使用凸起電阻點(diǎn)焊鋼和鋁工件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的技術(shù)領(lǐng)域總體上涉及電阻點(diǎn)焊，并且更具體地涉及電阻點(diǎn)焊鋼工件和鋁(Al)或鋁合金工件在一起。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻點(diǎn)焊是在許多行業(yè)中使用的過(guò)程，以將兩個(gè)或更多個(gè)金屬工件結(jié)合在一起。例如，汽車行業(yè)，在車門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后備箱封蓋或提升門(mén)以及其它車輛部件的制造期間，通常使用電阻點(diǎn)焊以將片材金屬層結(jié)合在一起。多個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊件通常沿著片材金屬層的外圍區(qū)域或一些其它位置形成以保證車輛部件結(jié)構(gòu)完好。雖然點(diǎn)焊已經(jīng)通常被執(zhí)行以將某些相似成分的金屬工件結(jié)合在一起，例如鋼-鋼和鋁合金-鋁合金，但是將較輕重量材料納入到車輛平臺(tái)中的需求已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)通過(guò)電阻點(diǎn)焊將鋼工件結(jié)合到鋁或鋁合金(為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)在下文合稱為“鋁”)工件的興趣。
[0003]通常，電阻點(diǎn)焊依靠電流流動(dòng)通過(guò)接觸的金屬工件并穿過(guò)它們的結(jié)合界面的電阻以產(chǎn)生熱量。結(jié)合界面通常是工件的面對(duì)和鄰接界面。為了實(shí)現(xiàn)電阻焊接過(guò)程，通常一對(duì)相對(duì)的焊接電極在預(yù)定的焊接部位夾緊在工件的相對(duì)側(cè)上處于對(duì)齊點(diǎn)上。瞬變電流隨后從一個(gè)焊接電極穿過(guò)工件到另一個(gè)焊接電極。該電流流動(dòng)的電阻在工件內(nèi)以及它們的結(jié)合界面處產(chǎn)生熱量。當(dāng)待焊接金屬工件是鋼工件和鋁工件時(shí)，在結(jié)合界面處產(chǎn)生的熱量在鋁工件中產(chǎn)生熔化焊池。該熔化焊池濕化鋼工件的相鄰表面，并且在電流流動(dòng)停止時(shí)，凝固成為焊接熔核。在點(diǎn)焊過(guò)程完成之后，焊接電極從其相應(yīng)工件表面縮回，且點(diǎn)焊過(guò)程在另一個(gè)焊接部位處重復(fù)。
[0004]將鋼工件和鋁工件電阻點(diǎn)焊在一起存在某些挑戰(zhàn)。這些金屬具有趨向于破壞點(diǎn)焊過(guò)程的相當(dāng)大的差異。舉例來(lái)說(shuō)，鋁工件具有覆蓋其表面的氧化物層。氧化物層通過(guò)在研磨過(guò)程中執(zhí)行的過(guò)程(例如，退火、溶液處理和鑄造)以及暴露于環(huán)境產(chǎn)生。當(dāng)在結(jié)合界面處存在時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化物層可能干擾鋁工件中啟動(dòng)的熔化焊池材料在點(diǎn)焊中不會(huì)濕化相鄰鋼工件表面。通常，合適的濕化有助于確保工件之間建立的接頭的總體強(qiáng)度和完整性。
[0005]此外，鋼具有相對(duì)高的熔點(diǎn)和相對(duì)高的電阻，而鋁具有相對(duì)低的熔點(diǎn)和相對(duì)低的電阻。由于這些差異，在點(diǎn)焊時(shí)電流流動(dòng)期間鋁比鋼在低得多的溫度下更快地熔化。在電流流動(dòng)停止后鋁還比鋼更快地冷卻。因此，在兩種金屬之間控制熱平衡以使熔化焊池能夠快速啟動(dòng)、以受控方式生長(zhǎng)，且然后凝固以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上完好的焊接熔核可能成為挑戰(zhàn)。已發(fā)現(xiàn)，使用通常用于電阻點(diǎn)焊鋼-鋼或鋁-鋁工件的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐，熔化焊池的冷卻相對(duì)快速且不受控，從而在最終形成的焊接熔核中形成缺陷。冷卻造成如下缺陷，例如縮孔、氣孔、氧化物殘?jiān)?、和朝向結(jié)合界面的微裂紋。此外，由于鋼工件相對(duì)更高的電阻引起的鋼工件中的升高的溫度有益于在結(jié)合界面處脆性鐵(Fe) -Al金屬間層的生長(zhǎng)。
[0006]焊接缺陷和脆性金屬間層兩者在結(jié)合界面處沿結(jié)合界面共同存在的上述條件已經(jīng)顯示出降低最終形成的焊接熔核的剝離強(qiáng)度并且減弱工件之間建立的接頭的總體完整性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一種將鋼工件和鋁工件電阻點(diǎn)焊在一起的方法包括多個(gè)步驟。步驟的精確順序可以變化。在一個(gè)步驟中，提供工件堆疊體。所述工件堆疊體包括鋼工件和鋁工件。在另一個(gè)步驟中，在鋼工件中形成凸起。取決于凸起，形成可包括多個(gè)過(guò)程。在又一個(gè)步驟中，提供第一和第二焊接電極。第一焊接電極在凸起處總體上面對(duì)鋼工件，第二焊接電極總體上面對(duì)鋁工件。在另一個(gè)步驟中，第一和第二焊接電極在工件堆疊體上和凸起上夾緊。在另一個(gè)步驟中，在凸起處對(duì)工件堆疊體進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊。
[0008]一種用于電阻點(diǎn)焊的焊接電極和工件堆疊體組件，包括:第一焊接電極、第二焊接電極、鋼工件和鋁工件。所述鋼工件總體上面對(duì)第一焊接電極，且具有突出到鋼工件表面之上的凸起。所述凸起的最大范圍具有的值小于第一焊接電極的焊接面的直徑。鋁工件在工件的一側(cè)總體上面對(duì)第二焊接電極，且在鋁工件的相對(duì)側(cè)總體上面對(duì)鋼工件。
[0009]方案1.一種將鋼工件和鋁或鋁合金工件電阻點(diǎn)焊在一起的方法，所述方法包括:
提供工件堆疊體，所述工件堆疊體包括鋼工件和鋁或鋁合金工件；
在鋼工件中形成凸起，所述凸起突出到環(huán)繞所述凸起的鋼工件表面之上；
提供第一焊接電極和第二焊接電極，所述第一焊接電極在凸起處總體上面對(duì)鋼工件，所述第二焊接電極總體上面對(duì)鋁或鋁合金工件；
將第一和第二焊接電極在工件堆疊體上和凸起上夾緊；以及在凸起處對(duì)工件堆疊體進(jìn)行至少一個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊。
[0010]方案2.根據(jù)方案I所述的方法，其中，在將第一和第二焊接電極在工件堆疊體上夾緊后，所述凸起增強(qiáng)了在凸起處施加到鋼和鋁或鋁合金工件的夾緊壓力，且有助于穿透面對(duì)鋼工件的鋁或鋁合金工件的內(nèi)表面上存在的氧化物層。
[0011]方案3.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述凸起在電阻點(diǎn)焊事件期間將在第一和第二焊接電極之間交換的電流流動(dòng)集中在凸起處，且凸起利于電流流動(dòng)通過(guò)面對(duì)鋼工件的鋁或鋁合金工件的內(nèi)表面上存在的氧化物層。
[0012]方案4.根據(jù)方案I所述的方法，其中，在進(jìn)行至少一個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊后，所述凸起將熱量生成聚集在凸起處，且所生成的熱量改變了經(jīng)由至少一個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊產(chǎn)生的焊池的凝固行為。
[0013]方案5.根據(jù)方案I所述的方法，其中，在鋼工件中形成凸起包括經(jīng)由對(duì)鋼工件進(jìn)行的金屬加工過(guò)程來(lái)形成凸起。
[0014]方案6.根據(jù)方案I所述的方法，其中，在鋼工件中形成凸起包括經(jīng)由對(duì)鋼工件進(jìn)行的熔化過(guò)程來(lái)形成凸起。
[0015]方案7.根據(jù)方案I所述的方法，其中，在鋼工件中形成凸起包括經(jīng)由對(duì)鋼工件進(jìn)行的冷噴涂過(guò)程來(lái)形成凸起。
[0016]方案8.根據(jù)方案I所述的方法，其中，凸起的最大范圍值小于第一焊接電極的橫截面的直徑。
[0017]方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中，凸起的最大范圍是大約3毫米(mm)的直徑。
[0018]方案10.根據(jù)方案I所述的方法，其中，凸起在橫截面輪廓中具有大致圓頂形狀。
[0019]方案11.根據(jù)方案I所述的方法，其中，凸起突出到鋼工件的內(nèi)表面之上，所述內(nèi)表面面對(duì)鋁或鋁合金工件。
[0020]方案12.根據(jù)方案I所述的方法，其中，凸起突出到鋼工件的外表面之上，所述外表面面對(duì)第一焊接電極。
[0021]方案13.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:
在進(jìn)行至少一個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊之后，將工件堆疊體從第一和第二焊接電極拿開(kāi)；
提供第二工件堆疊體，所述第二工件堆疊體包括第一鋼工件和第二鋼工件，或者包括第一鋁或鋁合金工件和第二鋁或鋁合金工件；
將第一和第二焊接電極在第二工件堆疊體上夾緊；以及對(duì)第二工件堆疊體進(jìn)行至少一個(gè)獨(dú)立電阻點(diǎn)焊。
[0022]方案14.一種用于將工件堆疊體電阻點(diǎn)焊在一起的焊接電極和工件堆疊體組件，所述組件包括:
第一焊接電極；
第二焊接電極；
鋼工件，所述鋼工件總體上面對(duì)第一焊接電極，所述鋼工件具有凸起，所述凸起突出到環(huán)繞所述凸起的鋼工件表面之上，所述凸起的最大范圍具有的值小于第一焊接電極的焊接面的直徑；和
鋁或鋁合金工件，所述鋁