使用凸起電阻點焊鋼和鋁工件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的技術(shù)領(lǐng)域總體上涉及電阻點焊，并且更具體地涉及電阻點焊鋼工件和鋁(Al)或鋁合金工件在一起。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻點焊是在許多行業(yè)中使用的過程，以將兩個或更多個金屬工件結(jié)合在一起。例如，汽車行業(yè)，在車門、發(fā)動機罩、后備箱封蓋或提升門以及其它車輛部件的制造期間，通常使用電阻點焊以將片材金屬層結(jié)合在一起。多個獨立電阻點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中的需求已經(jīng)產(chǎn)生了對通過電阻點焊將鋼工件結(jié)合到鋁或鋁合金(為了簡便起見在下文合稱為“鋁”)工件的興趣。
[0003]通常，電阻點焊依靠電流流動通過接觸的金屬工件并穿過它們的結(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和鄰接界面。為了實現(xiàn)電阻焊接過程，通常一對相對的焊接電極在預(yù)定的焊接部位夾緊在工件的相對側(cè)上處于對齊點上。瞬變電流隨后從一個焊接電極穿過工件到另一個焊接電極。該電流流動的電阻在工件內(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，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，并且在電流流動停止時，凝固成為焊接熔核。在點焊過程完成之后，焊接電極從其相應(yīng)工件表面縮回，且點焊過程在另一個焊接部位處重復(fù)。
[0004]將鋼工件和鋁工件電阻點焊在一起存在某些挑戰(zhàn)。這些金屬具有趨向于破壞點焊過程的相當(dāng)大的差異。舉例來說，鋁工件具有覆蓋其表面的氧化物層。氧化物層通過在研磨過程中執(zhí)行的過程(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，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化物層可能干擾鋁工件中啟動的熔化焊池材料在點焊中不會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度和完整性。
[0005]此外，鋼具有相對高的熔點和相對高的電阻，而鋁具有相對低的熔點和相對低的電阻。由于這些差異，在點焊時電流流動期間鋁比鋼在低得多的溫度下更快地熔化。在電流流動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、以受控方式生長，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焊鋼-鋼或鋁-鋁工件的標準工業(yè)實踐，熔化焊池的冷卻相對快速且不受控，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、氧化物殘渣、和朝向結(jié)合界面的微裂紋。此外，由于鋼工件相對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。
[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焊在一起的方法包括多個步驟。步驟的精確順序可以變化。在一個步驟中，提供工件堆疊體。所述工件堆疊體包括鋼工件和鋁工件。在另一個步驟中，在鋼工件中形成凸起。取決于凸起，形成可包括多個過程。在又一個步驟中，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鋼工件，第二焊接電極總體上面對鋁工件。在另一個步驟中，第一和第二焊接電極在工件堆疊體上和凸起上夾緊。在另一個步驟中，在凸起處對工件堆疊體進行一個或多個獨立電阻點焊。
[0008]一種用于電阻點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)總體上面對第二焊接電極，且在鋁工件的相對側(cè)總體上面對鋼工件。
[0009]方案1.一種將鋼工件和鋁或鋁合金工件電阻點焊在一起的方法，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鋼工件，所述第二焊接電極總體上面對鋁或鋁合金工件；
將第一和第二焊接電極在工件堆疊體上和凸起上夾緊；以及在凸起處對工件堆疊體進行至少一個獨立電阻點焊。
[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集中在凸起處，且凸起利于電流流動通過面對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，在進行至少一個獨立電阻點焊后，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)由至少一個獨立電阻點焊產(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)由對鋼工件進行的金屬加工過程來形成凸起。
[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)由對鋼工件進行的熔化過程來形成凸起。
[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)由對鋼工件進行的冷噴涂過程來形成凸起。
[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:
在進行至少一個獨立電阻點焊之后，將工件堆疊體從第一和第二焊接電極拿開；
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；以及對第二工件堆疊體進行至少一個獨立電阻點焊。
[0022]方案14.一種用于將工件堆疊體電阻點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