[发明专利]用于铝工件与钢工件的电阻点焊的配合电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月1日提交的美国临时申请号62/301,690的优先权。上述临时申请的全部内容以其整体并入本文。

背景技术

将钢工件接合到较轻质的铝工件(非合金铝或具有85％重量百分比或更多铝的铝合金)在许多制造品中提供重量减轻同时保持适当的强度。该实践诸如像在用于机动车辆的车身面板和其他车身结构构件的制造中提供了许多减轻重量的机会。许多这样的部件具有内板和外板，该内板和外板互补地成形以提供更坚固得多的刚性结构以及包围窗户、闭合构件、绝缘体、电线等。这种内板和外板具有例如从约0.3mm至6mm的厚度。钢工件和铝工件通常成形为具有类似形状的外周边缘或凸缘，这使得它们能够通过沿其外周策略地定位的一系列适当间隔的电阻焊点接合。可固化粘合剂也可以在板结构的闭合时施加在待接合的面对的表面之间，以提供另外的结合强度。

在电阻焊点的形成中，钢工件和铝工件在要形成焊点的每个位置处利用接合的贴合表面以面对面接触的方式被堆叠并固定在一起。被以共线面对置的方式布置抵靠在其相应的工件堆叠组件的外表面上的两个焊接电极，然后通过重叠和相邻的钢工件和铝工件传送焊接电流。通过的焊接电流瞬间在铝工件内形成熔融焊池，熔融焊池又使钢工件的相邻的贴合表面润湿。钢工件不熔化并有助于熔融焊池。在短时段的电流流动(通常不长于一秒或两秒)之后，焊接电流在相对的电极仍然压靠在其相应的工件叠层外表面上的情况下终止。钢工件和铝工件在周围环境中冷却(尽管两种材料的热导率的差异导致热量从焊接位置通过工件不同地散播)并且熔融焊池在铝工件中固化以形成结合到钢工件的焊接接头。焊接接头包括焊接熔核以及通常包括在焊接熔核和钢工件之间的脆性金属间层。金属间层可以包括各种Fe-Al金属间化合物。

虽然将铝工件与互补的钢工件接合可以减少正被制造的部件的重量，但是由于可以追溯到工件的不同特性的几个因素，在钢铝贴合界面处形成一个或多个电阻焊点是挑战性的尝试。这些因素包括在铝工件上存在表面氧化物层，钢和铝工件的熔点的显著差异(钢是约1300℃-1500℃而铝是约600℃)，与钢工件相比铝工件明显更高的热导率和电导率，以及铝和钢在升高的温度下在紧密接触下彼此反应以在焊接接头和钢工件的结合界面处形成脆性金属间层的倾向。更具体地，钢和铝工件的不同特性可导致焊接缺陷在焊接接头和钢工件的结合界面处并沿着接合面生成和散布，这对接头的强度(包括剥离强度和横向拉伸强度)具有不利影响。在这种破坏性散布中最常见的焊接缺陷包括表面氧化物残留、气孔、微裂纹、缩孔和来自残留在焊接位置处的任何剩余粘结剂膜的热分解的残余物。

发明内容

根据本公开的一个实施例的在包括钢工件和相邻的重叠的铝工件的工件堆叠组件中形成电阻焊点的方法包括若干步骤。首先，提供了一种工件堆叠组件，其包括钢工件和相邻的铝工件，该铝工件与钢工件重叠以在其间建立贴合界面。工件堆叠组件具有紧接铝工件的第一外表面和紧接钢工件的相反的第二外表面。接下来，第一点焊电极压靠在工件堆叠组件的第一外表面上，而第二点焊电极压靠在组件的第二外表面上。第一点焊电极包括具有中心上升凸面的焊接面，该中心上升凸面升起高于围绕中心上升凸面的环形表面，使得至少最初，中心上升凸面接触工件堆叠组件的第一外表面，而第一焊接电极的焊接面的围绕的环形表面不接触。第二点焊电极包括具有中心下降凹面的焊接面，该中心下降凹面降低低于围绕下降凹面的环形表面，使得至少最初，第二焊接电极的焊接面的环形表面接触工件堆叠组件的第二外表面，而下降凹面不接触。

该特定实施例的方法还要求在第一和第二点焊电极的焊接面之间穿过钢和铝工件的贴合界面通过电流，以使得铝工件熔化，并在铝工件内形成熔融焊池，其湿润钢工件的相邻表面。最后，在已经形成所需尺寸的熔融焊池之后，终止在第一和第二点焊电极的焊接面之间通过的电流，使得熔融焊池固化成焊接接头，其在点焊位置处将钢和铝工件结合到一起。形成的焊接接头包括与钢工件的相邻表面的结合界面，其朝向第二点焊电极的焊接面的中心下降凹面变形。