用于铝工件与钢工件的电阻点焊的配合电极的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月1日提交的美国临时申请号62/301,690的优先权。上述临时申请的全部内容以其整体并入本文。

背景技术：

将钢工件接合到较轻质的铝工件(非合金铝或具有85％重量百分比或更多铝的铝合金)在许多制造品中提供重量减轻同时保持适当的强度。该实践诸如像在用于机动车辆的车身面板和其他车身结构构件的制造中提供了许多减轻重量的机会。许多这样的部件具有内板和外板，该内板和外板互补地成形以提供更坚固得多的刚性结构以及包围窗户、闭合构件、绝缘体、电线等。这种内板和外板具有例如从约0.3mm至6mm的厚度。钢工件和铝工件通常成形为具有类似形状的外周边缘或凸缘，这使得它们能够通过沿其外周策略地定位的一系列适当间隔的电阻焊点接合。可固化粘合剂也可以在板结构的闭合时施加在待接合的面对的表面之间，以提供另外的结合强度。

在电阻焊点的形成中，钢工件和铝工件在要形成焊点的每个位置处利用接合的贴合表面以面对面接触的方式被堆叠并固定在一起。被以共线面对置的方式布置抵靠在其相应的工件堆叠组件的外表面上的两个焊接电极，然后通过重叠和相邻的钢工件和铝工件传送焊接电流。通过的焊接电流瞬间在铝工件内形成熔融焊池，熔融焊池又使钢工件的相邻的贴合表面润湿。钢工件不熔化并有助于熔融焊池。在短时段的电流流动(通常不长于一秒或两秒)之后，焊接电流在相对的电极仍然压靠在其相应的工件叠层外表面上的情况下终止。钢工件和铝工件在周围环境中冷却(尽管两种材料的热导率的差异导致热量从焊接位置通过工件不同地散播)并且熔融焊池在铝工件中固化以形成结合到钢工件的焊接接头。焊接接头包括焊接熔核以及通常包括在焊接熔核和钢工件之间的脆性金属间层。金属间层可以包括各种fe-al金属间化合物。

虽然将铝工件与互补的钢工件接合可以减少正被制造的部件的重量，但是由于可以追溯到工件的不同特性的几个因素，在钢铝贴合界面处形成一个或多个电阻焊点是挑战性的尝试。这些因素包括在铝工件上存在表面氧化物层，钢和铝工件的熔点的显著差异(钢是约1300℃-1500℃而铝是约600℃)，与钢工件相比铝工件明显更高的热导率和电导率，以及铝和钢在升高的温度下在紧密接触下彼此反应以在焊接接头和钢工件的结合界面处形成脆性金属间层的倾向。更具体地，钢和铝工件的不同特性可导致焊接缺陷在焊接接头和钢工件的结合界面处并沿着接合面生成和散布，这对接头的强度(包括剥离强度和横向拉伸强度)具有不利影响。在这种破坏性散布中最常见的焊接缺陷包括表面氧化物残留、气孔、微裂纹、缩孔和来自残留在焊接位置处的任何剩余粘结剂膜的热分解的残余物。

技术实现要素：

根据本公开的一个实施例的在包括钢工件和相邻的重叠的铝工件的工件堆叠组件中形成电阻焊点的方法包括若干步骤。首先，提供了一种工件堆叠组件，其包括钢工件和相邻的铝工件，该铝工件与钢工件重叠以在其间建立贴合界面。工件堆叠组件具有紧接铝工件的第一外表面和紧接钢工件的相反的第二外表面。接下来，第一点焊电极压靠在工件堆叠组件的第一外表面上，而第二点焊电极压靠在组件的第二外表面上。第一点焊电极包括具有中心上升凸面的焊接面，该中心上升凸面升起高于围绕中心上升凸面的环形表面，使得至少最初，中心上升凸面接触工件堆叠组件的第一外表面，而第一焊接电极的焊接面的围绕的环形表面不接触。第二点焊电极包括具有中心下降凹面的焊接面，该中心下降凹面降低低于围绕下降凹面的环形表面，使得至少最初，第二焊接电极的焊接面的环形表面接触工件堆叠组件的第二外表面，而下降凹面不接触。

该特定实施例的方法还要求在第一和第二点焊电极的焊接面之间穿过钢和铝工件的贴合界面通过电流，以使得铝工件熔化，并在铝工件内形成熔融焊池，其湿润钢工件的相邻表面。最后，在已经形成所需尺寸的熔融焊池之后，终止在第一和第二点焊电极的焊接面之间通过的电流，使得熔融焊池固化成焊接接头，其在点焊位置处将钢和铝工件结合到一起。形成的焊接接头包括与钢工件的相邻表面的结合界面，其朝向第二点焊电极的焊接面的中心下降凹面变形。

根据前述实施例的方法可以以各种方式实现。例如，工件堆叠组件可以仅包括钢工件和铝工件。在这种情况下，铝工件的外工件表面提供工件堆叠组件的第一外表面，而钢工件的外工件表面提供工件堆叠组件的第二外表面。这样，第一点焊电极压靠在铝工件的外工件表面上，而第二点焊电极压靠在钢工件的外工件表面上。在另一个示例中，铝工件可以包括其上具有表面氧化物层的铝合金基板。此外，第一焊接电极的焊接面的中心上升凸面可以是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分，而第二焊接电极的焊接面的中心下降凹面可以是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分的下沉凹陷。在上述实施例的方法的其它方面中，在电流通过第一和第二点焊电极之间期间，在中心上升凸面和中心下降凹面之间保持等于工件堆叠组件的总厚度的恒定间隙。

在上述实施例的方法的另一些方面中，在第一焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过的电流可以沿着径向向外扩展的流动路径分配，该流动路径从第一点焊电极向第二点焊电极延伸，使得在与中心上升凸面的界面处的铝工件中的电流密度高于在与环形表面的界面处的钢工件中的电流密度。此外，在电流流动通过期间，第一焊接电极的焊接面的环形表面可以与工件堆叠组件的第一外表面接触，由此造成径向向外扩展的电流流动路径停止存在。

根据本公开的另一个实施例的在包括钢工件和相邻的重叠的铝工件的工件堆叠组件中形成电阻焊点的方法包括若干步骤。首先，第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面压靠在工件堆叠组件的第一外表面上，该工件堆叠组件包括钢工件和与钢工件重叠的相邻的铝工件。同时，第二点焊电极的焊接面的环形表面压靠在工件堆叠组件的与第一外表面相反的第二外表面上。工件堆叠组件的第一外表面紧接铝工件，而工件堆叠组件的第二外表面紧接钢工件。通过在第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面和第二点焊电极的焊接面的环形面之间通过电流，形成将钢工件和铝工件结合在一起的电阻焊点，使得在第一焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过的电流沿着径向向外扩展的流动路径分配，该流动路径从第一点焊电极向第二点焊电极延伸，使得在与中心上升凸面的界面处的铝工件中的电流密度高于在与环形表面的界面处的钢工件中的电流密度。

根据前述实施例的方法可以以各种方式实现。例如，焊点可以由完全包含在铝工件内的焊接接头组成，其包括朝向第二点焊电极变形的与钢工件的相邻表面的结合界面。作为另一示例，第一点焊电极的焊接面还可以包括围绕中心上升凸面的环形表面。并且第一焊接电极的焊接面的中心上升凸面可以是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分。此外，第二点焊电极的焊接面还可以包括被环形表面围绕的中心下降凹面。第二焊接电极的焊接面的中心下降凹面可以是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分的下沉凹陷。

在上述实施例的方法的其它方面中，工件堆叠组件可以仅包括钢工件和铝工件。在那种情况下，铝工件的外工件表面提供工件堆叠组件的第一外表面，而钢工件的外工件表面提供工件堆叠组件的第二外表面。这样，第一点焊电极压靠在铝工件的外工件表面上，而第二点焊电极压靠在钢工件的外工件表面上。

在上述实施例的方法的其他方面中，第一点焊电极的焊接面可以包括围绕中心上升凸面的环形表面，以使得中心上升凸面升起高于第一点焊电极的焊接面的环形表面，而第二点焊电极的焊接面可以包括被第二点焊电极的焊接面的环形表面围绕的中心下降凹面。此外，在电流流动期间，第一焊接电极的焊接面的环形表面可以与工件堆叠组件的第一外表面接触，从而致使电流的径向向外扩展的流动路径停止存在。在上述实施例的方法的其它方面中，在电流在第一和第二点焊电极之间通过期间，在中心上升凸面和中心下降凹面之间保持等于工件堆叠组件的总厚度的恒定间隙。

本发明包括如下解决方案：

1、一种在工件堆叠组件中形成电阻焊点的方法，所述工件堆叠组件包括钢工件和相邻的重叠的铝工件，所述方法包括：

提供工件堆叠组件，所述工件堆叠组件包括钢工件和与所述钢工件重叠以在其间建立贴合界面的相邻的铝工件，所述工件堆叠组件具有紧接所述铝工件的第一外表面和紧接所述钢工件的相反的第二外表面；

将第一点焊电极压靠在所述工件堆叠组件的第一外表面上，第一点焊电极包括具有中心上升凸面的焊接面，所述中心上升凸面升起高于围绕所述中心上升凸面的环形表面，其中至少最初，所述中心上升凸面接触所述工件堆叠组件的第一外表面，而第一焊接电极的焊接面的围绕的环形表面不接触所述工件堆叠组件的第一外表面；

将第二点焊电极压靠在所述工件堆叠组件的第二外表面上，第二点焊电极包括具有中心下降凹面的焊接面，所述中心下降凹面下降低于围绕所述下降凹面的环形表面，其中至少最初，第二焊接电极的焊接面的环形表面接触所述工件堆叠组件的第二外表面，而所述下降凹面不接触所述工件堆叠组件的第二外表面；

使电流在第一点焊电极和第二点焊电极的焊接面之间穿过钢工件和铝工件的贴合界面通过，以致使铝工件熔化并在铝工件内形成润湿钢工件的相邻表面的熔融焊池；并且之后，

终止电流在第一点焊电极和第二点焊电极的焊接面之间通过，以使得熔融焊池固化成在焊点位置将钢工件和铝工件结合在一起的焊接接头，并且其中所述焊接接头包括与所述钢工件的相邻表面接合的结合界面，所述结合界面朝向第二点焊电极的焊接面的中心下降凹面变形。

2、根据方案1所述的方法，其中所述铝工件的外工件表面提供所述工件堆叠组件的第一外表面，而所述钢工件的外工件表面提供所述工件堆叠组件的第二外表面，并且其中第一点焊电极压靠在所述铝工件的外工件表面上，而第二点焊电极压靠在所述钢工件的外工件表面上。

3、根据方案1所述的方法，其中所述铝工件包括其上具有表面氧化物层的铝合金基板。

4、根据方案1所述的方法，其中第一焊接电极的焊接面的中心上升凸面是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分。

5、根据方案1所述的方法，其中第二焊接电极的焊接面的中心下降凹面是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分的下沉凹陷。

6、根据方案1所述的方法，其中在电流在第一点焊电极和第二点焊电极之间通过期间，在所述中心上升凸面和所述中心下降凹面之间保持等于所述工件堆叠组件的总厚度的恒定间隙。

7、根据方案1所述的方法，其中在第一焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过的电流沿着径向向外扩展的流动路径分配，所述流动路径从第一点焊电极向第二点焊电极延伸，以使得在与第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面的界面处的铝工件中的电流密度高于在与第二点焊电极的焊接面的环形表面的界面处的钢工件中的电流密度。

8、根据方案7所述的方法，其中在电流在第一点焊电极和第二点焊电极的焊接面之间通过期间，第一焊接电极的焊接面的环形表面与第一外表面接触，从而导致电流的径向向外扩展的流动路径停止存在。

9、一种在工件堆叠组件中形成电阻焊点的方法，所述工件堆叠组件包括钢工件和相邻的重叠的铝工件，所述方法包括：

将第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面压靠在所述工件堆叠组件的第一外表面上，所述工件堆叠组件包括钢工件和与所述钢工件重叠的相邻铝工件，所述工件堆叠组件的第一外表面紧接所述铝工件；

将第二点焊电极的焊接面的环形表面压靠在所述工件堆叠组件的与第一外表面相反的第二外表面上，所述工件堆叠组件的第二外表面紧接所述钢工件，并且其中第一点焊电极的焊接面和第二点焊电极的焊接面关于公共轴线对准并居中；

形成将钢工件和铝工件结合在一起的电阻焊点，其中形成电阻焊点包括使电流在第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面和第二点焊电极的焊接面的环形表面之间通过，以使得在第一焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过的电流沿着径向向外扩展的流动路径分布，所述流动路径从第一点焊电极向第二点焊电极延伸，以使得在与第一点焊电极的焊接面的中心上升凸面的界面处的铝工件中的电流密度高于在与第二点焊电极的焊接面的环形表面的界面处的钢工件中的电流密度。

10、根据方案9所述的方法，其中所述焊点由完全包含在所述铝工件内的焊接接头组成，所述焊接接头包括与所述钢工件的相邻表面的结合界面，所述结合界面朝向第二点焊电极变形。

11、根据方案9所述的方法，其中第一点焊电极的焊接面还包括围绕所述中心上升凸面的环形表面。

12、根据方案11所述的方法，其中第一焊接电极的焊接面的中心上升凸面是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分。

13、根据方案9所述的方法，其中第二点焊电极的焊接面还包括由环形表面围绕的中心下降凹面。

14、根据方案13所述的方法，其中第二焊接电极的焊接面的中心下降凹面是具有50mm至5mm之间的曲率半径的球体的截面部分的下沉凹陷。

15、根据方案9所述的方法，其中所述铝工件的外工件表面提供所述工件堆叠组件的第一外表面，而所述钢工件的外工件表面提供所述工件堆叠组件的第二外表面，并且其中第一点焊电极压靠在所述铝工件的外工件表面上，而第二点焊电极压靠在所述钢工件的外工件表面上。

16、根据方案9所述的方法，其中第一点焊电极的焊接面包括围绕中心上升凸面的环形表面，以使得中心上升凸面升起高于第一点焊电极的焊接面的环形表面，并且其中第二点焊电极的焊接面包括中心下降凹面，所述中心下降凹面由第二点焊电极的焊接面的平的环形表面围绕。

17、根据方案16所述的方法，其中在电流在第一点焊电极和第二点焊电极的焊接面之间通过期间，第一焊接电极的焊接面的环形表面与第一外表面接触，从而导致电流的径向向外扩展的流动路径停止存在。

18、根据方案9所述的方法，其中在电流在第一点焊电极和第二点焊电极之间通过期间，在所述中心上升凸面和所述中心下降凹面之间保持等于所述工件堆叠组件的总厚度的恒定间隙。

附图说明

图1是工件堆叠组件的截面形式的放大示意侧视图，工件堆叠组件包括在钢工件顶部上的铝工件，其中上部第一点焊电极(其包括具有中心上升凸面和围绕的环形表面的焊接面)定位成紧接铝工件地与堆叠组件接合，并且下部第二点焊电极(其包括具有中心下降凹面和围绕的环形表面的焊接面)定位成紧接钢工件地与堆叠组件接合；

图2是图1的点焊电极和工件堆叠组件的截面形式的放大示意侧视图，其中电极已经被压成与根据本公开的一个实施例的工件堆叠组件的相反的外表面初始接合，并且电流在焊点位置处穿过工件在相对的点焊电极之间通过；

图3是图1-2所示的点焊电极和工件堆叠组件的截面形式的放大示意侧视图，其中通过在相对的点焊电极之间并且通过工件堆叠瞬时通过电流，在焊点位置处形成包括完全包含在铝工件内的焊接接头的焊点；和

图4是类似于图1所示的工件堆叠组件和相对的第一和第二点焊电极的截面形式的放大示意侧视图，尽管此处中心上升凸面和中心下降凹面的几何形状不同于图1所示的几何形状。

具体实施方式

本公开涉及一种用于在铝工件和钢工件之间形成电阻焊点的相对的点焊电极的设计，铝工件和钢工件在工件堆叠组件中彼此相邻定位。用于在铝工件和钢工件之间形成焊点的点焊电极包括配合的焊接面。具体地，一个电极具有带有凸形中心部分的焊接面，用于紧接铝工件地与堆叠组件的外表面接合，而另一相对电极具有带有互补地成形和确定尺寸的凹形中心部分焊接面，用于紧接钢工件地与堆叠组件的相反外表面接合。带有其配合的焊接面的点焊电极的组合沿着径向向外扩张的流动路径分配电流通过面对的焊接面之间，该流动路径从紧接铝工件的电极向紧接钢工件的电极延伸。由上述点焊电极形成的焊点的特征在于更坚固、更耐剥离和横向拉伸的焊接接头，其包括在点焊位置处的与其相邻的钢工件的贴合表面的变形的非平面(离开表面平面)的结合界面(例如，弯曲或成角度的)和更薄的金属间层，这取决于实施的相对焊接面的配合的几何形状。

本文描述的相对的协作的点焊电极的配合的焊接面已经被特别地修改，以适应电阻点焊重叠和相邻的钢工件和铝工件的实践，尽管融合了伴随不同金属材料的点焊的复杂考虑。如上所述，在铝工件和钢工件之间在一致的基础上形成良好质量的电阻焊点不是简单的任务，其只能通过采用在过去开发的用于类似组成的工件(例如，钢与钢或铝与铝)的传统点焊技术来解决。可以肯定的是，铝工件和钢工件的点焊引起了许多必须处理的问题，包括例如铝和钢的不同成分，铝和钢的明显不同的物理性质(包括它们的熔点以及热导率和电导率)以及在铝工件上存在机械坚硬和电绝缘的表面氧化物层，否则所获得的构成焊点的焊接接头的强度和其他机械性能可能受损。

现在参考图1-3，描述了具有配合的焊接面的点焊电极以及使用那些点焊电极的方法。在图1的放大示意图中，示出了工件堆叠组件32，其包括钢工件板10的一部分和铝工件12的相邻重叠部分。组装的钢工件10和铝工件12可以分别是，例如，用于机动车辆的铝外部车身侧面板和钢内体侧面板的部分。每个面板可以已经被预先成形。钢工件和铝工件10，12在延伸通过需要接合的焊点位置的贴合界面34处进行界面接触。工件10，12之间在它们的贴合界面34处经历的接触可以是直接接触或间接接触，例如像当存在通过粘合剂或密封垫或其它薄中间材料的焊接时。工件的所示部分可以位于例如堆叠组件32的周边，其中沿着周边边缘以间隔分开对齐的方式形成一系列电阻焊点。

钢工件10包括来自宽泛种类的强度和等级中任一种的钢基板，其被涂覆或未被涂覆。钢基板可以是热轧或冷轧的，并且可以由钢组成，诸如低碳钢、无间隙钢、烘烤硬化钢、高强度低合金(hsla)钢、双相(dp)钢、复合相(cp)钢、马氏体(mart)钢、转变诱导塑性(trip)钢、缠绕诱导塑性(twip)钢和诸如当钢工件10包括加压硬化钢(phs)时的硼钢。如果被涂覆，则钢基板优选包括锌(镀锌)表面层、锌-铁合金(合金化热镀锌)表面层、锌-镍合金表面层、镍表面层、铝表面层、铝-镁合金表面层、铝-锌合金表面层或铝-硅合金表面层，其中任何一种表面层可以具有高达50μm的厚度，并且可以存在于钢基板的每一侧上。考虑到钢基板的厚度和可能存在的任何可选的表面层，至少在焊点位置，钢工件10可以具有范围为从0.3mm至6.0mm或更窄地从0.6mm至2.5mm的厚度。

铝工件12包括涂覆或未涂覆的铝基板。铝基板可以由非合金铝或包含至少85％重量百分比的铝的铝合金组成。可以构成涂覆或未涂覆的铝基板的一些著名的铝合金是铝-镁合金、铝-硅合金、铝-镁-硅合金和铝-锌合金。如果被涂覆，则铝基板可以包括由氧化铝化合物和可能的其它氧化物化合物(诸如如果铝基板是铝-镁合金的情况下的氧化镁化合物)组成的耐熔氧化物材料的表面层。铝基板也可以涂覆有锌、锡层或由钛、锆、铬或硅的氧化物组成的金属氧化物转化涂层，如在美国专利公开物no.2014/0360986中所描述的。表面层可以具有范围从1nm至10μm的厚度，并且可以存在于铝基板的每一侧上。考虑到铝基板的厚度和可能存在的任何可选表面层，至少在焊点位置，铝工件12可以具有范围从0.3mm至约6.0mm或更窄地从0.5mm至3.0mm的厚度。。

铝工件12的铝基板可以以锻造或铸造形式提供。例如，铝基板可以由4xxx，5xxx，6xxx或7xxx系列锻造铝合金板层、挤压件、锻冶件或其他加工的制品组成。或者，铝基板可以由4xx.x，5xx.x，6xx.x或7xx.x系列铝合金铸件组成。可以构成铝基板的一些更具体种类的铝合金包括但不限于aa5754和aa5182铝-镁合金，aa6111和aa6022铝-镁-硅合金，aa7003和aa7055铝-锌合金以及al-10si-mg铝压铸合金。如果需要，铝基板还可以用于各种锻炼中，包括退火(o)，应变硬化(h)和固溶热处理(t)。

工件堆叠组件32包括紧接铝工件12的第一外表面36和紧接钢工件10的第二外表面38。在此上下文中使用的术语“紧接”意思是实际铝工件10或钢工件12的表面，或者堆叠组件32中与铝工件10或钢工件12相同侧的附近工件的表面。例如，当在堆叠组件32中仅存在钢工件10和铝工件12(例如，“2t”叠层)时，此处如图1-3所示，铝工件12的外工件表面12′提供第一外表面36，并且钢工件10的外工件表面10′提供第二外表面38。然而，在其他实施例中，可以将另外的工件设置在相邻的钢工件10和铝工件12的一侧或两侧上，只要另外的工件具有与其直接相邻的钢工件10或铝工件12相同的基体金属类型即可。例如，工件堆叠组件32可以包括邻近并覆盖铝工件12的与钢工件10相邻放置的外工件表面12′设置的另外的铝工件，和/或其可以包括邻近并覆盖钢工件10的与铝工件12相邻放置的外工件表面10′设置的另外的钢工件。当存在另一个另外的工件时，堆叠组件32的第一和/或第二外表面的36，38可以由另外的工件提供。

除了重叠以形成贴合界面34的相邻的钢工件10和铝工件12之外工件堆叠组件32还可以包括至少一个其它另外的工件的事实，并不改变配合的焊接电极的基本功能或它们对相邻钢工件和铝工件10，12之间形成的焊点的作用。在任一情况下，如下面将进一步说明的，包括包含在铝工件12内的焊接接头的焊点由在点焊电极之间传送的电流形成，并且固化后得到的焊接接头结合到钢工件10的相邻贴合表面。因此，为了简单起见，图1-3所示的工件堆叠组件32的整体描述仅利用相邻的钢工件10和铝工件12说明，原因是在这两个工件10，12之间发生的结合动作实际上是相同的，而无论是否另外的工件紧挨工件10，12的一者或两者设置。但是，点焊电极的结构以及它们结合工件堆叠组件32的使用也完全适用于仅包括相邻的钢工件和铝工件10，12的组件以及包括另外的一个工件或多个工件的其他组件。

在图1中，第一中空圆柱形电阻点焊电极14定位成面对堆叠组件32的第一外表面36，其如图所示也可以是铝工件12的外工件表面12′。另外，第二中空圆柱形电阻点焊电极16定位成面对堆叠组件32的第二外表面38，其如图所示可以是钢工件10的外工件表面10′。第一电阻点焊电极14包括第一焊接面40，而第二电阻点焊电极16包括第二焊接面42。第一和第二焊接电极14，16的第一和第二焊接面40，42关于公共中心轴线18(其还延伸通过预期的焊点位置的中心)对准，但不必与电极14，16的主体对准，因为焊接面40，42可相对于主体倾斜以更好地接近。每个电极14，16的主体部分44(其可以具有15mm至20mm之间的直径)被加工或成形以形成相似的中空内部20，用于将电极14，16附接到单独的、可移动的、相对的焊接臂(未示出)，该焊接臂被构造成在电极14，16之间传送设计的电流。冷却剂也可以通过每个焊接臂输送，以将附接的焊接电极14，16保持在合适的温度。焊接臂的相应运动被设计为将两个点焊电极14，16定位在工件堆叠组件30的相对侧上，以使得焊接面40，42关于公共轴线18对准以形成电阻焊点。

第一和第二点焊电极14，16的形状不同主要在于它们的焊接面40，42的设计。对于第一和第二点焊电极14，16中的每一个，其端部之一从圆柱形主体44的外径变细成截顶圆锥体22或截顶球体的形状，具有环形表面(第一焊接电极14上的表面24，和第二焊接电极16上的表面26)，用于容纳电极14，16的中心焊接面部分。在与工件堆叠组件32的第一外表面36接合的第一点焊电极14中，焊接面40具有中心上升凸面28，其升起高于围绕并邻接凸面28的环形表面24。中心上升凸面28可以是具有50mm至5mm之间以及更窄地25mm至8mm之间的曲率半径的球体的截面部分。环形表面24可以是标称平的，可以垂直于公共轴线18取向，如图所示，或者它可以相对于公共轴线18成角度。此外，环形表面26可以是标称平的(其平面性水平允许通过喷砂等方法进行随机表面粗糙化)，或者其可以包括进一步限定的表面下沉部或突起，例如直立的径向间隔开的直立的圆形隆起。中心上升凸面28在其最宽尺寸处的直径可以是2mm至15mm或者更窄地是3mm至10mm的范围，而由环形表面24的周边限定的整个第一焊接面40的直径可以是3mm至20mm或更窄地是4mm至12mm的范围。

相反，在与工件堆叠组件32的第二外表面38接合的第二点焊电极16中，焊接面42具有中心下降凹面30，其下降低于围绕并邻接凹面30的环形表面26。中心下降凹面30可以形成为具有也位于50mm至5mm之间，或者更窄地位于25mm至8mm之间的曲率半径的球体的截面部分的下沉的凹陷。环形表面26可以是标称平的，可以垂直于公共轴线18限向，如图所示，或者其可以相对于公共轴线18成角度。此外，环形表面26优选是标称平的。中心下降凹面30在其最宽尺寸处的直径可以是2mm至15mm或者更窄地是3mm至10mm的范围，而由环形表面26的周边限定的整个第二焊接面42的直径可以是3mm至20mm或者更窄地是4mm至12mm的范围。第二焊接面42的中心下降凹面30和第一焊接面40的中心上升凸面28的尺寸和形状被设定为具有配合关系，即使两个焊接面40，42在电阻点焊期间实际上彼此不接合。

第一点焊电极14的焊接面40和第二点焊电极16的焊接面42之间的配合关系可以是互补的，其中中心上升凸面28和中心下降凹面30是匹配的配对物，以使得接合在一起时焊接面40，42的中心部分的凸面28紧贴地配合在凹面30内。在另一个实施例中，第一点焊电极14的焊接面40和第二点焊电极16的焊接面42之间的配合关系可以适应工件堆叠组件32的总厚度；即中心上升凸面28和中心下降凹面30的尺寸使得在点焊期间(并且更具体地是在电流流动期间)可以在表面28，30之间保持等于堆叠组件32的总厚度的恒定间隙。例如，如果中心上升凸面28和中心下降凹面30是球体形成的，则两个中心焊接面部分40，42的曲率半径的差优选地是在1mm至8mm之间，但是更大或者更小的差可以根据堆叠组件32的总厚度采用。实际上，如果1mm的铝工件被焊接到2mm的钢工件，因此产生3mm的总叠层厚度，则第一点焊电极14的焊接面40的中心上升凸面28可以具有17mm的曲率半径，而第二点焊电极16的焊接面42的中心下降凹面30可以具有20mm的曲率半径。

第一和第二点焊电极14，16可以由任何合适的导电和导热材料形成。例如，点焊电极14，16可以由具有至少45％iacs的电导率和至少180w/mk的热导率的材料构成。符合该标准的一些材料类别包括铜合金和包括至少35％重量百分比，并且优选地包括至少50％重量百分比的难熔金属的耐熔基材料。合适的铜合金的具体示例包括c15000铜-锆(cuzr)合金、c18200铜-铬(cucr)合金和c18150铜-铬-锆(cucrzr)合金，而合适的耐熔基材料可包括钼或钨微粒相，例如钨-铜金属复合材料，其含有分散在铜基体(其构成复合材料的余量(50％重量百分比至10％重量百分比之间))中的50％重量百分比至90％重量百分比之间的钨微粒相。当然，也可以使用满足适用的电导率和热导率标准的这里未明确列出的其他材料。

现在参考图2-3中呈现的截面视图，示出了第一和第二点焊电极14，16在工件堆叠组件32上执行电阻点焊的使用。首先，如图2所示，并且在焊接面40，42关于公共轴线18对准并居中的情况下，第一点焊电极14的中心上升凸面28紧接铝工件12地接触工件堆叠组件32的第一外表面36，并且围绕第二点焊电极16的中心下降凹面30的优选平的环形表面26紧接钢工件10地接触组件32的第二外表面38。如果需要与工件直接接触(即凸面28与铝工件12的外表面12′之间的直接接触或者环形表面26和钢工件10的外表面10′之间的直接接触)或与覆盖在所讨论的工件上的相同基材金属类型的另一工件表面接触，则焊接电极14，16的接触是“紧接”其相应的工件10，12。围绕中心上升凸面28的环形表面24和中心下降凹面30在初始接触时不接触它们相应的工件堆叠组件32的表面36，38。两个点焊电极14，16对工件堆叠组件32的相应表面36，38施加400lb至2000lb，或更窄地600lb至1300lb的初始相对的压力，正如在点焊电极14，16的焊接面40，42之间并穿过工件10，12通过典型地在5ka至50ka之间并且总持续时间为40ms至2500ms或者更窄地为200ms至1000ms的电流。

通过的电流将具有更高的电阻和热阻的钢工件10快速加热到高于铝工件12的相邻部分的熔点或范围的温度。来自钢工件10的热量被传递到铝工件12的相邻部分以在铝工件12中产生熔融焊池，其润湿钢工件10的相邻贴合表面。通过熔融铝对钢工件贴合表面的这种润湿倾向于致使熔融铝与来自钢工件10的铁反应或融化铁，同时沿着钢工件10的表面同时地生长脆性金属间层，其可以包括feal3化合物，fe2al5化合物，以及可能的其它fe-al金属间化合物。在第一和第二点焊电极14，16的焊接面40，42之间的电流流动终止时，在铝工件12内产生的熔融焊池固化成包括焊接接头52的焊点50(图3)。焊接接头52包括重新固化的铝工件材料的熔核(其通常具有6mm至8mm范围内的标称直径)以及沿着焊接接头52和钢工件10的结合界面54的金属间层。因为过厚的金属间层被认为在剥离和横向拉伸两方面不利地影响焊点的强度，所以期望的金属间层的厚度不超过4μm，并且更优选地保持2μm以下的厚度。

现在返回参考图2，可以看出，第一点焊电极14的中心上升凸面28和围绕第二点焊电极16的中心下降凹面30的优选平的环形表面26的组合协作，以分配电流沿着径向向外扩展的流动路径56在焊接面40，42之间通过，该流动路径从第一点焊电极14向第二点焊电极16延伸。这导致在铝工件12中的与第一点焊电极14的焊接面40的中心上升凸面28的界面处的非常高的电流密度，和在钢工件10中的与第二点焊电极16的焊接面42的环形表面26的界面处的低得多的电流密度，这意味着在建立流动路径56的同时，实际上没有电流流动通过熔融焊池的中心区域。

钢工件10内减小的电流密度有助于减小横跨焊接接头52的整个结合界面54的金属间层的厚度，但是在焊接接头52的中心区域处这样做是特别有效的。此外，由于避免了在熔融焊池中心处的热集中，所以更少涉及液态铝的过热和排出。围绕第一点焊电极14的焊接面40的上升凸面28的环形表面24可以最终以高水平的片材下沉与堆叠组件32的第一外表面34接触。如果发生这种接触，则径向向外扩展的流动路径56将开始消失并且实际上可以停止存在，特别是如果第一点焊电极14的焊接面40的环形表面24是平的以匹配第二点焊电极16的焊接面42的优选平的环形表面，以导致更均匀的圆柱形电流流动路径和焊接面40的进一步下沉的停止。

现在参考图3，已经完成并终止了设计电流流动，并且形成了焊接接头焊点52。如图所示，第一和第二焊接电极14，16通过其配合的焊接面40，42的使用在铝工件12内形成了焊接接头52，并且导致焊接接头52和钢工件10的结合界面54朝向中心下降凹面30变形成非平面轮廓，例如弯曲或成角度的轮廓。沿结合界面54接合的焊接接头52和钢工件10的相邻的焊接结合部分58在焊点位置处已经从工件10，12的原始平面轮廓变形为球形弯曲的形状。铝工件12的大部分厚度已经横跨焊接接头52维持，同时由于感应电流流动路径56造成的熔融焊池内的更均匀、扩展的温度分布已经使沿着结合界面54的fe-al金属间化合物的形成最小化并重新分布，从而使金属间层的厚度最小化。除了帮助抑制脆生金属间层的生长之外，还认为由配合的焊接面40，42的压力产生的剪切力有助于破坏并重新定位可能原本存在于铝工件12上的氧化物膜残留物，因此最小化氧化膜的有害影响。此外，通过形成弯曲的结合界面54，其在图3中理想地示出，由剥离强度和横向拉伸强度测量的接头强度可以被增强，因为裂纹不容易沿着非平的结合界面54传播。

在上面的描述中，描述了第一点焊电极14的焊接面40的中心上升凸面28和第二点焊电极16的焊接面42的中心下降凹面30的一个特定实施例，其中那些面28，30中的每一个可以是球形的。然而，中心上升凸面28和中心上升凹面30的形状不仅限于配合的球形几何形状，因为其它配合的几何形状可根据上述原理和教导而起作用。例如，中心上升凸面28可以升起高于它的围绕的环形表面24，同时形成为椭圆体的截面部分、截顶球体的截面部分(即，具有平顶表面的部分球体)、截顶锥体或一些其它几何形状。同样地，中心下降凹面30可以形成为椭圆体的截面部分、截顶球体的截面部分、截顶锥体或者根据需要与中心上升凸面28配合的一些其他几何形状的下沉凹陷。图4具体地示出了一个实施例，其中中心上升凸面28是截顶圆锥的截面部分，而中心下降凹面30是截顶圆锥的截面部分的下沉凹陷，以使得两个焊接面40，42具有配合关系。因此，在本发明中使用的术语“凸”和“凹”不必限于球形几何形状，甚至是由连续弯曲轮廓限定的几何形状。

优选示例性实施例和具体示例的上述描述本质上仅是描述性的；它们不意图限制以下权利要求的范围。应当给予所附权利要求中使用的每个术语其普通和习惯的意义，除非在说明书中另有明确说明。