用于连接异种材料的装置和方法制造方法及图纸

一种用于连接异种金属如钢和铝的装置和方法利用了点焊机。所述金属与抓取在钢之间的铝本体堆叠。来自焊接机的电流所生的热软化了熔点较低的铝，使得所述钢层凹陷，以穿透所述铝并且焊接至相对的钢层。该方法可以用于将具有数层不同材料的堆叠体相连接，并且用于连接不同的结构形状。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2013年6月26日提交的名称为Apparatus and Methods forJoining Dissimilar Materials ()的美国临时申请N0.61/839，478的权益，所述文献通过弓|用的方式完整并入本文中。
本专利技术涉及焊接装置和方法，更具体地说，涉及用于连接异种材料如异种金属的方法。
技术介绍
已知用于连接和装配零件或者子组件的各种紧固件、装置和方法，如焊接、铆接、螺纹紧固件等。在一些情况下，会需要经济有效将异种金属如铝零件、部件、层等连接到由其他材料如钢(无涂饰钢、涂层钢、低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢)、钛合金、铜合金、镁、塑料等制成的其他零件、子组件、层等。这些连接问题的解决方案包括与粘合剂和/或阻隔层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的连接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)。用于将铝连接至钢上的已知方法包括:使用普通的通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，使用热融自攻丝流钻螺钉(FDS或者商标名称为EJ0TS)、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)连接至钢上时，铝可能在铆接过程中破裂。此外，高强度钢(>590MPa)很难穿透，需要由大型的重型铆枪施加高等级的作用力。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。当接头的厚度增加时，该工艺的周期时间可急剧增力口，其中，5mm到6mm的接头层叠可能需要7到9秒的总加工时间，这远远超过了制造钢结构时RSW2到3秒的周期时间。FBJ使用消耗性的焊头(bit)并使其旋转通过铝，然后被焊接到钢上。该工艺要求类似于FSJ的非常准确的对准和装配，而且需要大的顶锻力来焊接至钢上。FDS包括将螺钉旋拧到工件上，塑化多个板中的一个，其随后变成与螺钉的螺纹互锁。FDS通常从一侧进行，并且要求与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小部件的替代的紧固件、装置和方法。
技术实现思路
本公开内容的主题涉及用于连接金属件的方法。在第一实施方案中，使用电阻焊将由第一材料制成的第一导电体连接到由与第一导电体的材料相异的第二材料制成的第二导电体上，包括以下步骤:以物理和电接触方式将第一和第二导电体放置在一起，第一材料具有比第二材料更低的熔点；以与第一材料物理和电接触的方式放置由第三材料制成的第三导电体，以形成包括第一导电体、第二导电体和第三导电体的至少一部分的导电堆叠体，第三材料可焊接到第二材料上并且比第一材料具有更高的熔点；施加跨所述堆叠体的电势，感应出流经堆叠体的电流并产生电阻热，所述电阻热使第一导电体的至少部分软化；将第三导电体的软化部分经过第一导电体的软化部分向第二导电体推压；并且在第三导电体的所述部分接触第二导电体后，将第三导电体焊接到第二导电体上。 在本公开内容的另一个方面，第一材料包括铝、镁及其合金中的至少一种。 在本公开内容的另一个方面，第二材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。 在本公开内容的另一个方面，第三材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。 在本公开内容的另一个方面，第三导电体的一部分覆盖第一导电体的上涌部分，在推压第三导电体的所述部分经过第一导电体时，上涌部分发生位移。 在本公开内容的另一个方面，第一导电体、第二导电体和第三导电体在紧邻所述第三导电体被焊接到所述第二导电体的地方呈层的形式。 在本公开内容的另一个方面，所述层是金属薄片。 在本公开内容的另一个方面，第一导电体、第二导电体和第三导电体中的至少一者呈结构件的形式。 在本公开内容的另一个方面，在直接电阻焊过程中施加所述电势。 在本公开内容的另一个方面，在间接电阻焊过程中施加所述电势。 在本公开内容的另一个方面，在串联电阻焊过程中施加所述电势。 在本公开内容的另一个方面，所述堆叠体包括熔点小于第二和第三导电体的熔点的多个导电体。 在本公开内容的另一个方面，第二导电体和第三导电体是一体的，第二导电体与第三导电体可由折叠区分，并且进一步包括折叠步骤以产生所述折叠和插入步骤以将第一导电体插入到所述折叠中，以在施加跨所述堆叠体的电势的步骤之前产生所述堆叠体。 在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生J形状。 在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生U形状。 在本公开内容的另一个方面，多次进行所述折叠步骤以产生多个折叠。 在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生S形状。 在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生W形状。 在本公开内容的另一个方面，将多个导电体插入到所述多个折叠中。 在本公开内容的另一个方面，所述焊接步骤同时产生多个焊缝。 在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生具有二分底部分和顶部分的T形状，所述插入步骤包括将第一导电体插入到所述二分底部分，跨第一导电体和所述二分底部分的堆叠体进行所述焊接步骤。 在本公开内容的另一个方面，进一步实施将另一个导电体连接到所述T形状的顶部分上的步骤。 在本公开内容的另一个方面，在所述推压和焊接步骤中施加的力是可调节，并且进一步包括调节所述力的步骤。 在本公开内容的另一个方面，可以执行调节所述电流和力的步骤以适应不同厚度的第一导电体、第二导电体和第三导电体。 在本公开内容的另一个方面，在施加、推压和焊接步骤期间不穿透第三层和第二层。 在本公开内容的另一个方面，一种具有以物理和电接触方式彼此接近设置的第一导电体、第二导电体和第三导电体的结构，第一导电体比第二和第三导电体具有更低的熔点并且设置在第二和第三导电体之间，第二导电体延伸穿过第一导电体而由电阻焊焊接到所述第三导电体，第一导电体被抓取在第二导电体和第三导电体之间。 在本公开内容的另一个方面，所述第一导电体呈长条形槽形式，第二导电体呈如下所述的立股形式，即，其延伸经过所述长条形槽并在限定第三导电体的折叠处自身回折，第一导电体的一部分设置在所述折叠中并通过将第二导电体焊接到第三导电体而固定在所述折置中。 在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈板形式，第二和第三导电体呈具有L形截面的梁形式，第一导电体夹在第二和第三导电体之间。 在本公开内容的另一个方面，所述结构进一步包括多个板和L形截面的梁。 在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈I梁形式，第二导电体呈长条形槽形式，所述长条形槽可插入到由第一导电体的I形状限定的中空部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用电阻焊接将由第一材料制成的第一导电体连接到由与所述第一导电体的材料相异的第二材料制成的第二导电体上的方法，包括：以物理和电接触方式将所述第一和第二导电体放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点；以与第一材料物理和电接触的方式放置由第三材料制成的第三导电体，以形成包括所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体的至少一部分的导电堆叠体，所述第三材料可焊接到所述第二材料上并且比所述第一材料具有更高的熔点；施加跨所述堆叠体的电势，感应出流经堆叠体的电流并产生电阻热，所述电阻热使所述第一导电体的至少一部分软化；将所述第三导电体的软化部分经过所述第一导电体的软化部分向所述第二导电体推压；在所述第三导电体的所述部分接触所述第二导电体后，将所述第三导电体焊接到所述第二导电体。

【技术特征摘要】
2013.06.26 US 61/839,4781.一种使用电阻焊接将由第一材料制成的第一导电体连接到由与所述第一导电体的材料相异的第二材料制成的第二导电体上的方法，包括: 以物理和电接触方式将所述第一和第二导电体放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点； 以与第一材料物理和电接触的方式放置由第三材料制成的第三导电体，以形成包括所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体的至少一部分的导电堆叠体，所述第三材料可焊接到所述第二材料上并且比所述第一材料具有更高的熔点； 施加跨所述堆叠体的电势，感应出流经堆叠体的电流并产生电阻热，所述电阻热使所述第一导电体的至少一部分软化； 将所述第三导电体的软化部分经过所述第一导电体的软化部分向所述第二导电体推压； 在所述第三导电体的所述部分接触所述第二导电体后，将所述第三导电体焊接到所述第二导电体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括铝、镁及其合金中的至少一种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三导电体的一部分覆盖所述第一导电体的上涌部分，在推压所述第三导电体的所述部分经过所述第一导电体时，所述上涌部分发生位移。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体在紧邻所述第三导电体被焊接到所述第二导电体上的地方呈层的形式。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述层是金属薄片。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体中的至少一个呈结构件的形式。9.根据权利要求1所述的方法，其中在直接电阻焊过程中施加所述电势。10.根据权利要求1所述的方法，其中在间接电阻焊过程中施加所述电势。11.根据权利要求1所述的方法，其中在串联电阻焊过程中施加所述电势。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠体包括熔点小于所述第二和第三导电体的熔点的多个导电体。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二导电体和所述第三导电体是一体的，所述第二导电体与所述第三导电体由折叠可区分，并且进一步包括折叠步骤以产生所述折叠和插入步骤以将所述第一导电体插入到所述折叠中，以在施加跨所述堆叠体的电势的步骤之前产生所述堆叠体。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生J形状。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生U形状。16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，多次进行所述折叠步骤以产生多个折叠。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述折叠产生S形状。18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述折叠产生W形状。19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将多个导电体插入到所述多个折叠中。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述焊接步骤同时产生多个焊缝。21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生具有二分底部分和顶部分的T形状，所述插入步骤包括将所述第一导电体插入到所述二分底部分中，并且跨所述第一导电体和所述二分底部分的堆叠体进行所述焊接步骤。22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括将另一个导电体连接到所述T形状的顶部分的步骤。23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加、推压和焊接步骤中的电流是可调节的，并且进一步包括调节所述电流的步骤。24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述推压和焊接步骤中施加的力是可调节，并且进一步包括调节所述力的步骤。25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，可以执行调节所述电流和所述力的步骤以适应不同厚度的所述第一导电体、第二导电体和第三导电体。26.根据权利要求1所述的方法，其中在施加、推压和焊接步骤期间不穿透所述第三层和所述第二层。27.—种层压结构,包括: 第一导电体、第二导电体和第三导电体，以物理和电接触方式彼此接近设置，所述第一导电体比所述第二和第三导电体具有更低的...

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