[發(fā)明專利]用于異種金屬焊接的高縱橫比焊接面設計

有效

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• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN111136372B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設計）人: A·S·哈澤胡恩;D·R·希格爾
• 申請（專利權）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

本文公開了一種電阻點焊電極，其用于與具有鋁合金工件的疊層中的鋼制工件中的狹窄的或其他選定的點焊區(qū)域接觸，以在點焊方法中使用，在所述點焊方法中焊接熔核在疊層的界面處在鋁制工件中小心地形成。用于與鋼制工件接觸的焊接電極的焊接面成形為具有大于1的縱橫比，其與鋼制工件的接觸表面配合，而用于鋁接觸的焊接電極的焊接面是圓形的(縱橫比等于1)。工件的疊層可以包括面向兩個夾層式疊層的鋁制工件的單個鋼制工件或面向單個鋁制工件的兩個鋼制工件，外部鋼制工件具有用于鋼焊接電極的狹窄接觸表面。

技術領域

本公開涉及用于異種金屬焊接的高縱橫比焊接面設計。

背景技術

電阻點焊是許多行業(yè)用于將兩個或更多個金屬工件連接在一起的工藝。例如，汽車工業(yè)通常使用電阻點焊在車輛結構框架構件(例如，車身側面和橫向構件)和車輛閉合構件(例如，車門、發(fā)動機罩、后備箱蓋、后備箱門等)的制造過程中將金屬工件連接在一起。許多點焊縫通常形成在上覆金屬工件的疊層的圓周周圍的各個點處，或一些其他粘合區(qū)域處，以確保該部件在結構上是合理的。雖然通常實施點焊使為了將某些類似組成的金屬工件(例如鋼-鋼和鋁-鋁)連接在一起，但是將較輕重量的材料結合到車身結構中的需求使得通過電阻點焊將鋼制工件連接到鋁制工件受到了關注。這種鋼制和鋁制工件可具有薄的保護涂層(例如鍍鋅鋼或樹脂涂覆的鋁合金)并且通常為金屬板層的形式，或具有相對薄的部分(例如，厚度為約0.3毫米至約6毫米)的鑄件或擠壓件的形式，或任何其他可電阻點焊的件的形式，包括表面層或涂層(如果存在的話)。上述對電阻點焊此類異種金屬工件的要求并非汽車工業(yè)所獨有。實際上，它延伸到其他行業(yè)，包括航空、海運、鐵路和建筑行業(yè)。

電阻點焊依賴于電流通過重疊的金屬工件并穿過它們的接合界面的流動以產生焊接所需的熱量。為了進行這樣的焊接過程，一組相對的焊接電極以面對齊的方式壓靠在工件疊層的相對側，所述工件疊層通常包括以搭接配置布置的兩個或三個金屬工件。然后，電流從一個焊接電極傳遞到另一個焊接電極，沿直線路徑通過金屬工件。對該電流的流動的阻力在金屬工件內和它們的接合界面處產生熱量。當工件疊層包括鋁制工件和相鄰的重疊鋼制工件時，在接合界面處和在那些異種金屬工件的散裝材料內產生的熱量在鋁制工件內引發(fā)并長成熔融鋁焊池。熔融鋁焊池潤濕鋼制工件的相鄰接合表面，并且在電流終止時凝固成焊接接頭，焊接接頭將兩個工件連接在一起。

然而，在實踐中，將鋁制工件點焊到鋼制工件上是具有挑戰(zhàn)性的，因為這兩種金屬的許多特性會對焊接接頭的強度(最顯著的是剝離強度和交叉張力強度)產生不利的影響。例如，鋁制工件通常含有機械韌性、電絕緣和自修復的耐火氧化物表面層。該氧化物表面層通常由氧化鋁化合物組成，但也可包括其它金屬氧化物化合物，包括當鋁制工件由例如含鎂鋁合金構成時的氧化鎂的化合物。耐火氧化物表面層在接合界面處有被完整無缺地保留下來的傾向，其不僅妨礙熔融鋁焊池潤濕鋼制工件的能力，而且還在生長的焊池內導致近界面缺陷。此外，耐火氧化物表面層的絕緣性質提高了鋁制工件(即，在其接合表面處和在其電極接觸點處)的電接觸電阻，使得難以有效地控制和集中鋁制工件內的熱量。

除了鋁制工件的耐火氧化物表面層所帶來的挑戰(zhàn)之外，鋁制工件和鋼制工件具有不同的性質，這些性質可能對焊接接頭的強度和性質產生不利影響。具體地，鋁的熔點(～600℃)和電阻率以及熱阻率相對較低，而鋼的熔點(～1500℃)和電阻率以及熱阻率相對較高。由于材料性質的這些差異，在電流流動過程中大部分熱量在鋼制工件內產生，使得鋼制工件(較高溫度)和鋁制工件(較低溫度)之間存在熱量不平衡。在電流流動過程中產生的熱量不平衡和鋁制工件的高熱導率的組合意味著：在電流流動終止之后，立即發(fā)生熱量不能從焊接區(qū)域對稱地散布的情況。相反，熱量從較熱的鋼制工件通過鋁制工件傳導到鋁制工件另一側的焊接電極，這在該方向上產生了陡峭的熱梯度。