[发明专利]铝合金工件中的侵入特征以改善铝钢点焊

说明书

本发明涉及铝合金工件中的侵入特征以改善铝钢点焊，具体地，一种对包括钢工件和相邻的铝合金工件的工件层叠件进行点焊的方法，包括使电流穿过工件层叠件并在与层叠件的相反侧接触的面对地对准的焊接电极之间穿过。通过位于铝合金工件中的侵入特征而有助于在相邻的钢工件和铝合金工件之间形成焊接头，铝合金工件提供并描绘出工件层叠件的一侧，并且焊接电极在焊位处在侵入特征上方抵靠铝合金工件被按压。侵入特征影响穿过叠置的工件的电流的流动模式和密度，并且还被认为有助于使可能存在于位于与钢工件相邻的铝合金工件上的任何难熔表面氧化物层的影响最小化。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月10日提交的美国临时申请No. 62/010,192的权益，其全部内容由此通过引用并入。

技术领域

本发明的技术领域总体上涉及电阻点焊，且更具体地涉及对钢工件和铝合金工件进行电阻点焊。

背景技术

电阻点焊是许多工业所使用的用于将两个或更多个金属工件联接在一起的工艺。例如，汽车工业通常在车门、罩、行李箱盖或升降门等的制造过程中使用电阻点焊将预制的金属工件联接在一起。许多点焊通常沿着金属工件的外周边缘或一些其它结合区域形成，以确保部件在结构上是坚固的。尽管通常将点焊实践成将某些相似组成的金属工件例如钢与钢和铝合金与铝合金联接在一起，但是将较轻重量的材料并入到车体结构中的期望在通过电阻点焊将钢工件联接到铝合金工件方面产生兴趣。对将不相似的金属工件进行电阻点焊的前述期望不唯一于汽车工业；事实上，其扩展到可利用点焊作为联接工艺的包括航空、航海、铁路和建筑工业等的其它工业。

通常，电阻点焊依赖于对通过叠置的金属工件且跨过其接合界面以产生热的电流的流动的阻力。为了实施这种焊接工艺，在预定的焊位处在工件层叠件的相反侧上的对准的点处夹持一组两个相对的点焊电极，其中，工件层叠件通常包括以重叠构造布置的两个或三个金属工件。然后，电流通过金属工件从一个焊接电极传递到另一个焊接电极。对该电流流动的阻力在金属工件内并在它们的接合界面处产生热。当工件层叠件包括钢工件和相邻的铝合金工件时，在接合界面处且在这些不类似的金属工件的块体材料内产生的热引发并发展从接合界面延伸到铝合金工件中的熔化铝合金焊池。该熔化铝合金焊池将钢工件的相邻的接合表面润湿，并且在电流流动中断时凝固成焊核，该焊核形成将这两个工件结合在一起的全部或部分焊接头。

然而，实际上，因为这两种金属的许多特性会不利地影响焊接头的强度，最显著地影响剥离强度，所以将钢工件点焊到铝合金工件存在挑战。举个例子，铝合金工件通常在其表面上包括一个或多个机械上牢固的、电绝缘的和自愈合的难熔氧化物层。氧化物层通常包括氧化铝，但也可以包括其它金属氧化物化合物，当铝合金工件由含锰的铝合金组成时，氧化物层包括氧化锰。由于其物理性质，难熔氧化物层具有在接合界面处保持完好无损的趋势，在这种情况下，它们会阻碍熔化铝合金焊池将钢工件润湿的能力，并且还在发展的焊池内提供近界面缺陷的源。表面氧化物层的绝缘性质还引起了铝合金工件即在其接合表面处且在其电极接触点处的电接触电阻，从而难以有效地控制并集中铝合金工件内的热。过去已经做出努力以在点焊之前从铝合金工件去除氧化物层。然而，这样的去除实践可能是不切实际的，因为氧化物层在氧的存在下尤其在应用来自点焊操作的热的情况下具有再生的能力。

钢工件和铝合金工件还具有趋于使点焊工艺复杂化的不同性质。具体地，钢具有相对高的熔点（~1500°C）以及相对高的电阻率和热阻率，而铝合金材料具有相对低的熔点（~600°C）以及相对低的电阻率和热阻率。由于这些物理差异，在电流流动期间在钢工件中产生大多数热。这种热不平衡在钢工件（较高的温度）和铝合金工件（较低的温度）之间建立热梯度，从而引发铝合金工件的快速熔化。在电流流动期间产生的温度梯度和铝合金工件的高热导率的组合意味着，紧随着电流中断之后，发生热从焊位不对称地散布的情况。而是，热从较热的钢工件通过铝合金工件朝向位于铝合金工件的另一侧的焊接电极传导，这在钢工件和该特定的焊接电极之间产生陡峭的热梯度。