zudem kann es beim Verbleib von Flussmittelresten oder der zum Reinigen häufig verwendeten Beizen auf den Werkstücken zu Korrosionsschäden kommen.numerous Metallic materials form stable oxide layers, which due to their poor wettability during soldering Require use of flux. The after soldering Cleaning generally required using flux of the components causes costs. In addition, it may remain in the whereabouts of Flux remnants or the frequently used for cleaning Pickling on the workpieces to corrosion damage come.

Damit flüssige Lote benetzen und fließen können, müssen die Werkstückoberflächen metallisch rein sein. Dicke Oxidschichten können auch mechanisch entfernt werden. Zum Entfernen dünner Oxidschichten, die zum Teil noch während der Erwärmung auf Löttemperatur entstehen, ist neben der Anwendung von Flussmitteln die Reduzierung der Oxide durch Gase möglich.In order to wet and flow liquid solders, The workpiece surfaces must be metallic be pure. Thick oxide layers can also be removed mechanically become. For removing thin oxide layers, some of them still during the heating to soldering temperature In addition to the use of flux, the reduction is the oxides possible by gases.

Das Löten wird insbesondere auch zur Herstellung stoffschlüssiger, metallischer Verbindungen zwischen Werkstücken aus nicht schweißgeeigneten Werkstoffen genutzt. Beim Löten nicht artgleicher Werkstoffe kommt es aufgrund der notwendigen werkstofftechnischen Kompromisse bei der Lotauswahl in zahlreichen Fällen zu einer umfassenden Bildung von Sprödphasen innerhalb der Diffusionszonen. Eine Folge solcher Sprödphasen können ungenügende mechanische Eigenschaften der Verbindung sein.The Soldering is in particular also used for the production of cohesive, metallic connections between workpieces from not used for welding suitable materials. When soldering non-similar materials are due to the necessary material engineering Compromises in Lotauswahl in many cases too a comprehensive formation of brittle phases within the Diffusion zones. A consequence of such brittle phases can insufficient mechanical properties of the compound.

Das Aufbringen von Lotwerkstoffen oder Schichten auf Untergründe mittels Ultraschalltechnik ist aus dem Stand der Technik bekannt und bezieht sich häufig auf geschmolzene oder zum Schmelzen gebrachte Lotlegierungen. So wird beispielhaft in DE 2235376 A eine spezifische Lotlegierung zum Löten schwer lötbarer Metalle beschrieben. Dabei erfolgt eine Beaufschlagung der Berührungsstelle des schwer lötbaren Materials mit der geschmolzenen Legierung mit einer Schwingung, insbesondere eine Ultraschallschwingung. Häufig werden derartige Lösungen in Verbindung mit Applikationen für die Halbleitertechnik eingesetzt.The application of solder materials or layers to substrates by means of ultrasonic technology is known from the prior art and often refers to molten or melted solder alloys. This is exemplified in DE 2235376 A a specific solder alloy for soldering difficult solderable metals described. In this case, the contact point of the material which can be heavily soldered with the molten alloy is subjected to a vibration, in particular an ultrasonic vibration. Frequently, such solutions are used in conjunction with applications for semiconductor technology.

So wird in EP 561527 A eine Anwendung des Lötens zur Schaltkreisherstellung beschrieben. Bei dieser Methode wird das Löten an einer Leiterplatte durch das Eintauchen in ein Bad mit flüssigem Lötmittel dargestellt, wobei das flüssige Lötmittel durch eine Ölschicht abgedeckt wird. Das vibrierende System wird in das Lötbad geschwenkt und es werden die Art der Vibration und die typische Frequenz von ungefähr 100 Hz beschrieben.So will in EP 561527 A an application of soldering for circuit production is described. In this method, soldering to a circuit board is represented by immersion in a bath of liquid solder, the liquid solder being covered by an oil layer. The vibrating system is pivoted into the solder bath and the type of vibration and the typical frequency of about 100 Hz are described.

Mit DE 195 33 171 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Applikation von Verbindungsmaterial auf einer Substratanschlussfläche beschrieben. Das stückige, insbesondere kugelförmige Verbindungsmaterial wird von einer Plaziereinrichtung aufgenommen und nachfolgend auf der Substratanschlussfläche platziert, wobei vor der Platzierung des Verbindungsmaterials durch die Platziereinrichtung eine Vereinzelung und eine Zentrierung des Verbindungsmaterials gegenüber der Platziereinrichtung erfolgt. Dabei kann die Platziereinrichtung nach der Aufnahme des Verbindungsmaterials durch die Platziereinrichtung mit Vibrationen, insbesondere mit Ultraschall beaufschlagt werden. Dabei wird nach Aufnahme des Verbindungsmaterials, das als Lot zum Bonden in der Halbleiterindustrie verwendet wird, dieses mit durch Ultraschall erzeugte Vibrationen beaufschlagt. Hierdurch kann eine fehlerhafte Ausrichtung des Verbindungsmaterials nach der Aufnahme korrigiert werden. Weiterhin wird die Ultraschallbeaufschlagung, auch in Verbindung mit einer Luftströmung, zur Vereinzelung des Verbindungsmaterials in der Drahtbondvorrichtung genutzt.With DE 195 33 171 A1 For example, a method and apparatus for applying bonding material to a substrate pad are described. The particulate, in particular spherical bonding material is picked up by a placement device and subsequently placed on the substrate pad, wherein before the Platzie tion of the connecting material by the placement a separation and centering of the connecting material against the placement takes place. In this case, the placement device can be acted upon by the placement device with vibrations, in particular with ultrasound after receiving the connecting material. In this case, after receiving the connecting material, which is used as a solder for bonding in the semiconductor industry, this is acted upon by ultrasound generated vibrations. This can correct a misalignment of the connecting material after recording. Furthermore, the ultrasound application, also in conjunction with an air flow, is used to singulate the bonding material in the wire bonding device.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen flussmittelfreien Lötprozess ohne Bildung eines Schmelzbades und ohne die Zerstörung der Eigenschaften des Lotes, unter Verwendung folienförmiger Lotwerkstoffe zu ermöglichen, indem sprödphasenarme Verbindungen hergestellt werden. Der Prozess soll zum Löten nicht artgleicher Fügepartner genutzt und unter anderem zur Herstellung einer Aluminium-Stahl- oder Stahl-Titan-Verbindung genutzt werden können. Weiterhin soll es möglich sein, dass ein partieller Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz erzeugt werden kann, ohne dass Versprödungen an schweißkritischen Werkstoffen entstehen.Of the The invention is therefore based on the object, a flux-free Soldering process without formation of a molten bath and without the Destruction of the properties of the solder, using To enable film-shaped solder materials by brittle-phase poor Connections are made. The process is supposed to solder not similar matching partner used and among others used for the production of an aluminum-steel or steel-titanium compound can be. Furthermore, it should be possible that a partial wear and / or corrosion protection can be generated without embrittlement on welding critical Materials are created.

Die Aufgabe der Erfindung wird wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf den 1. Patentanspruch verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in den Patentansprüchen 2 bis 7 dargelegt.The The object of the invention is achieved as follows, with respect to the basic inventive idea of the first claim is referenced. The further embodiment of the invention is in the Claims 2 to 7 set forth.

Zur erfindungsgemäßen Lösung sollen weitere Erläuterungen folgen.to solution according to the invention should be more Explanations follow.

Es wird der folienförmige Lotwerkstoff mittels eines Ultraschall-Press-Schweißverfahrens auf eine oder beide Oberflächen der zu fügenden Bauteile aufgetragen. Die Bauteiloberflächen werden hierdurch aktiviert bzw. es wird eine Benetzbarkeit der Oberflächen sichergestellt. Die beloteten Bauteile werden mit den beloteten Flächen oder, sofern nur eine Fläche belotet wurde, mit der beloteten Fläche und der Fügefläche des anzubindenden Fügepartners gegeneinander positioniert und durch Zufuhr von Wärme verlötet. Die Wärmezufuhr kann lokal erfolgen, etwa durch einen Widerstands- oder Induktionsprozess, einen Laser-, Elektronenstrahl- oder einen Lichtbogenprozess.It becomes the foil-shaped solder material by means of an ultrasonic press-welding process on one or both surfaces of the to be joined Applied components. The component surfaces are thereby activates or it becomes a wettability of the surfaces ensured. The beloteten components are with the beloteten Areas or, if only one area has been with the soldered area and the joining area positioned to be joined joining partners against each other and soldered by supplying heat. The heat supply can be done locally, such as through a resistance or induction process, a laser, electron beam or arc process.

Ebenso ist, abhängig von der Geometrie der zu fügenden Bauteile, eine Erwärmung im Ofen möglich. Es ist weiterhin ein partieller Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz denkbar, indem durch das Ultraschall-Press-Schweißverfahren, ebenso wie beim Einsatz zur Belotung, eine Aktivierung und Reinigung der Bauteiloberfläche in Verbindung mit der Verwendung einer Folie, die den beschriebenen Eigenschaften gerecht wird, verfahrensbedingt erfolgt.As well is, depending on the geometry of the to be joined Components, heating in the oven possible. It is furthermore a partial wear and / or corrosion protection conceivable by the ultrasonic press welding process, as well as when used for Belotung, activation and cleaning the component surface in connection with the use a film that meets the described properties, process-related he follows.

Das Verfahren zur Bildung von Verbindungen zwischen artgleichen oder werkstoffverschiedenen Schichten zeigt auch, dass diese Schichten für weitere Prozessschritte wie Löten und/oder gezielte Wärmebehandlungen und/oder mechanische Bearbeitungen zur Herstellung spezieller Oberflächeneigenschaften wie etwa zum Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz mittels Ultraschallschweißprozesses aufgebracht werden, wobei durch den Ultraschallschweißprozess eine Aktivierung und Benetzbarkeit der Oberflächen erreicht wird und ggf. in einem zweiten zeitlich nachgelagerten Verfahrensschritt unter Zufuhr von Wärme die Schichteigenschaften durch Umschmelzen und/oder Diffusion verbessert werden und der dritte Verfahrensschritt – die Erzeugung der Verbindung – zeitgleich erfolgt.The Method of forming connections between like or Material-different layers also shows that these layers for further process steps such as soldering and / or targeted heat treatments and / or mechanical treatments for the production of special surface properties such as about for wear and / or corrosion protection means Ultrasonic welding process can be applied by the ultrasonic welding process an activation and wettability of the Surfaces is achieved and, if necessary, in a second time downstream process step with the supply of heat the layer properties improved by remelting and / or diffusion and the third process step - the production the connection - at the same time.

Bei Verwendung die Diffusionsvorgänge begünstigender Schichtwerkstoffe, wie beispielsweise NiCr-Legierungen, kann auf den zweiten Verfahrensschritt verzichtet werden.at Use the diffusion processes more favorable Coating materials, such as NiCr alloys, can on be dispensed with the second process step.

Die zum eigentlichen Lötprozess notwendige Energie wird vorzugsweise über einen lokalen Wärmeeintrag eingebracht, wobei die Anwendung von Flussmitteln in der Regel nicht notwendig ist.The Energy required for the actual soldering process is preferably over introduced a local heat input, the application of flux is usually not necessary.

Die Folien haben folgende Konfiguration:
Es werden massive aus einer Legierung bestehende oder massive als Schichtlot aufgebaute, gesinterte oder amorphe Folien eingesetzt;
Weiterhin kommen Folien aus Metallen oder Nichtmetallen zur Anwendung;
Derartige Folien werden durch Umformen aus Drähten oder Fülldrähten hergestellt. Auch Folien, die unter Verwendung der Metalle Cr, Ni, Co, Ag, Cu, Ti oder Al bzw. deren Basislegierungen hergestellt wurden, werden eingesetzt.The slides have the following configuration:
There are solid made of an alloy or solid constructed as a layer solder, sintered or amorphous films used;
Furthermore, films made of metals or non-metals are used;
Such films are produced by forming from wires or cored wires. Also, films made using the metals Cr, Ni, Co, Ag, Cu, Ti or Al or their base alloys are used.

Sofern nur eine Fügefläche belotet wird, kann die andere Fläche mit einer benetzungsfähigen, z. B. galvanisch hergestellten Beschichtung versehen werden.Provided only one joining surface is soldered, the other can Surface with a wettable, z. B. galvanic provided coating are provided.

Eine Legierungszusammensetzung des Lotwerkstoffs kann durch Ultraschallschweißen einzelner Folien auf einem oder auf beiden Werkstücken in einem Schichtlot aufgebaut werden.A Alloy composition of the solder material can be made by ultrasonic welding individual foils on one or both workpieces be built in a layer solder.

Schwingungsamplituden von 20–50 μm in Verbindung mit einer Schweißenergie von 100–3000 Ws kommen bei der Schichtapplikation zum Einsatz.vibration amplitudes of 20-50 μm in connection with a welding energy from 100-3000 Ws are used in the shift application.

Neben einem linearen kommen auch das torsionale und das Rollennaht-Ultraschallschweißen bei einer Schichtapplikation zum Einsatz.In addition to a linear, torsional and roller seam ultrasonic welding also come into play a layer application for use.

Mittels des linearen Ultraschallschweißens lassen sich vorteilhafterweise in der Größe begrenzte Flächen in kurzen Prozesszeiten beloten. Das Ultraschall-Rollennahtverfahren ermöglicht dagegen das Beloten größerer Flächen, z. B. zur Herstellung von Verbindungen ähnlich einem Längsnahtschweißprozess. Mit dem Ultra schalt-Torsionsschweißen ist das Aufbringen ringförmiger Belotungen möglich. Hierdurch können, bei Belotung von Rohrstirnflächen, Rohr-Rohr-Verbindungen hergestellt werden.through of the linear ultrasonic welding can be advantageously in size limited areas in short Lease process times. The ultrasonic roller seam method allows on the other hand, the soldering of larger areas, z. B. for the preparation of compounds similar to a longitudinal seam welding process. With the ultra-switching torsion welding is the application ring-shaped Belotungen possible. As a result, For the soldering of pipe end faces, pipe-pipe connections getting produced.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, dass eine Lötverbindung an schwer benetzbaren bzw. an stabile Oxidschichten bildenden Metallen herstellbar, bzw. eine Beschichtung darauf erzeugbar ist, wobei weder der Einsatz von Flussmitteln erforderlich ist, noch der im ersten Fall angestrebte Lötprozess unter reduzierenden Atmosphären oder im Vakuum erfolgen muss. Der Lötprozess selbst kann dabei durch eine lokal begrenzte Erwärmung wie etwa durch einen Widerstands- oder Induktionsprozess erfolgen. Hierdurch ist eine Minimierung des Energieeintrags und somit eine Minimierung der Diffusionszone gegeben, wodurch die Bildung von Sprödphasen weitgehend vermieden wird. Damit sind impermeable Verbindungen zwischen nicht schweißgeeigneten Metallen herstellbar. Die Einstellung definierter Spaltbreiten ist hierbei nicht notwendig. Ebenso wird eine Abhängigkeit des Ergebnisses des Lötprozesses von Bearbeitungsriefen vermindert. Der Prozess bietet, aufgrund kurzer Prozesszeiten, auch ein hohes wirtschaftliches Potenzial. Des Weiteren ist insbesondere der Ultraschallprozess für die Verarbeitung großer Stückzahlen gut zu mechanisieren und zu automatisieren und dementsprechend günstig technologisch und wirtschaftlich zu gestalten.With The method according to the invention makes it possible to that a solder joint to difficult wettable or to stable Produce oxide layers forming metals, or a coating can be produced on it, with neither the use of flux required is still under the desired in the first case soldering reducing atmospheres or in a vacuum. The soldering process itself can be characterized by a locally limited Heating, such as by a resistance or induction process respectively. This minimizes the energy input and thus minimizing the diffusion zone, whereby the formation is largely avoided by brittle phases. This is impermeable Connections between non-weldable metals produced. The setting of defined gap widths is here unnecessary. Likewise, a dependency of the result of the Soldering process of Bearbeitungsriefen reduced. The process offers, due to short process times, also a high economic Potential. Furthermore, in particular, the ultrasonic process for processing large quantities good at mechanizing and automating and therefore cheap technologically and economically.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to embodiments be explained in more detail.

Dazu soll auf die 1 und 2 verwiesen werden.This should be on the 1 and 2 to get expelled.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Schichtapplikation auf ebenen Bauteiloberflächen in konventioneller Ausführung und 1 Layer application on flat component surfaces in conventional design and

2 Schichtapplikation mittels Ultraschall-Torsionsschweißens. 2 Layer application by means of ultrasonic torsion welding.

Die darin verwendeten Bezugszeichen bedeuten:The Reference numerals used therein mean:

11: Sonotrodesonotrode
22: Ambossanvil
33: TransformationssonotrodeTransformationssonotrode
44: Bauteilcomponent
55: Foliefoil
66: Kraftrichtungdirection of force
77: Ultraschallrichtungultrasound direction

An einer Transformationssonotrode 3 befindet sich gemäß 1 eine seitlich an ihr angebrachte Sonotrode 1, wobei über letztere Ultraschall in die Folie 5 des Lotwerkstoffs und in die Bauteiloberfläche des Bauteils 4 eingebracht wird. Die Bauteiloberfläche des Bauteils 4 wird dabei zunächst aktiviert und ihre Benetzungsfähigkeit zur Deponierung der Folie 5 hergestellt. Durch mehrmaliges Wiederholen dieses Schrittes können folienartige Lotwerkstoffe zu einem Schichtlot aufgebaut werden, so dass bei einem Erwärmen auf Arbeitstemperatur zu einem späteren Zeitpunkt Effekte einer Legierung der Lötverbindung zwischen zwei zu verbindenden Bauteilen 4 oder einer Korrosionsschutzbehandlung der Oberfläche eines Bauteils 4 erzeugbar sind.At a transformation sonotrode 3 is in accordance with 1 a laterally attached to her sonotrode 1 , where about the latter ultrasound in the film 5 of the solder material and in the component surface of the component 4 is introduced. The component surface of the component 4 is activated first and their wetting ability for depositing the film 5 produced. By repeating this step several times, foil-type soldering materials can be built up into a layer solder, so that when heated to working temperature at a later time, effects of an alloying of the solder joint between two components to be joined 4 or a corrosion protection treatment of the surface of a component 4 can be generated.

Die aufzubringende Kraft der Sonotrode, die senkrecht auf das Bauteil 4 mit aufgelegter Folie 5 in Richtung eines Amboss 2 wirkt, beträgt dabei zwischen 500–4000 N wobei die Verweilzeit typischerweise in den Grenzen von 0,01–1,5 s liegt.The applied force of the sonotrode, perpendicular to the component 4 with applied foil 5 in the direction of an anvil 2 acts, is between 500-4000 N, the residence time is typically within the limits of 0.01-1.5 s.

Nach 1 werden ebene Flächen an Bauteilen 4 bearbeitet, wobei gemäß 2 Rohre an ihren Stirnflächen belotet werden. Dabei kommt das Ultraschall-Torsionsschweißen zum Einsatz.To 1 become flat surfaces on components 4 edited according to 2 Tubes are soldered to their faces. In this case, ultrasonic torsion welding is used.

Nach Aufbringung von erfindungsgemäßen Schichtloten kann in einem zweiten Verfahrensschritt mittels lokalem Wärmeeintrag eine Oberflächendiffusion in oberflächennahe Schichten eines Bauteils 4 oder ein Umschmelzen des Schichtlotes auf der Oberfläche des Bauteils 4 vorgesehen werden, wobei bei Lotwerkstoffen bestehend aus NiCr-Legierungen, auf diesen Schritt verzichtet werden kann.After application of layer solders according to the invention, in a second method step, surface diffusion into near-surface layers of a component can be achieved by means of local heat input 4 or a remelting of the layer solder on the surface of the component 4 can be provided, wherein solder materials consisting of NiCr alloys, can be dispensed with this step.

Nach erfolgter Schichtapplikation können artgleiche oder werkstoffverschiedene Bauteile 4 durch bekannte Maßnahmen des Erwärmens, z. B. mittels Induktion, auf Arbeitstemperatur erwärmt und zwei Bauteile 4 über das fließende Schichtlot miteinander verbunden werden, welches in einem dritten Arbeitsschritt erfolgt.After the application of a layer, identical or different material components can be used 4 by known measures of heating, for. B. by induction, heated to working temperature and two components 4 be connected to each other via the flowing Schichtlot, which takes place in a third step.

Das Verfahren zur Schichtapplikation folienförmiger Lotwerkstoffe hat zusammenfassend folgende Vorteile:
Es kann in erster Linie als Alternative zu konventionellen unter Schutzgas oder im Vakuum ablaufenden Lötprozessen genutzt werden. Dementsprechend vielfältig sind die möglichen Anwendungen. Einschränkungen existieren vor allem hinsichtlich Größe der beloteten Flächen, da das Ultraschallschweißen für das Beschichten größerer Flächen nach derzeitigem Stand der Gerätetechnik ein nur eingeschränkt wirtschaftliches Verfahren ist.The method for layer application of foil-shaped solder materials has the following advantages in summary:
It can be used primarily as an alternative to conventional under inert gas or in vacuum running soldering processes. Accordingly diverse are the possible applications. Restrictions exist above all with regard to the size of the soldered surfaces, since ultrasound welding is used to coat larger surfaces According to state of the art equipment is a limited economic process.

Beispiele für eine Nutzung der Erfindung sind Mischverbindungen zwischen Titan und Stählen im Bereich der Feinwerktechnik oder der optischen Industrie. Das Löten von Aluminium und Stahl kann zur Herstellung metallischer und entsprechend dichter Rohrverbindungen z. B. für Leitungen im Automobilbereich sinnvoll sein.Examples for a use of the invention are mixed connections between Titanium and steels in the field of precision engineering or the optical industry. The brazing of aluminum and steel can be used to produce metallic and correspondingly tight pipe connections z. B. be useful for lines in the automotive sector.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 2235376 A [0007]
- EP 561527 A [0008]
DE 19533171 A1 [0009]

Claims

Method for the layer application of foil-shaped soldering materials by means of ultrasonic welding on identical or on material-different surfaces of components ( 4 ), which may also have oxide layers, without the use of flux and subsequent heating for the purpose of joining components ( 4 ) with each other and / or a surface treatment thereof in the sense of corrosion or wear protection, wherein the film-shaped solder materials are applied or the film-shaped Lotbestandteile successively to a Schichtlot and thereby in a first step ultrasound on a component surface for their activation and wettability and on the individual sheet-shaped soldering materials is coupled to build up a layer solder, in a second method step by means of an external heat input, remelting of the layer solder for producing an alloy and diffusion of the solder alloy in near-surface layers of a component surface takes place and in a third step connecting components ( 4 ) is carried out by heating it to working temperature over the applied layer solder, which on one or both surfaces of components ( 4 ) is deposited.

Method for layer application according to claim 1, characterized in that NiCr alloys of the foil-shaped soldering materials, which are built up into a layer solder, remelting and diffusion into near-surface layers of components ( 4 ) dispensable.

Method for layer application according to claim 1, characterized in that the heat for the connection of components ( 4 ) is produced locally via the foil-shaped solder materials by means of induction, resistance heating, arc, laser beam or by heating in an oven.

Method for layer application according to claim 1 and 2, characterized in that the foil-like soldering materials metallic or non-metallic origin and thereby as solid, sintered, amorphous or multi-layered Films may be present, wherein the films with metallic Properties include Cr, Ni, Co, Ag, Cu, Ti or Al.

Method for layer application according to claim 1 to 4, characterized in that when Belotung only a component surface the other second component surface of another workpiece is present with a wettable coating, the was prepared by electroplating.

Method for layer application according to claim 1 to 5, characterized in that in the layer application for the ultrasonic vibration amplitudes between 20 and 50 microns in connection with a welding energy of 100 to 3000 Ws be used.

Method for layer application of foil-shaped Solder materials using a linear, torsional or Seam ultrasonic welding.