[發明專利]鋁基工件至鋼工件的多步雙面點焊

有效

• 申請號: 201410849083.1
• 申請日: 2014-08-23
• 公開（公告）號: CN104668756B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: D·R·西勒;B·E·卡爾森;Y·麥亞斯尼科瓦;M·J·凱拉戈里斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11;B23K11/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;李濤

本發明涉及鋁基工件至鋼工件的多步雙面點焊。一種包括至少鋼工件和鋁基工件的工件層疊結構能夠通過采用多階段點焊方法來電阻點焊，在所述多階段點焊方法中，控制電流的傳送以執行焊接接頭形成的多個階段。所述多個階段包括：(1)焊接熔池增大階段，其中，焊接熔池在鋁基工件內被引發和增大；(2)焊接熔池凝固階段，其中，允許焊接熔池冷卻并凝固成形成了全部或部分的焊接接頭的焊核；(3)焊核再熔化階段，其中，焊核的至少一部分被再熔化；以及(4)再熔化焊核凝固階段，其中，允許焊核的再熔化部分冷卻并凝固。

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年8月23日提交的美國臨時申請號61/869,281的權益。該臨時申請的內容通過引用整體地結合于本文中。

技術領域

本公開的技術領域一般涉及電阻點焊，并且更具體而言，涉及電阻點焊一種包括相對于彼此以重疊方式組裝的鋁基工件和鋼工件的工件層疊結構。

背景技術

電阻點焊是許多行業用來將兩個或更多個金屬工件聯接在一起的過程。例如，汽車行業在制造車門、引擎蓋、后備箱蓋或舉升門等期間經常使用電阻點焊將預制的金屬工件聯接在一起。通常沿金屬工件的周界邊緣或某些其它結合區域形成許多焊點，以確保零件在結構上牢固。雖然通常實施點焊來將某些類似組成的金屬工件聯接在一起(例如鋼至鋼以及鋁合金至鋁合金)，但將較輕重量的材料結合到車身結構中的期望已經產生了對于通過電阻點焊將鋼工件聯接至鋁基(鋁或鋁合金)工件的興趣。特別是利用一件設備來電阻點焊包含不同工件組合(例如，鋼/鋼、鋁基/鋼以及鋁基/鋁基)的工件層疊結構的能力將會促進生產靈活性并降低制造成本。

一般而言，電阻點焊依靠針對通過重疊的金屬工件和穿過它們的接合界面的電流流動的電阻來產生熱。為了實施這樣的焊接過程，一對相對的點焊電極典型地被夾持在預定焊接部位處的工件的相反側上直徑對齊的點處。然后，電流從一個電極通過金屬工件被傳送到另一個電極。針對該電流流動的電阻在所述金屬工件內和它們的接合界面處產生熱。當被點焊在一起的金屬工件是鋼工件和鋁基工件時，在接合界面處產生的熱引發從接合界面延伸到鋁基工件中的焊接熔池。此焊接熔池潤濕相鄰的鋼工件表面，并在電流流動停止時凝固成形成全部或部分焊接接頭的焊核。

然而，在實踐中，將鋼工件點焊至鋁基工件是具有挑戰性的，這是由于那兩種金屬的許多特性可能不利地影響焊接接頭的強度，最顯著的是焊接接頭的剝離強度。舉例來說，鋁基工件在其表面上常常包含一層或多層耐高溫氧化層。所述氧化層(或多層氧化層)通常由氧化鋁組成，但其它氧化物也可以存在。例如，在含鎂的鋁合金的情況下，氧化層(或多層氧化層)通常還包括氧化鎂。存在于鋁基工件上的氧化層(或多層氧化層)是電絕緣的，且在機械上是不易處理的。作為這些物理屬性的結果，所述氧化層(或多層氧化層)具有在接合界面處保持完整的趨勢，在那里它們能夠妨礙焊接熔池潤濕鋼工件的能力。過去已嘗試了各種努力在點焊之前從鋁基工件去除氧化層(或多層氧化層)。但是，由于氧化層(或多層氧化層)在氧存在時具有自愈或再生的能力，尤其是在施加了來自點焊操作的熱的情況下，因此這樣的去除實踐可能是不切實際的。

鋼工件和鋁基工件也具備趨于使點焊過程變得復雜的不同屬性。具體而言，鋼具有相對較高的熔點(～1500℃)以及相對較高的電阻率和熱阻率，而鋁基材料具有相對較低的熔點(～600℃)以及相對較低的電阻率和熱阻率。作為這些物理差異的結果，在電流流動期間大部分的熱產生在鋼工件中。此熱量不平衡在鋼工件(較高溫度)和鋁基工件(較低溫度)之間建立溫度梯度，所述溫度梯度引發鋁基工件的快速熔化。在電流流動期間創建的溫度梯度和鋁基工件的高熱導率的結合意味著，緊接在電流停止之后，會發生熱量沒有從焊接部位對稱地散布的狀況。相反，熱量從更熱的鋼工件通過鋁基工件朝向與鋁基工件接觸的焊接電極傳導，這在鋼工件和焊接電極之間創建了陡峭的熱梯度。