[发明专利]用于具有相邻钢工件和铝工件的工件层叠的多阶段电阻点焊方法

说明书

包括至少钢工件和相邻并交叠的铝工件的工件层叠可以用一种多阶段点焊方法来电阻点焊。所述多阶段点焊方法包括：在钢工件与铝工件之间初始形成焊接接头。焊接接头从所述两个工件的接合界面延伸到铝工件中，并且包括与钢工件的接合表面相邻并接合的界面焊接结合区域。在初始形成焊接接头之后，所述多阶段点焊方法需要再熔并再固化焊接接头的包括一些或全部界面焊接结合区域的至少一部分。如果需要，所得精制焊接接头的至少一部分随后可进行相同的再熔和再固化实践。可以进行多次附加再熔和再固化实践。

技术领域

本公开的技术领域总体上涉及电阻点焊，并且更特别地涉及电阻点焊钢工件和相邻重叠的铝工件。

背景技术

电阻点焊是一种在许多行业用于将两个或多个金属工件接合在一起的方法。例如，汽车工业经常在制造车门、发动机罩、行李箱盖、提升式门和/或诸如主体侧面或横向构件的主体结构等期间使用电阻点焊以将金属工件接合在一起。很多点焊通常沿着金属工件的周边边缘或某些其他结合区域形成，以确保部件结构稳固。虽然点焊通常用于将特定相似构成的金属工件(例如，钢工件与钢工件以及铝工件与铝工件)接合在一起，但是将重量较轻的材料接合到车辆主体结构中的需要使得人们产生了通过电阻点焊将钢工件与铝工件接合在一起的兴趣。前述电阻点焊不相似金属工件的需要不是汽车工业所独有的；实际上，其扩展到了可以使用点焊作为接合方法的其他工业，包括航空、海运、铁路和房屋建筑业等。

电阻点焊通常依靠通过所述重叠金属工件和横穿其接合界面的电流流的电阻产生热。为了完成这样的焊接方法，在预定的焊接部位处，一组相对点焊电极被夹在工件层叠的相对侧的对准点处，工件层叠通常包括以重叠配置布置的两个或三个金属工件。然后，电流从一个焊接电极至另一个焊接电极通过金属工件。该电流流的电阻在金属工件内和其接合界面处产生热。当工件层叠包括钢工件和相邻重叠铝工件时，接合界面处和这些不相似金属工件的基体材料内产生的热引发并且扩大熔融铝焊池，该焊池从接合界面延伸至铝工件。该熔融铝焊池浸湿钢工件的相邻接合表面，并且当电流停止时，该熔融铝焊池固化为将两个工件结合在一起的焊接接头。

然而，在实践中，由于这两种金属的很多特征可能不利地影响焊接接头的强度(最显著的是剥离强度)，因此将钢工件点焊到铝工件存在挑战。例如，铝工件通常包括在其表面上的一个或多个机械上牢固的、电绝缘的并且自恢复难熔氧化物层。氧化物层通常包括铝氧化物，但也可以包括其他金属氧化物化合物，当铝工件由包含镁的铝合金组成时，氧化物层包括镁氧化物。由于难熔氧化物层的物理特性，难熔氧化物层倾向于在接合界面处保持完整，在接合界面处难熔氧化物层可以阻碍熔融铝焊池浸湿钢工件的能力并且还提供了在扩大的焊池内的近界面缺陷的来源。表面氧化物层的绝缘性质还提高了铝工件的电接触电阻(即在其接合表面和其电极接触点处)使得在铝工件内难以有效控制和集中热。过去对在点焊之前从铝工件上去除氧化物层已经做了努力。然而，由于在氧气存在下氧化物层有再生能力，尤其伴随着来自点焊操作的热的应用，这样的去除实践可能不切实际。

另外，在很多例子中，当中间有机材料层(例如，尚未固化的可热固化的粘合剂、密封剂、隔音层等)在接合界面处存在于钢工件与铝工件之间时，氧化物层的持续性和韧性得到增强。这种现象被认为是由如下残余有机材料造成的：在有机材料层的基体通过焊接电极的夹紧压力沿着接合界面横向位移时，所述残余有机材料被留在焊接部位处。然后，残余有机材料在电流流动期间在焊接接头的位置处被烧掉。认为碳残余物(例如，碳灰、如二氧化硅和橡胶颗粒的填料颗粒、以及其他衍生材料)在电流流动期间结束保护氧化物层不被机械分解和分散，因此，与其中钢工件与铝工件之间不存在中间有机材料层的情况相比，其导致氧化物层残余物在接合界面处以及沿着接合界面以更为破坏性的方式保持聚团和被收集。