[发明专利]用于铝合金工件的电阻点焊的焊接方法

说明书

本申请要求基于2011年8月25日提交的题为“用于铝合金工件的电阻点焊的焊接方案”的临时申请61/527155的权益，其经此引用并入本文。

技术领域

本发明涉及叠层铝基合金工件(stack aluminum-base alloy workpieces)中电阻焊点（resistance spot weld）形成方面的改进。更具体而言，本发明提供一种方法，采用在此类电阻点焊中以三个单独的步骤或阶段变动地施加电流值和时间以使得电极的焊接面更好地接合(engage)铝工件，以便在贴合面（faying surface）接触区中心更好地引发熔融的点焊熔核（weld nugget）的形成，以便快速实现目标点焊熔核尺寸。

发明背景

电阻点焊通常包括将两个相对的高导电性铜电极的圆形焊接面表面（weld face surface）压在两个或三个交叠的金属片材有时称为“叠层(stackup)”）的相反侧上（，并在电极之间通电流若干毫秒至几百毫秒穿过该片材以便在片材-片材界面（称为贴合界面）处形成点焊熔核。

铝工件（通常为含有85重量%或更多的铝的铝基合金）在大体积下的电阻点焊因几个问题在汽车工业中被认为是非常困难的。该工件常常是轧制的铝合金片材，但是可以是具有适于点焊的互补形状的挤出件或铸件。当互补形状的铝基合金板放置在一起并通过一系列在适当位置的点焊连接时，所述铝工件可以是表面上涂层的、相等或不同的厚度的、相同或不同的铝合金，并可以具有沿焊接法兰（weld flange）施加的粘合剂或密封剂。在装配的板之间可以存在小的缝隙，一个或两个相对的焊接电极可以以略微不同于其预期焊接位置的角度放置。

主要问题之一是在该铝基板表面上存在坚韧的、粘附的、不导电的氧化物膜。这种氧化物膜会导致在电极/片材界面和片材-片材贴合界面处的过度过热。电极/片材界面过热问题通常的解决方案包括使用设计具有降低电流密度并由此减少这些位置处加热的大而平坦的焊接面的电极。使用大而平坦的电极对制造产生不合意的后果。这些类型的电极1）对工件之间的缝隙敏感，2）对电极定向（electrode orientation）敏感，即相对于工件表面倾斜或离位，和3）在工件上需要大的法兰以配合大的电极体直径和电极上的焊接面。

解决这些问题的几种电极设计和修整工艺可以在专利或专利申请中找到，包括本文中发明人的并由本发明的受让人拥有的一个或两个：美国专利US 6,861,609（3/1/2005）和以20100258536、20090302009、20090255908、20090127232、20080078749公开的美国专利申请。氧化物膜问题和导致的电极/片材过热已经通过安置几何特征，如在焊接面上的微织构（micro texture）或一系列凸纹与凹槽解决，这些几何特征在焊接负荷下穿透铝上的氧化物层以降低该界面处的接触电阻与发热。电极/片材发热减少有两个直接的益处。首先，允许使用具有较小热质量的较小的电极，这降低了法兰要求。其次，允许使用更锋锐的电极焊接面曲率（能够更好地集中焊接电流）。这使得该焊接过程对电极在工件上的定向（即电极相对于工件倾斜）和工件表面之间缝隙的存在远没有那么敏感。