[发明专利]在工件之间具有间隔的相似和不相似金属焊接体的优质焊接

说明书

提供了一种电阻点焊方法和点焊工件组件。提供第一金属工件和第二金属工件，每个金属工件分别具有包括界面部分的搭接表面。工件设置为使其搭接界面的界面部分彼此隔开预定间隔距离。提供相对焊接电极组，包括第一电极和第二电极，第一电极设置在第一工件的一侧，并且第二电极设置在第二工件的一侧。经由电极的焊接面向工件施加压力，并且经由电极加热工件，以在搭接表面的界面之间形成点焊接头。搭接表面可以用垫片材料、工件的凸起或折叠部分和/或具有间隔颗粒的填充材料隔开。

技术领域

本公开的技术领域主要涉及电阻点焊，并且更具体地，涉及电阻点焊工件堆叠的方法，该方法涉及使工件间隔分开的技术。

背景技术

电阻点焊是众所周知的接合技术，依赖于对通过重叠金属工件并穿过其一个或多个搭接界面的电流的流动阻力产生焊接所需的热量。为了执行此类焊接过程，相对点焊电极组被夹持在工件堆叠的相对侧上的对准点处，工件堆叠通常包括以重叠构造布置的两个或三个金属工件。然后，电流从一个焊接电极通过金属工件到达另一焊接电极。对该电流的流动阻力在金属工件内及其一个或多个搭接界面处产生热量。当工件堆叠包括相似金属工件，如两个及以上重叠钢工件或两个及以上重叠铝工件时，产生的热量形成熔融焊池，熔融焊池逐渐消耗一个或多个搭接界面并进而延伸通过所有或部分堆叠金属工件。对此，每个相似组成的金属工件为混合熔融焊池提供材料。当通过工件堆叠的电流终止时，熔融焊池凝固为焊接熔核，将相邻的金属工件熔焊在一起。

当工件堆叠包括不相似金属工件时，电阻点焊过程稍微不同地进行。最值得注意的是，当工件堆叠包括重叠并面对以形成搭接界面的铝工件和钢工件，以及可能的一个或多个侧翼铝工件和/或一个或多个侧翼钢工件(例如，铝-铝-钢、铝-钢-钢、铝-铝-铝-钢、铝-钢-钢-钢)时，大块工件材料中及铝钢工件搭接界面处产生的热量在铝工件中形成熔融焊池。钢工件的搭接表面保持固态且完整，因此，由于熔点要高得多，钢工件不会熔化并与熔融焊池混合，不过，来自钢工件的元素，如铁，可能会扩散到熔融焊池中。熔融焊池润湿钢工件的相对搭接表面，并且在电流停止时固化为焊接接头，将两个不相似工件焊接接合或钎焊在一起。

电阻点焊是在多部件组件制造过程中可以使用的少数接合工艺之一。例如，汽车行业目前将各种车身构件(例如，车身侧面、横梁、支柱、底板、车顶板、发动机舱构件、行李箱构件等)固定为一体式多部件车身结构，通常称为白车身，其支持随后安装各种车辆闭合构件(例如，车门、发动机罩、行李箱盖、升降门等)。为了将较轻重量的材料吸收至车身结构中，一直希望将铝工件和钢工件同时策略性地结合到白车身中。在结构上固定白车身的典型过程包括：首先，按照最终白车身结构将车身构件相对于彼此精确地定位和支撑。需要接合的车身构件被放置或适配在一起，从而使车身构件的凸缘或其它结合区域重叠，以提供两个及以上重叠工件的工件堆叠。当车身构件的固定装置包括具有不同金属工件组合的工件堆叠时，工件堆叠也通过自穿孔铆钉接合，不过，最近的技术进步使得电阻点焊成为可行且可靠的选择。点焊的形成和自穿孔铆钉的安装按照编程和协调顺序，通过焊接和铆钉枪进行，直到所有车身构件都固定就位。在生产线上反复重复整个组装过程，目标是以可接受的输出速率稳定地生产白车身结构，同时最大程度地减少不必要的停机时间。

开发能够成功点焊可能在白车身中发现的金属工件的多样化组合的电阻点焊方法的提议最近获得了关注，因为这种方法可以显著减少或完全消除在白车身构建过程中使用昂贵的、增加重量且不易安装的铆钉(及其相关铆钉枪)的需求。但点焊可能存在于工件堆叠中的金属工件的各种组合存在一些挑战。首先，铝合金和钢材料的熔化范围大不相同，即相差约900℃，这导致铝熔化时钢仍然保持固态，并且可能沿接合界面形成凝固孔隙，从而削弱接头。其次，铝和钢在搭接界面处形成一系列脆性金属间化合物，如果过厚可能会削弱接头。第三，铝上的氧化物涂层干扰电流，并且可以结合在生长的铝焊接熔核中，沿搭接界面产生一系列微裂纹，从而削弱接头。这些挑战使得难以生产强接头。在一些情况下，焊接接头甚至会断开并变得不一致，导致工件被废弃。

发明内容