使用凸起电阻点焊钢和铝工件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的技术领域总体上涉及电阻点焊，并且更具体地涉及电阻点焊钢工件和铝(Al)或铝合金工件在一起。
【背景技术】
[0002]电阻点焊是在许多行业中使用的过程，以将两个或更多个金属工件结合在一起。例如，汽车行业，在车门、发动机罩、后备箱封盖或提升门以及其它车辆部件的制造期间，通常使用电阻点焊以将片材金属层结合在一起。多个独立电阻点焊件通常沿着片材金属层的外围区域或一些其它位置形成以保证车辆部件结构完好。虽然点焊已经通常被执行以将某些相似成分的金属工件结合在一起，例如钢-钢和铝合金-铝合金，但是将较轻重量材料纳入到车辆平台中的需求已经产生了对通过电阻点焊将钢工件结合到铝或铝合金(为了简便起见在下文合称为“铝”)工件的兴趣。
[0003]通常，电阻点焊依靠电流流动通过接触的金属工件并穿过它们的结合界面的电阻以产生热量。结合界面通常是工件的面对和邻接界面。为了实现电阻焊接过程，通常一对相对的焊接电极在预定的焊接部位夹紧在工件的相对侧上处于对齐点上。瞬变电流随后从一个焊接电极穿过工件到另一个焊接电极。该电流流动的电阻在工件内以及它们的结合界面处产生热量。当待焊接金属工件是钢工件和铝工件时，在结合界面处产生的热量在铝工件中产生熔化焊池。该熔化焊池湿化钢工件的相邻表面，并且在电流流动停止时，凝固成为焊接熔核。在点焊过程完成之后，焊接电极从其相应工件表面缩回，且点焊过程在另一个焊接部位处重复。
[0004]将钢工件和铝工件电阻点焊在一起存在某些挑战。这些金属具有趋向于破坏点焊过程的相当大的差异。举例来说，铝工件具有覆盖其表面的氧化物层。氧化物层通过在研磨过程中执行的过程(例如，退火、溶液处理和铸造)以及暴露于环境产生。当在结合界面处存在时，已经发现氧化物层可能干扰铝工件中启动的熔化焊池材料在点焊中不会湿化相邻钢工件表面。通常，合适的湿化有助于确保工件之间建立的接头的总体强度和完整性。
[0005]此外，钢具有相对高的熔点和相对高的电阻，而铝具有相对低的熔点和相对低的电阻。由于这些差异，在点焊时电流流动期间铝比钢在低得多的温度下更快地熔化。在电流流动停止后铝还比钢更快地冷却。因此，在两种金属之间控制热平衡以使熔化焊池能够快速启动、以受控方式生长，且然后凝固以产生结构上完好的焊接熔核可能成为挑战。已发现，使用通常用于电阻点焊钢-钢或铝-铝工件的标准工业实践，熔化焊池的冷却相对快速且不受控，从而在最终形成的焊接熔核中形成缺陷。冷却造成如下缺陷，例如缩孔、气孔、氧化物残渣、和朝向结合界面的微裂纹。此外，由于钢工件相对更高的电阻引起的钢工件中的升高的温度有益于在结合界面处脆性铁(Fe) -Al金属间层的生长。
[0006]焊接缺陷和脆性金属间层两者在结合界面处沿结合界面共同存在的上述条件已经显示出降低最终形成的焊接熔核的剥离强度并且减弱工件之间建立的接头的总体完整性。
【发明内容】
[0007]一种将钢工件和铝工件电阻点焊在一起的方法包括多个步骤。步骤的精确顺序可以变化。在一个步骤中，提供工件堆叠体。所述工件堆叠体包括钢工件和铝工件。在另一个步骤中，在钢工件中形成凸起。取决于凸起，形成可包括多个过程。在又一个步骤中，提供第一和第二焊接电极。第一焊接电极在凸起处总体上面对钢工件，第二焊接电极总体上面对铝工件。在另一个步骤中，第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧。在另一个步骤中，在凸起处对工件堆叠体进行一个或多个独立电阻点焊。
[0008]一种用于电阻点焊的焊接电极和工件堆叠体组件，包括:第一焊接电极、第二焊接电极、钢工件和铝工件。所述钢工件总体上面对第一焊接电极，且具有突出到钢工件表面之上的凸起。所述凸起的最大范围具有的值小于第一焊接电极的焊接面的直径。铝工件在工件的一侧总体上面对第二焊接电极，且在铝工件的相对侧总体上面对钢工件。
[0009]方案1.一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括:
提供工件堆叠体，所述工件堆叠体包括钢工件和铝或铝合金工件；
在钢工件中形成凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上；
提供第一焊接电极和第二焊接电极，所述第一焊接电极在凸起处总体上面对钢工件，所述第二焊接电极总体上面对铝或铝合金工件；
将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧；以及在凸起处对工件堆叠体进行至少一个独立电阻点焊。
[0010]方案2.根据方案I所述的方法，其中，在将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上夹紧后，所述凸起增强了在凸起处施加到钢和铝或铝合金工件的夹紧压力，且有助于穿透面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。
[0011]方案3.根据方案I所述的方法，其中，所述凸起在电阻点焊事件期间将在第一和第二焊接电极之间交换的电流流动集中在凸起处，且凸起利于电流流动通过面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。
[0012]方案4.根据方案I所述的方法，其中，在进行至少一个独立电阻点焊后，所述凸起将热量生成聚集在凸起处，且所生成的热量改变了经由至少一个独立电阻点焊产生的焊池的凝固行为。
[0013]方案5.根据方案I所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的金属加工过程来形成凸起。
[0014]方案6.根据方案I所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的熔化过程来形成凸起。
[0015]方案7.根据方案I所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的冷喷涂过程来形成凸起。
[0016]方案8.根据方案I所述的方法，其中，凸起的最大范围值小于第一焊接电极的横截面的直径。
[0017]方案9.根据方案8所述的方法，其中，凸起的最大范围是大约3毫米(mm)的直径。
[0018]方案10.根据方案I所述的方法，其中，凸起在横截面轮廓中具有大致圆顶形状。
[0019]方案11.根据方案I所述的方法，其中，凸起突出到钢工件的内表面之上，所述内表面面对铝或铝合金工件。
[0020]方案12.根据方案I所述的方法，其中，凸起突出到钢工件的外表面之上，所述外表面面对第一焊接电极。
[0021]方案13.根据方案I所述的方法，还包括:
在进行至少一个独立电阻点焊之后，将工件堆叠体从第一和第二焊接电极拿开；
提供第二工件堆叠体，所述第二工件堆叠体包括第一钢工件和第二钢工件，或者包括第一铝或铝合金工件和第二铝或铝合金工件；
将第一和第二焊接电极在第二工件堆叠体上夹紧；以及对第二工件堆叠体进行至少一个独立电阻点焊。
[0022]方案14.一种用于将工件堆叠体电阻点焊在一起的焊接电极和工件堆叠体组件，所述组件包括:
第一焊接电极；
第二焊接电极；
钢工件，所述钢工件总体上面对第一焊接电极，所述钢工件具有凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上，所述凸起的最大范围具有的值小于第一焊接电极的焊接面的直径；和
铝或铝合金工件，所述铝