异质材料的平衡焊接制造技术

公开了一种在异质材料电阻点焊中有效的多层焊接程序。该工艺可在多种等级/厚度和导电材料板材数量上重复进行，并且可以用传统的焊接工具和电极执行。不同尺寸/不同材料/不同接触面几何形状的焊接表面用于平衡材料的热特性，该工艺旨在创造小的、一致的金属间化合物(IMC)，IMC有效地将两种不同的导电材料固定在一起并具有高强度，适用于工业化批量生产。多层电阻点焊工艺对样品进行预加热、焊接和冷却，以控制其中形成的IMC的形成。以控制其中形成的IMC的形成。以控制其中形成的IMC的形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】异质材料的平衡焊接


[0001]本公开的领域涉及用于电阻点焊的系统和方法，更具体地，涉及这种在两种异质材料之间一致地形成完整金属间化合物(IMC)的系统和方法。

技术介绍

[0002]电阻点焊是通过从电流电阻获得的热量将彼此接触的金属表面点连接(即，焊接在一起)的工艺。在电阻点焊中，两个电极将电流集中到一个点，同时将工件压在一起。工件可以包括金属板，在焊接工艺中，金属板在电极施加的压力下固定在一起。迫使电流通过该点将会使金属熔化，并在凝固后的压力点形成焊接接头(通常称为“熔核”)。这种重新凝固的材料有助于将两种材料连接在一起。在某些情况下，当将两种不同的材料点焊在一起时，在材料之间会形成薄的IMC，代替焊接熔核。这种IMC是由于所连接材料之间的热特性和电特性的差异而形成的。由于将两种异质材料焊接在一起时的特性差异，一种材料将倾向于比另一种材料先熔化，而不是形成熔核，微粒会在有限的空间内从一种材料扩散到另一种材料，以在两种材料之间形成坚固的合金。然而，为了简单和熟悉，我们将把该接头称为“焊缝(weld)”。
[0003]电阻点焊是一种流行的连接工艺，由于其经济和效率的优势，电阻点焊被用于大量应用中，例如自动化装配线应用。因此，在汽车行业中，电阻点焊是组装汽车车身最流行的连接工艺。电阻点焊也广泛应用于其他行业，如家具和家用设备的制造等。因为电阻点焊可以在短时间内产生大量的焊点，所以电阻点焊的效率高。例如，电阻点焊允许在金属板的局部区域进行焊接，而不会过度加热金属板的其余部分。然而，在焊接异质材料时，需要特别注意关于被焊接的两种异质材料之间的特性差异。热导率、熔点和热膨胀的差异可能导致异质材料的某些组合是通过IMC而不是焊接熔核连接在一起的。为了确保形成的材料均匀和一致，以优化焊接强度，在确定形成IMC的最有效方法时，需要正确平衡这些材料特性的差异。
[0004]依靠传统的点焊技术，用于将相同类型的材料(例如钢与钢)焊接在一起，这会导致形成不稳定的IMC，并且因此不适合在工业应用中使用。多个实体(entities)已经尝试引入额外的工艺和材料，例如层间填充料(interlayer inserts)或重定向加热的固定装置，以应对热特性的不平衡。然而，这些产品由于其局限性，并不适合用于大规模的生产应用。以前也有人尝试通过额外的接地来重定向热量，或者通过在不同的点上中断焊接电流来减少界面中的热量积聚，以在分阶段的时间和电流内生长出均匀的IMC，从而连接两种异质材料。然而，这些尝试并不令人满意，因为它们要么增加了工艺成本，要么延长了周期时间，从而降低了效率。
[0005]电阻点焊的系统和方法的进步和改进是持续不断的需求，以使该工艺更具经济效益。与目前的异质材料紧固应用相比，利用传统焊接工具的改进被视为最具经济效益的解决方案。因此，需要改进电阻点焊系统和方法，使得在两种异质材料之间一致地形成完整IMC(在那些形成IMC的情况下)。

技术实现思路

[0006]公开了用于电阻点焊异质材料的系统和方法，其至少克服了现有技术的一些上述缺陷。公开了一种使用不同电极将异质材料连接在一起的电阻点焊方法，该方法包括以下步骤：用焊机的相对的上焊接电极和下焊接电极对上工件和下工件施加压力，以将工件夹在一起。在预加热阶段，工件由焊接电极施加压力并夹在一起，电流以预定水平和预定时间通过焊接电极提供给工件，以提供工件的逐渐加热。在预加热阶段之后的焊接阶段，工件由焊接电极施加压力并夹在一起，电流在预定时间内并以高于预加热阶段的预定水平通过焊接电极提供给工件，以在工件之间形成IMC。从预加热阶段到焊接阶段，电流连续不间断地提供给工件。
[0007]还公开了一种将异质材料工件连接在一起的电阻点焊方法，该方法包括以下步骤：一种将异质材料工件连接在一起的电阻点焊方法，该方法包括以下步骤：用焊机的相对的焊接电极对工件施加压力，以将工件夹在一起。在预加热阶段，工件由焊接电极施加压力并夹在一起，电流以预定水平和预定时间通过焊接电极提供给工件，以提供工件的逐渐加热。在预加热阶段之后的焊接阶段，工件由焊接电极施加压力并夹在一起，电流在预定时间内并以高于预加热阶段的预定水平通过焊接电极提供给工件，以在工件之间形成IMC。在预加热阶段和焊接阶段之间的倾斜阶段，工件由焊接电极施加压力并夹在一起，提供给工件的电流在预定时间内从预加热阶段的预定水平逐渐上升到焊接阶段的预定水平。从那里，通常会引入回火阶段来控制样品和新生成的IMC之间的温度冷却速率。在回火阶段之后，使用在焊接电极中流动的冷却流体可以提高工件的冷却速率，同时，在预定时间内，焊接电极继续施加压力并使工件夹在一起，保持压力恒定并且没有电流流向工件。在整个预加热阶段、倾斜阶段、焊接阶段和回火阶段，电流连续不间断地提供给工件。
[0008]从前述的公开内容和以下对各种优选实施例的更详细描述中，本领域技术人员将明显看出，本公开在用于异质材料电阻点焊的系统和方法的技术方面提供了显著的进步。在这方面尤其显著的是，本专利技术可能提供了有效的系统和方法，该系统和方法能够可靠地利用传统的焊接工具。鉴于以下提供的具体实施方式，各种优选实施例的附加特征和优点将被更好的理解。
附图说明
[0009]包括以下附图是为了说明本公开的某些方面，而不应被视为排他性实施例。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当多的修改、变更、组合和等效，而不脱离本公开的范围。
[0010]图1是根据本公开的部分或全部原理在示例性焊接操作期间的焊机的侧视图。
[0011]图2A是用类似材料(例如钢对钢)电阻点焊的典型焊接工艺的流程图。这个工艺的特征是电极将工件挤压在一起，当预定的电流(可以是恒定的或变化的)在预定时间内流过电极和材料时，就会出现焊接工艺。这个工艺从开始到结束都是连续的。
[0012]图2B是图2A中所示流程图的焊接图。
[0013]图2C是IMC的扫描电子显微镜(SEM)图像，IMC以与图2A和图2B中所示的焊接和流程图类似的方式形成。形成的IMC是不一致的，且充满了裂纹和空隙。
[0014]图2D是在两种材料之间使用相同尺寸的焊接电极的侧视图，以展示传统上如何在
两种材料之间进行焊接。
[0015]图3A是根据本公开的部分或全部原理的多层焊接工艺的流程图。这个工艺的特征是电极将工件挤压在一起，焊接工艺的特征是焊接的预加热阶段、倾斜阶段、焊接阶段和回火电流阶段。这个工艺从开始到结束都是连续的。
[0016]图3B是图3A中所示流程图的焊接图。
[0017]图3C是在异质材料之间使用不同尺寸的焊接电极的侧视图，以抵消工件之间的热导率差异。
[0018]图4A是由图3A至图3C表示的计划(schedule)所产生的焊接接头的横截面的技术图。
[0019]图4B是由图3A至图3C表示的计划所产生的焊接接头的微观截面图。
[0020]图4C是IMC的SEM图像，IMC以与图4A和图4C中所示的焊接和流程图类似的方式形成。与图2C相比，所形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将异质材料工件连接在一起的电阻点焊方法，所述方法包括以下步骤：用焊机的相对的焊接电极对所述工件施加压力，以将所述工件夹在一起；在预加热阶段，所述工件由所述焊接电极施加压力并夹在一起，通过所述焊接电极向所述工件提供预定水平的电流并持续预定时间，以提供所述工件的逐渐加热；在焊接阶段，所述焊接阶段在所述预加热阶段之后，所述工件由所述焊接电极施加压力并夹在一起，通过所述焊接电极向所述工件提供高于所述预加热阶段预定水平的电流并持续预定时间，以在所述工件之间形成金属间化合物(IMC)；并且其中，从所述预加热阶段到焊接阶段，所述电流连续不间断地提供给所述工件。2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，还包括：倾斜阶段，所述倾斜阶段在所述预加热阶段和所述焊接阶段之间，所述工件由所述焊接电极施加压力并夹在一起，其中，提供给所述工件的电流在预定时间内从所述预加热阶段的预定水平逐渐上升到所述焊接阶段的预定水平，其大小取决于所连接的所述材料。3.根据权利要求2所述的电阻点焊方法，其中，所述预加热阶段具有多个，每个所述预加热阶段具有不同的电流预定水平。4.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，所述焊接阶段具有多个，每个所述焊接阶段具有不同的电流预定水平。5.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，还包括：回火阶段，所述回火阶段在所述焊接阶段之后，并且所述工件由所述焊接电极施加压力并夹在一起，通过焊接电极以预定水平向所述工件提供电流，所述预定水平低于所述焊接阶段的预定水平，以逐渐冷却提供的所述工件。6.根据权利要求5所述的电阻点焊方法，其中，所述回火阶段以恒定的电流预定水平冷却所述工件。7.根据权利要求5所述的电阻点焊方法，其中，所述回火阶段的电流水平低于所述焊接阶段的电流水平，并且所述回火阶段的电流水平低于或等于所述预加热阶段的电流水平。8.根据权利要求5所述的电阻点焊方法，其中，所述回火阶段具有多个，每个所述回火阶段具有不同的电流预定水平。9.根据权利要求5所述的电阻点焊方法，还包括以下步骤：在所述回火阶段之后，使用在所述焊接电极中流动的冷却流体来提高所述工件的冷却速率，同时，在预定时间内，在保持压力恒定并且没有电流流向所述工件的情况下，所述焊接电极继续施加压力并将所述工件夹在一起。10.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，还包括以下步骤：在所述焊接阶段之后，使用在所述焊接电极中流动的冷却流体来提高所述工件的冷却速率，同时，在预定时间内，在保持压力恒定并且没有电流流向所述工件的情况下，所述焊接电极继续施加压力并将所述工件夹在一起。11.根据权利要求10所述的电阻点焊方法，其中，从所述焊接电极第一次将所述工件夹在一起直到所述回火阶段结束，所述工件中的所述电流都没有停止，并且所述焊接电极继续夹紧所述工件，冷却流体流过所述焊接电极。12.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其中，每个所述焊接电极均具有接触表...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：KTH零部件工业公司，
类型：发明
国别省市：