钢至预涂布的铝的电阻点焊制造技术

本发明专利技术涉及钢至预涂布的铝的电阻点焊。具体地，通过用更有利于点焊过程的保护涂层替代在铝或铝合金工件的至少配合面上的耐高温的氧化铝基的层可帮助将钢工件电阻点焊到铝或铝合金工件。保护涂层可以是金属涂层或金属氧化物转化涂层。在优选实施例中，保护涂层是锌涂层、锡涂层或钛、锆、铬或硅的氧化物的涂层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及钢至预涂布的铝的电阻点焊。具体地，通过用更有利于点焊过程的保护涂层替代在铝或铝合金工件的至少配合面上的耐高温的氧化铝基的层可帮助将钢工件电阻点焊到铝或铝合金工件。保护涂层可以是金属涂层或金属氧化物转化涂层。在优选实施例中，保护涂层是锌涂层、锡涂层或钛、锆、铬或硅的氧化物的涂层。【专利说明】钢至预涂布的铝的电阻点焊 本申请要求2013年6月7日提交的美国临时专利申请No. 61/832, 482的权益，该 美国临时专利申请的全部内容通过引用合并于此。
本专利技术的
总体涉及电阻点焊，更具体地，涉及将钢工件电阻点焊到铝或 铝合金工件。
技术介绍
电阻点焊是许多行业用于将两个或多个金属工件接合在一起的方法。例如，汽车 行业在制造车门、引擎盖、后备箱盖或升降门等期间经常使用电阻点焊将预制的金属工件 接合在一起。通常沿金属工件的周缘或一些其它结合区域形成许多焊点，以确保构件结构 上可靠。尽管通常实施点焊来将某些类似组成的金属工件诸如钢至钢和铝合金至铝合金接 合在一起，但将较轻重量的材料加入车身结构中的期望引起对通过电阻点焊将钢工件接合 到铝或铝合金(为了简洁起见，在下文中总称为"铝"）工件的兴趣。 一般而言，电阻点焊依赖于对通过接触金属工件和横跨它们的配合界面的电流流 动的阻碍来产生热量。为了执行这种焊接过程，一对相对的点焊电极通常被夹持在预定焊 接位置处的工件的相对侧上的沿直径对齐的点处。于是电流通过金属工件从一个电极到达 另一个电极。对此电流流动的阻碍在金属工件内和它们的配合界面处产生热量。当被焊接 的金属工件是钢工件和铝工件时，在配合界面处产生的热量开始在铝合金工件中形成熔化 的熔池。此熔化的铝合金熔池浸润钢工件的相邻表面，并且在停止电流流动时，固化为焊 缝。在完成点焊过程之后，从焊接电极各自的工件表面缩回焊接电极，并且在另一焊接位置 重复点焊过程。 将钢工件点焊到铝工件存在一些挑战。这两种类型的金属具有倾向于破坏焊接过 程的若干显著的差异。其中一个差异是钢具有相对高的熔点〇500° C)和相对高的电阻 率，而铝具有相对低的熔点Γ600° C)和相对低的电阻率。由于这些物理差别，在电流流动 期间铝比钢熔化的更快并且在低很多的温度下熔化。在电流流动已经终止之后，铝还比钢 更快地冷却。因此，在焊接电流停止之后立即发生下述情况，即，热量保持在钢工件中并最 终朝向铝工件侧上的电极传导通过铝工件。钢工件中保持的高温和两个工件之间产生的陡 峭的热梯度有利于在配合界面处生长脆弱的Fe-Al金属间化合物。如果Fe-Al金属间化合 物的生长过度，则它们继而可降低焊缝的强度和延展性。 这两种金属之间的另一个显著差异是铝在其表面上包含在磨压操作(例如，退火、 溶体处理、铸造等）和环境暴露期间产生的一个或多个耐高温氧化物层（为简洁起见，在下 文中总称为单个氧化物层)。主要由氧化铝构成的该氧化物层是电绝缘的、机械坚固的和在 空气中自我修复的。这些特征不利于将钢工件点焊到铝工件的运作方式。具体地，表面氧 化物层升高铝工件(即，在其配合表面和电极/工件接触界面处)的电接触电阻，由此导致在 那些界面处产生过多的热量，使得难以将热量有效地集中在铝工件内。表面氧化物层的机 械坚固性也阻止浸润钢工件。此外，铝工件表面上的耐高温氧化物层所导致的问题由于氧 化物层在存在氧被损坏时可自我修复或再生的事实而变得更加复杂。
技术实现思路
通过用不同的保护涂层替代铝工件的配合面上的至少耐高温氧化铝基层增强了 电阻点焊钢工件和铝工件的能力。替代的保护涂层可以是熔点比铝(金属)的熔点低的金属 涂层，或者可以是金属氧化物转化涂层。可用于制成金属涂层的金属的例子是锌和锡。可 出现在金属氧化物转化涂层中的金属氧化物的例子是钛、锆、铬或硅的氧化物。根据涂层的 类型，保护涂层的各处可以为约Inm至约10 μ m厚。 保护涂层防止基础的铝与空气中的氧反应以再生其自然形成的耐高温的氧化铝 基的层。它也比它所替代的基于氧化铝的层对点焊过程的破坏小，这促进在工件之间形成 更牢固的焊接。具体地，与耐高温的氧化铝基的层相比，保护涂层导电性更好并且在点焊过 程所施加的热和机械应力下更容易熔化或破碎。保护涂层的这些性质使得熔化的铝合金熔 池更容易直接接触和浸润钢工件的相邻部分。 通过电阻点焊将钢工件接合到铝工件的优选方法开始于用保护涂层替代在铝工 件的配合面处的至少标准的基于氧化铝的层，焊接电流将通过该配合面。这可通过致使形 成期望的特定保护涂层(例如，金属或金属氧化物转化)的任何合适的技术完成。然后，钢工 件和铝工件被组装为工件层叠结构并相对于带有一对相对的点焊电极的焊枪安置。接着， 点焊电极抵靠层叠结构的相反侧按压，一个抵靠钢工件，一个抵靠铝工件，并且焊接电流在 其间通过。 在电流流动期间，铝工件的配合面处的保护涂层熔化或破裂以允许熔化的铝合金 熔池直接接触焊接位置处的钢。在焊接电流停止流动之后，形成将钢工件和铝工件冶金接 合在一起的的焊缝。焊缝包括延伸到铝工件中的铝合金焊核和在铝合金焊核和钢工件之间 的金属间层。金属间层包括铁铝（"Fe-Al"）金属间层，并且足够薄至保持两个工件之间的 高焊接强度。至少部分地由于保护涂层在铝工件的配合面上的存在和由此缺少否则将存在 的耐高温的氧化铝基的层，具有保持这种薄金属间层的能力。 本专利技术还提供如下方案： 1. 一种通过电阻点焊将钢工件接合到铝或铝合金工件的方法，所述方法包括： 提供铝或铝合金工件，其包括配合面和电极接触面，其中，至少配合面具有覆盖在主体 铝或铝合金基础衬底上的一个或多个基于氧化铝的层； 用保护涂层替代铝或铝合金工件的配合面处的基于氧化铝的层的至少一部分，所述保 护涂层是（1)熔点比铝的熔点低的金属涂层或（2)金属氧化物转化涂层； 使铝或铝合金工件的配合面与钢工件的配合面重叠，以在工件之间形成配合界面，其 中，铝或铝合金工件的配合面的保护涂层存在于焊接位置处； 使电流通过工件并在焊接位置处跨越配合界面以在铝或铝合金工件内开始形成和生 长浸润钢工件的相邻表面的熔化熔池；以及 允许铝或铝合金工件内的熔化熔池固化为焊缝。 2.根据方案1所述的方法，其特征在于，保护涂层是锡涂层。 3.根据方案2所述的方法，其特征在于，用锡涂层替代基于氧化铝的层的至少一 部分包括： 将铝或铝合金工件浸入包括锡酸钠的碱性溶液中。 4.根据方案1所述的方法，其特征在于，保护涂层是锌涂层。 5.根据方案4所述的方法，其特征在于，用锌涂层替代基于氧化铝的层的至少一 部分包括： 将铝或铝合金工件浸入包括锌酸钠的碱性溶液中。 6.根据方案1所述的方法，其特征在于，保护涂层是包括钛、锆、铬或硅的氧化物 的金属氧化物转化涂层。 7.根据方案6所述的方法，其特征在于，用氧化钛转化涂层替代基于氧化铝的层 的至少一部分包括： 将铝或铝合金工件浸入溶解基于氧化铝的层的溶液中； 将铝或铝合金工件浸入包括反应性有机金属钛化合物的溶液中；以及 从包括反应性有机金属钛化合物的溶液中去除铝或铝合金工件并将工件暴露于空气。 8.根据方案6所述的方法，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过电阻点焊将钢工件接合到铝或铝合金工件的方法，所述方法包括：提供铝或铝合金工件，其包括配合面和电极接触面，其中，至少配合面具有覆盖在主体铝或铝合金基础衬底上的一个或多个基于氧化铝的层；用保护涂层替代铝或铝合金工件的配合面处的基于氧化铝的层的至少一部分，所述保护涂层是（1）熔点比铝的熔点低的金属涂层或（2）金属氧化物转化涂层；使铝或铝合金工件的配合面与钢工件的配合面重叠，以在工件之间形成配合界面，其中，铝或铝合金工件的配合面的保护涂层存在于焊接位置处；使电流通过工件并在焊接位置处跨越配合界面以在铝或铝合金工件内开始形成和生长浸润钢工件的相邻表面的熔化熔池；以及允许铝或铝合金工件内的熔化熔池固化为焊缝。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DR西格勒，BE卡尔森，MH阿布德埃尔哈米德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US