利用预热的自冲铆钉连接金属的方法和设备技术

本发明专利技术公开一种用于将元件连接在一起的方法，该方法包括以下步骤：相对于彼此定位元件；利用激光提高至少一个元件的至少一部分的可成形性；以及利用机械紧固方法将元件连接在一起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将元件，特别是金属元件连接在一起的方法。本发 明还涉及用于将元件连接在一起的设备。
技术介绍
在牢固并具有足够美观性的金属板之间形成连接是一些工业，特别是汽 车工业中目前存在的问题。在两张不同的金属板之间形成连接时是连接中存 在明显问题的一个方面。广泛用于大量生产中连接金属板的一种技术是点烀或对焊，其可以或不 包含激光的使用。激光焊接特别适于连接不同厚度的板并以高速产生整洁和 窄的连接。可是，激光焊接存在许多问题。 一个问题是当使用这样技术连接 镁铝合金(如同包含至少一些熔化的任何技术一样)时，激光焊接在焊接附 近产生硬的和易碎的金属间相的构造。此外，因为上述铸件中的捕获气体， 上述技术尤其不适于通过高压力铸造方法形成的镁合金。当使用激光焊接时，该问题并不是镁特有的。对于钢，例如，硬相(hard phase)的构造，例如关于激光焊接的连接的马氏体破坏了不锈钢或非不锈钢 的延展性。对于紹/钢元件之间的连接，金属间Fe-Al相生长以在接触面上形 成涂层。为了生产可接受的机械特性的Fe-AI接点(joint)，该金属间涂层的 厚度必须小于10|im并因此需要适合的温度时间循环(temperature-time cycle )。当使用激光焊接时，熔化至少一个组件(component)。铝和钢的激光焊 接就像钎焊工艺，其中仅有较低熔点的合金经历熔化。另一方面，镁和铝的 激光焊接导致两种金属的熔化，因此不能防止化学元素的相互扩散。这导致 金属间相的形成，例如P-Mgn ( Al,Zn) 12,这必须被最小化，以便形成满意 的连接。用于形成连接的可替换技术是摩擦搅拌焊接(FSW),其更能承受连接5的不同金属以及高压力压铸件(其具有捕获的气体)，因为该技术是固态连接方法，借此在探针的作用(action)下增塑两种材料。因此，上述金属在 摩擦搅拌焊接时未被熔化。可是，摩擦搅拌焊接存在许多问题，包括低速处 理，处理可以施加到其上的受限部分的几何形状以及高的力的需求，这些可 能需要大的功率量和适于摩擦和夹紧的特殊工具。此外，有证据说明当使用摩擦搅拌焊接来连接镁和铝时，A^Mg2和Al,2Mg,7相关于上述焊接形成，其在压力下会裂开。作为上述方法的一种可替换方法，可使用冷连接技术连接不同的金属而 没有形成不期望的冶金化合物并避免涉及高压力压铸件中捕获气体的问题。 一种这样的技术是螺栓连接，其具有一些自身的问题，包括附加重量，精确 对准的需求，螺栓和金属部分(尤其是金属为镁或镁合金的情况)之间的腐 蚀和磨损，以及提供螺栓引起的增加的材料花费。可替换的冷连接技术是自冲铆接(SPR)，其特别适于连接可适当成形 的不同金属。自沖铆接的优点是能够最小化电化腐蚀。可是，当利用例如 SPR方法连接铝和镁合金时，当镁位于连接的底(模具)侧上时出现明显的 问题，其中使镁变形的高拉伸应变倾向于引起镁裂开，因为镁在室温时的差 的延展性，已经进行了一些尝试，通过预热镁来克服该问题。在DE1963(M88中描 述了这样的一个示例，其中感应加热用于在形成SPR接点中预加热镁。可是， 该方法存在一些问题，包括高功率需求，长的循环时间(cycle time)和工具 固有的困难，该工具是庞大的并很难收纳。这些问题降低了技术的经济可行性。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种将元件连接在一起的方法，该方法包 括以下步骤相对于4皮此定位元件；利用激光提高至少一个元件的至少一部分的可成形性；以及 利用机械紧固方法将元件连接在 一起。应当理解，提高至少一个元件的至少一部分的可成形性可以包括提高该 部分的任意一个或多个物理属性，例如延展性，可加工性，可塑性，流动(硬6化)特性，生长表面或各向异性。在一个实施例中，机械紧固方法在接近于至少一个元件的所述一部分， 优选在至少一个元件的所述一部分处进行。机械紧固方法可以是任何适合的方法。在一个实施例中，机械紧固方法包括使用机械紧固器。可是，在其它实施例中，机械紧固方法是转结式方法(clinching type process )或压力连接方法(press joining process )。元件不限于任意特定的物品，可以是需要连接的任何物品。尽管在特定 的应用中，元件可以是多片材料，但是一些或所有元件可以不是多片材料， 而可以是例如双头螺柱、框架、棒或其它构造的部件。在一个实施例中，激光产生入射在一部分上的激光束。激光束可以入射在至少一个元件的任意侧，优选与机械工具作用于元件 以进行机械紧固方法的一侧相对的一侧，即在才莫具一侧。激光束通常通过加热一部分提高该部分的可成形性。提高该部分的可成形性的步骤可以或者不发生在相对于彼此定位元件 的步骤之前。该方法可以包括利用激光提高 一些或所有元件的部分的可成形性。在另 一 实施例中，仅提高元件之 一 的 一 部分的可成形性。在一个实施例中，如果在可成形性方面仅提高元件之一的一部分的可成 形性，那么可成形性提高的元件是具有在室温最小可成形的材料或在利用机 械紧固方法将其连接在一起的步骤期间易于受到更大应变(stain)的元件。激光可以是具有适合持续时间(duration )、能量和频率的脉沖或断续 (interrupted)激光。在另一实施例中，激光是产生不变光束的连续激光。连续激光借助任何 适当的机械、电学或其它类型设备转换为脉冲或断续激光。在一个实施例中，利用激光在可成形性方面提高的一部分的尺寸、形状 和能量分布可以通过改变激光功率，激光光点尺寸，激光脉冲长度或频率中 的一个或多个而变化，从而达到最优化。在一个实施例中，激光束的形状可以是盘形或环(环带)(anulus)形。 激光束的形状也可用于改变一部分的表面处的温度分布或所述部分中的温 度梯度，以便在施加更高机械应变的地方能够获得更高的温度。一般地，更大功率的激光在较短的时间周期以上能够使元件的温度提升得更高。在 一个实施例中，特别用于提高镁元件的可成形性的激光功率输出在100瓦至5000瓦之间，优选在100至2500瓦之间。该激光功率输出尤其适 于具有小于15mm，优选小于10mm,优选小于7mm,更优选小于6.6mm的总厚度的元件。因为在其它因素中，连接在一起的元件数量，元件的总厚度，合金，元 件的尺寸以及所述部分与元件边缘的距离，所以因适当提高元件可成形性所 需的激光功率输出或所用的时间可以更高(higher)。所需的激光功率输出还 依赖于同时通过激光提高可成形性的元件的数量。前述功率需求通常认为是 正在提高的每个部分(例如，单个部分)的功率需求。在一个实施例中，适当提高元件的可成形性所用的时间小于3.5秒。这 可称作"激光停留时间"。在一个实施例中，适当提高可成形性并利用机械紧固方法将元件连接在 一起所用的时间小于10秒，优选小于5秒。该时间可以被称作"总循环时间"。 注意到，该时间不包括相对于彼此定位元件所用的时间。元件的可成形性可以通过将一部分的温度提升至元件熔点(固相线)的 80%适当地提高。根据合金类型和热处理，以及与所需变形的能级(level )、 分布和速率相比的元件温度，该温度可以是适于镁合金的100-350°C。在一个实施例中，所述方法进一步包括利用激光光学设备将激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将元件连接在一起的方法，该方法包括以下步骤：　相对于彼此定位元件；　利用激光提高至少一个元件的至少一部分的可成形性；以及　利用机械紧固方法将元件连接在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊冯娜C杜兰德特，宋维前，布赖恩登普斯特，米兰布兰特，斯图尔特布莱克特，
申请(专利权)人：铸造CRC有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]