专利名称：电阻点焊制品及其形成方法
技术领域：
本发明通常涉及一种电阻点焊制制品，更具体地涉及一种包括通过焊接接头连结的金属层的电阻点焊制制品。
背景技术：
电阻点焊可以用于连结金属层。通常，电阻焊接是一种连结工艺，在该工艺中，金属可以在所施加的力下经由自电流通过造成的电阻加热而在金属层之间的接合界面处结
口 ο具体说，电阻点焊可以用于连结三个金属层，从而中间金属层被夹在两个外金属层之间。对于这种工件，一些工业焊接规范常常需要两个外金属层之间的厚度比应该不大于I : 2，且中间的金属层和两个外金属层任一个之间的厚度比应该不大于I : 3。在每个接合界面之间的均匀的热分布通常提高这种工件的焊接质量和强度。
发明内容
一种电阻点焊制品，包括第一金属层，具有第一厚度；第二金属层，具有限定出浮凸区域的接合表面，其中，所述第二金属层具有小于所述第一厚度的第二厚度，使得所述第一厚度对所述第二厚度的比大于约2 I。电阻点焊制品还包括第三金属层，夹在所述第一金属层和所述浮凸区域之间，其中，所述第三金属层具有大于所述第二厚度的第三厚度。 此外，电阻点焊制品包括焊接接头，其熔透所述第一金属层、所述第三金属层、和在所述浮凸区域处的接合表面每一个，以由此将所述第一金属层和所述第二金属层每一个连结到所述第三金属层。在一个变体中，第二金属层具有小于第一厚度的第二厚度，且第三厚度对第一厚度和第二厚度中的至少一个的比大于约3 I。一种形成电阻点焊制品的方法，包括将将第三金属层夹在第一金属层和第二金属层每一个之间，以由此形成工件。第二金属层具有接合表面，该接合表面限定出浮凸区域并被布置为邻近第三金属层。第一金属层具有第一厚度，第三金属层具有第三厚度，且第二金属层具有第二厚度，该第二厚度小于第一厚度和第三厚度每一个，使得第一厚度对第二厚度的比大于约2 I。该方法还包括将工件定位在第一电极和第二电极每一个之间，使得工件被布置为与第一电极和第二电极每一个成导电关系。此外，该方法包括通过第一电极施加电流以同时熔化第一金属层、第三金属层、和在浮凸区域处的接合表面每一个，以将第一金属层和第二金属层每一个连结到第三金属层并由此形成电阻点焊制品。电阻点焊制品和该方法允许具有不同厚度的厚和薄的金属层的连结。例如，方法将厚-厚-薄金属层组合连结以形成具有可接受的焊接强度和性能的电阻点焊制品。特别是，对于该方法，浮凸区域优化在接合表面处的电阻加热，并由此产足够的热量以用于焊接接头熔透第二金属层(即，薄金属层)的接合表面。该方法使得对金属层结合造成困难的电阻点焊成为可能，所述金属层结合诸如这样一种工件，其具有第一厚度对第二厚度的大于约2 I的比和/或第三厚度对第一厚度和第二厚度中至少一个的大于约3 I的比。此外，该方法使得第一金属层、第二金属层、和第三金属层每一个的同时电阻点焊成为可能， 而不用例如使用双力焊接操作、具有不同尺寸和形状的电极、和/或第二金属层到工件(该工件包括事先被连结的第一金属层和第三金属层)的随后电阻点焊。此外，该方法允许电阻点焊制品的电阻点焊包括裸的和锌涂层的金属层。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
图I是电阻点焊制品的示意性横截面图，该电阻点焊制品包括夹在第一金属层和第二金属层之间的并通过焊接接头连结到第一金属层和第二金属层的第三金属层；图2是工件的示意性横截面图，在为形成图I的电阻点焊制品作准备的过程中，该工件被布置在第一电极和第二电极之间；图3是图2的示意性透视剖视图，包括具有限定出浮凸区域的接合表面的、图I的电阻点焊制品的第二金属层；图4是图I和图3的第二金属层的背面第二表面的示意性透视图；和图5是具有限定出多个浮凸区域的接合表面的、图I和3的第二金属层的另一变体的示意性透视图。
具体实施例方式参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件。电阻点焊制品一般在图I中的10处示出。如下面更详细地描述的，电阻点焊制品10可以用于需要第三金属层12夹在第一金属层14和第二金属层16之间并通过焊接接头18结合到第一金属层 14和第二金属层16的应用中。例如，电阻点焊制品10可以用于需要焊接构件的汽车应用。 然而，电阻点焊制品10还可以用于非汽车应用，诸如但不限于航空、铁路、和建筑应用。如在图I中所示，电阻点焊制品10包括第一金属层14。第一金属层14可以由适合于电阻点焊制品10的期望应用的任何金属形成。例如，第一金属层14可以由钢形成，诸如但不限于高强钢。再次参考图1，第一金属层14具有第一厚度50。尽管第一金属层14的第一厚度 50也取决于电阻点焊制品10的期望应用，但是作为非限制性示例，对于汽车应用来说第一金属层14的第一厚度50可以为约I. 5mm到约3mm。如在图I中进一步所示，电阻点焊制品10还包括第二金属层16。第二金属层16 也可以根据电阻点焊制品10的期望应用由任何合适的金属形成。作为非限制性示例，第二金属层16可以由电镀的低碳钢或超低碳钢形成。再次参考图1，第二金属层16具有小于第一厚度50的第二厚度52，使得第一厚度 50与第二厚度52的比大于约2 I。特别是对于汽车应用，第二厚度52可以为约O. 5mm 到约1_。由此,与第一金属层14相比,第二金属层16可以被描述为“薄”层,第一金属层 14可以被描述为“厚”层。如在图3中清楚示出的，第二金属层16具有限定出浮凸区域22的接合界面20。在电阻点焊期间，接合界面20可以与另一表面相接并在受到电阻加热时熔化，如下面更详细地描述的。并且，浮凸区域22被配置为在电阻点焊期间在焊接接头18(图I)的具体位置处增加接合表面20处的电阻加热，也如下面更详细地描述的。如在此使用的，术语“浮凸区域22”通常是指在接合表面20上的增加了粗糙度的区域。即，浮凸区域22可以包括针对接合表面20明显地刻出或模制出的突起和/或凹陷。 例如，参考图2和3，浮凸区域22可以在接合表面20中限定出多个V形凹槽24(图2)。在另一变体中，浮凸区域22可以在接合表面20中限定出沟槽或划痕(未示出)。此外，浮凸区域20可以具有任何形状。例如，如在图3中所示，浮凸区域22可以是半圆形的并与接合表面20的外边缘26对齐。然而，浮凸区域22还可以具有例如圆形形状(图5)、不规则形状、多边形形状、条纹形状、及其组合(未示出)。此外，还参考图5，接合表面20可限定出多个浮凸区域22，每一个浮凸区域彼此隔开。由此，再次参考图3，浮凸区域22可以经由任何合适的技术形成。例如，具有滚花表面的压膜(die)(未示出)可以被压入到接合表面20中以由此限定出浮凸区域22。可替换地或此外，接合表面20可以被刻划或以其他方式粗糙化，以限定出浮凸区域22的突起和凹陷(图2)。参考图4,第二金属层16可以具有背面的第二表面28,该第二表面与接合表面相隔且相反并限定出与浮凸区域22对齐的压印30。例如，当浮凸区域22由压膜(未示出) 形成时，压印30可以在半个压膜与第二半压膜紧密配合以形成浮凸区域22时形成。由此， 压印30可以具有与浮凸区域22的形状对应的形状。对于使用手动或机器人焊接装置(未示出)的电阻点焊应用来说，压印30可以用作用于定位焊接位置和/或训练机器人焊接装置的参考点。再次参考图1，电阻点焊制品10还包括夹在第一金属层14和浮凸区域22之间的第三金属层12。即，第三金属层12可以被布置为相邻并接触第一金属层14和浮凸区域22 每一个，以被布置在第一金属层14和第二金属层16每一个之间。如图3所示，当第三金属层12被夹在第一金属层14和第二金属层16之间时，限定出浮凸区域22的接合表面20可以面向第三金属层12。第三金属层12也可以根据电阻点焊制品10的期望应用用任何合适的金属形成。 例如，第三金属层12可以由钢形成，诸如但不限于高强度钢。此外，第三金属层12具有大于第二厚度52的第三厚度54。取决于电阻点焊制品10的期望应用，对于汽车应用来说，第三厚度54可以为约I. 5mm到约3mm。此外,在一个变体中，第三厚度54可以大于第一厚度 50。由此，相较于第二金属层16，第三金属层12可以被描述为“厚”层，第二金属层可以被描述为“薄”层。这样，如在图2中所示，第三金属层12被夹在第一金属层14和第二金属层16之间，以形成“厚-厚-薄”的顺序。由此，电阻点焊制品10可以用于诸如三层金属结合的应用，所述三层金属结合包括厚的高强度钢B-立柱(中立柱)(S卩，第一金属层14)、厚的高强度钢强化件(即，第三金属层12)、和薄的超低碳钢车体侧面(即，第二金属层16)。参考图1，第一厚度50与第二厚度52的比值大于2 : I。例如,第一金属层14可以具有约I. 6mm的第一厚度50，第三金属层12可以具有约I. 8mm的第三厚度54，且第二金属层16可以具有约O. 7mm的第二厚度52。在另一变体中，第三厚度54与第一厚度50和第二厚度52中的至少一个的比大于约3 : I。例如，第一金属层14可以具有约3. 5mm的第一厚度50，第三金属层12可以具有约I. 6mm的第三厚度54,第二金属层16可以具有约O. 4mm的第二厚度52。对于该变体,第一厚度50与第二厚度52的比也可以大于约2 I。如上所述，第一金属层14、第二金属层16和第三金属层12每一个可以由钢形成。 钢可以包括碳和其他合金元素。此外，这种合金元素，特别是碳，可以为钢的强度作出贡献。 不同于第一金属层14和第三金属层12(如上所述它们被描述为“厚”)，可成形性对于被描述为“薄”的第二金属层16来说比强度更重要。由此，存在于第二金属层16中的碳和/或其它合金元素的量可以少于存在于第一金属层14和第三金属层12中任一个中的碳和/或其它合金兀素的量。因此，相较于第一金属层14和第三金属层12中任一个的各自熔点温度，第二金属层16可以具有更低的熔点温度。此外，如上所述，第二金属层16可以是例如车体侧侧面(未示出)，可以相对需要更好的耐腐蚀性，并可以包括用于保护的锌涂层。锌涂层还可以进一步减少在第二金属层16和第三金属层12之间的接合表面20处产生的电阻加热。再次参考图1，电阻点焊制品10还包括焊接接头18，该焊接接头穿过第一金属层
14、第三金属层12、和在浮凸区域22处的接合表面20每一个(图2)，以由此将第一金属层 14和第二金属层16每一个连结到第三金属层12。借助于非限制性示例，焊接接头18可以经由任何合适的电阻点焊技术形成。借助于一般解释且参照图2所描述的，电阻点焊可以经由电阻点焊装置(部分地示出)施行，该电阻点焊装置可以包括电流源(未示出)和两个电极34、36，所述电极被配置用于将第一金属层14、第三金属层12和第二金属层16每一个夹在一起，如在下面更详细地描述的。不希望受到理论的限制，浮凸区域22可以在电阻点焊期间增加接合表面20的电阻加热并促进在接合表面20上浮凸区域22的位置处的焊接接头18(图I)的形成。此外，对于限定出如图5所示的多个浮凸区域22的接合表面20的变体，电阻点焊制品10可以包括多个焊接接头18(未示出)。即，由于每一个浮凸区域22可以在电阻点焊期间增加接合表面20的电阻加热，所以焊接接头18可以在每一个浮凸区域22的位置处形成，以由此连结第一金属层14、第三金属层12、和第二金属层16，以形成电阻点焊制品10。现在参考图1-5描述一种形成电阻点焊制品10的方法。具体参考图2，方法包括将第三金属层12夹持在第一金属层14和第二金属层16之间以由此形成工件38。S卩，夹持可以将第三金属层12布置为相邻并接触第一金属层14和接合表面20中的每一个。如上所述及参照图2所描述的，第二金属层16具有接合表面20，该接合表面20限定出浮凸区域 22且被布置为相邻第三金属层12。此外,第一金属层14具有第一厚度50,第三金属层12 具有第三厚度54，第二金属层16具有第二厚度52，该第二厚度小于第一厚度50和第三厚度54每一个，使得第一厚度50对第二厚度52的比大于约2 I。第三厚度54对第一厚度 50和第二厚度52中至少一个的比也可以大于约3 I。参考图2，方法还包括将工件38定位在第一电极34和第二电极36之间，使得工件38被布置为与第一电极34和第二电极36的每一个为导电关系。即，第二电极36可以与第一电极34隔开以允许工件38在第一电极34和第二电极36之间布置,从而第一电极 34可以导电至工件38。即，定位可以将工件38布置为相邻并接触第一电极34和第二电极 36每一个。更具体地,第一金属层14可以被布置为相邻第一电极34,且第二金属层16(例如第二金属层16的第二表面28)可以被布置为相邻并接触第二电极36。此外，参考图2，定位工件38可以将工件38沿轴线56对齐在第一电极34和第二电极36的每一个之间，该轴线56垂直于接合表面20并穿过浮凸区域22。由此，定位可以将第一电极34和第二电极36与浮凸区域22对齐。尽管在图2中未示出，但第一电极34和第二电极36中的任一个或两者还可以关于工件38被固定或可移动，及可以被连接到臂(未示出)或被配置用于将工件38定位在第一电极34和第二电极36每一个之间的其它兀件。例如，第一电极34和第二电极36中的任一个或两者可以是伺服马达驱动的可动电极34、36。再次参考图2，方法还包括施加电流(由图2中的符号40表示)流过第一电极34 以同时熔化第一金属层14、第三金属层12、和在浮凸区域22处的接合表面20,以将第一金属层14和第二金属层16每一个连结到第三金属层12并由此形成电阻点焊制品10。S卩，电流40可以从电能源(未示出)供应到第一电极34、流过工件38、并流过第二电极36以完成电回路。意识到，电流40附加地或可替换地可以被供应到第二电极36、流过工件38、并流过第一电极34以完成电回路。当施加电流40时，来自对电流造成电阻的热可以在第一金属层14和第三金属层12之间的界面32以及第三金属层12和第二金属层16之间的接合表面20的浮凸区域22 二者处增大。不期望被理论和通常参照图2所作的描述限制，浮凸区域22增加电阻率，并由此增加电阻加热，以促进焊接接头18(图I)到接合表面20的期望熔透。S卩，由于第二金属层 16较薄并可以具有更低的碳含量和相对应的比第一金属层14和第三金属层12中的任一个更高的熔点温度，所以焊接接头18(图I)对第二金属层16中的熔透通过浮凸区域22而最大化。换句话说，没有接合表面20的浮凸区域22，则由于第二金属层16的导热性相对高于第一金属层14和第三金属层12中的任一个的导热性，所以会在第二金属层16处的电阻点焊期间发生快速冷却。由于与第一电极34与第一金属层14和第三金属层12之间的界面 32的距离相比，第二电极36更靠近接合表面20，所以在没有接合表面20的浮凸区域22的情况下，也会在电阻点焊期间发生快速冷却。相反，由于第一金属层14和第三金属层12每一个比第二金属层16厚，并具有更高的碳含量和比第二金属层16更低的相应熔点温度，所以第一金属层14和第三金属层12 每一个可以展示出对电流40相对更高的电阻。相较于接合表面20，这种对电流40相对更高的电阻在电阻点焊期间会在界面32处产生更高的电阻加热。浮凸区域22补偿在界面32 和接合表面20处的电阻加热的这种差异。即，浮凸区域22使得焊接接头18向着第一金属层14和第三金属层12的偏斜形成最小化，及通过增加在接合表面20处的电阻加热而促进焊接接头18对接合表面20的熔透。因此，第一金属层14和第二金属层16每一个对第三金属层12的期望连结(即熔合)可以经由强焊接接头18实现。继续参考图2和3，由于浮凸区域22比周围的接合表面20粗糙，浮凸区域22提供与第三金属层12的接触点，例如突起。相对更粗糙的浮凸区域22由此抵抗电流40的流动，即，相较于在第一金属层14和第三金属层12之间的光滑-光滑的界面32的电阻率，能增加电阻率。这种增加的电阻率增加在电阻点焊期间在浮凸区域22处的热量，并由此促进焊接接头18的形成，以包括对第二金属层16的接合表面20的熔透。由此，电阻点焊制品10和该方法允许具有不同厚度50、52、54的厚和薄的金属层12、14、16的连结。例如，方法将厚-厚-薄金属层组合连结以形成具有优秀的焊接强度和性能的电阻点焊制品10。特别是，对于该方法，接合表面20的浮凸区域22优化在接合表面20处的电阻加热，并由此产生足够的热量，用于让焊接接头18熔透第二金属层16(即， 薄金属层16)的接合表面20。该方法使得对金属层结合造成困难的电阻点焊成为可能，所述金属层结合诸如是这样的工件，其具有第一厚度50对第二厚度52的大于约2 I的比和/或第三厚度54对第一厚度50和第二厚度52中至少一个的大于约3 I的比。此外， 该方法使得对第一金属层14、第二金属层16、和第三金属层12每一个的同时电阻点焊成为可能，而不用例如使用双力焊接(dual force welding)操作、具有不同尺寸和形状的电极、 和/或第二金属层16到工件(该工件包括事先连结的第一金属层14和第三金属层12)的随后焊接。此外，该方法允许电阻点焊包括裸的和锌涂层的金属层12、14、16的电阻点焊制品10。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种电阻点焊制品，包括第一金属层，具有第一厚度；第二金属层，具有限定出浮凸区域的接合表面，其中，所述第二金属层具有小于所述第一厚度的第二厚度，使得所述第一厚度对所述第二厚度的比大于约2 I ；第三金属层，夹在所述第一金属层和所述浮凸区域之间，其中，所述第三金属层具有大于所述第二厚度的第三厚度；和焊接接头，熔透所述第一金属层、所述第三金属层、和在所述浮凸区域处的接合表面每一个，以由此将所述第一金属层和所述第二金属层每一个连结到所述第三金属层。
2.如权利要求I所述的电阻点焊制品，其中，所述第三厚度大于所述第一厚度。
3.如权利要求I所述的电阻点焊制品，其中，所述第二金属层具有第二表面，该第二表面与所述接合表面相隔且相反并限定出与所述浮凸区域对齐的压印。
4.如权利要求I所述的电阻点焊制品，其中，所述第一金属层、所述第二金属层、和所述第三金属层每一个由包括碳的钢形成。
5.如权利要求4所述的电阻点焊制品，其中，所述第一金属层和第二金属层中的至少一个未被涂层。
6.如权利要求I所述的电阻点焊制品，其中所述浮凸区域限定出在所述接合表面中的多个V形凹槽。
7.如权利要求I所述的电阻点焊制品，其中所述接合表面限定出多个浮凸区域，每个浮凸区域彼此隔开。
8.一种形成电阻点焊制品的方法，该方法包括将第三金属层夹在第一金属层和第二金属层每一个之间，以由此形成工件；其中，第二金属层具有接合表面，该接合表面限定出浮凸区域并被布置为邻近第三金属层；其中，第一金属层具有第一厚度，第三金属层具有第三厚度，且第二金属层具有第二厚度，该第二厚度小于第一厚度和第三厚度每一个，使得第一厚度对第二厚度的比大于约 2:1;将工件定位在第一电极和第二电极每一个之间，使得工件被布置为与第一电极和第二电极每一个成导电关系；及通过第一电极施加电流以同时熔化第一金属层、第三金属层、和在浮凸区域处的接合表面每一个，以将第一金属层和第二金属层每一个连结到第三金属层并由此形成电阻点焊制品。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述夹持将第三金属层布置为邻近并接触第一金属层和接合表面每一个。
10.如权利要求8所述的方法，其中，第三厚度对第一厚度和第二厚度中的至少一个的比大于约3 I。
全文摘要
本发明提供了电阻点焊制品及其形成方法。其中一种电阻点焊制品包括第一金属层、第二金属层和第三金属层。第一金属层具有第一厚度；第二金属层具有限定出浮凸区域的接合表面，其中，第二金属层具有小于第一厚度的第二厚度，使得第一厚度对第二厚度的比大于约2∶1；第三金属层夹在第一金属层和浮凸区域之间，其中，第三金属层具有大于第二厚度的厚度，及焊接接头熔透第一金属层、第三金属层、和在浮凸区域出的接合表面每一个，以由此将第一金属层和第二金属层连结到第三金属层。还披露了一种形成电阻点焊制品的方法。
文档编号B32B15/01GK102602072SQ2012100172
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者C-C.陈, D.C.哈钦森, M.J.布兰德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司