用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件和设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件和设备。用于紧固像铝、镁和铜的有色金属层的装置和方法采用钢紧固件和点焊机。将紧固件和金属堆叠，来自焊接器电流的加热使低熔点的铝变软以允许紧固件穿透铝。在紧固件和各种层之间的焊接区产生内部焊接。紧固件具有粗糙的轴，该轴被熔化的焊接区覆盖并且在凝固后难以收回。可以利用由兼容材料制成的紧固件，使其延伸通过定位孔并且焊接到或穿透导电层，将像塑料和陶瓷的非导电材料的层黏结到导电层上。所述紧固件可以具有突起部，降低开始时与堆叠体的接触面积。

Resistance welding fasteners and devices for receiving contract and dissimilar materials

The utility model discloses a resistance welding fastener and a device used for connecting a contract type and a heterogeneous material. Apparatus and method for fastening non-ferrous metal layers, such as aluminum, magnesium and copper, using steel fasteners and spot welding machines. The fastener and the metal are stacked and heated from the current of the solder to soften the low melting point of aluminum to allow the fastener to penetrate the aluminum. Internal welding between the fastener and the various layers. The fastener has a rough shaft which is covered by a molten weld zone and is difficult to recover after solidification. A fastener made of a compatible material may be extended to the conductive layer by means of a positioning hole and soldered to or penetrated through the conductive layer, and a layer of non-conductive material such as plastic and ceramic is bonded to the conductive layer. The fastener can be provided with a protrusion, reducing the contact area with the stack at the beginning.

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2014年12月15日提交的、名称为“用于接合同种材料和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法(ResistanceWeldingFastener,ApparatusandMethodsForJoiningSimilarandDissimilarMaterials)”的美国临时专利申请No.62/091,980的权益，该申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。
本技术涉及用于紧固零部件的紧固件、紧固设备和方法，更具体地说，涉及用于紧固包括异种金属的金属材料的紧固件、紧固设备和方法。
技术介绍
已知多种用于连接和装配零件或子组件的紧固件、设备和方法，诸如焊接、铆接、螺纹紧固件等。在一些情况中，会需要经济有效地将铝质零件、子组件、薄层等连接至由其他材料制成的其他零件、子组件、薄层等上，所述其他材料诸如钢(无涂层的，带涂层的，低碳的，高强度的，超高强度的，不锈的)、钛合金、铜合金、镁、塑料等，和/或连接至由铝制成的其他零件、子组件、薄层上。用于解决这些紧固问题的方案包括与粘结剂和/或阻挡层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的接合处存在原电池效应来维持足够的接头强度，并同时使腐蚀最小化。由于由铝和其他材料生成的金属间化合物会对机械强度和耐腐蚀性产生不利影响，所以通常不在铝和其他材料之间采取直接焊接。在采用直接焊接的情况下，通常是某种类型的固态焊接(摩擦焊、电阻对焊、超声焊等)或者铜焊/钎焊技术，以便最大限度地减少金属间化合物，但是，这种接头的机械性能有时很差或者仅适用于特定的接头几何形状。在汽车工业中，出于成本和生产周期的考虑(每个单独的接头少于3秒钟且可以由机械手自动地执行)，用于将钢与钢连接起来的当前技术是电阻点焊(RSW)。在某些情况下，通过连接由除了钢之外的同种金属制成的子部件来制造金属结构。用于将铝连接至钢上和用于连接同种金属或相同有色金属的已知紧固件和方法包括：通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，热融自攻丝流钻螺钉(FDS或者商标名称为EJOTS)、搅拌摩擦点焊/连接(FSJ)、摩擦位连接(FBJ)，以及使用粘结剂。这些工艺中的每一种可能都比钢与钢的电阻点焊(RSW)更具有挑战性。例如，当采用SPR将高强度铝(超过240MPa)连接至钢或其他铝板上时，铝可能在铆接过程中破裂。FSJ在汽车工业中并没有得到广泛的应用，这是因为接头性能(主要是剥离和交叉张力)相比SPR较差。另外，FSJ要求非常精确的对准和装配。对于FBJ和FDS也存在着类似的考虑，例如，FDS通常从一侧进行，并且要求与待被固定的钢板中的定位孔对准，装配复杂且增加了成本。因此，一直希望有用于连接和装配零件或子组件的替代的紧固件、设备和方法。
技术实现思路
本技术的主题涉及一种用于通过以下步骤而使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，即，所述步骤包括：将第一层和第二层以物理和电接触的方式放置在一起；以与第一层形成物理和电接触的方式放置一导电紧固件，该导电紧固件具有高于第一层的熔点，从而形成包括紧固件、第一层和第二层的导电堆叠体；将电压施加到堆叠体上，感应出流经堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得第一层被软化；促使紧固件朝向第二层地通过软化的第一层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括第二层的至少一部分；使得焊接区冷却并固化，从而连接第一层和第二层。根据本公开内容的另一个方面，在经过使得焊接区冷却并固化的步骤之后，紧固件被保持在焊接区中。根据本公开内容的另一个方面，紧固件具有含有突起部的轴，该突起部从该轴的表面延伸，在促使和冷却步骤期间延伸到焊接区中，该突起部增加了在冷却步骤后紧固件从焊接区收回的阻力。根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括含有凹陷部的轴，该凹陷部延伸到该轴的表面，在促使和冷却步骤期间该凹陷部使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，该凹陷部增加了紧固件从焊接区收回的阻力。根据本公开内容的另一个方面，紧固件具有含有向下悬垂的唇部的帽盖，该唇部能够在促使步骤期间接纳从第一层上涌的材料，该上涌材料在冷却步骤与唇部接合，在帽盖和第一层之间提供机械连接。根据本公开内容的另一个方面，帽盖能够接纳在所述促使步骤期间从焊接区挤出的材料。根据本公开内容的另一个方面，第一层和第二层由铝、镁、铜或其合金中的至少一种材料制成。根据本公开内容的另一个方面，第一层和第二层由铝合金制成。根据本公开内容的另一个方面，紧固件由钢或钛合金中的至少一种材料制成。根据本公开内容的另一个方面，紧固件由铝合金制成。根据本公开内容的另一个方面，在放置步骤期间，将钢合金的第三层与远离第一层的第二层处接触放置，其中，在促使步骤期间促使紧固件通过第一层和第二层，还包括将紧固件焊接到第三层上的步骤。根据本公开内容的另一个方面，还包括将至少一层有色金属的附加层以电接触的方式与远离第一层的第二层处接触放置，焊接区在促使步骤期间延伸到附加层中并冷却以将附加层和第一层和第二层连接起来。根据本公开内容的另一个方面，所述层是金属片。根据本公开内容的另一个方面，第二层是结构件的一部分。根据本公开内容的另一个方面，还包括在施加和促使步骤之前在堆叠体中将第二紧固件相对第一紧固件放置的步骤，从而使得在第一紧固件和第二紧固件中间的堆叠体中形成至少一个焊接区，并且在施加步骤期间促使第二紧固件进入软化的第二层。根据本公开内容的另一个方面，焊接区延伸通过第一紧固件和第二紧固件之间的第一层和第二层。根据本公开内容的另一个方面，还包括在放置步骤期间在第一层和第二层之间插入第三层的步骤，该至少一个焊接区延伸通过第一层和第二层而延伸到第三层的一部分。根据本公开内容的另一个方面，焊接区延伸通过第三层。根据本公开内容的另一个方面，使用电阻焊接将第一导电层紧固到第二导电层上的紧固件，包括：帽盖和轴，该轴从帽盖延伸并具有远离帽盖的端部。当紧固件被放置在堆叠体中并在经受施加于堆叠体的电压时，紧固件能够传导流经堆叠体的电流，其中，该堆叠体包括以电接触方式放置的第一导电层和第二导电层。紧固件具有高于第一层和第二层的熔点，所述电流促使电阻加热并软化第一层，该轴能够穿透第一层并构建在紧固件和第二层之间延伸的焊接区。根据本公开内容的另一个方面，该轴具有从该轴表面延伸的突起部，该突起部能够延伸到焊接区中，并且增加了在固化后从焊接区收回紧固件的阻力。根据本公开内容的另一个方面，该轴具有延伸到该轴中的凹陷部，该凹陷能够使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时从焊接区收回紧固件的阻力。根据本公开内容的另一个方面，该轴具有延伸到该轴中的凹陷部，该凹陷能够使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时从焊接区收回紧固件的阻力。根据本公开内容的另一个方面，该轴具有多个突起部，该轴上的凹陷部设置在所述多个突起部中的至少两个突起部之间。根据本公开内容的另一个方面，紧固件具有含有向下悬垂的唇部的帽盖，该唇部能够接纳从第一层上涌的材料和从焊接区挤出的材料。根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为U形的空心轴，所述帽盖从所述轴延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边唇部，该周边唇部能够接合从第一层上涌的材料，从而当上涌材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，包括：帽盖，轴，该轴从所述帽盖延伸并具有远离所述帽盖的端部；当所述电阻焊接紧固件被放置在堆叠体中并在经受施加于所述堆叠体的电压时，所述电阻焊接紧固件能够传导流经所述堆叠体的电流，其中，该堆叠体包括以电接触方式放置的第一导电层和第二导电层；所述电阻焊接紧固件具有高于第一层和第二层的熔点，所述电流引起电阻加热并软化所述第一层，所述轴能够穿透所述第一层并构建在所述电阻焊接紧固件和所述第二层之间延伸的焊接区。

【技术特征摘要】
2014.12.15 US 62/091,9801.一种用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，包括：帽盖，轴，该轴从所述帽盖延伸并具有远离所述帽盖的端部；当所述电阻焊接紧固件被放置在堆叠体中并在经受施加于所述堆叠体的电压时，所述电阻焊接紧固件能够传导流经所述堆叠体的电流，其中，该堆叠体包括以电接触方式放置的第一导电层和第二导电层；所述电阻焊接紧固件具有高于第一层和第二层的熔点，所述电流引起电阻加热并软化所述第一层，所述轴能够穿透所述第一层并构建在所述电阻焊接紧固件和所述第二层之间延伸的焊接区。2.如权利要求1所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述轴具有从该轴表面延伸的突起部，该突起部能够延伸到所述焊接区中，并且增加了在固化后所述电阻焊接紧固件从所述焊接区收回的阻力。3.如权利要求1所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述轴具有延伸到该轴中的凹陷部，所述凹陷部能够使得所述焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时电阻焊接紧固件从所述焊接区收回的阻力。4.如权利要求2所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述轴具有延伸到该轴中的凹陷部，该凹陷部能够使得所述焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时电阻焊接紧固件从所述焊接区收回的阻力。5.如权利要求3所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述轴具有多个突起部，该轴上的凹陷部设置在所述多个突起部中的至少两个突起部之间。6.如权利要求1所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述电阻焊接紧固件包括含有向下悬垂的唇部的帽盖，该唇部能够接纳从第一层上涌的材料和从所述焊接区挤出的材料。7.如权利要求1所述的用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述电阻焊接紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为U形的空心轴，所述帽盖从所述轴的U形开口端处延伸出，形成反向弯曲的周边唇部，该周边唇部能够接合从第一层上涌的材料，从而当上涌的材料凝固时连接所述帽盖和所述第一层。8.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·J·斯皮内拉，丹尼尔·伯格斯特龙，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：新型
国别省市：美国;US