用于連接異種材料的裝置和方法
【專利摘要】一種用于連接異種金屬如鋼和鋁的裝置和方法利用了點焊機。所述金屬與抓取在鋼之間的鋁本體堆疊。來自焊接機的電流所生的熱軟化了熔點較低的鋁，使得所述鋼層凹陷，以穿透所述鋁并且焊接至相對的鋼層。該方法可以用于將具有數(shù)層不同材料的堆疊體相連接，并且用于連接不同的結(jié)構(gòu)形狀。
【專利說明】用于連接異種材料的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年6月26日提交的名稱為Apparatus and Methods forJoining Dissimilar Materials (用于連接異種材料的裝置和方法)的美國臨時申請N0.61/839，478的權(quán)益，所述文獻通過弓|用的方式完整并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及焊接裝置和方法，更具體地說，涉及用于連接異種材料如異種金屬的方法。

【背景技術(shù)】
[0004]已知用于連接和裝配零件或者子組件的各種緊固件、裝置和方法，如焊接、鉚接、螺紋緊固件等。在一些情況下，會需要經(jīng)濟有效將異種金屬如鋁零件、部件、層等連接到由其他材料如鋼(無涂飾鋼、涂層鋼、低碳鋼、高強度鋼、超高強度鋼、不銹鋼)、鈦合金、銅合金、鎂、塑料等制成的其他零件、子組件、層等。這些連接問題的解決方案包括與粘合劑和/或阻隔層相結(jié)合的機械緊固件/鉚釘，從而例如由于在異種金屬的連接處存在原電池效應來維持足夠的接頭強度，并同時使腐蝕最小化。由于由鋁和其他材料生成的金屬間化合物會對機械強度和耐腐蝕性產(chǎn)生不利影響，所以通常不在鋁和其他材料之間采取直接焊接。在采用直接焊接的情況下，通常是某種類型的固態(tài)焊接(摩擦焊、電阻對焊、超聲焊等)或者銅焊/釬焊技術(shù)，以便最大限度地減少金屬間化合物，但是，這種接頭的機械性能有時很差或者僅適用于特定的接頭幾何形狀。
[0005]在汽車工業(yè)中，出于成本和生產(chǎn)周期的考慮(每個單獨的接頭少于3秒鐘且可以由機械手自動地執(zhí)行)，用于將鋼與鋼連接起來的當前技術(shù)是電阻點焊(RSW)。用于將鋁連接至鋼上的已知方法包括:使用普通的通孔鉚接/緊固件、自沖鉚接(SPR)，使用熱融自攻絲流鉆螺釘(FDS或者商標名稱為EJ0TS)、攪拌摩擦點焊/連接(FSJ)、摩擦位連接(FBJ)，以及使用粘結(jié)劑。這些工藝中的每一種都比鋼與鋼的電阻點焊(RSW)更具有挑戰(zhàn)性。例如，當采用SPR將高強度鋁(超過240MPa)連接至鋼上時，鋁可能在鉚接過程中破裂。此外，高強度鋼(>590MPa)很難穿透，需要由大型的重型鉚槍施加高等級的作用力。FSJ在汽車工業(yè)中并沒有得到廣泛的應用，這是因為接頭性能(主要是剝離和交叉張力)相比SPR較差。另外，F(xiàn)SJ要求非常精確的對準和裝配。當接頭的厚度增加時，該工藝的周期時間可急劇增力口，其中，5mm到6mm的接頭層疊可能需要7到9秒的總加工時間，這遠遠超過了制造鋼結(jié)構(gòu)時RSW2到3秒的周期時間。FBJ使用消耗性的焊頭(bit)并使其旋轉(zhuǎn)通過鋁，然后被焊接到鋼上。該工藝要求類似于FSJ的非常準確的對準和裝配，而且需要大的頂鍛力來焊接至鋼上。FDS包括將螺釘旋擰到工件上，塑化多個板中的一個，其隨后變成與螺釘?shù)穆菁y互鎖。FDS通常從一側(cè)進行，并且要求與鋼板中的定位孔對準，裝配復雜且增加了成本。因此，一直希望有用于連接和裝配零件或小部件的替代的緊固件、裝置和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開內(nèi)容的主題涉及用于連接金屬件的方法。在第一實施方案中，使用電阻焊將由第一材料制成的第一導電體連接到由與第一導電體的材料相異的第二材料制成的第二導電體上，包括以下步驟:以物理和電接觸方式將第一和第二導電體放置在一起，第一材料具有比第二材料更低的熔點；以與第一材料物理和電接觸的方式放置由第三材料制成的第三導電體，以形成包括第一導電體、第二導電體和第三導電體的至少一部分的導電堆疊體，第三材料可焊接到第二材料上并且比第一材料具有更高的熔點；施加跨所述堆疊體的電勢，感應出流經(jīng)堆疊體的電流并產(chǎn)生電阻熱，所述電阻熱使第一導電體的至少部分軟化；將第三導電體的軟化部分經(jīng)過第一導電體的軟化部分向第二導電體推壓；并且在第三導電體的所述部分接觸第二導電體后，將第三導電體焊接到第二導電體上。
[0007]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一材料包括鋁、鎂及其合金中的至少一種。
[0008]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第二材料包括鋼、鈦及其合金中的至少一種。
[0009]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第三材料包括鋼、鈦及其合金中的至少一種。
[0010]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第三導電體的一部分覆蓋第一導電體的上涌部分，在推壓第三導電體的所述部分經(jīng)過第一導電體時，上涌部分發(fā)生位移。
[0011]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體、第二導電體和第三導電體在緊鄰所述第三導電體被焊接到所述第二導電體的地方呈層的形式。
[0012]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述層是金屬薄片。
[0013]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體、第二導電體和第三導電體中的至少一者呈結(jié)構(gòu)件的形式。
[0014]在本公開內(nèi)容的另一個方面，在直接電阻焊過程中施加所述電勢。
[0015]在本公開內(nèi)容的另一個方面，在間接電阻焊過程中施加所述電勢。
[0016]在本公開內(nèi)容的另一個方面，在串聯(lián)電阻焊過程中施加所述電勢。
[0017]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述堆疊體包括熔點小于第二和第三導電體的熔點的多個導電體。
[0018]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第二導電體和第三導電體是一體的，第二導電體與第三導電體可由折疊區(qū)分，并且進一步包括折疊步驟以產(chǎn)生所述折疊和插入步驟以將第一導電體插入到所述折疊中，以在施加跨所述堆疊體的電勢的步驟之前產(chǎn)生所述堆疊體。
[0019]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述折疊產(chǎn)生J形狀。
[0020]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述折疊產(chǎn)生U形狀。
[0021]在本公開內(nèi)容的另一個方面，多次進行所述折疊步驟以產(chǎn)生多個折疊。
[0022]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述折疊產(chǎn)生S形狀。
[0023]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述折疊產(chǎn)生W形狀。
[0024]在本公開內(nèi)容的另一個方面，將多個導電體插入到所述多個折疊中。
[0025]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述焊接步驟同時產(chǎn)生多個焊縫。
[0026]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述折疊產(chǎn)生具有二分底部分和頂部分的T形狀，所述插入步驟包括將第一導電體插入到所述二分底部分，跨第一導電體和所述二分底部分的堆疊體進行所述焊接步驟。
[0027]在本公開內(nèi)容的另一個方面，進一步實施將另一個導電體連接到所述T形狀的頂部分上的步驟。
[0028]在本公開內(nèi)容的另一個方面，在所述推壓和焊接步驟中施加的力是可調(diào)節(jié)，并且進一步包括調(diào)節(jié)所述力的步驟。
[0029]在本公開內(nèi)容的另一個方面，可以執(zhí)行調(diào)節(jié)所述電流和力的步驟以適應不同厚度的第一導電體、第二導電體和第三導電體。
[0030]在本公開內(nèi)容的另一個方面，在施加、推壓和焊接步驟期間不穿透第三層和第二層。
[0031]在本公開內(nèi)容的另一個方面，一種具有以物理和電接觸方式彼此接近設(shè)置的第一導電體、第二導電體和第三導電體的結(jié)構(gòu)，第一導電體比第二和第三導電體具有更低的熔點并且設(shè)置在第二和第三導電體之間，第二導電體延伸穿過第一導電體而由電阻焊焊接到所述第三導電體，第一導電體被抓取在第二導電體和第三導電體之間。
[0032]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述第一導電體呈長條形槽形式，第二導電體呈如下所述的立股形式，即，其延伸經(jīng)過所述長條形槽并在限定第三導電體的折疊處自身回折，第一導電體的一部分設(shè)置在所述折疊中并通過將第二導電體焊接到第三導電體而固定在所述折置中。
[0033]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈板形式，第二和第三導電體呈具有L形截面的梁形式，第一導電體夾在第二和第三導電體之間。
[0034]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述結(jié)構(gòu)進一步包括多個板和L形截面的梁。
[0035]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈I梁形式，第二導電體呈長條形槽形式，所述長條形槽可插入到由第一導電體的I形狀限定的中空部分內(nèi)，并且第三導電體呈板形式，所述板設(shè)置在所述I形狀的頂部分上。
[0036]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述第一、第二和第三導電體各自為管狀，第二導電體能夠被共軸插入到第三導電體的至少一部分中，第一導電體具有允許其插在所述第二和第三導電體之間的尺寸。
[0037]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一和第二導電體各自為管狀，第二導電體具有允許其插在第一體內(nèi)部的尺寸，所述第三導電體是抵靠在與所述第二導電體毗鄰的第一導電體的外部而設(shè)置的板。
[0038]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一和第二導電體具有矩形和圓形截面形狀中的至少一種。
[0039]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈管形式，第二導電體呈板形式，抵靠在所述第一導電體的內(nèi)部，第一導電體具有開口，所述開口的尺寸允許第二導電體從其插入，第三導電體呈板形式，抵靠在鄰近第二導電體的第一導電體的外部，第一導電體夾在第二導電體與第三導電體之間。
[0040]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈長條形槽形式，第二導電體呈槽形式，插入第一導電體的中空部分，第三導電體呈板形式，所述板鄰近第二導電體設(shè)置，第一導電體夾在第二導電體與第三導電體之間。
[0041]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈長條形槽形式，第二導電體呈管形式，插入第一導電體的中空部分，第三導電體呈板形式，所述板鄰近第二導電體設(shè)置，第一導電體夾在第二導電體與第三導電體之間。
[0042]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈長條形管形式，第二導電體呈C形托架形式，插入第一導電體的中空部分，第三導電體呈板形式，所述板鄰近第二導電體設(shè)置，第一導電體夾在第二導電體與第三導電體之間。
[0043]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體具有允許插入焊接電極的孔隙。
[0044]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體呈管狀，第二導電體呈管狀，第一導電體具有側(cè)孔隙，所述側(cè)孔隙允許第二導電體以相對于第一導電體成角度的插入，第三導電體呈板形式，所述板鄰近所述第二導電體設(shè)置，第一導電體夾在第二導電體與第三導電體之間。
[0045]在本公開內(nèi)容的另一個方面，第一導電體具有鄰近所述側(cè)孔隙的從其延伸的接頭片。
[0046]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述結(jié)構(gòu)進一步包括類似于第二導電體的第四導電體，第二和第四導電體在所述孔隙處斜接并連接。
[0047]在本公開內(nèi)容的另一個方面，將所述結(jié)構(gòu)重復多次以形成桁架結(jié)構(gòu)。
[0048]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述結(jié)構(gòu)進一步包括類似于第二導電體的第四導電體，并且第一導電體具有第二孔隙，第二和第四導電體分別沿偏斜線插入到所述孔隙和第二孔隙中。
[0049]在本公開內(nèi)容的另一個方面，進一步包括在第一材料、第二材料和第三材料中的至少一者上的涂層。
[0050]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述涂層是鋁合金、鍍鋅、鋅電鍍和防腐漆中的至少一種。
[0051]在本公開內(nèi)容的另一個方面，所述涂層是粘合劑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]為了更完整地理解本公開內(nèi)容，參考與附圖結(jié)合考慮的示例性實施方案的以下詳細描述。
[0053]圖1是依次顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接三層材料的示意性剖視圖。
[0054]圖2是依次顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接三層材料的示意性剖視圖，中間層在每個上側(cè)面上具有涂層。
[0055]圖3是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接三個結(jié)構(gòu)的示意性首1J視圖。
[0056]圖4是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接四個結(jié)構(gòu)的示意性首1J視圖。
[0057]圖5是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接五個結(jié)構(gòu)的示意性首1J視圖。
[0058]圖6是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接2個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“J”構(gòu)型。
[0059]圖7是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接3個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“J”構(gòu)型。
[0060]圖8是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接4個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“J”構(gòu)型。
[0061]圖9是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接2個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“S”構(gòu)型。
[0062]圖10是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接3個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“S”構(gòu)型。
[0063]圖11是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接2個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“U”構(gòu)型。
[0064]圖12是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接3個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“U”構(gòu)型。
[0065]圖13是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接3個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“W”構(gòu)型。
[0066]圖14是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接2個結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖，所述結(jié)構(gòu)之一具有“T”構(gòu)型。
[0067]圖15是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊接由4個“L”形托架將4個相交結(jié)構(gòu)組裝成“ + ”構(gòu)型的示意性剖視圖。
[0068]圖16是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案從配合結(jié)構(gòu)形成并通過電阻焊連接的復合梁的示意性透視圖。
[0069]圖17a和圖17b分別是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的組裝件的分解圖和透視圖。
[0070]圖18a和圖18b是顯示使用“T”形托架將第一結(jié)構(gòu)依次組裝到板的示意性剖視圖，所述T形托架根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接。
[0071]圖19和圖20是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案待通過電阻焊連接的組裝結(jié)構(gòu)的分解圖。
[0072]圖21是圖19和圖20的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖。
[0073]圖22是圖21的組裝件的剖視圖，所述剖視圖沿剖面線22-22截取并沿箭頭的方向觀察。
[0074]圖23是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案待通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的分解圖。
[0075]圖24是圖23中所示的結(jié)構(gòu)的堆疊體的剖視圖。
[0076]圖25是在圖24中顯示并準備根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的那些結(jié)構(gòu)的替代性結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0077]圖26是在圖24中顯示并準備根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的那些結(jié)構(gòu)的替代性結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0078]圖27是在圖24中顯示并準備根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的那些結(jié)構(gòu)的替代性結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0079]圖28是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案待通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的分解圖。
[0080]圖29是在圖28中顯示的待根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性首!]視圖。
[0081]圖30是準備根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0082]圖31是準備根據(jù)本公開內(nèi)容實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0083]圖32是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖。
[0084]圖33是用于形成圖32組裝件的待根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0085]圖34是準備根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0086]圖35是準備根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0087]圖36是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖。
[0088]圖37是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖。
[0089]圖38是圖37組裝件的待根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案焊接的結(jié)構(gòu)的堆疊體的示意性剖視圖。
[0090]圖39是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖。
[0091]圖40和圖41是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的分解圖和示意性剖視圖。
[0092]圖42和圖43分別是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的側(cè)視圖和透視圖。
[0093]圖44和圖45是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊連接的結(jié)構(gòu)的組裝件的透視圖和示意性剖視圖。

【具體實施方式】
[0094]圖1顯示了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案連接三層材料10、12、14。層10、12、14相異，例如，異種金屬，如鋼和鋁。例如，外層10和14可以是鋼合金并且中間層12可以是鋁合金。如所示，可以將可相互焊接的兩個外層10、14經(jīng)中間層12彼此焊接在一起，以形成層壓結(jié)構(gòu)L1。這在標記為A-E的順序工序中顯示。如工序A中所示，這種工藝可以在具有相對電極的常規(guī)點焊工作站實施，在工序A中，所述電極的端部16和18在焊接之前接觸層10、12、14的堆疊體。在工序B中，由常規(guī)焊接機(未示出)施加的相反力F1、F2使端部16、18朝向彼此移動，并且在電極16、18之間施加電勢，產(chǎn)生通過所述電極和層10、12、14的電流I。在整個工序B-D施加力F1、F2和電流I，并且各自的大小和持續(xù)時間可以根據(jù)每個工序的要求而變化。例如，從工序A轉(zhuǎn)變至工序C的過程中為加熱/塑化鋁層12所需要的電流I可以小于在工序C和D期間出現(xiàn)的將鋼層10焊接到鋼層14上所需要的電流。同樣，可以改變力F1和F2以適合不斷變化的加工要求。
[0095]電流I將層10、12、14中的每一層加熱到這樣的溫度，在該溫度下，鋁層12塑化，并且當電極16、18將上層10和下層14朝向彼此推壓時，鋁層12可以因此被位移/穿透。鋁層12由電流I以電阻方式加熱并且還通過來自層10、14的傳導加熱。層10、14具有比鋁層12更低的熱和電傳導性，因此，如下文描述，一般利用適合在鋼中產(chǎn)生電阻點焊縫的電阻點焊機所產(chǎn)生的低電流來獲得可以用來塑化鋁層12以及將層10焊接到層14上所需要的熱。由于鋁合金層12具有比鋼合金層10、14更低的熔點，鋁層12達到會聚層10、14能使其產(chǎn)生位移的塑性狀態(tài)，在力F1、F2和電流I作用下，會聚層10、14在鄰近電極16、18處形成會聚凹陷10D、14D(截面為U形)，并使會聚層10、14穿透鋁層12。如工序B處所示，層10、14的會聚導致層12在層10、14的會聚區(qū)處的鋁合金產(chǎn)生位移，從而形成環(huán)形增厚(僅在工序B中以虛線示意)，在軟化的層10、14中鄰近凹陷10D、14D產(chǎn)生上涌部分10U和14U。如工序C和D處所示，層10、14完全會聚，將層12在表面匯聚區(qū)10C、14C處的鋁合金擠出，于是，層10、14開始在接觸區(qū)10C、14C處熔化，并且熔融金屬區(qū)Μ開始在層10和14的界面處形成。區(qū)Μ是其中層10、14的金屬液化并混合的焊接材料或者“熔核”。根據(jù)一個實施方案，施加電流I直至焊接區(qū)Μ>3*平方英寸(外層10、14的最小厚度)。如工序Ε處所示，在工序D處已經(jīng)完成焊接后，可以移除力F1、F2和電流I，并且撤回電極端部16和18，因此熔融帶Μ硬化形成焊縫W。
[0096]如圖2中所示，前述工藝過程可以在具有阻隔層20、22的情況下實施，譬如施加于層12的下表面和上表面或者層10、14的表面，以避免與層12接觸的預處理表面或者漆料/底漆的粘結(jié)層(未示出)，只要該阻隔層不阻止電流I流過，阻礙電阻加熱。通過這種方式，被連接的異種金屬層10、12、14之間的接觸以及不想要的原電池反應和腐蝕都會減少。本公開內(nèi)容的連接工藝過程歸結(jié)于在穿透階段和焊接階段B-D期間層10、12、14的位移，因此，該工藝過程適合一系列厚度的層10、12、14。
[0097]在一個實例中，工序Β和C可以具有大小例如從600至2000磅的伴生力FH和大小例如從4，000至24，000安培的電流水平IH，這適合于塑化具有2mm厚度的鋁層12并將平均厚度2.0mm的低碳鋼層10焊接到1.0mm厚度的780MPa鍍鋅涂層鋼的層14。這些大小的力和電流僅僅是示例性的，并取決于層10、12、14的尺度和組成。從工序B轉(zhuǎn)變到工序C的持續(xù)時間可以在0.2到2.0秒的數(shù)量級。進一步接著這個實例并使用層10、12、14的相同尺度和特性，工序D可以利用大小例如從500至800磅的伴生力Fw和大小例如從6，000至18，000安培的電流水平Iw，這適合于使層10、14開始熔化以形成熔融焊接區(qū)M?？梢詫⒘w的大小在工序D處改變成大小例如從600至1，000磅的力FT(未示出)和大小例如從3，000至12，000安培的電流水平Ιτ(未示出)以形成擴大的焊接區(qū)，以將焊縫回火并使其具有4mm至6mm平均截面直徑。完成工序可能需要，例如,0.1至0.5秒。
[0098]盡管前面的實例提及外層10、14由鋼制成，這些層可以來自其他材料，如鈦。同樣，中間層12可以是鋁合金或者另一種材料，如鎂合金。為了穿透中間層如層12，外層10和/或14應當由熔點比加熱/穿透階段(例如，工序B和C(圖1))期間被穿透的中間層12更高的材料制成。為了實施焊接階段，例如，工序D，層10、14必須相容以被電阻焊接。例如，如果層10由高強度(>590MPa)鍍鋅鋼制成，則層14可以由例如標準的低碳鋼、高強度鋼(>590MPa)或者不銹鋼等級制成。
[0099]在根據(jù)本公開內(nèi)容實施的焊接操作的一個實例中，市售電動點焊機(如可以從Centerline Welding, Ltd.250kVAAC購得的電阻點焊臺式焊接工作站)可以被用來連接三個層10、12、14，如相對于圖1顯示和上文所描述的，層10和14是0.7mm270MPa鍍鋅鋼，層12是1.5mm7075-T6鋁合金。上部電極頭16和下部電極頭18是標準的市售電極。
[0100]因為待連接的層(例如，10、12、14)在焊接期間處于壓緊狀態(tài)，并且受熱影響的區(qū)域主要限于電極16、18的觸著部分，因此本公開內(nèi)容的一些方面會出現(xiàn)下部變形。結(jié)合在一起的層10、12、14中會含有金屬間化合物或因穿透中間層12而產(chǎn)生的材料。
[0101]在層10和14之間形成的焊縫不穿透鄰近焊縫的那些層的表面，保留外觀、耐腐蝕性和不透水性。在穿透層12的過程中，例如，在圖1的工序B和C處和焊接階段，工序D，金屬間化合物從焊接區(qū)Μ被擠出。本公開內(nèi)容的方法和裝置與為鋼薄板電阻焊接開發(fā)的常規(guī)RSW設(shè)備兼容。層10、14可以任選地涂飾(鍍鋅、合金化熱鍍鋅、熱浸、鋁化)以改善耐腐蝕性。
[0102]本公開內(nèi)容的焊接過程不需要導孔，但也可以適用于具有導孔的中間層12。導孔也可以用來允許電流穿過介電層如粘結(jié)層或抗腐蝕涂層/層20、22?？梢愿鶕?jù)焊縫留下的空腔的質(zhì)量保證測量結(jié)果，即通過測量空腔尺寸，檢驗本方法的焊接質(zhì)量。也可以(在例如層10、14)的側(cè)面上利用超聲NDE技術(shù)監(jiān)測焊縫質(zhì)量。
[0103]與FDS(EJOTS)、SPR和SFJ相比，用來連接異種材料層的本公開內(nèi)容的裝置占用空間較小，因此可進入更緊湊的空間。由于層10、12、14在圖1的工序B-D期間被加熱/軟化，本公開內(nèi)容的裝置和方法使用與SPR插入力相比較低的壓力。由于不需要用緊固件穿透鋼金屬，反而使用點焊，本公開內(nèi)容的方法和裝置具有連接高強度鋁(對SPR操作期間破裂敏感)和連接高強度鋼及超高強度鋼的能力。
[0104]由于本發(fā)明的總體工藝在如何固定組成層/部件方面類似于常規(guī)電阻點焊接(RSW)，本公開內(nèi)容的設(shè)備和方法不需要旋轉(zhuǎn)部件并且有利于解決部件配合問題。此外，所述方法可以迅速實施，提供與常規(guī)RSW相似的快加工速度。本公開內(nèi)容的裝置和方法可以適于在鍛鋁和鑄鋁產(chǎn)品，并且可以用來生產(chǎn)相容性金屬接頭，而非雙金屬焊縫，因為將鋁焊接到鋼時，雙金屬焊縫可能具有低接頭強度。如下所述，本公開內(nèi)容的裝置和方法可以用來連接多層不同的材料。
[0105]圖3顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接三個結(jié)構(gòu)30、32、34，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，結(jié)構(gòu)32可以是例如由鋁合金制成的箱型中空梁，并具有被抓取在L形結(jié)構(gòu)30、34之間的腿部結(jié)構(gòu)32L?？梢灾圃?、鑄造、鍛造或擠出結(jié)構(gòu)32。根據(jù)需要，可以沿結(jié)構(gòu)30、32、34的長度產(chǎn)生多條焊縫Wo圖3示出了結(jié)構(gòu)30、32、34的截面并以立體方式顯示。為了描述的簡潔性，下文描述的圖可以僅顯示剖視圖。
[0106]圖4顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接4個結(jié)構(gòu)40、42、44、46，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的2個L形中間結(jié)構(gòu)42、44被抓取在例如由鋼制成并在焊縫W處連接的2個L形結(jié)構(gòu)40、46之間。當本文提到時，“鋼”應當包括各種類型的鋼，包括不銹鋼和鈦合金?！颁X合金”應當包含鎂合金。
[0107]圖5顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接5個結(jié)構(gòu)50、52、54、56、58，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的兩個L形中間結(jié)構(gòu)52、56抓取在例如由鋼等制成的3個L形結(jié)構(gòu)50、54、58之間。焊縫W1將結(jié)構(gòu)50連接到結(jié)構(gòu)54并且焊縫W2將結(jié)構(gòu)54連接到結(jié)構(gòu)58，分別將結(jié)構(gòu)52和56抓取在其之間。
[0108]圖6顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接兩個結(jié)構(gòu)60、62，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的L形中間結(jié)構(gòu)62被抓取在例如由鋼制成的結(jié)構(gòu)60的“J”部分60J中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。在這個實例中，焊縫W在“ J “部分60J的相對部分之間形成。
[0109]圖7顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接3個結(jié)構(gòu)70、72、74，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的兩個中間結(jié)構(gòu)72、74被抓取在例如由鋼制成的結(jié)構(gòu)70的“J”部分70J中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。焊縫W在“J”部分70J的相對部分之間形成。
[0110]圖8顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接4個結(jié)構(gòu)80、82、84、86，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的兩個中間結(jié)構(gòu)82、86沿結(jié)構(gòu)84(鋼)被抓取在例如由鋼制成的結(jié)構(gòu)80的“J”部分80J中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。在這個實例中，焊接W1在中間鋼結(jié)構(gòu)84和結(jié)構(gòu)80之間形成，焊接W2在中間結(jié)構(gòu)84的另一側(cè)和結(jié)構(gòu)80的J形部分80J之間形成。
[0111]圖9顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接兩個結(jié)構(gòu)90、92，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)92被抓取在例如由鋼制成的結(jié)構(gòu)90的S形部分90S的底部彎曲部90C2中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。在這個實例中，焊縫W1在結(jié)構(gòu)90的彎曲部90C1的相對部分之間形成，焊縫W2在結(jié)構(gòu)90的彎曲部90C2的相對部分之間形成，將結(jié)構(gòu)92抓取其中。
[0112]圖10是顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊接連接3個結(jié)構(gòu)100、102、104的示意性剖視圖，結(jié)構(gòu)100具有“S”構(gòu)型。例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)102被抓取在例如由鋼制成的結(jié)構(gòu)100的S形部分的頂部彎曲部100C1中。例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)104被抓取在結(jié)構(gòu)100的S形部分的底部彎曲部100C2中。結(jié)構(gòu)102和104均被根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在S形部分100S中。焊縫W1在彎曲部100C1的相對部分之間形成，焊縫W2在結(jié)構(gòu)100的彎曲部100C2的相對部分之間形成。
[0113]圖11顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接兩個結(jié)構(gòu)110、112，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)112被抓取在例如由鋼制成的“U”形結(jié)構(gòu)110中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。在這個實例中，焊縫W在U形結(jié)構(gòu)110的相對部分之間形成。
[0114]圖12顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接3個結(jié)構(gòu)120、122、124，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)122、124被抓取在例如由鋼制成的“U”形結(jié)構(gòu)120中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。焊縫W在U形結(jié)構(gòu)120的相對部分之間形成。
[0115]圖13顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接3個結(jié)構(gòu)130、132、134，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)132、134被抓取在例如由鋼制成的構(gòu)成W形結(jié)構(gòu)130的U形結(jié)構(gòu)130U1和130U2中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。焊縫W1、W2和W3在構(gòu)成W形結(jié)構(gòu)130的U形結(jié)構(gòu)130U1和130U2的相對部分之間形成。
[0116]圖14顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接2個結(jié)構(gòu)140、142，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。在這個實例中，例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)142被抓取在例如由鋼制成的分叉T形結(jié)構(gòu)140中，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。在這個實例中，焊縫W在T形結(jié)構(gòu)140的相對的底部分140B1和140B2之間形成。
[0117]圖15顯示本公開內(nèi)容的方法可以用來通過電極16、18施加的電阻焊而連接8個結(jié)構(gòu)150、152、154、156、158、160、162、164，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。例如由鋁合金制成的中間結(jié)構(gòu)152、156、160和164被抓取在例如由鋼制成的4個L形結(jié)構(gòu)150、154、158和162之間，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方案通過電阻焊固定在那里。焊縫W1、W2、W3和W4在相對的L形結(jié)構(gòu)150、154、158和162之間形成。
[0118]圖16顯示復合梁170，通過電極16、18施加的電阻焊連接配合結(jié)構(gòu)172(例如由鋁制成)和結(jié)構(gòu)174 (由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。沿U形部分174U1和174U2的一系列焊縫Wl、W2、W3、W4等使結(jié)構(gòu)170固定在一起。
[0119]圖17a和圖17b顯示復合梁180，通過電極16、18(未示出)施加的電阻焊連接配合結(jié)構(gòu)182 (例如由鋁制成)和T形結(jié)構(gòu)184、184’ (由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。如對于圖14所述，貫穿結(jié)構(gòu)182的部分184B1和184B2的點焊縫可以用來將結(jié)構(gòu)184固定到I梁結(jié)構(gòu)182。相同方案適用于結(jié)構(gòu)184’。插槽S容納I梁結(jié)構(gòu)182的中心立股C。上部分例如184T可以作為安裝法蘭用來點焊例如由鋼制成的板186，如圖17b中的焊縫W所顯示。
[0120]圖18a和18b顯示與圖17a、17b中所示的結(jié)構(gòu)180具有相似構(gòu)造的復合結(jié)構(gòu)190，結(jié)構(gòu)190由通過電極16、18施加的電阻焊連接的配合結(jié)構(gòu)192 (例如由鋁制成)和T形結(jié)構(gòu)194、194’ (由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。部分194B1和194B2的點焊縫貫穿延長部分192A(194’具有相似構(gòu)型)和192B以將結(jié)構(gòu)194、194’固定到結(jié)構(gòu)192。上部分例如194T、194’ T可以作為安裝法蘭用來點焊例如由鋼制成的板196，如圖18b中的焊縫WS所顯示。
[0121]圖19-22顯示復合結(jié)構(gòu)200，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)202(例如由鋁制成)、錐形管狀結(jié)構(gòu)204(例如由結(jié)構(gòu)鋼或鑄鋼制成)和套環(huán)結(jié)構(gòu)206(例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。結(jié)構(gòu)204具有底座部分204B、錐形部分204T和在其上面可滑動地安裝中空梁結(jié)構(gòu)202的接管頭部分204N。在結(jié)構(gòu)202上可滑動地安裝套環(huán)結(jié)構(gòu)206。點焊縫W貫穿中空梁結(jié)構(gòu)202以使套環(huán)結(jié)構(gòu)206連接到接管頭部分204N上，因此通過電阻焊將組裝件200固定在一起?？梢詫⒑缚pW描述為鉚釘，所述鉚釘將套環(huán)結(jié)構(gòu)206和梁結(jié)構(gòu)202鉚接到接管頭部分204N上。如圖20中所示，可以由單焊槍實施這個焊接/鉚接操作，通過電極16、18設(shè)置在結(jié)構(gòu)200的對側(cè)以在區(qū)域A1和A2內(nèi)同時實施焊接，產(chǎn)生如圖22中所示的焊縫Wl、W2。同樣地，可以同時實現(xiàn)焊縫W3、W4，多條焊縫的同時產(chǎn)生減少為完成焊接/鉚接操作所需要的工件/焊接裝置再定位操作的次數(shù)。
[0122]圖23和圖24顯示復合結(jié)構(gòu)210，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)212 (例如由鋁制成)、由鋼制成的管狀結(jié)構(gòu)214和板216A、216B (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。結(jié)構(gòu)214可以相對于結(jié)構(gòu)212具有任何給定的長度，但是在描述的實施方案中應當與板材216A、216B重疊，以允許將所述板點焊到結(jié)構(gòu)214上，結(jié)構(gòu)214可以滑動地安裝在結(jié)構(gòu)212內(nèi)部。所產(chǎn)生的復合體210具有結(jié)構(gòu)212、214和216A、216B中每一者的特性。在一個替代性實施方案中，管狀結(jié)構(gòu)214可以再分成多個獨立管狀結(jié)構(gòu)，例如，第一獨立管狀結(jié)構(gòu)靠近一端設(shè)置在空梁212中，其余獨立管狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在另一端或者中間位置，允許其他的板216安裝在另一端或者中間位置。
[0123]圖25-27顯示圖23和圖24中所示的復合結(jié)構(gòu)210的變體210A、210B、210C。更具體地，內(nèi)部結(jié)構(gòu)220 (圖25)、222(圖26)、224(圖27)顯示三種不同的截面形狀。圖25和圖26顯示直接焊接的焊接堆疊體布置，其中電流分別在16A和18A以及16B和18B之間通過。焊接可以是推拉型的，允許同時實現(xiàn)4條焊縫。應指出為了描述的簡潔性，在圖25和圖25之后的圖中不顯示其中將實施焊接的區(qū)域，但是這類區(qū)域類似圖20的鄰近電極16、18的區(qū)域A1、A2，在圖25-27中鄰近電極16A、16B、18A、18B。圖27顯示一種替代性電極布置，其中電極16A和16B限定一電流通路，所述電流通路包括在堆疊體210C的另一側(cè)上的單電極18A?？蛇x地，中空梁(管狀)結(jié)構(gòu)212可以從包裹在內(nèi)部結(jié)構(gòu)220、222、224周圍的薄板形成。
[0124]圖28和圖29顯示復合結(jié)構(gòu)220，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)222 (例如由鋁制成)、板224和多個圓盤226 (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。中空梁結(jié)構(gòu)222具有多個開口 222H，圓盤226可以經(jīng)開口 222H插入并且與電極18接觸，以允許將圓盤226通過梁結(jié)構(gòu)222點焊到板224上。
[0125]圖30顯示復合結(jié)構(gòu)230的堆疊體，所述復合結(jié)構(gòu)230通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)232(例如由鋁制成的)、板234和U形件(通道)236(例如由鋼制成)形成，所述電極16、18如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。U形件236可以是彈簧加力的，即，U形件可以被偏壓以向外擴張并可以摩擦地夾緊中空梁結(jié)構(gòu)232。U形件236可以通過電磁成形、過盈配合、機械接觸、結(jié)合、緊固、咬接、硬焊等插入到中空梁結(jié)構(gòu)232中。
[0126]圖31顯示復合結(jié)構(gòu)240的堆疊體，所述復合結(jié)構(gòu)240通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)242(例如由鋁制成的)、板244和中空梁(管狀)246(例如由鋼制成)形成，所述電極16、18如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。中空梁246可以通過電磁成形、過盈配合、機械接觸、結(jié)合、緊固、咬接、硬焊等插入到中空梁結(jié)構(gòu)242中。
[0127]圖32和圖33顯示復合結(jié)構(gòu)250，通過電極16、18’施加的電阻焊連接的中空圓柱狀梁結(jié)構(gòu)252 (例如由鋁制成)、板254和中空圓柱狀支撐梁結(jié)構(gòu)256 (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。板254具有相對于梁結(jié)構(gòu)252互補成型的弧形部分254A。多條焊縫W將板254固定到支撐梁256上。圖33顯示復合結(jié)構(gòu)250的焊接堆疊體。電極18’具有較大的表面積，從而分散電流和因電阻流引起的熱，且并不導致在與梁結(jié)構(gòu)252的界面處發(fā)生熔化。電極16具有正常點焊布置，從而它聚集電流和熱以形成點焊縫W。
[0128]圖34顯示I梁結(jié)構(gòu)262(例如由鋁制成的)、板264和一對槽形梁266A、266B(例如由鋼制成)形成的復合結(jié)構(gòu)260的堆疊體，所述槽形梁可以通過如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用的電極16、18施加的電阻焊連接到板264上。由于電極16、18均在板264的相同側(cè)面上，可以將焊接布置描述為單面焊接。
[0129]圖35顯示箱形I梁結(jié)構(gòu)272(例如由鋁制成的)、板274和一對槽形梁276A、276B(例如由鋼制成)形成的復合結(jié)構(gòu)270的堆疊體，所述槽形梁可以通過如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用的電極16、18施加的電阻焊連接到板274上。由于電極16、18均在板274的相同側(cè)面上，可以將焊接布置描述為單面焊接。槽形梁276A，276B可以套疊地在一個末端插入梁結(jié)構(gòu)272中，或者開口 2720可以設(shè)置在梁結(jié)構(gòu)272中以允許插入槽形梁，例如276B。
[0130]圖36顯示了帶進入窗282W的中空梁結(jié)構(gòu)282 (例如由鋁制成)形成的復合結(jié)構(gòu)280，從進入窗282W，可以插入托架284 (例如由鋼制成)，并且可以插入電極18以進行如上所述的點焊操作，以固定托架284附近的、靠著梁結(jié)構(gòu)282的外表面放置的板或者其他鋼構(gòu)件(未示出)。顯示托架286的替代類型設(shè)置在梁282的開口端處并且可以執(zhí)行與托架284相似的功能。
[0131]圖37和圖38顯示復合結(jié)構(gòu)290，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)292 (例如由鋁制成)、板294和中空梁結(jié)構(gòu)296 (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。梁結(jié)構(gòu)292具有允許垂直插入梁結(jié)構(gòu)296的開口 2920。如圖38的焊接堆疊體所示，電極16、18可以被用來將板294經(jīng)梁292焊接到梁296上。
[0132]圖39顯示復合結(jié)構(gòu)300，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)302 (例如由鋁制成)、中空梁結(jié)構(gòu)304和板306 (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。梁結(jié)構(gòu)302具有允許垂直插入梁結(jié)構(gòu)296的側(cè)開口 3020。梁結(jié)構(gòu)302具有鄰近開口 3020從梁302延伸的翼緣302F?？梢詫?06經(jīng)梁302和/或法蘭302F焊接到梁304上。
[0133]圖40和圖41顯示復合結(jié)構(gòu)310，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)312 (例如由鋁制成)、中空梁結(jié)構(gòu)314和板316A、316B(例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。梁結(jié)構(gòu)312具有允許垂直插入梁結(jié)構(gòu)314的側(cè)開口3120。梁結(jié)構(gòu)312具有鄰近開口 3120從梁312延伸的翼緣312F(數(shù)目是4個)?？梢詫?16A、316B經(jīng)梁312和/或翼緣312F焊接到梁314上。圖41顯示焊接之前結(jié)構(gòu)310的組件的焊接堆疊體。
[0134]圖42和圖43顯示復合桁架結(jié)構(gòu)320，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)322 (例如由鋁制成)、中空梁結(jié)構(gòu)324和板326A、326B(例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。梁結(jié)構(gòu)322具有允許插入梁結(jié)構(gòu)324的斜接末端的側(cè)開口 3220，在那里它們由焊縫W固定在板326A、326B和結(jié)構(gòu)324之間。
[0135]圖44和圖45顯示復合結(jié)構(gòu)330，通過電極16、18施加的電阻焊連接的中空梁結(jié)構(gòu)332 (例如由鋁制成)、中空梁結(jié)構(gòu)334A、334B和板336A、336B (例如由鋼制成)形成，所述電極如上文參考圖1所描述那樣發(fā)揮作用。梁結(jié)構(gòu)332具有允許梁結(jié)構(gòu)334A、334B以一定角度經(jīng)其插入的側(cè)開口 3220，梁334A、334B相對彼此處于斜交取向。通過電阻焊，將梁334A、334B借助板336A、336B焊接到位。與在之前一樣，點焊縫貫穿鋁結(jié)構(gòu)332，允許鋼結(jié)構(gòu) 334A、334B 焊接到板 336A、336B 上。
[0136]應當理解，本文所描述的實施方案僅是示例性的，在不脫離本公開內(nèi)容主題的精神和范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出許多變化和修改。所有這類變化和修改意在涵蓋在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種使用電阻焊接將由第一材料制成的第一導電體連接到由與所述第一導電體的材料相異的第二材料制成的第二導電體上的方法，包括: 以物理和電接觸方式將所述第一和第二導電體放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔點； 以與第一材料物理和電接觸的方式放置由第三材料制成的第三導電體，以形成包括所述第一導電體、所述第二導電體和所述第三導電體的至少一部分的導電堆疊體，所述第三材料可焊接到所述第二材料上并且比所述第一材料具有更高的熔點； 施加跨所述堆疊體的電勢，感應出流經(jīng)堆疊體的電流并產(chǎn)生電阻熱，所述電阻熱使所述第一導電體的至少一部分軟化； 將所述第三導電體的軟化部分經(jīng)過所述第一導電體的軟化部分向所述第二導電體推壓； 在所述第三導電體的所述部分接觸所述第二導電體后，將所述第三導電體焊接到所述第二導電體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括鋁、鎂及其合金中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二材料包括鋼、鈦及其合金中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三材料包括鋼、鈦及其合金中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三導電體的一部分覆蓋所述第一導電體的上涌部分，在推壓所述第三導電體的所述部分經(jīng)過所述第一導電體時，所述上涌部分發(fā)生位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一導電體、所述第二導電體和所述第三導電體在緊鄰所述第三導電體被焊接到所述第二導電體上的地方呈層的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述層是金屬薄片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一導電體、所述第二導電體和所述第三導電體中的至少一個呈結(jié)構(gòu)件的形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在直接電阻焊過程中施加所述電勢。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在間接電阻焊過程中施加所述電勢。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在串聯(lián)電阻焊過程中施加所述電勢。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆疊體包括熔點小于所述第二和第三導電體的熔點的多個導電體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二導電體和所述第三導電體是一體的，所述第二導電體與所述第三導電體由折疊可區(qū)分，并且進一步包括折疊步驟以產(chǎn)生所述折疊和插入步驟以將所述第一導電體插入到所述折疊中，以在施加跨所述堆疊體的電勢的步驟之前產(chǎn)生所述堆疊體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述折疊產(chǎn)生J形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述折疊產(chǎn)生U形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，多次進行所述折疊步驟以產(chǎn)生多個折疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述折疊產(chǎn)生S形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述折疊產(chǎn)生W形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將多個導電體插入到所述多個折疊中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述焊接步驟同時產(chǎn)生多個焊縫。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述折疊產(chǎn)生具有二分底部分和頂部分的T形狀，所述插入步驟包括將所述第一導電體插入到所述二分底部分中，并且跨所述第一導電體和所述二分底部分的堆疊體進行所述焊接步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括將另一個導電體連接到所述T形狀的頂部分的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加、推壓和焊接步驟中的電流是可調(diào)節(jié)的，并且進一步包括調(diào)節(jié)所述電流的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述推壓和焊接步驟中施加的力是可調(diào)節(jié)，并且進一步包括調(diào)節(jié)所述力的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，可以執(zhí)行調(diào)節(jié)所述電流和所述力的步驟以適應不同厚度的所述第一導電體、第二導電體和第三導電體。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在施加、推壓和焊接步驟期間不穿透所述第三層和所述第二層。
27.—種層壓結(jié)構(gòu),包括: 第一導電體、第二導電體和第三導電體，以物理和電接觸方式彼此接近設(shè)置，所述第一導電體比所述第二和第三導電體具有更低的熔點并且設(shè)置在所述第二和第三導電體之間，所述第二導電體延伸穿過所述第一導電體而由電阻焊焊接到所述第三導電體上，所述第一導電體被抓取在所述第二導電體和所述第三導電體之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈長條形槽的形式，所述第二導電體呈如下所述的立股形式，即，其延伸經(jīng)過所述長條形槽并在限定所述第三導電體的折疊處自身回折，所述第一導電體的一部分設(shè)置在所述折疊中并通過將所述第二導電體焊接到所述第三導電體上而固定在所述折疊中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈板形式，所述第二和第三導電體呈具有L形截面的梁形式，所述第一導電體夾在所述第二和第三導電體之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求所述29的結(jié)構(gòu)，進一步包括多個板和L形截面的梁。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈I梁形式，所述第二導電體呈長條形槽形式，所述長條形槽可插入到由所述第一導電體的I形狀限定的中空部分內(nèi)，所述第三導電體呈板形式，所述板設(shè)置在所述I形狀的頂部分上。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一、第二和第三導電體各自為管狀，所述第二導電體能夠被共軸插入到所述第三導電體的至少一部分中，所述第一導電體具有允許其插在所述第二和第三導電體之間的尺寸。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一和第二導電體各自為管狀，所述第二導電體具有允許其插在所述第一體內(nèi)部的尺寸，所述第三導電體是抵靠在與所述第二導電體毗鄰的所述第一導電體的外部的板。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一和第二導電體具有矩形和圓形截面形狀中的至少一種。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈管形式，所述第二導電體呈板形式，抵靠在所述第一導電體的內(nèi)部，所述第一導電體具有開口，所述開口的尺寸允許第二導電體從其插入，所述第三導電體呈板形式，抵靠在鄰近所述第二導電體的所述第一導電體的外部，所述第一導電體夾在所述第二導電體與所述第三導電體之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈長條形槽形式，所述第二導電體呈槽形式，插入所述第一導電體的中空部分，所述第三導電體呈板形式，所述板鄰近所述第二導電體設(shè)置，所述第一導電體夾在所述第二導電體與所述第三導電體之間。
37.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈長條形槽形式，所述第二導電體呈管形式，插入所述第一導電體的中空部分，所述第三導電體呈板形式，所述板鄰近所述第二導電體設(shè)置，所述第一導電體夾在所述第二導電體與所述第三導電體之間。
38.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈長條形管形式，所述第二導電體呈C形托架形式，插入所述第一導電體的中空部分，所述第三導電體呈板形式，所述板鄰近所述第二導電體設(shè)置，所述第一導電體夾在所述第二導電體與所述第三導電體之間。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體具有允許插入焊接電極的孔隙。
40.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體呈管狀，所述第二導電體呈管狀，所述第一導電體具有側(cè)孔隙，所述側(cè)孔隙允許所述第二導電體以相對于所述第一導電體成角度的插入，第三導電體呈板形式，所述板鄰近所述第二導電體設(shè)置，所述第一導電體夾在所述第二導電體與所述第三導電體之間。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導電體具有鄰近所述側(cè)孔隙的從其延伸的接頭片。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括類似于所述第二導電體的第四導電體，所述第二和第四導電體在所述孔隙處斜接并連接。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，將所述結(jié)構(gòu)重復多次以形成桁架結(jié)構(gòu)。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括類似于所述第二導電體的第四導電體并且所述第一導電體具有第二孔隙，所述第二和第四導電體分別沿偏斜線插入到所述孔隙和第二孔隙中。
45.根據(jù)權(quán)利要求27所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括在所述第一材料、所述第二材料和所述第三材料中的至少一者上的涂層。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述涂層是鋁合金、鍍鋅、鋅電鍍和防腐漆中的至少一者。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述涂層是粘合劑。
【文檔編號】B23K11/36GK104249214SQ201410294190
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】唐納德·J·斯皮內(nèi)拉 申請人:美鋁公司