摩擦元件焊接元件修改以提高热机械连接的耐腐蚀性制造技术

提供了一种焊接结构总成和方法，其在一种形式中包括至少一个上基板、与上基板邻近设置的至少一个下基板和延伸穿过上基板并且进入下基板的紧固件。紧固件被焊接到下基板并且限定具有外周和下侧的头部。密封元件设置在头部下方并且接触其下侧，并且进一步延伸超出头部的外周。

Modification of friction elements to improve corrosion resistance of thermomechanical connections

A welding structure assembly and method are provided in one form including at least one upper substrate, at least one lower base plate adjacent to the upper substrate, and a fastener extending through the upper substrate and entering the lower substrate. The fastener is welded to the lower substrate and defines a head with a periphery and a lower side. The sealing element is arranged below the head and contacts the lower side thereof, and further extends beyond the periphery of the head.

【技术实现步骤摘要】
摩擦元件焊接元件修改以提高热机械连接的耐腐蚀性
本公开大体上涉及紧固件，并且更具体地涉及用于以单侧进入连接相邻工件的紧固件。
技术介绍
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。被连接的各种结构通常需要防腐蚀保护，并且这对于诸如车身面板的机动车辆总成尤其如此。用于连接结构的一种这样的技术是摩擦元件焊接过程，其中在施加轴向力的情况下通过摩擦元件(即，紧固件)的旋转产生热量。摩擦元件在摩擦元件或其部分和配合结构的部分熔化期间连接到结构。参考图1，通过一系列渐进的图示说明了示例性摩擦元件焊接过程，其中摩擦元件1以高RPM(每分钟转数)旋转并且施加轴向力到上部件2和下部件3。当摩擦元件1旋转并施加轴向力时，上部件和下部件2/3的材料软化，从而允许摩擦元件1穿透这些件。当摩擦元件1的头部4抵靠上部件2时，施加到摩擦元件1的旋转和轴向力被移除，并且然后上部件和下部件2/3的材料硬化或再结晶，从而形成摩擦元件1与上部件和下部件2/3之间的机械连接以及摩擦焊接总成5。这种紧固方法在高生产环境(例如机动车辆车身部件/面板的总成)中可以是高效并且经济的。用于机动车辆车身部件/面板的这种类型的摩擦焊接的一种已知方法和紧固件是摩擦焊接方法和铆钉型摩擦元件。然而，由于摩擦元件1的头部4和被连接的结构(上部件2/下部件3)之间的界面可能暴露于可能穿透该界面并且最终导致腐蚀的环境物质，因此该方法可能存在问题。本公开解决了使用摩擦焊接方法和相关的摩擦元件/紧固件以及其他机械连接问题的连接总成中的这个腐蚀问题。
技术实现思路
在本公开的一个形式中，提供了一种焊接结构总成，该总成包括至少一个上基板、邻近上基板设置的至少一个下基板、和延伸穿过上基板并且至少部分地延伸到下基板的紧固件。紧固件被焊接到下基板并且限定具有外周和下侧的头部。密封元件设置在头部下方，密封元件接触下侧并且延伸超出外周。如此，密封元件提供密封以防止基板与紧固件之间的界面处或附近的腐蚀。根据这种焊接结构总成的各种形式，密封元件是施加到紧固件和上基板中的至少一个上的涂层，并且该涂层可以是热塑性聚合物、铅、泡沫或纸。密封元件也可以是胶带条形式，或者密封元件可以是垫圈。垫圈可以是选自热塑性聚合物、闭孔泡沫、蜡浸纤维垫和有色金属组成的组的材料。在一个变型中，紧固件的头部包括最接近地延伸到头部中的凹部，并且密封元件塑性变形以填充凹部。在其他变型中，头部的下侧限定了垂直于杆部延伸的远侧面，头部的下侧限定了相对于杆部以钝角延伸的远侧面，或者头部的下侧限定了相对于杆部以锐角延伸的远侧面。在另一种形式中，存在设置在头部上的第二头部，第二头部配置为在安装紧固件期间剪断。在焊接结构总成中的一种形式中，上基板可以是铝材料或镁材料中的一种，并且下基板可以是钢材料。紧固件可以摩擦焊接或电阻焊接到下基板。在另一种形式中，提供了连接至少一个上基板和至少一个下基板的方法，其包括以下步骤：-将紧固件放置为至少部分地穿过通过上基板形成的孔；-在紧固件的头部和上基板之间设置密封元件；和-将紧固件焊接到下基板，同时地在头部下方形成密封元件，使得密封元件延伸超出头部的外周。在该方法的一种形式中，密封元件是在安装紧固件期间通过来自焊接步骤的热量而固化的材料。或者，密封元件是通过与焊接分开的热源固化的材料。单独的热源可以是流过安装工具的被加热的空气，或者单独的热源可以是在安装之前紧固件和密封元件的感应加热。在另一个变型中，该方法进一步包括沿着第一基板设置外侧工具挡板的步骤，外侧工具挡板用于控制密封元件延伸超出紧固件的外周。根据本文提供的说明书，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，说明书和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。附图说明为了能够很好地理解本公开，现在将描述参考附图的作为例子给出的各种形式，附图中：图1是示出根据现有技术的摩擦焊接结构总成和摩擦焊接元件/紧固件的一系列渐进截面图；图2A是根据本公开的一种形式的安装之前的紧固件和密封元件的横截面图；图2B是图2A的紧固件和密封元件安装之后的横截面图；图3A是根据本公开的另一形式的安装之前的紧固件和密封元件的横截面图；图3B是图3A的紧固件和密封元件安装之后的横截面图；图4A是根据本公开的另一形式的安装之前的紧固件和密封元件的横截面图；图4B是图4A的紧固件和密封元件安装之后的横截面图；图5A是根据本公开的另一形式的安装之前的紧固件和密封元件的横截面图；图5B是图5A的紧固件和密封元件安装之后的横截面图；图6是根据本公开的一种形式的形成安装有多个紧固件的密封元件的胶带条的横截面图；图7A是根据本公开的另一形式的安装之前的具有第二头部和密封元件的紧固件的横截面图；图7B是图7A的紧固件和密封元件安装之后的横截面图；图8是示出根据本公开的教导的连接至少一个上基板和至少一个下基板的方法的流程图；和图9是根据本公开的教导构造的用于控制密封元件的外侧工具挡板的横截面图。本文描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下说明书本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或相应的部件和结构。参考图2A和2B，根据本公开的原理的焊接结构总成被示出并且大体上由附图标记20表示。焊接结构总成20包括至少一个上基板22、如图所示邻近上基板22设置的至少一个下基板24、和延伸穿过上基板22并且进入下基板24的紧固件26。如下面更详细地描述的，紧固件26利用例如摩擦焊接或电阻焊接的方法焊接到下基板24。紧固件26限定具有外周30和下侧32的头部28和杆部34。紧固件26还包括被配置为穿透基板22/24的尖端36，基板22/24可以是如图所示的圆锥形，或者可以采用本领域已知的其他配置。此外，应当理解，在保持在本公开的范围内的情况下，可以连接多于两个基板22/24，并且因此上基板22和下基板24的图示不应被解释为限制本专利技术的范围。如图2A中所示，密封元件40以预安装状态设置在头部28的下方。当安装紧固件26时，使用例如如图1中所示的摩擦焊接方法，密封元件40接触紧固件26的下侧32并且延伸超出外周30，由此密封紧固件26与上基板22之间的界面并且防止可能导致该接合部处的腐蚀的碎屑的渗透。如图所示，紧固件26包括如图所示的最接近地延伸到头部28中的凹部42，其中密封元件40在安装过程期间塑性变形以填充凹部42。(如本文所使用的，术语“远侧地”或“远侧的”应被解释为沿箭头X的方向，并且术语“最接近地”或“最接近的”应被解释为沿箭头Y的方向)。凹部42的存在为密封元件40流动并且被头部28捕获提供了空间，使得密封元件40的材料保持在头部28下方，以便恰当密封紧固件26和上基板22之间的界面。由于在安装紧固件26期间非常高的RPM，密封元件40可能在离心力的作用下具有从头部22下方离开或飞离的趋势。因此，凹部42配置为在安装期间和安装之后捕获密封元件40并且防止其离开紧固件26与上基板22之间的界面。现在参考图3A和3B，用于焊接结构总成20中的另一种形式的紧固件被示出并且大体上由附图标记50表示。在这种形式中，紧固件50包括具有下侧54的头部52，下侧54具有如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接结构总成，包括：至少一个上基板；邻近所述上基板设置的至少一个下基板；延伸穿过所述上基板并且进入所述下基板的紧固件，其中所述紧固件焊接到所述下基板，所述紧固件限定具有外周和下侧的头部；和设置在所述头部下方的密封元件，所述密封元件接触所述下侧并且延伸超出所述外周。

【技术特征摘要】
2016.12.17 US 15/382,6071.一种焊接结构总成，包括：至少一个上基板；邻近所述上基板设置的至少一个下基板；延伸穿过所述上基板并且进入所述下基板的紧固件，其中所述紧固件焊接到所述下基板，所述紧固件限定具有外周和下侧的头部；和设置在所述头部下方的密封元件，所述密封元件接触所述下侧并且延伸超出所述外周。2.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述密封元件是施加到所述紧固件和所述上基板中的至少一个上的涂层。3.根据权利要求2所述的焊接结构总成，其中所述涂层选自由热塑性聚合物、铅、泡沫和纸组成的组。4.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述密封元件是胶带条。5.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述密封元件是垫圈。6.根据权利要求5所述的焊接结构总成，其中所述垫圈是选自由热塑性聚合物、闭孔泡沫、蜡浸纤维垫和有色金属组成的组中的材料。7.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述紧固件的所述头部包括最接近地延伸到所述头部中的凹部，其中所述密封元件塑性变形以填充所述凹部。8.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述头部的所述下侧限定垂直于所述紧固件的杆部延伸的远侧面。9.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述头部的所述下侧限定相对于所述紧固件的杆部以钝角延伸的远侧面。10.根据权利要求1所述的焊接结构总成，其中所述头部的所述下侧限...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·约翰·希尔，阿曼达·凯·弗赖斯，妮娅·R·哈里森，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US