异种材料的接合的制作方法
【专利说明】异种材料的接合
[0001]现有申请的交叉引用
[0002]该PCT专利申请要求于2013年4月19日提交的、名称为“Joining of DissimilarMaterials(异种材料的接合)”的、序列号61/813,701的美国临时专利申请的权益，该申请的全部公开内容被视为本申请的公开内容的一部分并且在此通过引用而并入。
技术领域
[0003]本发明提供一种用于接合异种材料的方法，并且提供包括接合的异种材料的结构。
【背景技术】
[0004]汽车的车身部件常常包括接合在一起以实现最佳性能的异种材料。例如，保险杠组件可以包括由铝材料形成的用于与防撞梁连接的挤压件以及由钢材料形成的挤压箱连接件。异种材料通常通过自冲铆钉和粘合剂来接合。异种材料的这种接合允许保险杠组件实现足够的强度和轻的重量的要求。然而，自修补铆钉的使用在超高强度钢(UHSS)的情况下受到限制，这是由于用于容纳铆钉的孔必须形成在钢材料中。目前，孔仅在钢材料的强度小于600MPa的情况下可以形成在钢材料中。因而，仍需要更强、更有效并更具成本效益的接合异种材料的方法。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用于以接合过程期间的低热量输入来接合异种材料的方法，并且提供了具有超常强度的接头。该方法不需要在钢材料中形成用于铆钉的孔，并且因而可以使用超高强度钢(UHSS)而不会在材料强度上受到限制。
[0006]根据一个实施方式，该方法包括提供由铝材料形成的第一部分，以及在第一部分中形成凹口。由钢材料形成的第二部分随后被沿着第一部分设置。该方法接着包括通过填充材料将第一部分接合至第二部分，其中，该接合的步骤通过将填充材料布置在凹口中而开始及终止。
[0007]本发明还提供了一种用于利用过渡板来接合异种材料的方法。该方法包括提供由招材料形成的第一部分和由钢材料形成的第二部分；以及在第一部分与第二部分之间设置由铝材料和钢材料的混合物形成的过渡板。过渡板包括凹口，并且第一部分通过沿着过渡板延伸的填充材料而接合至第二部分，其中，接合步骤的开始和终止包括将填充材料布置在凹口中。
[0008]本发明还提供了一种用于接合异种材料的方法，该方法包括以下步骤:提供由铝材料形成的第一部分;提供由钢材料形成的第二部分；以及沿着第二部分的表面形成多个凹窝。该方法接着包括通过沿着凹窝进行焊接而将第一部分接合至第二部分。
[0009]本发明还提供了一种包括异种材料的结构，该结构包括由铝材料形成并包括凹口的第一部分；以及由钢材料形成并通过填充材料接合至第一部分的第二部分。由填充材料提供的接头开始于和终止于凹口中。
[0010]由本发明提供的另一结构包括由铝材料形成的第一部分，由钢材料形成的第二部分，以及设置在第一部分与第二部分之间的由铝材料和钢材料的混合物形成的过渡板。过渡板包括凹口，并且填充材料沿着过渡板延伸并且将第一部分接合至第二部分。由填充材料提供的接头开始于和终止于凹口中。
[0011]本发明还提供了一种结构，该结构包括由铝材料形成的第一部分，以及由钢材料形成并被焊接至第一部分的第二部分，其中，第二部分包括多个凹窝并被沿着所述凹窝焊接至第一部分。
【附图说明】
[0012]本发明通过参照结合附图考虑的以下详细描述而被更好地理解，将容易领会本发明的其他优点，在附图中:
[0013]图1是示例性保险杠组件的俯视图；
[0014]图1A是可以在图1的保险杠组件中使用的接头的一部分的放大视图；
[0015]图2示出了根据一个示例性实施方式的具有凹口的第一部分和通过填充材料而接合至第一部分的第二部分，其中，接头起于凹口中；
[0016]图3是用于金属极惰性气体(MIG)保护焊和冷金属过渡(CMT)过程的示例性焊枪；
[0017]图4是在根据一个示例性实施方式的对接头的抗拉强度与T4状态下铝材料的抗拉强度进行对比的图表；
[0018]图5至图16是根据示例性实施方式的通过机械紧固件和填充材料而接合至第二部分的第一部分的截面图；
[0019]图17A是根据另一示例性实施方式的设置在第一部分与第二部分之间的过渡板的俯视图；
[0020]图17B是图17A的结构的侧视图；
[0021]图18至图20是根据示例性实施方式的第一部分、第二部分和形成车身接头的填充材料的侧视图；
[0022]图21是在于第一部分与第二部分之间形成车身接头之前的第一部分和第二部分的侧视图；
[0023]图22A至图23B示出了根据其他示例性实施方式的其间形成有T接头的第一部分和第二部分；
[0024]图24A至图28B示出了根据其他示例性实施方式的由第一部分和第二部分提供的加强结构；
[0025]图29A至图30C示出了根据其他示例性实施方式的包括通过填充材料而点焊接至第二部分的第一部分的结构；以及
[0026]图31至图33示出了包括焊接至第一部分的第二部分的结构，其中，第二部分具有多个激光凹窝以增大接头的剪切强度。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供了一种接合异种材料以形成结构20的方法，例如，由铝材料形成的第一部分22接合至由钢材料形成的第二部分24。与常规的接合方法相比，该方法可以提供具有超常抗拉强度的接头而需要低的热量。该方法通常被用来形成用于汽车车身应用的结构20，例如保险杠组件。图1提供了示例性的保险杠组件，其中，第一部分22为由铝形成的保险杠挤压件，第二部分24为由钢形成的挤压箱连接件。然而，本发明所提供的结构20可以替代性地用于各种其他汽车或非汽车应用中。
[0028]该方法首先包括提供由铝材料形成的第一部分22。第一部分22的设计和尺寸取决于制成的结构20的应用。例如，第一部分22可以是由铝材料制成的片、板、梁或柱。第一部分22可以通过多种不同的方法如铸造或挤压而形成。在图1的实施方式中，第一部分22为用于与防撞梁连接的保险杠挤压件。
[0029]第一部分22的铝材料可以是铝或任何类型的铝合金，例如4000系列铝合金。在一个实施方式中，铝材料为铝6016，铝6016包括具有0.25至0.60重量百分比(wt.% )的量的镁；1.0wt.%至1.5wt.%的量的娃；可选量的络、铜、铁、猛、钛和锌；以及96.4wt.%至98.8wt.%的铝。在一个实施方式中，铝材料是硬化和自然老化的沉淀物，即，处于T4状态。
[0030]该方法接着还包括提供由钢材料形成的第二部分24。第二部分24的设计和尺寸取决于制成的结构20的应用。例如，第二部分24可以是由钢材料制成的板、梁或柱。然而，第二部分24的厚度优选地为2mm或更小。第二部分24可以通过各种不同的方法如铸造或挤压而形成。
[0031 ]第二部分24的钢材料可以是纯钢或任何类型的钢或钢合金。例如，钢材料可以是硼钢、双相(DP)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢或超高强度钢(UHSS)。具有至少ΙΟμπι的厚度的锌涂层优选地施用于钢材料。
[0032]该方法接着还包括沿着第一部分22布置第二部分24，并且通过填充材料26将第一部分22接合至第二部分24。图1A是由填充材料26形成的接头的放大视图，填