电阻焊接紧固件、装置和方法制造方法及图纸

一种用于紧固像钢、塑料和铝这样的不同材料的装置和方法。具有多个层的电阻焊接紧固件可以与密封剂一起使用或不与密封剂一起使用。该紧固件可以用于通过形成卷边模式的附接而形成铝覆盖钢的叠层。该紧固件可以具有实心轴或具有延伸的长度并具有用于与焊接电极相互作用的特征。可以采用多种电极尖端与紧固件配合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年2月3日提交的、标题为“电阻焊接紧固件、装置和方法(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Methods)”的美国临时申请No.61/934,951的权益，其全部内容包含于此作为参考。
本专利技术涉及用于紧固零件、更具体地用于紧固金属(包括不同(dissimilar)金属)的紧固件、紧固装置和方法。
技术介绍
已知具有多种用于接合和组装零件或子单元的紧固件、装置和方法，诸如焊接、铆接和螺纹紧固件等。在一些情况下，需要成本划算地将铝零件、子单元和层等接合至由其他材料制成的其他零件、子单元和层等，上述其他材料诸如为钢(裸钢、涂层钢、低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢)、钛合金、铜合金、镁和塑料等。这些紧固难题的解决方案包括将机械紧固件/铆钉与粘接剂和/或阻挡层结合以保持足够的接合强度并同时将例如由于不同金属的接合处存在的原电池效应所引起的腐蚀最小化。一般不采用铝和其他材料之间的的直接焊接，这是由于铝和其他材料会产生金属间化合物，这会不利地影响机械强度和抗腐蚀性。在采用直接焊接的情况下，通常是一些固态类型的焊接(摩擦焊接、电阻对接焊、超声焊接等)或硬钎焊/软钎焊(brazing/soldering)技术以最少化金属间化合物，但是这种接头的机械性能有时较差或者仅适用于独特的接头几何形状。在汽车行业，出于成本和周期的考虑，用于将钢接合至钢的现用技术是电阻点焊(RSW)(每个接头少于3秒并且可以通过机械臂执行)。已知的用于将铝接合至钢的方法包括：使用传统的通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，使用流钻螺钉(FDS或其商品名EJOTS)、摩擦搅拌点焊/接合(FSJ)、摩擦塞焊(friction bit joining,FBJ)以及使用粘接剂。这些工艺中的每一个都比钢-钢电阻点焊(RSW)更具有挑战。例如，当使用SPR将高强度铝(240MPa以上)链接至钢时，铝在铆接工艺期间能够破裂。此外，高强度钢(大于590MPa)难以刺穿，需要利用大、重的铆接枪施加高幅值的力。FSJ在汽车行业使用不广泛，因为接头特性(主要是剥离和横向张力)与SPR相比较低。此外，FSJ要求非常准确的对准和安装。随着接头厚度的增加，工艺的周期可能急剧增加，其中，当制造钢结构时，5mm至6mm的接头叠加可能需要7至9秒的总处理时间，这明显高于RSW的2至3秒的周期。FBJ采用了塞(bit)，其旋转穿过铝，然后焊接至钢。该工艺与FSJ类似，需要非常准确的对准和安装，并且需要高的锻压力焊接至钢。FDS包括将螺钉旋转进入工件，使其中一块板材塑化，该板材然后与螺钉的螺纹互锁。FDS通常从单侧施加，并且需要与钢板中的导孔对准，使组装复杂化且增加了成本。因此，仍然需要用于接合和组装零件或子单元的替代紧固件、装置和方法。
技术实现思路
公开的主题涉及一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的方法，包括：将第一材料和第二材料以物理接触和电接触的方式放置在一起，第一材料具有比第二材料更低的熔点；放置导电的紧固件以与所述第一材料物理接触和电接触，紧固件能够焊接至第二材料并且具有比第一材料更高的熔点，以形成包括紧固件、第一材料和第二材料在内的导电的堆叠件；在放置紧固件以形成堆叠件的步骤之前或之后，在紧固件与第一材料之间应用密封剂；横跨堆叠件施加电势，引起电流流动通过堆叠件并且引起电阻加热，电阻加热引起第一材料的软化；将紧固件朝向第二材料推动穿过软化的第一材料；在紧固件接触第二材料之后，将紧固件焊接至第二材料。根据本公开的另一方面，紧固件具有帽和以直角从帽延伸出的杆部，密封剂的形式是密封剂珠、密封剂环、密封剂盘、密封剂带或密封剂沉积物中的至少一种，密封剂应用至第一材料附近的帽或第一材料的表面上的至少其中之一，该第一材料的表面是在放置的步骤期间紧固件将被放置的位置。根据本公开的另一方面，密封剂是粘接剂、聚合物、钎焊材料或焊料中的至少一种。根据本公开的另一方面，还包括使密封剂在电阻加热的步骤期间能够流动的步骤，在焊接步骤完成后，密封剂遵循并覆盖帽与第一材料之间的接合处的至少一部分。根据本公开的另一方面，放置紧固件的步骤包括将紧固件保持在运送网板(web)中并且将网板和紧固件移动到第一材料上方的选定位置，并且进一步包括在焊接步骤之后使网板与紧固件分离的步骤。根据本公开的另一方面，在推动的步骤期间以及分离的步骤之前，网板的一部分卡在紧固件与第一材料之间。根据本公开的另一方面，网板的被卡住的部分是密封剂。根据本公开的另一方面，一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的紧固件，包括：帽；轴，从帽延伸出并具有位于帽的远侧的端部，当紧固件放置在包括以电接触方式定位的导电的第一材料和第二材料在内的堆叠件中并且受到横跨堆叠件施加的电势时，紧固件能够传导通过堆叠件的电流，电流引起电阻加热以及在位于帽的远侧的端部焊接至第二材料，在端部焊接至第二材料之后，第一材料卡在帽与第二材料之间，紧固件具有多个层，第一层具有第一组分，第二层具有不同于第一组分的第二组分。根据本公开的另一方面，第一层是钢，第二层是铝。根据本公开的另一方面，第一材料是钢，第二材料是铝，第二层在延伸穿过第一材料中的孔口并受到电阻焊接后接触并接合至铝的第二材料。根据本公开的另一方面，第二层是沿着紧固件的整个下表面存在的下层，包括帽的底面、紧固件的轴的外表面以及轴的端部的外表面。根据本公开的另一方面，第二层是沿着轴的位于帽的远侧的端部的下表面存在的下层。根据本公开的另一方面，第二层是沿着帽的下表面和轴的外侧表面但不在轴的位于帽的远侧的端部上存在的下层。根据本公开的另一方面，轴的端部具有外围凸台，第二层邻接外围凸台。根据本公开的另一方面，第一层对焊接至第二材料是兼容的，第二层对焊接至第一材料是兼容的。根据本公开的另一方面，第一层是钢，第一材料是铝，第二材料是钢，第二层选自钛、不锈钢和冷喷涂铝。根据本公开的另一方面，第一层对焊接至第二材料是兼容的，第二层是电绝缘体，第一层延伸穿过电绝缘体以与第二材料电接触。根据本公开的另一方面，第二层选自陶瓷和聚合物。根据本公开的另一方面，多个层包括插入在多个层中的两个层之间的扩散阻挡层，两个层是不同的金属，第一金属相对于扩散阻挡层是上层，第二金属相对于扩散阻挡层是下层。根据本公开的另一方面，第一层是钢、钛和铜中的至少一个，第二层是铝，扩散阻挡层是高纯度铝、钛或锌中的至少一个。根据本公开的另一方面，第二层连接至紧固件的端部。根据本公开的另一方面，一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的紧固件，包括：帽；轴，从帽延伸出并具有位于帽的远侧的端部，当紧固件放置在包括以电接触方式定位的导电的第一材料和第二材料在内的堆叠件中并且受到横跨堆叠件施加的电势时，其中第一材料具有比第二材料更低的熔点，紧固件能够传导通过堆叠件的电流，电流引起电阻加热以及在位于帽的远侧的端部焊接至第二材料，在端部焊接至第二材料之后，第一材料卡在帽与第二材料之间，轴在帽与位于帽的远侧的端部之间具有实心横截面。根据本公开的另一方面，帽中具有凹陷，凹陷能够接纳从焊接电极的表面延伸出的突起，电极尖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的方法，包括：将所述第一材料和所述第二材料以物理接触和电接触的方式放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点；放置导电的紧固件以与所述第一材料物理接触和电接触，所述紧固件能够焊接至所述第二材料并且具有比所述第一材料更高的熔点，以形成包括所述紧固件、所述第一材料和所述第二材料在内的导电的堆叠件；在放置所述紧固件以形成所述堆叠件的步骤之前或之后，在所述紧固件与所述第一材料之间应用密封剂；横跨所述堆叠件施加电势，引起电流流动通过所述堆叠件并且引起电阻加热，所述电阻加热引起所述第一材料的软化；将所述紧固件朝向所述第二材料推动穿过软化的所述第一材料；在所述紧固件接触所述第二材料之后，将所述紧固件焊接至所述第二材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.03 US 61/934,9511.一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的方法，包括：将所述第一材料和所述第二材料以物理接触和电接触的方式放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点；放置导电的紧固件以与所述第一材料物理接触和电接触，所述紧固件能够焊接至所述第二材料并且具有比所述第一材料更高的熔点，以形成包括所述紧固件、所述第一材料和所述第二材料在内的导电的堆叠件；在放置所述紧固件以形成所述堆叠件的步骤之前或之后，在所述紧固件与所述第一材料之间应用密封剂；横跨所述堆叠件施加电势，引起电流流动通过所述堆叠件并且引起电阻加热，所述电阻加热引起所述第一材料的软化；将所述紧固件朝向所述第二材料推动穿过软化的所述第一材料；在所述紧固件接触所述第二材料之后，将所述紧固件焊接至所述第二材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述紧固件具有帽和以直角从所述帽延伸出的杆部，所述密封剂的形式是密封剂珠、密封剂环、密封剂盘、密封剂带或密封剂沉积物中的至少一种，所述密封剂被应用至所述第一材料附近的所述帽或所述第一材料的表面上的至少一者，所述第一材料的表面是在放置的步骤期间所述紧固件将被放置的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封剂是粘接剂、聚合物、钎焊材料或焊料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述密封剂在电阻加热的步骤期间能够流动的步骤，在焊接步骤完成后，所述密封剂遵循并覆盖所述帽与所述第一材料之间的接合处的至少一部分。5.根据权利要求1所述的方法，其中，放置所述紧固件的步骤包括将所述紧固件保持在运送网板中并且将所述网板和所述紧固件移动到所述第一材料上方的选定位置，并且进一步包括在焊接步骤之后使所述网板与所述紧固件分离的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述推动的步骤期间以及所述分离的步骤之前，所述网板的一部分卡在所示紧固件与所述第一材料之间。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述网板的被卡住的所述部分是所述密封剂。8.一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的紧固件，包括：帽；轴，从所述帽延伸出并具有位于所述帽的远侧的端部，当所述紧固件放置在包括以电接触方式定位的导电的所述第一材料和所述第二材料在内的堆叠件中并且受到横跨所述堆叠件施加的电势时，所述紧固件能够传导通过所述堆叠件的电流，所述电流引起电阻加热以及在位于所述帽的远侧的端部焊接至所述第二材料，在所述端部焊接至所述第二材料之后，所述第一材料卡在所述帽与所述第二材料之间，所述紧固件具有多个层，第一层具有第一组分，第二层具有不同于所述第一组分的第二组分。9.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第一层是钢，所述第二层是铝。10.根据权利要求9所述的紧固件，其中，所述第一材料是钢，所述第二材料是铝，所述第二层在延伸穿过所述第一材料中的孔口并受到电阻焊接后接触并接合至铝的所述第二材料。11.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第二层是沿着所述紧固件的整个下表面存在的下层，包括所述紧固件的所述帽的底面、所述轴的外表面以及所述轴的所述端部的外表面。12.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第二层是沿着所述轴的位于所述帽的远侧的所述端部的下表面存在的下层。13.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第二层是沿着所述帽的下表面和所述轴的外侧表面但不在所述轴的位于所述帽的远侧的所述端部上存在的下层。14.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述轴的所述端部具有外围凸台，所述第二层邻接所述外围凸台。15.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第一层对焊接至所述第二材料是兼容的，所述第二层对焊接至所述第一材料是兼容的。16.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第一层是钢，所述第一材料是铝，所述第二材料是钢，所述第二层选自钛、不锈钢和冷喷涂铝。17.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第一层对焊接至所述第二材料是兼容的，所述第二层是电绝缘体，所述第一层延伸穿过所述电绝缘体以与所述第二材料电接触。18.根据权利要求17所述的紧固件，其中，所述第二层选自陶瓷和聚合物。19.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述多个层包括插入在所述多个层中的两个层之间的扩散阻挡层，所述两个层是不同的金属，第一金属相对于所述扩散阻挡层是上层，第二金属相对于所述扩散阻挡层是下层。20.根据权利要求19所述的紧固件，其中，所述第一层是钢、钛和铜中的至少一个，所述第二层是铝，所述扩散阻挡层是高纯度铝、钛或锌中的至少一个。21.根据权利要求8所述的紧固件，其中，所述第二层连接至所述紧固件的所述端部。22.一种用于使用电阻焊接将导电的第一材料紧固至导电的第二材料的紧固件，包括：帽；轴，从所述帽延伸出并具有位于所述帽的远侧的端部，当所述紧固件放置在包括以电接触方式定位的导电的所述第一材料和所述第二材料在内的堆叠件中并且受到横跨所述堆叠件施加的电势时，所述紧固件能够传导通过所述堆叠件的电流，所述电流引起电阻加热以及在位于所述帽的远侧的端部焊接至所述第二材料，其中所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点，在所述端部焊接至所述第二材料之后，所述第一材料卡在所述帽与所述第二材料之间，所述...

【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：发明
国别省市：美国;US