焊接辅助接合零件和用该零件连接元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有螺柱的形式或形状的焊接辅助接合零件，并涉及一种借助于此焊接辅助接合零件连接若干元件的方法，该方法包括固定方法和焊接方法，该固定方法用于将此焊接辅助接合零件固定到由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中；以及至少由不可焊接或焊接不良的材料制成的第一元件和至少由可焊接材料制成的第二元件或具有由可焊接材料制成的一部分的第二元件，该第一元件和第二元件已借助于该焊接辅助接合零件而彼此连接。
【背景技术】
[0002]焊接是用于将由可焊接材料制成的元件(例如由钢制成的元件)彼此连接的常用方法。示例性焊接方法是电阻点焊和螺柱焊接，其中借助于焊接将两个相对的元件选择性地或逐个点地彼此连接。又一种焊接方法是使用电弧的螺柱焊接。
[0003]在各种工业领域中必须将部分地由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件彼此连接。然而，即使对于由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件，焊接也是有效的连接方法。为此目的，将由可焊接材料制成的焊接辅助接合零件紧固到由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中。随后，产生由可焊接材料制成的元件与该焊接辅助接合零件之间的焊接连接，使得由可焊接材料制成的元件和由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件经由该焊接辅助接合零件彼此连接。仅举几例，由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件的示例是铝片、由塑料或纤维加强塑料(例如碳纤维加强塑料)制成的模制零件。上述方法例如参见德国专利申请案DE100 15 713 Al。
[0004]借助于由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件与由可焊接材料制成的元件之间的焊接的类似连接方法在德国专利申请DE 10 2005 006 253 Al中描述。在此文献中，由可焊接材料制成的具有柄和头部的螺柱插入到由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中的预制孔中，且随后焊接到由可焊接材料制成的元件上。为了将螺柱的柄可靠地固定在由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件的预穿孔部分中，在借助于压紧的焊接之后使螺柱的柄横向变形，从而得到螺柱的柄与元件的孔的内壁之间的正连接或摩擦连接。由于存在多个方法步骤，因此上述连接方法是技术上复杂且耗时的。
[0005]在德国专利申请DE10 2004 025 492 Al 和 DE 10 2007 036 416 Al 中，铆钉、螺柱或钉分别用作由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中的焊接辅助接合零件。焊接辅助接合零件的尖端从由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件的一侧突出，且形成具有极小接触表面的焊接点，用于接触相对的由可焊接材料制成的元件。只要焊接辅助接合零件和由可焊接材料制成的元件例如借助于电阻焊接以电阻点焊或电阻螺柱焊接的方式彼此连接，焊接辅助接合零件的尖端或边缘恪化从而得到所谓的焊接恪核(weld nugget)。由于在焊接辅助接合零件的尖端处或切割区域中焊接辅助接合零件与由可焊接材料制成的元件之间存在小接触表面，因此用于焊接的接触面积相对小。由于与彼此相对设置的以较大面积彼此接触的元件相比的小接触表面，这加长了焊接过程或使焊接连接降级。对应于焊接辅助接合零件与由可焊接材料制成的元件之间的小面积接触部分，形成的焊接熔核较小。这尤其影响所得连接的机械负载容量以及寿命。此外，当使用半中空冲压铆钉作为焊接辅助接合零件时，产生了由不可焊接或焊接不良的材料形成的废料。在后续焊接期间，此废料留在焊接区域中和焊接熔核的区域中，由于存在此污染导致所得的焊接连接在质量上受影响。
[0006]此外，在DE 10 2004 025 492 Al中显示出，有利的是，借助于焊接辅助接合零件到由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中的固定程序使由可焊接材料制成的元件在接触区域中机械变形以用于未来焊接。特别地，焊接辅助接合零件的尖端或边缘进入由可焊接材料制成的元件，或在由可焊接材料制成的此元件中产生凹口。此凹口随后会在此凹陷或凹口的区域中分别在焊接辅助接合零件与由可焊接材料制成的元件之间的电阻焊接期间促进或支持充分大的焊接熔核的形成。然而为了实现此方法，必须在固定焊接辅助接合零件之前将所有元件设置为彼此连接。否则便必须要有额外的工作来在由可焊接材料制成的元件中产生凹口且使凹口相对于已经固定的焊接辅助接合零件对准。这是复杂的、耗时的，且进一步需要额外的安装努力来将元件定位为彼此连接，且在可能的焊接方法和工艺次序的选择方面受限。
[0007]因此本发明的目的是提供与现有技术相比在至少一个由不可焊接材料制成的元件与至少一个由可焊接材料制成的元件之间的较省时的连接方法。本发明的又一目的是提供用于此方法的焊接辅助接合零件，该零件是容易生产的、可以较低的努力来固定且可灵活地使用。
【发明内容】
[0008]上文提到的目的通过以下手段来解决:根据权利要求1的呈螺柱的形状的焊接辅助接合零件；通过使用根据权利要求10的螺柱；根据权利要求11的用于焊接辅助接合零件的固定方法；根据权利要求19的至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的其中固定有焊接辅助接合零件的元件；根据权利要求20的焊接方法，用于将至少由不可焊接或焊接不良的材料制成的第一元件和其中固定的焊接辅助接合零件连接到由可焊接材料制成的第二元件或具有由可焊接材料制成的至少一部分的第二元件；根据权利要求23的连接方法，用于借助于固定方法和焊接方法的组合将至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件连接到由可焊接材料制成的元件或具有由可焊接材料制成的至少一部分的元件；以及根据权利要求24的至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的第一元件和至少一个由可焊接材料制成的第二元件或至少一个具有由可焊接材料制成的部分的第二元件，该第一元件和该第二元件经由固定于其中的焊接辅助接合零件而彼此连接。本发明的有利实施例和开发参见描述内容、附图以及从属权利要求。
[0009]本发明公开一种焊接辅助接合零件，呈螺柱的形式或形状，用于接合到至少一个元件中且从多个元件、优选与至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件产生焊接连接。本发明的焊接辅助接合零件具有以下特征:头部，在该焊接辅助接合零件的纵向方向上延伸且具有最大厚度横截于该纵向方向的尖端部分，以及优选地，柄，其中该螺柱由可焊接材料组成，该可焊接材料在该焊接辅助接合零件的固定程序期间塑性变形。
[0010]本发明的焊接辅助接合零件形状为螺柱状，由可焊接材料制成，例如具有0.2到0.8、优选0.3到0.6的碳当量的钢。材料科学中的碳当量值(CEV)是用于判断或评估非合金钢或低合金钢的焊接合适性的量度。钢中的碳含量和多种其它合金元素影响钢的性能。为了评估焊接合适性，将影响钢的焊接合适性的碳含量和预计与碳相似的方式发生影响的元素的计重部分因此以碳当量的方式概括为数字值。优选地，焊接辅助接合零件适合于借助高速接合方法的固定或用于一般固定方法，其中该焊接辅助接合零件可仅借助于一次脉冲而固定到至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中。类似地，还优选借助于例如用于半中空冲压铆钉的常用固定方法来固定焊接辅助接合零件。对于不同的固定方法，已证明形成不具有柄的螺柱是尤其有利的。该螺柱包括在焊接辅助接合零件的纵向方向上延伸的尖端部分。该尖端部分包括邻近于头部或邻近于该焊接辅助接合零件的柄的最大厚度。在该尖端部分背对该头部的末端处，该尖端部分包括尖端，该尖端部分连续或阶梯式地朝该尖端变细。
[0011]根据实施例，该焊接辅助接合零件包括尖顶拱尖端，该尖顶拱尖端具有I到10、优选3到5的尖顶拱因数，该因数适合于脉冲状高速接合。基于此成形，由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件中的有利材料移位相对于螺柱的柄在径向方向上且在柄的尖端的区域中发生。又一优点在于，焊接辅助接合零件由于此形状而可在其尖端部分中机械变形，使得形成焊接头部或焊点，这对于焊接辅助接合零件的未来焊接是有利的。该焊接头部为焊接辅助接合零件处的电阻焊接或电弧焊接提供可靠的接触表面。因此，焊点仅以表面存在一般称为且理解为焊接头部。对至少一个由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件的不同材料厚度的适应优选经由在维持一致的尖端几何形状的同时对焊接辅助接合零件的柄或尖端部分的长度的相应调整来进行。
[0012]依据本发明的焊接辅助接合零件的不同优选实施例，该头部的直径比焊接辅助接合零件的柄的直径或尖端部分的最大厚度大或与之相等。在头部直径大于柄的直径或尖端部分的最大厚度的情况下，优选在头部的面对柄的侧面处形成环形凹槽，用于接纳邻近于头部的元件的材料变形。以相同方式，优选形成在径向方向上延伸的凹槽或肋条而不是环形凹槽，或者与环形凹槽组合以提供接纳空间，用于接纳邻近于头部的元件的材料变形。
[0013]为了进一步提供焊接辅助接合零件与由不可焊接或焊接不良的材料制成的元件之间的稳固连接，焊接辅助接合零件的柄形成为圆柱形、类似圆柱状或至少部分圆锥形。类似圆柱状也包含焊接辅助接合零件的多边形横截面形状。根据又一优选实施例，焊接辅助接合零件的柄的外部滚纹或压型支撑与不可焊接或焊接不良的材料制成的元件的连接，后者中已固定有焊接辅助接合零件而没经过预穿孔。