本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域總體上涉及電阻點焊，更具體而言，涉及對鋁工件和相鄰的重疊鋼工件的電阻點焊。

背景技術(shù)：

電阻點焊是許多工業(yè)用于將兩個或更多個金屬工件結(jié)合在一起的工藝。例如，汽車工業(yè)通常在車門、發(fā)動機罩、行李箱蓋、升降門和/或諸如車身側(cè)面和橫梁等車身結(jié)構(gòu)的制造中使用電阻點焊將金屬工件結(jié)合在一起。許多焊點通常在金屬工件的邊緣周圍或一些其它結(jié)合區(qū)域周圍的各個點處形成，以確保部件結(jié)構(gòu)牢固。雖然點焊通常用于將某些組成類似的金屬工件(例如鋼-鋼和鋁-鋁)結(jié)合在一起，但將較輕重量的材料結(jié)合到車身結(jié)構(gòu)中的需求，使得人們已經(jīng)對通過電阻點焊將鋼工件與鋁工件結(jié)合產(chǎn)生了興趣。上述對電阻點焊異種金屬工件的需求不是汽車工業(yè)所特有的；實際上，它延伸到可以采用點焊作為連接方法的其他工業(yè)，包括航空、海運、鐵路和建筑行業(yè)。

電阻點焊一般依靠電流流過重疊的金屬工件來產(chǎn)生熔融焊接所需的熱量。為了實施這種焊接方法，將一組相對的點焊電極在工件堆疊相對側(cè)上的對準(zhǔn)點處夾緊，該工件堆疊通常包括在預(yù)定焊接位置處以重疊構(gòu)造布置的兩個或三個金屬工件。然后，電流從一個焊接電極流經(jīng)金屬工件到達另一個焊接電極。電流流動阻力在金屬工件內(nèi)及其結(jié)合界面處產(chǎn)生熱量。當(dāng)工件堆疊包括鋁工件和相鄰重疊的鋼工件時，在結(jié)合界面處及那些異種金屬工件的主體材料內(nèi)產(chǎn)生的熱量引發(fā)并生長成熔融鋁焊池，該熔融鋁焊池從結(jié)合界面處延伸到鋁工件中。該熔融鋁焊池浸濕了相鄰的鋼工件結(jié)合表面，并且在電流停止時固化成將兩個工件結(jié)合在一起的焊接接頭。

然而，在實踐中，將鋁工件點焊到鋼工件是有挑戰(zhàn)性的，因為這兩種金屬的許多特性會不利地影響焊接接頭的強度-影響最顯著的是剝離強度。首先，鋁工件通常在其表面上包含一個或多個機械韌性高，電絕緣和自修復(fù)的耐火氧化物層。氧化物層通常包括氧化鋁，但當(dāng)鋁工件包括含鎂鋁合金時，氧化物層也可包括氧化鎂在內(nèi)的其它金屬氧化物。由于它們的物理性質(zhì)，耐火氧化物層具有在結(jié)合界面處保持完整的趨向，在該結(jié)合界面處，耐火氧化物層可以阻礙熔融鋁焊池浸濕鋼工件的能力，并且還提供生長中的焊池內(nèi)的近界面缺陷源。表面氧化物層的絕緣性還提高了鋁工件(即鋁工件的結(jié)合表面處和其電極接觸點處)的電接觸電阻，這使得有效地控制和集中鋁工件內(nèi)的熱變得困難。過去，已經(jīng)做了在點焊之前從鋁工件上去除氧化物層的努力。然而，這種去除的做法是不切實際的，因為氧化物層具有在有氧的存在下再生的能力，特別是在施加來自點焊操作的熱量的情況下。

除了包含在鋁工件表面上的一個或多個氧化物層提出的挑戰(zhàn)之外，鋁工件和鋼工件還具有不同性質(zhì)，這些不同性質(zhì)導(dǎo)致點焊過程復(fù)雜化。具體地說，鋁具有相對低的熔點(～600℃)和相對低的電阻率和熱阻率，而鋼具有相對高的熔點(～1500℃)和相對高的電阻率和熱阻率。由于這些物理差異，大多數(shù)熱量在電流流動期間在鋼工件內(nèi)產(chǎn)生。這種熱不平衡在鋼工件(更高的溫度)和鋁工件(更低的溫度)之間形成溫度梯度，該溫度梯度引發(fā)了鋁工件的快速熔化。電流流動期間產(chǎn)生的溫度梯度和鋁工件的高熱導(dǎo)率的組合意味著，在電流停止后立即出現(xiàn)熱量不從焊接位置對稱地散布的情況。相反，熱量從較熱的鋼工件通過鋁工件傳導(dǎo)到鋁工件另一側(cè)上的焊接電極，這在該方向上產(chǎn)生陡峭的熱梯度。

據(jù)信，鋼工件與鋁工件另一側(cè)上的焊接電極之間的陡峭的熱梯度的形成在兩個主要方面削弱了所生成的焊接接頭的完整性。首先，因為鋼工件在電流停止之后比鋁工件保持熱量時間更久，所以熔融鋁焊池從最靠近與鋁工件相連的較冷焊接電極(通常為水冷卻)的區(qū)域開始，朝結(jié)合界面?zhèn)鞑ィM行定向固化。這種固化前沿傾向于朝著和沿著焊接接頭的結(jié)合界面移動或驅(qū)趕諸如氣孔、收縮空隙、微裂紋和表面氧化殘余物的缺陷。第二，鋼工件中持續(xù)升高的溫度促進了脆性Fe-Al金屬間化合物在結(jié)合界面處和沿著結(jié)合界面的生長。分散的焊接缺陷以及Fe-Al金屬間化合物沿著結(jié)合界面的過度生長導(dǎo)致焊接接頭剝離強度降低。

鑒于前述挑戰(zhàn)，先前嘗試在鋁工件和鋼工件的點焊中采用規(guī)定了更高電流，更長焊接時間或兩者均有(與鋼-鋼點焊相比)的焊接排程，以試圖獲得合理的焊接面積。這樣的嘗試在制造生產(chǎn)中是極不成功的，并且易于損壞焊接電極。假定以前的點焊嘗試沒有取得特別的成功，而主要使用包括自穿孔鉚釘和流鉆螺釘?shù)臋C械緊固件將鋁和鋼工件緊固在一起。然而，與點焊相比，機械緊固件需要更長的時間來放置并且具有高消耗成本。它們還增加了車身結(jié)構(gòu)的重量(當(dāng)通過點焊方式完成結(jié)合時，該重量可以避免)，該重量首先抵消了通過使用鋁工件所獲得的節(jié)省下來的一些重量。因此，對點焊進行改進從而更容易地連接鋁工件和鋼工件，這在本領(lǐng)域是受歡迎的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了適用于電阻點焊應(yīng)用的焊接電極，其包括第一部分、第二部分和在第一部分和第二部分之間延伸并連接第一部分和第二部分的直徑減小部分。所述第一部分包括焊接面，且所述第二部分包括向具有冷卻腔的內(nèi)凹槽開口的安裝基座。所述直徑減小部分在所述第一部分的后表面與所述第二部分的前表面之間延伸，使得間隙將所述后表面與所述前表面的外圍邊緣部分彼此分開。并且，為了有助于確保電流和熱量主要通過直徑減小部分在第一部分和第二部分之間傳導(dǎo)，間隙可以是空的(即，空氣間隙)或填充有低傳導(dǎo)率材料，該低傳導(dǎo)率材料的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率小于焊接電極的第一部分、第二部分和直徑減小部分中每一個的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。

焊接電極可以與另一個焊接電極組合使用以對包括至少一個鋁工件和一個相鄰的重疊鋼工件的工件堆疊進行電阻點焊。工件堆疊還可以包括附加工件，例如另一鋁工件或另一鋼工件，只要具有相同基體金屬組合物的兩個工件彼此相鄰設(shè)置即可。在點焊過程中，所公開的焊接電極的第一部分的焊接面被壓靠在緊鄰鋁工件(該鋁工件與鋼工件相鄰)的工件堆疊的第一側(cè)上，并且另一焊接電極被壓靠在緊鄰鋼工件的工件堆疊的相對的第二側(cè)上。然后，電流在焊接電極之間通過并穿過工件堆疊，以在鄰近鋼工件的鋁工件內(nèi)產(chǎn)生熔融鋁焊池。通過工件堆疊的電流流通最終停止，這使得熔融鋁焊池固化成焊接接頭，將相鄰的鋁工件和鋼工件結(jié)合在一起。

據(jù)信，所述公開的焊接電極的使用對形成于相鄰和重疊的鋁工件和鋼工件之間的焊接接頭的強度-最顯著的是剝離強度，產(chǎn)生積極的作用。可以肯定的是，在電流停止時，由于鋁工件的高熱導(dǎo)率，在焊接電極的第一部分內(nèi)產(chǎn)生的熱量以及從鋼工件和熔融鋁焊池散布的熱量朝著焊接電極的第二部分傳播。并且由于熱量大部分不能穿過將焊接電極第一部分的后表面和第二部分的前表面分隔的間隙，所以其主要通過傳導(dǎo)的方式從第一部分通過直徑減小部分傳遞到第二部分。引導(dǎo)傳導(dǎo)熱流以這種方式通過直徑減小部分會影響熔融鋁焊池轉(zhuǎn)化為焊接接頭時的固化行為，并且導(dǎo)致焊接缺陷朝焊接接頭中心偏移，這些缺陷在焊接接頭中心更不易于對焊接接頭的強度產(chǎn)生不利影響。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的適合于電阻點焊操作的焊接電極的橫截面圖；

圖2是圖1所示焊接電極的一部分的放大橫截面圖；

圖3是可以與圖1所示的焊接電極一起使用的一個實施例的焊接面結(jié)構(gòu)的放大橫截面圖；

圖4是根據(jù)本公開的另一實施例的適合于電阻點焊操作的焊接電極的橫截面圖；

圖5是工件堆疊的總剖視圖，其包括通過重疊方式組裝并且位于本發(fā)明公開的焊接電極和另一個用于電阻點焊的焊接電極之間的鋁工件和相鄰的鋼工件；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工件堆疊的總剖視圖，其包括通過重疊方式組裝并且位于本發(fā)明公開的焊接電極和另一個用于電阻點焊的焊接電極之間的鋁工件和相鄰的鋼工件，然而這里工件堆疊包括附加的鋁工件(即，兩個鋁工件和一個鋼工件)；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工件堆疊的總剖視圖，其包括通過重疊方式組裝并且位于本發(fā)明公開的焊接電極和另一個用于電阻點焊的焊接電極之間的鋁工件和相鄰的鋼工件，然而這里的工件堆疊包括附加的鋼工件(即，一個鋁工件和兩個鋼工件)；

圖8是圖5所示的焊接電極的總體透視圖，其可以與第一焊接電極(例如，圖1所示的焊接電極)組合使用來電阻點焊工件堆疊；

圖9是電流在焊接電極之間流通并穿過工件堆疊期間圖5所示的工件堆疊和焊接電極的總體橫截面圖，其中電流的流通已經(jīng)引起與所述鋼工件相鄰的鋁工件的融化并且在所述鋁工件內(nèi)產(chǎn)生熔融鋁焊池；

圖10是在焊接電極之間并通過工件堆疊的電流流通已經(jīng)停止以使得熔融鋁焊池固化成將相鄰的鋁工件和鋼工件結(jié)合在一起的焊接接頭之后，圖5所示的工件堆疊和焊接電極的總體橫截面圖；

圖11示出了熔融鋁焊池中的固化前沿的方向，其從最靠近緊鄰鋁工件的較冷焊接電極的點朝向結(jié)合界面固化，這在常規(guī)點焊實踐中是常見的；以及

圖12示出了由于使用本公開的焊接電極，在熔融鋁焊池中從其外周邊朝向其中心固化的固化前沿的方向。

具體實施方式

用于電阻點焊應(yīng)用的焊接電極在圖中用參考數(shù)字10來表示。具體地，焊接電極10可以用于對包括至少一件鋁工件和一件重疊相鄰的鋼工件的工件堆疊進行點焊，這將在下面通過參考圖5-圖12進行更詳細的描述。例如，焊接電極10可用于點焊僅包括相鄰且重疊的一個鋁工件和一個鋼工件(稱為一對)的“2T”工件堆疊(圖5)。其他工件堆疊結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以采用類似的方式進行點焊。實際上，焊接電極10還可用于點焊“3T”工件堆疊(圖6-圖7)，其包括相鄰且重疊的鋁工件和鋼工件對，加上附加的鋁工件或附加的鋼工件，只要具有相同基體金屬組成的兩個工件，即鋁或鋼，在工件堆疊中彼此相鄰(鋁鋁-鋼或鋁鋼-鋼)即可。

現(xiàn)在參考圖1，焊接電極10包括第一部分12、第二部分14和在第一部分12和第二部分14之間延伸并連接第一部分12和第二部分14的直徑減小部分16。焊接電極10的這些部分12、14、16可以一體形成并且不能彼此無損地分離。然而，在其它實施例中，焊接電極10的這些部分12、14、16不是一體形成的，相反地，這些部分12、14、16的一些或全部是不同的構(gòu)件，它們通過過盈配合、激光焊接或一些其他適用于連接單獨制造的物品的連接機構(gòu)來連接。此外，為了在電阻點焊中充分傳導(dǎo)電流和熱量，第一部分12、第二部分14和直徑減小部分16中的每一個均由具有電導(dǎo)率為45％-100％IACS(100％IACS等于5.80×10⁷S/m)，優(yōu)選80％-95％IACS，并且熱導(dǎo)率至少為180W/mK的材料構(gòu)造而成。

焊接電極10的第一部分12包括主體18和焊接面20。主體18包括前端22和與前端22相對的后表面24，并且優(yōu)選為圓柱形。前端22設(shè)有具有直徑222的圓周部220，同樣，后表面24設(shè)有具有直徑242的圓周部240。前端22的直徑222和后表面24的直徑242中的每一個優(yōu)選地為12mm-22mm，或者范圍更小地，為16mm-20mm。在本實施例中，由于主體18呈圓柱形，因此前端22的直徑222和后表面24的直徑242(由此，與它們相關(guān)的圓周部220和圓周部240也是相同的)是相同的。然而，在其它實施例中，例如當(dāng)主體18不是圓柱形時，前端22的直徑222和后表面24的直徑242可以不同。

焊接面20設(shè)置在主體18的前端22上，并且是焊接電極10的一部分，其在點焊期間在壓力下接觸工件堆疊的一側(cè)。焊接面20設(shè)有具有直徑202的圓周部200，并且以軸線26(在本發(fā)明中也稱為“焊接面軸線”)為中心。焊接面20的直徑202優(yōu)選地在6mm至20mm的范圍內(nèi)，或者范圍更小地在8mm至12mm的范圍內(nèi)。關(guān)于焊接面20的相對位置，存在多種方法用于將焊接面20設(shè)置在主體18的前端22上。例如，焊接面20可以直接從前端22過渡，使得焊接面20的圓周部200與主體18的前端22的圓周部220(稱為“全工作面電極”)重合。作為另一個例子，通過優(yōu)選截頭圓錐形或截頭球形的過渡端部28，焊接面20可以從主體18的前端22向上移位。如果存在過渡端部28，則主體18的前端22的圓周部220和焊接面20的圓周部200可以是平行的(如圖1所示)，或者它們可以是成角度的，這樣，焊接面20的圓周部200相對于前端22的圓周部220傾斜。

可以對焊接電極10進行寬范圍的電極焊接面設(shè)計。例如，焊接面20包括基礎(chǔ)焊接面表面30，其可以為標(biāo)稱平面或球面圓頂。如果是球面圓頂，則基礎(chǔ)焊接面表面30從焊接面20的圓周部200上升，并且具有截頭球形輪廓，該截頭球形輪廓的曲率半徑優(yōu)選在15mm至300mm的范圍內(nèi)，或者范圍更小地在范圍20mm至50mm內(nèi)。此外，不管其是標(biāo)稱平面或是球面圓頂，基礎(chǔ)焊接面表面30可以是平滑的或粗糙的。焊接面20還可以包括圍繞其軸線26的中心凸起，例如凸起的平臺或球形端部凸起。更進一步地，焊接面20可以包括從基礎(chǔ)焊接面表面30向外凸出的一系列直立的同心環(huán)脊，例如在以下專利號的美國專利中所公開的脊：8,222,560；8,436,269；8,927,894；或者在以下美國專利公開文件中公開的脊：2013/0200048。

在焊接電極10的優(yōu)選實施方案中，焊接面20包括多個直立的圓形脊32，它們以焊接面20的軸線26為中心并圍繞焊接面20的軸線26，如圖3所示。基礎(chǔ)焊接面表面30占焊接面20的表面積的50％以上，優(yōu)選為50％-80％。焊接面20的剩余表面積歸因于多個直立的圓形脊32的存在，其優(yōu)選地包括因2-10個脊32，或范圍更小地3-5個脊32的存在而剩余的表面積。幾個直立的脊32在基礎(chǔ)焊接面表面30上彼此徑向間隔開，因此當(dāng)從緊密圍繞焊接面20的軸線26的最內(nèi)部直立脊321移動到最接近焊接面20的圓周200的最外部直立脊322時，直立脊32的直徑變大。

直立的圓形脊32的尺寸和形狀被設(shè)計為能提高機械穩(wěn)定性并降低電極/工件接合處的電接觸和熱接觸電阻，同時易于重新調(diào)整。在一個實施例中，如圖所示，每個直立的圓形脊32都具有封閉的圓周部，這意味著脊32的圓周部不會被明顯的分離物所中斷，每個直立的圓形脊32具有缺少尖角的橫截面輪廓并且具有彎曲的(如圖3所示)或平頂表面。每個圓形脊32還具有在脊32的中點處獲取的脊高度320，通過觀察橫截面可知，該高度向上延伸并且從基礎(chǔ)焊接面表面30正向偏移。每個脊32的脊高度320優(yōu)選在20μm至400μm，或范圍更小地在50μm至300μm的范圍內(nèi)。并且在脊32的中心之間測量的脊32的間距優(yōu)選在50μm至1800μm的范圍內(nèi)，或范圍更小地在80μm至1500μm的范圍內(nèi)。

焊接電極10的第二部分14包括主體34，主體34具有設(shè)置在后端38處的安裝基座36和與后端38相對的前表面40。并且，像第一部分12的主體18一樣，第二部分14的主體34優(yōu)選為圓柱形。后端38設(shè)有具有直徑382的圓周部380，前表面40設(shè)有具有直徑402的圓周部400。后端38的直徑382和前表面40的直徑402中的每一個優(yōu)選地位于12mm至22mm的范圍內(nèi)，或范圍更小地在16mm至20mm的范圍內(nèi)。在本實施例中由于本體34為圓柱形，因此后端38的直徑382和前表面40的直徑402相同(以及因此與它們相關(guān)的圓周部380、400也相同)。然而，在其它實施例中，例如當(dāng)主體34不是圓柱形時，后端38的直徑382和前表面40的直徑402可以不同。

第二部分14后端38處的安裝基座36在將焊接電極10安裝到焊槍時起支撐作用。在一個優(yōu)選實施例中，于圖1中最清楚地示出，安裝基座36限定進入內(nèi)凹槽44的開口42，該內(nèi)凹槽44由主體34的外周壁46包圍。開口42具有優(yōu)選范圍在10mm到20mm(范圍更小地在14mm到18mm)的直徑。內(nèi)凹槽44由一個或多個內(nèi)側(cè)壁48限定，該一個或多個內(nèi)側(cè)壁48從開口42延伸到一個或多個底壁50，該一個或多個底壁50確定內(nèi)凹槽44的深度52。一個或多個內(nèi)側(cè)壁48使內(nèi)凹槽44具有位于主體44內(nèi)部的直徑440，其可在內(nèi)側(cè)壁48朝內(nèi)凹槽44的深度52延伸時保持不變或有變化。例如，在此如圖1中所示，一個或多個內(nèi)側(cè)壁48朝內(nèi)逐漸變細，使得內(nèi)凹槽44在一個或多個內(nèi)側(cè)壁48與一個或多個底壁50的過渡段處的直徑440的值小于開口42的直徑的值，其小于范圍可為1％到3％之間的任意值。

將內(nèi)凹槽44接近第二部分14主體34的前表面40的部分用作焊接電極10的冷卻腔54。冷卻腔54在焊接操作期間容納冷卻流體流(通常是水)，以便將熱量從焊接面20吸取排出。將熱量從焊接面20吸取排出的能力有助于防止可能在點焊期間出現(xiàn)在焊接面20處的退化機制(例如，污染積累和塑性變形)，因此可保持焊接電極10的使用壽命，并減少對焊接面20進行再修復(fù)的需要。圖1中在此示出的冷卻腔54由一個或多個底壁50和一個或多個內(nèi)側(cè)壁48的一部分限定而成，一個或多個內(nèi)側(cè)壁48的一部分為從底壁50延伸到內(nèi)凹槽44開口42的路徑的一部分。此外，本實施方式中的一個或多個底壁50從一個或多個內(nèi)側(cè)壁48朝內(nèi)向下逐漸變細直到內(nèi)凹槽44的深度52，從而限定錐形杯56。錐形杯56構(gòu)成冷卻腔54最靠近主體34前表面40的區(qū)域。

為了將焊接電極10安裝到焊槍上，可將第二部分14的安裝基座36固定到由焊槍臂攜帶的柄轉(zhuǎn)接器58上(圖1中以虛線示出)。如圖所示，柄轉(zhuǎn)接器58包括外殼60，其具有與內(nèi)凹槽44一個或多個內(nèi)側(cè)壁48的向內(nèi)錐形相匹配的向內(nèi)錐形。外殼60與內(nèi)凹槽44相互匹配的特性，使得外殼60通過開口42被接收，且外殼60與一個或多個內(nèi)側(cè)壁48摩擦接合。壓迫外殼60和一個或多個內(nèi)側(cè)壁48在相反方向相互滑動，可將外殼60的前端62進給到內(nèi)凹槽44內(nèi)并朝向其深度52。對外殼60進行這種壓迫摩擦進給，可形成過盈配合，其可在點焊應(yīng)用期間防止柄轉(zhuǎn)接器58與內(nèi)凹槽44之間發(fā)生軸向運動和旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)然，可采用將柄轉(zhuǎn)接器58固定到內(nèi)凹槽44內(nèi)的其他技術(shù)作為上述過盈配合的補充或代替上述過盈配合。

如上所述，冷卻腔54由一個或多個底壁50以及一個或多個內(nèi)側(cè)壁48的一部分限定而成，一個或多個內(nèi)側(cè)壁48的一部分為從底壁50延伸到內(nèi)凹槽44開口42的路徑的一部分。一旦柄轉(zhuǎn)接器58插入到內(nèi)凹槽44并固定到安裝基座36后，冷卻腔54還可由柄轉(zhuǎn)接器58的前端62橫切內(nèi)凹槽44而形成。這樣，可通過冷卻流體供給管66將冷卻流體流64導(dǎo)入冷卻腔54，該冷卻流體供給管66位于由柄轉(zhuǎn)接器58的外殼60形成的內(nèi)孔道68的內(nèi)部。內(nèi)孔道68的環(huán)形空間70與冷卻腔54流體相通并圍繞冷卻流體供給管66，被用作流體返回通道；即，當(dāng)冷卻流體流64進入冷卻腔54時，冷卻流體外流72被迫從冷卻腔流出，進入流體返回通道，其(連同任何所獲得的熱量)在此處從焊接電極10被帶走。

直徑減小部分16在第一部分12的后表面24與第二部分14的前表面40之間延伸，以將第一部分12和第二部分14連接在一起。直徑減小部分16具有直徑160，其分別小于第一部分12后表面24的直徑242和第二部分14前表面40的直徑402中的每一個，且直徑減小部分16優(yōu)選在后表面24的中心和前表面40的中心之間延伸。因此，第一部分12后表面24的外圍邊緣部分74和第二部分14前表面40的外圍邊緣部分76通過間隙78彼此分隔開。而且，為了有助于確保電流和熱量主要通過直徑減小部分16在第一部分12和第二部分14之間傳導(dǎo)，間隙78可以是空的(即空氣間隙)，或者可填充低傳導(dǎo)率材料80(圖4)，該材料80的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率小于焊接電極10的第一部分12、第二部分14和直徑減小部分16中的每一個的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率。另外，為了最好地影響焊池固化，這在下文將會進行更詳細的描述，選擇直徑減小部分16的直徑160以提供橫截面積小于后表面24的橫截面積和前表面40的橫截面積兩者中較大者的80％(優(yōu)選50％)的直徑減小部分16。

直徑減小部分16可采用多種結(jié)構(gòu)，因此可對后表面24的外圍邊緣部分74與前表面40的外圍邊緣部分76之間的間隙78的形狀和對稱性產(chǎn)生影響。在一個優(yōu)選實施例中，如圖1所述，直徑減小部分16為圓柱形并且沿著后表面24中心和前表面40中心之間的焊接面軸線26縱向延伸。當(dāng)以這種方式構(gòu)造直徑減小部分16時，第一部分12的后表面24和第二部分14的前表面40面對面對齊，這意味著，后表面24的外圍邊緣部分76和前表面40的外圍邊緣部分沿著焊接面軸線26隔離開，將它們分隔的間隙78為環(huán)形間隙。外圍邊緣部分74、76可沿著焊接面軸線26以一定距離隔開，該距離優(yōu)選范圍在0.1mm到10mm之間或者范圍更小地在1mm到5mm之間。如圖所示，后表面24的直徑242和前表面40的直徑402還可彼此相等，且這些表面24、40相對應(yīng)的圓周部240、400可徑向?qū)R。

第一部分12、第二部分14和直徑減小部分16可由具有至少45％IACS的電導(dǎo)率和至少180W/mK的導(dǎo)熱率的多種材料制成。符合這個標(biāo)準(zhǔn)的一些材料種類包括銅合金和耐火材料，該耐火材料包括至少35wt％(優(yōu)選至少50wt％)的耐火金屬單質(zhì)。合適的材料的具體實例包括：銅鋯合金、銅-鉻合金、銅-鉻-鋯合金以及包含鉬或鎢顆粒相的耐火金屬組合物。一些具體且優(yōu)選的材料包括：鋯-銅合金(ZrCu)，其含有0.10wt％到0.20wt％的鋯和余量的銅；以及鎢銅金屬組合物，其含有50wt％到90wt％之間的分散在銅基質(zhì)中的鎢顆粒相，該銅基質(zhì)作為該組合物的余量(在50wt％到10wt％之間)。當(dāng)然，也可使用符合適用電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率標(biāo)準(zhǔn)的，但沒有明確在此列出的其他材料。

現(xiàn)在參照圖4，其示出了焊接電極10的一個實施方案，其中，將第一部分12后表面24的外圍邊緣部分74與第二部分14前表面40的外圍邊緣部分76分隔開的間隙78內(nèi)填充有低傳導(dǎo)率材料80。如前所述，低傳導(dǎo)率材料80的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率小于焊接電極10的第一部分12、第二部分14和直徑減小部分16中的每一個的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率。這有助于確保主要通過直徑減小部分16在焊接電極10的第一部分12和第二部分14之間傳導(dǎo)熱量和電流。有許多材料可用作低傳導(dǎo)率材料80。一些值得注意的實例包括：例如低碳鋼、工具鋼、不銹鋼、白鋼金屬、金屬、金屬、鈦這些低電導(dǎo)率/導(dǎo)熱率金屬。其他合適的實例包括：如氧化鋁、熔融二氧化硅、堇青石、瓷和聚四氟乙烯(如，(鐵氟龍))這些電絕緣體。

現(xiàn)在參照圖5-圖12，焊接電極10可用于對工件堆疊90進行電阻點焊，該工件堆疊90包含在焊接位置96處的重疊并彼此相鄰的至少一個鋁工件92和一個鋼工件94。事實上，如將在下文所作的更詳細的描述，本發(fā)明點焊方法可廣泛應(yīng)用于多種工件堆疊構(gòu)造，包括相鄰成對的鋁工件92和鋼工件94。例如，工件堆疊90可僅僅包括鋁工件92和鋼工件94，或者可以包括一個附加鋁工件(鋁-鋁-鋼)或一個附加鋼工件(鋁-鋼-鋼)，只要具有相同基體金屬組成(即，鋁或鋼)的兩個工件在工件堆疊90中設(shè)置為彼此相鄰即可。基于要制造的零件以及該特定零件的整個制造過程的特定情況，鋼工件92和鋁工件94可在組裝為工件堆疊90之前或之后進行加工或變形。

在圖5中對工件堆疊90連同上述的焊接電極10(為區(qū)分，下文稱為第一焊接電極)和第二焊接電極進行說明，兩個焊接電極以機械和電氣方式配置在焊槍上(部分示出)。工件堆疊90具有可通過焊接位置96處的焊接電極組10、98觸及的第一側(cè)100和第二側(cè)102。在此，在本實施例中(其中，工件堆疊90僅僅包括兩個工件92、94)，鋁工件92提供了工件堆疊90的第一側(cè)100，而鋼工件94提供了第二側(cè)102。下面結(jié)合圖6-圖7描述這些實施方案，這些實施方案中，工件堆疊90包括附加的第三工件(鋁或鋼)。雖然在圖中僅僅描述了一個焊接位置96，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識到，可根據(jù)本公開方法在同樣的工件堆疊90的多個不同焊接位置處實施點焊。

鋁工件92包括有涂層的或沒有涂層(即，裸的)的鋁基板。鋁基板可包括單質(zhì)鋁，或包括至少85wt％的鋁的鋁合金。一些值得注意的鋁合金(其可包括有涂層的或沒有涂層的鋁基板)為鋁-鎂合金、鋁硅合金、鋁鎂-硅合金或鋁鋅合金。如果是有涂層的，則鋁基板優(yōu)選包括具有天然耐火氧化物層的表面層，或者作為選擇，鋁基板可包括鋅、錫表面層，或如US2014/0360986中所述，包括具有包含鈦、鋯、鉻或硅氧化物的金屬氧化物轉(zhuǎn)化涂層的表面層?？紤]到鋁基板的厚度以及任何可存在的可選涂層，鋁工件92至少在焊接位置96處具有范圍在0.3mm到約6.0mm(或范圍更小地在0.5mm到3.0mm)之間的厚度920。

鋁工件92的鋁基板可提供為鍛造或鑄造形式。例如，鋁基板可包括4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列的鍛造鋁合金薄板層、擠壓件、鍛件或其他加工制品?；蛘?，鋁基板可包括4xx.x、5xx.x、6xx.x或7xx.x系列的鋁合金鑄件。一些更具體類型的鋁合金(其可構(gòu)成鋁基板)包括但不限于：AA5754鋁鎂合金、AA6022鋁鎂-硅合金、AA7003鋁-鋅合金和Al-10Si-Mg鋁壓鑄合金。如果需要，鋁基板可進一步使用于多種回火處理中，包括：退火態(tài)(O)、應(yīng)變硬化態(tài)(H)和溶熱處理態(tài)(T)。因此，術(shù)語“鋁工件”包含有涂層或沒有涂層的、具有不同的可點焊形式的單質(zhì)鋁和多種鋁合金基板，其包括：鍛造薄板層、擠出件、鍛件等以及鑄件，該鋁工件進一步包括那些進行了退火、應(yīng)力硬化和溶熱處理等焊前處理的部件。

鋼工件94包括鋼基板，其可以是有涂層的或沒涂層的(即，裸的)。有涂層的或沒涂層的鋼基板可以是經(jīng)熱軋過或冷軋過的，可包括任何各種鋼，包括：軟鋼、無縫鋼、烘烤硬化鋼、高強度低合金(HSLA)鋼、雙相(DP)鋼、復(fù)相(CP)鋼、馬氏體(MART)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼、孿晶誘發(fā)塑性(TWIP)鋼和壓力硬化鋼(PHS)。并且，如果是有涂層的，則鋼基板優(yōu)選包括鋅、鋅-鐵(合金化熱鍍鋅)、鋅-鎳合金、鎳、鋁，或鋁硅合金表面層。因此，術(shù)語“鋼工件”包含有涂層的或沒有涂層的，具有不同級別和強度的各種鋼基板，并且進一步包括例如壓淬鋼的生產(chǎn)中而進行了退火、淬火和/或回火等焊前處理的鋼工件?？紤]到鋼基板的厚度以及任何可存在的可選涂層，鋼工件94至少在焊接位置96處具有范圍在0.3mm到6.0mm(或范圍更小地在0.6mm到2.5mm)之間的厚度940。

如圖5中所最清楚地示出，在當(dāng)前實施例的情況下，當(dāng)兩個工件92、94被堆疊進行點焊時，鋁工件92包括結(jié)合表面104和外表面106，同樣地，鋼工件94包括結(jié)合表面108和外表面110。兩個工件92、94的結(jié)合表面104、108彼此互相堆疊并接觸，以便形成延伸穿過焊接位置96的結(jié)合界面112。另一方面，鋁、鋼工件92、94的外表面106、110一般在焊接位置96處在相反方向上彼此遠離，并且包括工件堆疊90的第一側(cè)100和第二側(cè)102。鋁工件92的結(jié)合表面104與其外表面106之間的距離和鋼工件94的結(jié)合表面108與其外表面110之間的距離分別限定出工件92、94的厚度920、940。

術(shù)語“結(jié)合界面112”廣泛地使用于本發(fā)明中，并且旨在包含工件92、94的結(jié)合表面104、108之間的直接和間接接觸的情況。當(dāng)結(jié)合表面104、108之間物理鄰接且沒有被離散介質(zhì)材料層分隔開時，它們彼此直接接觸。當(dāng)結(jié)合表面104、108被離散介質(zhì)材料層分隔開(因此并沒有經(jīng)歷直接接觸中的界面物理鄰接)但彼此足夠接近，使得可實施電阻點焊時，它們彼此間接接觸。在形成工件堆疊90中將工件92、94相對于彼此重疊之前，當(dāng)采用選擇的中間材料層(未示出)應(yīng)用于結(jié)合表面104、108之間時，通常會在鋁工件92的結(jié)合界面104與鋼工件94的結(jié)合界面108之間發(fā)生間接接觸。

可存在于鋁工件92的結(jié)合表面104和鋼工件94的結(jié)合表面108之間的中間材料層為未固化但可熱固化的結(jié)構(gòu)粘合劑。這種中間材料層通常具有0.1mm到2.0mm的厚度，其使得點焊穿過中間層不會有太大困難。結(jié)構(gòu)粘合劑可設(shè)置在鋁工件92的結(jié)合表面104和鋼工件994的結(jié)合表面108之間，這樣，在點焊之后，可在ELPO烘烤爐或其他裝置中加熱工件堆疊90以使粘合劑固化并在工件92、94之間提供附加粘接。合適的可熱固化的結(jié)構(gòu)粘合劑的具體實例為：可熱固化環(huán)氧樹脂，其可包括諸如二氧化硅顆粒的填料顆粒，用以改進粘合劑在固化時的粘度或其他機械性能?？赏ㄟ^商業(yè)購買獲得多種可熱固化環(huán)氧樹脂，包括：DOW Betamate 1486、Henkel 5089和Uniseal 2343。當(dāng)然，其他類型的材料可代替可熱固化結(jié)構(gòu)粘合劑而構(gòu)成中間材料層。

當(dāng)然，如圖6-圖7中所示，工件堆疊90不限于僅僅包括：鋁工件92和相鄰的鋼工件94。除了相鄰的鋼和鋁工件92、94外，工件堆疊90還可包括附加鋁工件或附加鋼工件，只要附加工件設(shè)置為鄰近于具有相同基體金屬構(gòu)成的工件92、94即可；即，任何附加鋁工件設(shè)置為鄰近于鋁工件92，任何附加鋼工件設(shè)置為鄰近于鋼工件94。就附加工件的特性而言，以上關(guān)于鋁工件92和鋼工件94的說明適用于任何可包括在工件堆疊90中的附加鋼或鋁工件。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然采用相同的一般描述，但是不要求三工件堆疊中的兩個鋁工件或兩個鋼工件在組成、厚度或形式(例如，鍛造或鑄造)方面相同。

例如，如圖6所示，工件堆疊90如上所述的可包括相鄰的鋁工件92和鋼工件94及一個附加鋁工件114。在此，如圖所示，附加鋁工件114重疊在鄰近的鋁工件92和鋼工件94上并設(shè)置為鄰近于鋁工件92。當(dāng)這樣設(shè)置附加鋁工件114時，如前所述，鋼工件94的外表面110提供并界定工件堆疊90的第二側(cè)102，同時，此刻鄰近于鋼工件94的鋁工件92包括一對相對的結(jié)合表面104、116。如前所述，與相鄰的鋼工件94的結(jié)合表面108相對接觸(直接地或間接地)的鋁工件92的結(jié)合表面104在兩個工件92、94之間形成結(jié)合界面112。鋁工件92的另一的結(jié)合表面116與附加鋁工件114的結(jié)合表面118相對并與其重疊接觸(直接地或間接地)。這樣，在重疊工件92、94、114的這種特定布置中，附加鋁工件114的外表面120現(xiàn)在提供并界定工件堆疊90的第一側(cè)100。

在另一個實例中，圖7所示的是，工件堆疊90如前所述的可包括相鄰鋁工件92和鋼工件94及附加鋼工件122。在此，如圖所示，附加鋼工件122重疊在鄰近的鋁、鋼工件92、94上并設(shè)置為鄰近于鋼工件94。當(dāng)這樣設(shè)置附加鋼工件122時，如前所述，鋁工件92的外表面106提供并界定工件堆疊90的第一側(cè)100，同時，此刻鄰近于鋁工件92的鋼工件94包括一對相對的結(jié)合表面108、124。如前所述，與相鄰的鋁工件94的結(jié)合表面104相對接觸(直接地或間接地)的鋼工件92的結(jié)合表面108在兩個工件92、94之間形成結(jié)合界面112。鋼工件94的另一的結(jié)合表面124與附加鋼工件122的結(jié)合表面126相對并與其重疊接觸(直接地或間接地)。這樣，在重疊工件92、94、122的這種特定布置中，現(xiàn)在附加鋼工件122的外表面128提供并界定工件堆疊90的第二側(cè)102。

現(xiàn)在回到圖5，不管是否存在附加工件114、122，第一焊接電極10和第二焊接電極98被用于將電流傳遞通過工件堆疊90并穿過在焊接位置96處的相鄰的鋁工件92和鋼工件94的結(jié)合界面112。焊接電極10、98中的每一者都由任何傳統(tǒng)類型的焊槍(部分示出)攜帶，包括C型或X型焊槍。點焊操作可以根據(jù)需要要求將焊槍安裝到能夠使焊槍圍繞工件堆疊90移動的機器人，或者，可以要求將焊槍構(gòu)造為固定座式，其中工件堆疊90相對于焊槍進行操作和移動。另外，如圖所示，焊槍可與提供電流的電源130和與電源130聯(lián)接的焊接控制器132相連，以根據(jù)編排的焊接排程控制電流的特征。焊槍還可裝有冷卻劑管道及其相關(guān)控制設(shè)備，以將水等冷卻劑流體輸送到焊接電極10、98中的每一個。

焊槍包括第一焊槍臂134和第二焊槍臂136。第一焊槍臂134設(shè)有固定和保持第一焊接電極10的柄138，且第二焊槍臂136設(shè)有固定和保持第二焊接電極98的柄140。焊接電極10、98在它們相應(yīng)的柄138、140上的固定保持可以通過柄轉(zhuǎn)接器實現(xiàn)，如圖1所示及描述，柄轉(zhuǎn)接器位于柄138、140的軸向自由端并被焊接電極10、98接收。在它們相對工件堆疊90的位置方面，第一焊接電極10被設(shè)置成與工件堆疊90中緊鄰鋁工件92的第一側(cè)100電連通，因此，第二焊接電極98被設(shè)置成與工件堆疊90中緊鄰鋼工件94的第二側(cè)102電連通。一旦電極10、98與它們相應(yīng)的工件堆疊側(cè)100、102電連通，第一焊槍臂134和第二焊槍臂136可操作用于將焊接電極10、98朝著彼此聚集或夾緊，以及用于在焊接位置96處在工件堆疊90上施加夾緊力。

與第一焊接電極10相對的第二焊接電極98可以是多種電極設(shè)計中的任意一種。通常，如圖8中最佳示出的，第二焊接電極98包括電極本體142和焊接面144。電極本體142優(yōu)選是圓柱形并且包括可進入的內(nèi)凹槽146(與第一焊接電極10相似)，用于與第二焊槍臂136相關(guān)聯(lián)的柄140的柄轉(zhuǎn)接器(未示出)的嵌入以及與該柄轉(zhuǎn)接器聯(lián)接。電極本體142的前端148具有圓周部1480，圓周部1480的直徑1482在12mm～22mm范圍內(nèi)或者更窄地在16mm～22mm范圍內(nèi)。還有，跟前述類似，焊接面144設(shè)置在電極本體142的前端148上并具有圓周部1440，圓周部1440與電極本體142前端148的圓周部1480重合(“全工作面電極”)，或者通過過渡端部150向上偏離前端148。如果存在過渡端部150，則兩個圓周部1480、1440可以如圖1所示是平行的，或者它們可以偏移使得焊接面144的圓周部1440相對電極本體142前端148的圓周部1480傾斜。

焊接面144是第二焊接電極98的與緊鄰鋼工件94的工件堆疊90第二側(cè)102建立電連通的部分。焊接面144優(yōu)選具有在其圓周部1440測得的直徑1442，直徑1442在4mm-16mm或者更窄地在8mm-12mm范圍內(nèi)。就其外形而言，焊接面144包括可以為標(biāo)稱平面或球面圓頂?shù)幕A(chǔ)焊接面表面152。如果是球面圓頂，則基礎(chǔ)焊接面表面152從焊接面144的圓周部1440上升，其具有曲率半徑優(yōu)選在20mm-300mm或者更窄地在20mm-150mm范圍內(nèi)的截頭球形輪廓。此外，焊接面144還可以包括但非必需包括表面凸出的特征，諸如在基礎(chǔ)焊接面表面152上方圍繞焊接面144的中心正向偏移的平臺表面、在基礎(chǔ)焊接面表面152圍繞焊接面144中心升高的圓形凸起(例如，球形端部電極)、多個與上述那些脊相似的直立圓形脊，或者一些其他凸出的特征。

第二焊接電極98可以由適用于點焊應(yīng)用的任何導(dǎo)電和導(dǎo)熱的材料構(gòu)造而成。例如，第二焊接電極98可以由銅合金制成，該銅合金具有至少80％IACS或者更優(yōu)選至少90％IACS的電導(dǎo)率，以及至少300W/mK或者更優(yōu)選至少350W/mK的熱導(dǎo)率。一個可用于第二焊接電極98的銅合金的具體實例是含有大約0.10wt％至大約0.20wt％的鋯和余量為銅的銅鋯合金(CuZr)。通常優(yōu)選滿足此成分組成并表示為C15000的銅合金。也可以采用本文未明確列舉的、擁有適合的機械性能以及電熱導(dǎo)性能的其他銅合金組成以及其他金屬組成。

現(xiàn)在將參考圖5和圖9-圖12對電阻點焊方法進行說明，圖5和圖9圖12僅示出了重疊并彼此相鄰以形成結(jié)合界面112的鋁工件92和鋼工件94。工件堆疊90中附加鋁工件114或鋼工件122的存在不影響如何實施點焊方法，或?qū)υ谙噜忎X工件92和鋼工件94的結(jié)合界面112處發(fā)生的結(jié)合機制不具有任何實質(zhì)性影響。由于該原因，在下文對點焊方法進行更加詳細的說明時，為了簡單起見，只示出相鄰的鋁工件92和鋼工件94。下文更加詳細的討論同樣適用于工件堆疊90包括附加鋁工件114或鋼工件122(圖6和圖7)的情況，但是事實上附圖中已省略任何此種附加工件114、122。

在圖5所示電阻點焊方法開始時，工件堆疊90位于第一焊接電極10與相對的第二焊接電極98之間，第一側(cè)100和第二側(cè)102分別設(shè)置為緊鄰第一焊接電極10和第二焊接電極98。然后，操作焊槍將第一焊接電極10和第二焊接電極98相對于彼此聚集，以使得它們的焊接面20、144在焊接位置96處分別被壓靠在工件堆疊90的相對的第一側(cè)100和第二側(cè)102上。焊接面20、144在施加于工件堆疊90上的夾緊力作用下通常在焊接位置96處彼此面對面地對齊。所施加的夾緊力優(yōu)選為400lb-2000lb或者為更窄的600lb-1300lb。

在第一焊接電極10的焊接面20和第二焊接電極98的焊接面144就位并分別與工件堆疊90的第一側(cè)100和第二側(cè)102建立了電連通之后，通過面對面對齊焊接面20、144的方式，使電流在第一焊接電極10與第二焊接電極98之間流通。在第一焊接電極10與第二焊接電極98之間互通的電流通過工件堆疊90并穿過形成于相鄰鋁工件92與鋼工件94之間的結(jié)合界面112。這種電流流動阻力產(chǎn)生熱量，相比鋁工件92，最先更快地加熱更加阻電和阻熱的鋼工件94。電阻產(chǎn)生的熱量最終熔融鋁工件92并產(chǎn)生熔融鋁焊池154，如圖9所示。熔融鋁焊池154潤濕相鄰的鋼工件94的結(jié)合表面108并從結(jié)合界面112延伸到鋁工件92。熔融鋁焊池154可以在焊接位置96滲入至鋁工件92內(nèi)一段距離，該距離為鋁工件92厚度920的20％-100％。還有，在組成方面，熔融鋁焊池154主要包括來源于鋁工件92的鋁材料，因為鋼工件94在電流流動過程中通常不熔融，但可以一定程度上溶解鐵并將鐵引入熔融鋁焊池154中。

在第一焊接電極10與第二焊接電極98之間通過并穿過工件堆疊90的電流優(yōu)選是DC(直流)電流。DC電流可以由如圖5所示被置于與第一焊接電極10和第二焊接電極98電連通的電源130提供。電源130優(yōu)選是包括逆變器和中頻直流(MFDC)變壓器的MFDC逆變電源，但是當(dāng)然可以用其他類型的電源。電源130的精確操作受到焊接控制器132的控制。為了保險起見，焊接控制器132通過基于包括規(guī)定的焊接排程在內(nèi)的編程指令，支配DC電流在第一焊接電極10與第二焊接電極98之間互通的方式來控制電源130。DC電流的編程特性可以命令DC電流具有恒定的電流電平或者是隨時間脈沖，或者是兩者的某些組合，通常需要電流電平從開始至停止基本上保持在5kA與50kA之間并持續(xù)40ms-2,500ms的持續(xù)時間，以產(chǎn)生所需尺寸的熔融鋁焊池154。

電流在第一焊接電極10的焊接面20與第二焊接電極98的焊接面144之間的通過停止之后，熔融鋁焊池154固化成將鋁工件92與鋼工件94在焊接位置96處結(jié)合在一起的焊接接頭156，如圖10所示。焊接接頭156包括鋁焊接熔核158，鋁焊接熔核158包括鋁工件92的再固化材料，焊接接頭156還可以包括一個或多個Fe-Al金屬間化合物反應(yīng)層160。鋁焊接熔核158延伸進入鋁工件92至通常為焊接位置96處鋁工件92厚度920的20％-100％(100％為穿過整個鋁工件92)的距離，正如先前存在的熔融鋁焊池154一樣。一個或多個Fe-Al金屬間化合物反應(yīng)層160位于鋁焊接熔核158與鋼工件94的結(jié)合表面108之間，本文示出的該反應(yīng)層160是作為單個的理想化反應(yīng)層。Fe-Al金屬間化合物是由于在點焊溫度下熔融鋁焊池154與鋼工件94之間的反應(yīng)而在結(jié)合界面112處的層中產(chǎn)生的。一個或多個Fe-Al金屬間化合物反應(yīng)層160可以包括FeAl₃化合物、Fe₂Al₅化合物，并可能包括其他的金屬間化合物，且通常具有1μm-5μm的組合總厚度。

與根據(jù)常規(guī)的點焊操作形成的焊接接頭相比，焊接接頭156預(yù)計具有增強的強度，尤其是增強的剝離強度。增強的強度可以歸因于第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)，和減少焊接接頭156內(nèi)的有害焊接缺陷在結(jié)合界面112以及沿結(jié)合界面112處分散的能力。具體地，第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)改變了熔融鋁焊池154的固化行為，因為其以如下方式轉(zhuǎn)變成焊接接頭156：使焊接缺陷朝著焊接接頭156的中心偏移并遠離焊接接頭156的外部邊緣。據(jù)信，將焊接缺陷引導(dǎo)至焊接接頭156的中心對剝離強度具有有利的影響，因為焊接缺陷存在于焊接接頭156的中心與存在于焊接接頭156的外部邊緣相比更不會產(chǎn)生妨害，該焊接接頭156的外部邊緣與結(jié)合界面112相近并與包圍焊接接頭156的受熱區(qū)相鄰。

第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)對熔融鋁焊池154的固化行為所產(chǎn)生的影響大體示于圖11-圖12中。為了給說明提供一些背景，圖11示出了在重疊以建立結(jié)合界面266的鋁工件262與鋼工件264之間形成的焊接接頭260。此處所示的焊接接頭260代表不使用上述第一焊接電極10的采用常規(guī)電阻點焊工藝形成的焊接接頭。可以看出，焊接缺陷268在焊接接頭260內(nèi)在工件262、264的結(jié)合界面266處以及沿結(jié)合界面266分散。這些焊接缺陷268可以包括收縮空隙、氣孔、表面氧化殘余物以及微裂紋等等。當(dāng)焊接缺陷268沿結(jié)合界面266存在并分布時，焊接缺陷268可能會降低焊接接頭260的剝離強度，更通常地，可能會不利地影響并削弱焊接接頭260的整體完整性。

不受理論的約束，據(jù)信，焊接缺陷268在結(jié)合界面266處以及沿結(jié)合界面266的分散至少部分地是由于先前存在的熔融鋁合金熔池在其轉(zhuǎn)化成焊接接頭260時的固化行為造成的。具體而言，由于鋼和鋁這兩種材料不同的物理性質(zhì)，即鋼具有大得多的熱阻率和電阻率，因此，在熱得多的鋼工件264與鋁工件262之間形成熱不平衡。鋼工件264因此作為熱源，而鋁工件262作為熱導(dǎo)體，在垂直方向上產(chǎn)生強烈的溫度梯度，使熔融鋁焊池從靠近與鋁工件262緊鄰的更冷的(例如，水冷卻的)焊接電極的區(qū)域朝著結(jié)合界面266冷卻和固化。固化前沿的路徑和方向在圖11中由箭頭270表示。隨著固化前沿沿路徑270前進，焊接缺陷268朝著結(jié)合界面266偏移并且最終在焊接接頭260內(nèi)沿著結(jié)合界面266分散。

第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)可以避免圖11中所示的固化行為及其導(dǎo)致的焊接缺陷的擴散?，F(xiàn)在參照圖12，其示出了根據(jù)上述點焊方法形成的焊接接頭156的放大圖示?？梢钥闯?，此焊接接頭156中的焊接缺陷162聚集在焊接接頭156的中心附近，而不是如圖11所示更多地沿結(jié)合界面112分散。焊接缺陷162朝著焊接接頭156的中心偏移，由于第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)使得熔融鋁焊池154從其外周164朝著其中心固化。固化前沿的路徑和方向在圖12中由箭頭166表示。此處，路徑166可以將焊接缺陷162偏移到焊接接頭156的中心，在結(jié)合界面112上或偏離結(jié)合界面112，并能進一步將焊接缺陷162固化成更大尺寸的缺陷。

第一焊接電極10的結(jié)構(gòu)通過引導(dǎo)熱量流動經(jīng)過直徑減小部分16來誘發(fā)圖12中所示的固化前沿166。具體地，點焊過程中焊接電極10的第一部分12內(nèi)生成的熱量以及從鋼工件94和熔融鋁焊池154散發(fā)的熱量被吸入到焊接電極10的第二部分14，并通過流經(jīng)冷卻腔54的冷卻流體被吸取排出。該熱量主要通過直徑減小部分16被傳導(dǎo)至第二部分14，因為將第一部分12的后表面24與后面部分14的前表面40分開的間隙78中含有的空氣或者低傳導(dǎo)率材料80更不能導(dǎo)熱。因此，當(dāng)經(jīng)過工件堆疊90的電流流動停止時，熱量開始流向第一部分12的中心并朝著第二部分14向上進入直徑減小部分16。因此，在焊接面20圓周部200附近更冷的焊接面20的外周與更熱的焊接面20的中心之間形成溫度梯度。所形成的溫度梯度將熱量保持在熔融鋁焊池154的中心，一旦電流流動停止則使得熔融鋁焊池154的該區(qū)域最后固化。因此，焊接缺陷諸如收縮空隙、氣孔、氧化膜殘余物被驅(qū)趕至焊接接頭156的中心并保持在焊接接頭156的中心。

回到圖10，第一焊接電極10和第二焊接電極98繼續(xù)在工件堆疊90上施加夾緊力直至熔融鋁焊池154完全固化成了焊接接頭156。一旦形成焊接接頭156，則施加在工件堆疊90上的夾緊力減小，第一焊接電極10和第二焊接電極98從它們相應(yīng)的工件堆疊90的側(cè)100、102縮回。工件堆疊90現(xiàn)在可以相對焊槍移動，使得第一焊接電極10和第二焊接電極98被設(shè)置成在進行重復(fù)點焊的另一個焊接位置96處面對面對齊。或者，可以將工件堆疊52從焊槍移離以便為另一相似的工件堆疊90騰出空間，而不是在不同的焊接位置96進行點焊。因此，在點焊循環(huán)次數(shù)和產(chǎn)品通過量是獲得重點關(guān)注的指標(biāo)的制造環(huán)境中，可以在不同的焊接位置96在相同或不同工件堆疊上多次實施該點焊方法。

上述對優(yōu)選示例性實施方案和具體實例的說明本質(zhì)上僅僅是說明性的，它們并非意圖限制隨后的權(quán)利要求的保護范圍。除非在說明書中特別和明確地指明，否則所附權(quán)利要求中所使用的每個術(shù)語應(yīng)當(dāng)取其普通和習(xí)慣的含義。