[发明专利]使用可插入封盖电阻点焊钢和铝工件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月4日提交的申请号为61/886,866的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用结合到本文。

技术领域

本公开的技术领域总地涉及电阻点焊，并且更具体的，涉及电阻点焊钢工件和铝或铝合金工件在一起。

背景技术

电阻点焊在许多行业中使用以将两个或更多个金属工件结合在一起。例如，汽车行业，是在车门、机罩、后备箱封盖或提升门以及其它车辆部件的制造期间，通常使用电阻点焊以将预制金属工件结合在一起。多个个体点焊点通常沿着工件的外围区域或某种其他结合区域形成以保证车辆部件结构良好。虽然点焊已经通常被执行以将特定相似组成的金属工件结合在一起，例如钢-钢和铝合金-铝合金，但是将较轻重量材料纳入到车身结构中的需求已经产生了对通过电阻点焊将钢工件结合到铝或铝合金(以下简便起见合称为“铝”)工件的兴趣。此外，使用一件设备电阻点焊包括不同工件组合(例如，铝合金/铝合金，钢/钢，以及铝合金/钢)的工件叠层的能力将增加生产灵活性并降低制造成本。

通常，电阻点焊依靠电流通过接触的金属工件并穿过它们的结合界面的流动的电阻产生热量。为了实现这种电阻焊接工艺，通常一对相对的焊接电极在预定的焊点位置夹在工件的相反侧上处于对齐点上。电流随后从一个焊接电极穿过工件到另一个焊接电极。该电流流动的电阻在工件内以及它们的结合界面处产生热量。当待焊接金属工件是钢工件和铝工件时，在结合界面处产生的热量在铝工件中产生熔化焊池。该熔化铝焊池润湿钢工件的相邻表面，并且在电流流动停止时，凝固成为铝焊接熔核，其形成两个金属工件之间的焊接接头的全部或部分。

电阻点焊钢工件到铝工件存在某些难题。这些金属具有趋向于破坏焊接过程的相当大的差异。举例来说，钢具有相对高的熔点和相对高的热阻和电阻，而铝具有相对低的熔点和相对低的热阻和电阻。这些差异的结果是，在电流流动期间铝比钢在低得多的温度下更快的熔化。在电流流动已经停止后铝还比钢更快的冷却。因此，在两种金属之间控制热平衡以使熔化焊池能够在铝工件中快速产生并且凝固能够成为挑战。例如，已发现，当使用标准工业实践快速冷却时，熔化铝焊池中的缺陷，例如缩孔、气孔、氧化物残渣、和微观裂纹，被朝向结合界面拖曳和在结合界面处聚集。此外，在电阻点焊期间延长加热——尤其是由于钢工件相对更高的电阻引起的钢工件中的升高的温度——有益于在结合界面处在熔化铝焊池与钢工件之间脆性Fe-Al金属间层的生长。这两个条件已经显示出降低最终形成的焊接接头的剥离强度并且减弱该焊接接头的的整体完整性。

发明内容

公开了一种电阻点焊包括钢工件和铝或铝合金(再次地，本公开中简便起见共同的称为“铝”)工件的工件叠层的方法。该方法包括在铝工件和面向铝工件的相邻焊接电极之间插入封盖。该封盖随后夹在铝工件和它对应的焊接电极之间，并接触以上两者。该封盖优选由具有比接触铝工件的焊接电极的电阻大的电阻的金属制成，并且优选具有比铝工件自身电阻大的电阻。具有比铝工件大的电阻的金属材料的例子包括不锈钢、钼或钼基合金、铌或铌基合金、或钨或例如钨-铜合金的钨基合金。

该封盖，当被插入和使用时，在工件叠层的铝侧上，促进至少两个不同效果中的至少一种，在叠层的该侧上的焊接电极被简单带到与铝工件直接接触的相反情况下，这些效果将不会存在。第一，如果封盖具有与相邻铝侧焊接电极的焊接面不同的几何形状——尤其是如果封盖在更大表面积上接触铝工件——相比于钢工件提供的电流密度，封盖会降低在铝工件中的电流密度，这在压力下不会变形以与接触电极焊接面的形状匹配。实际上，当在电流流动期间，切成圆弧的焊接电极被按压抵靠封盖的一侧——取代被按压直接抵靠铝工件——在相对的焊接电极之间通过的电流在铝工件内具有降低密度，这是因为在封盖和铝工件之间建立的更宽的界面接触面积。并且在铝工件中相对于钢工件降低电流密度具有改变围绕在铝工件中产生的熔化焊池的温度梯度的效果，其促进从熔化铝焊池进入工件叠层的侧向热传播。