[发明专利]铝基工件至钢工件的多步双面点焊

说明书

本发明涉及铝基工件至钢工件的多步双面点焊。一种包括至少钢工件和铝基工件的工件层叠结构能够通过采用多阶段点焊方法来电阻点焊，在所述多阶段点焊方法中，控制电流的传送以执行焊接接头形成的多个阶段。所述多个阶段包括：(1)焊接熔池增大阶段，其中，焊接熔池在铝基工件内被引发和增大；(2)焊接熔池凝固阶段，其中，允许焊接熔池冷却并凝固成形成了全部或部分的焊接接头的焊核；(3)焊核再熔化阶段，其中，焊核的至少一部分被再熔化；以及(4)再熔化焊核凝固阶段，其中，允许焊核的再熔化部分冷却并凝固。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月23日提交的美国临时申请号61/869,281的权益。该临时申请的内容通过引用整体地结合于本文中。

技术领域

本公开的技术领域一般涉及电阻点焊，并且更具体而言，涉及电阻点焊一种包括相对于彼此以重叠方式组装的铝基工件和钢工件的工件层叠结构。

背景技术

电阻点焊是许多行业用来将两个或更多个金属工件联接在一起的过程。例如，汽车行业在制造车门、引擎盖、后备箱盖或举升门等期间经常使用电阻点焊将预制的金属工件联接在一起。通常沿金属工件的周界边缘或某些其它结合区域形成许多焊点，以确保零件在结构上牢固。虽然通常实施点焊来将某些类似组成的金属工件联接在一起(例如钢至钢以及铝合金至铝合金)，但将较轻重量的材料结合到车身结构中的期望已经产生了对于通过电阻点焊将钢工件联接至铝基(铝或铝合金)工件的兴趣。特别是利用一件设备来电阻点焊包含不同工件组合(例如，钢/钢、铝基/钢以及铝基/铝基)的工件层叠结构的能力将会促进生产灵活性并降低制造成本。

一般而言，电阻点焊依靠针对通过重叠的金属工件和穿过它们的接合界面的电流流动的电阻来产生热。为了实施这样的焊接过程，一对相对的点焊电极典型地被夹持在预定焊接部位处的工件的相反侧上直径对齐的点处。然后，电流从一个电极通过金属工件被传送到另一个电极。针对该电流流动的电阻在所述金属工件内和它们的接合界面处产生热。当被点焊在一起的金属工件是钢工件和铝基工件时，在接合界面处产生的热引发从接合界面延伸到铝基工件中的焊接熔池。此焊接熔池润湿相邻的钢工件表面，并在电流流动停止时凝固成形成全部或部分焊接接头的焊核。

然而，在实践中，将钢工件点焊至铝基工件是具有挑战性的，这是由于那两种金属的许多特性可能不利地影响焊接接头的强度，最显著的是焊接接头的剥离强度。举例来说，铝基工件在其表面上常常包含一层或多层耐高温氧化层。所述氧化层(或多层氧化层)通常由氧化铝组成，但其它氧化物也可以存在。例如，在含镁的铝合金的情况下，氧化层(或多层氧化层)通常还包括氧化镁。存在于铝基工件上的氧化层(或多层氧化层)是电绝缘的，且在机械上是不易处理的。作为这些物理属性的结果，所述氧化层(或多层氧化层)具有在接合界面处保持完整的趋势，在那里它们能够妨碍焊接熔池润湿钢工件的能力。过去已尝试了各种努力在点焊之前从铝基工件去除氧化层(或多层氧化层)。但是，由于氧化层(或多层氧化层)在氧存在时具有自愈或再生的能力，尤其是在施加了来自点焊操作的热的情况下，因此这样的去除实践可能是不切实际的。

钢工件和铝基工件也具备趋于使点焊过程变得复杂的不同属性。具体而言，钢具有相对较高的熔点(～1500℃)以及相对较高的电阻率和热阻率，而铝基材料具有相对较低的熔点(～600℃)以及相对较低的电阻率和热阻率。作为这些物理差异的结果，在电流流动期间大部分的热产生在钢工件中。此热量不平衡在钢工件(较高温度)和铝基工件(较低温度)之间建立温度梯度，所述温度梯度引发铝基工件的快速熔化。在电流流动期间创建的温度梯度和铝基工件的高热导率的结合意味着，紧接在电流停止之后，会发生热量没有从焊接部位对称地散布的状况。相反，热量从更热的钢工件通过铝基工件朝向与铝基工件接触的焊接电极传导，这在钢工件和焊接电极之间创建了陡峭的热梯度。