[发明专利]用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法

说明书

用于紧固像铝、镁和铜的有色金属层的装置和方法采用钢紧固件和点焊机。将紧固件和金属堆叠，来自焊接器电流的加热使低熔点的铝变软以允许紧固件穿透铝。在紧固件和各种层之间的焊接区产生内部焊接。紧固件具有粗糙的轴，该轴被熔化的焊接区覆盖并且在凝固后难以收回。可以利用由兼容材料制成的紧固件，使其延伸通过定位孔并且焊接到或穿透导电层，将像塑料和陶瓷的非导电材料的层黏结到导电层上。所述紧固件可以具有突起部，降低开始时与堆叠体的接触面积。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月15日提交的、名称为“用于接合同种材料和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Methods ForJoining Similar and Dissimilar Materials)”的美国临时专利申请No.62/091,980的权益，该申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于紧固零部件的紧固件、紧固设备和方法，更具体地说，涉及用于紧固包括异种金属的金属材料的紧固件、紧固设备和方法。

背景技术

已知多种用于连接和装配零件或子组件的紧固件、设备和方法，诸如焊接、铆接、螺纹紧固件等。在一些情况中，会需要经济有效地将铝质零件、子组件、薄层等连接至由其他材料制成的其他零件、子组件、薄层等上，所述其他材料诸如钢(无涂层的，带涂层的，低碳的，高强度的，超高强度的，不锈的)、钛合金、铜合金、镁、塑料等，和/或连接至由铝制成的其他零件、子组件、薄层上。用于解决这些紧固问题的方案包括与粘结剂和/或阻挡层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的接合处存在原电池效应来维持足够的接头强度，并同时使腐蚀最小化。由于由铝和其他材料生成的金属间化合物会对机械强度和耐腐蚀性产生不利影响，所以通常不在铝和其他材料之间采取直接焊接。在采用直接焊接的情况下，通常是某种类型的固态焊接(摩擦焊、电阻对焊、超声焊等)或者钎焊/焊接技术，以便最大限度地减少金属间化合物，但是，这种接头的机械性能有时很差或者仅适用于特定的接头几何形状。

在汽车工业中，出于成本和生产周期的考虑(每个单独的接头少于3秒钟且可以由机械手自动地执行)，用于将钢与钢连接起来的当前技术是电阻点焊(RSW)。在某些情况下，通过连接由除了钢之外的同种金属制成的子部件来制造金属结构。

用于将铝连接至钢上和用于连接同种金属或相同有色金属的已知紧固件和方法包括：通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，热融自攻丝流钻螺钉(FDS或者商标名称为EJOTS)、搅拌摩擦点焊/连接(FSJ)、摩擦位连接(FBJ)，以及使用粘结剂。这些工艺中的每一种可能都比钢与钢的电阻点焊(RSW)更具有挑战性。例如，当采用SPR将高强度铝(超过240MPa)连接至钢或其他铝片上时，铝可能在铆接过程中破裂。FSJ在汽车工业中并没有得到广泛的应用，这是因为接头性能(主要是剥离和交叉张力)相比SPR较差。另外，FSJ要求非常精确的对准和装配。对于FBJ和FDS也存在着类似的考虑，例如，FDS通常从一侧进行，并且要求与待被固定的片中的定位孔对准，装配复杂且增加了成本。因此，一直希望有用于连接和装配零件或子组件的替代的紧固件、设备和方法。

发明内容

本发明的主题涉及一种用于通过以下步骤而使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，即，所述步骤包括：

将第一层和第二层以物理和电接触的方式放置在一起；

以与第一层形成物理和电接触的方式放置一导电紧固件，该导电紧固件具有高于第一层的熔点，从而形成包括紧固件、第一层和第二层的导电堆叠体；

将电压施加到堆叠体上，感应出流经堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得第一层被软化；

促使紧固件朝向第二层地通过软化的第一层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括第二层的至少一部分；