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

背景技術(shù)：

電阻點焊是由多個行業(yè)使用的用于將兩個或更多個金屬工件接合在一起的工藝。例如，汽車行業(yè)在車輛封閉件(例如，門、發(fā)動機罩、行李箱蓋或升降門)以及車身結(jié)構(gòu)(例如，車身側(cè)面和橫梁)等的制造過程中常常使用電阻點焊將金屬工件接合在一起。通常沿著金屬工件的外圍邊緣或一些其他結(jié)合區(qū)域形成多個焊點，以確保該部件在結(jié)構(gòu)上是良好的。雖然點焊通常被實施為將某些組成類似的金屬工件(例如鋼對鋼和鋁對鋁)接合在一起，但是將重量較輕的材料并入車身結(jié)構(gòu)的愿望已經(jīng)引起了人們的興趣，即通過電阻點焊將鋼工件接合到鋁工件。其他制造行業(yè)，包括航空、海事、鐵路以及建筑行業(yè)也有興趣開發(fā)用于接合這樣的異種金屬工件的高效且可重復(fù)的過程。

電阻點焊依賴于電流流動通過重疊的金屬工件并穿過其貼合界面的阻力來產(chǎn)生熱量。為了實施這樣的焊接工藝，將一組正式相對的點焊電極夾緊在工件堆疊的相對兩側(cè)的對準點上，工件堆疊通常包括以重疊構(gòu)造布置的兩個或更多個金屬工件。然后，電流從一個焊接電極通過金屬工件流到另一個焊接電極。該電流的流動的阻力在金屬工件內(nèi)及其貼合界面處產(chǎn)生熱量。當工件堆疊包括鋁工件和相鄰重疊鋼工件時，在這些異種金屬工件的貼合界面處及整塊材料內(nèi)產(chǎn)生的熱量在鋁工件內(nèi)引發(fā)并生長熔融鋁焊池。熔融鋁熔池潤濕鋼工件的相鄰貼合表面，并且當電流停止時，固化成將兩個異種工件結(jié)合在一起的焊接接頭。

然而，在實踐中，將鋼工件點焊到鋁工件是具有挑戰(zhàn)性的，因為這兩種金屬的許多特性可能不利地影響焊接接頭的強度，最明顯的是剝離強度和交叉拉伸強度。一方面，鋁工件通常包含機械堅韌、電絕緣且自愈合耐火的氧化物表面層。氧化物層通常由氧化鋁化合物組成，但當鋁工件包含含鎂鋁合金時，也可存在其他氧化物化合物，例如氧化鎂化合物。作為其物理性能的結(jié)果，耐火氧化物表面層具有在鋁和鋼工件的貼合界面處保持完整的趨勢，其不僅阻礙了熔融鋁焊池潤濕鋼工件的能力，而且提供了近表面缺陷的源。表面氧化物層的絕緣性質(zhì)也提高了鋁工件的電接觸電阻(即，在工件/電極接合處)，從而難以有效地控制和集中鋁工件內(nèi)的熱量。

除了耐火氧化物表面層提出的挑戰(zhàn)之外，鋁工件和鋼工件也具有不同的性能，其可能不利地影響焊接接頭的強度和性能。具體地，鋁具有相對較低的熔點(～600℃)和相對較低的電阻和熱電阻，而鋼具有相對較高的熔點(～1500℃)和相對較高的電阻和熱電阻。由于這些物理差異，在電流流動期間大部分熱量在鋼工件中產(chǎn)生，使得鋼工件(較高溫度)與鋁工件(較低溫度)之間存在熱不平衡。在電流流動期間產(chǎn)生的熱不平衡和鋁工件的高導(dǎo)熱性的組合，意味著在電流停止之后立即發(fā)生熱量從焊接部位不對稱地擴散的情況。相反，熱量從較熱的鋼工件通過鋁工件傳導(dǎo)到在鋁工件另一側(cè)的焊接電極，這在該方向上產(chǎn)生了陡峭的熱梯度。

鋼工件與在鋁工件另一側(cè)上的焊接電極之間的陡峭熱梯度的形成被認為以兩種方式削弱了所得的焊接接頭。首先，由于鋼工件在電流流動停止之后保持熱量通過比鋁工件更長的持續(xù)時間，所以熔融鋁焊池定向固化，從緊鄰鋁工件最靠近較冷的焊接電極(通常是水冷卻)的區(qū)域開始，并朝向貼合界面?zhèn)鞑ァ＿@種固化的前沿，傾向于在已經(jīng)存在氧化膜殘留缺陷的焊接接頭內(nèi)朝向并沿著貼合界面伸展或驅(qū)動缺陷(諸如氣孔、縮孔和微裂紋)。第二，鋼工件中持續(xù)的高溫促使在與鋼工件的相鄰貼合表面相鄰的焊接接頭內(nèi)形成硬脆的fe-al金屬間化合物層。焊接缺陷的分散以及fe、al金屬間化合物層的過度生長往往降低焊接接頭的剝離和交叉拉伸強度。

鑒于上述挑戰(zhàn)，先前對鋁工件和鋼工件進行點焊的努力采用了規(guī)定較高電流、較長焊接時間或兩者(與點焊鋼對鋼相比)的焊接工藝，以試圖獲得合理的焊接結(jié)合區(qū)域。這樣的努力在制造環(huán)境中基本上是不成功的，并且具有損壞焊接電極的傾向。鑒于先前的點焊努力并不特別成功，因此替代地主要使用諸如自穿孔鉚釘和流動鉆螺絲等機械緊固件。然而，與點焊相比，機械緊固件需要更長的時間才能放置到位，并且具有高消耗性成本。它們還增加了車輛重量(這重量在通過點焊方式實現(xiàn)接合時是可以避免的)，這抵消了通過首先使用鋁工件所獲得的一些重量節(jié)約。因此，使得工藝更能夠接合鋼和鋁工件的點焊的進展將成為本領(lǐng)域的受歡迎的進展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

包括鋁工件和相鄰重疊鋼工件加上一個或多個可選的鋁和/或鋼工件的工件堆疊可以經(jīng)歷電阻點焊以形成將鋁和鋼工件焊接結(jié)合在一起的焊接接頭。工件堆疊包括由鋁工件表面提供的第一側(cè)面和由鋼工件表面提供的第二側(cè)面。為了便于點焊，第一焊接電極被壓靠在鄰近該對相鄰鋁和鋼工件中的鋁工件的堆疊的第一側(cè)面上，同樣地，第二焊接電極被壓靠在鄰近該對相鄰鋁和鋼工件中的鋼工件的堆疊的第二側(cè)面上。第一焊接電極和第二焊接電極可以構(gòu)造為彼此相同或不同。

第一焊接電極被從外部加熱源供應(yīng)熱量，以積極地影響將鋁和鋼工件焊接結(jié)合在一起的焊接接頭的強度。在第一焊接電極與第二焊接電極之間通過電流之前和/或之后，可以向第一焊接電極供應(yīng)外部熱量，以幫助抵消當電流通過焊接電極之間并通過工件堆疊以形成焊接接頭時在該對相鄰的鋁和鋼工件之間產(chǎn)生的熱不平衡。特別地，可以向第一焊接電極供應(yīng)外部熱量，以實現(xiàn)以下目的：(1)在電流通過第一焊接電極與第二焊接電極之間之前將第一焊接電極加熱到高溫，(2)在通過第一焊接電極與第二焊接電極之間的電流停止之后，將第一焊接電極維持在保持溫度，從而防止鋁工件內(nèi)產(chǎn)生的熔融鋁焊池的完全固化，直到鋼工件的溫度已經(jīng)冷卻至鋁工件的熔點(即，固相線溫度)以下，或者(3)執(zhí)行上述兩種動作。

在某些時間段內(nèi)使用外部加熱源向第一焊接電極供應(yīng)熱量被認為以幾種方式增強焊接接頭的強度(最明顯的是剝離強度和交叉拉伸強度)。例如，當?shù)谝缓附与姌O的焊接面被壓靠在工件堆疊的第一側(cè)面上時，把第一焊接電極加熱到高溫將把熱量傳導(dǎo)入鋁工件，從而減少需要通過在第一和第二焊接電極的焊接面之間通過電流來產(chǎn)生的熱量。結(jié)果，可以使在焊接接頭內(nèi)沿著鋼工件形成的脆性fe-al金屬間化合物層的生長和厚度最小化。此外，在電流的傳遞停止之后，通過將第一焊接電極維持在保持溫度以防止熔融鋁焊池的完全固化直到鋼工件冷卻，抑制了從鋼工件到第一焊接電極的熱傳遞，從而促進了來自鋁和鋼工件的平面內(nèi)的熔融鋁焊池的橫向熱傳遞。這種熱分布導(dǎo)致熔融鋁焊池以使焊接缺陷朝向焊接接頭中心的方式固化，在那里它們不太可能影響接頭的強度和機械性能。

附圖說明

圖1是工件堆疊的一個實施例的總截面圖，該工件堆疊包括鋁工件和相鄰重疊鋼工件，其在準備電阻點焊時位于一組相對的焊接電極之間；

圖2是圖1所示的工件堆疊和該組相對焊接電極的一部分的分解視圖；

圖3是工件堆疊的另一實施例的總截面圖，該工件堆疊包括位于一組相對的焊接電極之間的鋁工件和相鄰重疊鋼工件，但是這里工件堆疊包括附加鋁工件(即，兩個鋁工件和一個鋼工件)；

圖4是工件堆疊的又一實施例的總截面圖，該工件堆疊包括位于一組相對的焊接電極之間的鋁工件和相鄰重疊鋼工件，但是這里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5描繪了工件堆疊和該組相對焊接電極的主視圖，以及與限定于每一個焊接電極的電極主體內(nèi)的冷卻腔相關(guān)的細節(jié)；

圖6描繪了工件堆疊和該組相對焊接電極的主視圖，以及與被布置為與焊接電極成熱傳遞關(guān)系的外部加熱源的一個實施例相關(guān)的細節(jié)，該焊接電極位于鋁工件附近，該鋁工件與鋼工件相鄰；

圖7是在電流通過相對焊接電極的焊接面之間并通過堆疊期間工件堆疊(截面)和該組相對焊接電極的總視圖，其中電流的傳遞已導(dǎo)致與鋼工件相鄰的鋁工件熔融，并且在鋁工件內(nèi)產(chǎn)生熔融鋁焊池；

圖8是當通過相對焊接電極的焊接面之間并通過堆疊的電流的停止之后工件堆疊(截面)和該組相對焊接電極的總視圖，因此允許熔融鋁焊池固化成將這對相鄰的鋁和鋼工件焊接結(jié)合在一起的焊接接頭；

圖9例示了熔融鋁熔池中的固化前沿的方向，其從最靠近位于鋁工件附近的較冷焊接電極的點朝著鋼工件的貼合表面固化，如傳統(tǒng)點焊做法中常見的，并未采用所公開方法的特征；

圖10例示了熔融鋁熔池中固化前沿的方向，由于使用了所公開方法的特征而從其外邊緣朝向其中心固化；

圖11描繪了被布置為與焊接電極成熱傳遞關(guān)系的外部加熱源的替代實施例的主視圖，該焊接電極位于鋁工件附近，該鋁工件與鋼工件重疊并相鄰；以及

圖12描繪了被布置為與焊接電極成熱傳遞關(guān)系的外部加熱源的又一替代實施例的主視圖，該焊接電極位于鋁工件附近，該鋁工件與鋼工件重疊并相鄰。

具體實施方式

圖1至圖12示出了本發(fā)明的將鋁工件和相鄰重疊鋼工件電阻點焊的方法的優(yōu)選和示例性實施例。所公開的方法通過在電流流動期間當必要時從外部源向位于鋁工件附近的焊接電極供應(yīng)熱量來試圖抵消在鋁工件與鋼工件之間自然產(chǎn)生的熱不平衡。向焊接電極的鋁側(cè)引入外部熱量，在需要時，可以結(jié)合限制或停止通過電極的冷卻流體流來實施。在電阻點焊工藝過程中，通過在特定時間向焊接電極的鋁側(cè)供應(yīng)熱量，可以禁止fe、al金屬間化合物層的生成，和/或可以改變在鋁工件內(nèi)產(chǎn)生的熔融鋁熔池的固化行為，以使最終形成的焊接接頭的結(jié)合面處和鋼工件處以及沿著其的焊接缺陷的廣泛傳播最小化。這些效果中的每一個都被認為增強了焊接接頭的強度。

現(xiàn)在參照圖1至圖4，示出了根據(jù)所公開方法的準備電阻點焊的工件堆疊10。工件堆疊10包括至少鋁工件12和鋼工件14，其在焊接部位16處重疊并彼此相鄰。實際上，如將在下面更詳細描述的，所公開的點焊方法可廣泛應(yīng)用于包括相鄰鋁工件12和鋼工件14的多種工件堆疊構(gòu)造上。例如，工件堆疊10可以僅包括鋁工件12、鋼工件14兩個，或者它可以包括附加的鋁工件(鋁-鋁-鋼)或附加的鋼工件(鋁-鋼-鋼)，只要相同基底金屬組成的兩個工件在堆疊10中被布置為彼此相鄰。工件堆疊10甚至還可以包括超過三個工件，例如鋁-鋁-鋼-鋼堆疊、鋁-鋁-鋁-鋼堆疊或鋁-鋼-鋼-鋼堆疊。

在圖1中例示了工件堆疊10，連同以機械方式并且電配置在焊槍22(部分示出)上的第一焊接電極18和第二焊接電極20。工件堆疊10具有由鋁工件表面26提供的第一側(cè)面24以及由鋼工件表面30提供的第二側(cè)面28。工件堆疊10的兩個側(cè)面24、28在焊接部位16處分別可到達第一焊接電極18和第二焊接電極20的組；也就是說，第一焊接電極18被設(shè)置為接觸并壓靠工件堆疊10的第一側(cè)面24，而第二焊接電極20被設(shè)置為接觸并壓靠第二側(cè)面28。雖然圖中僅描繪了一個焊接部位16，但是技術(shù)人員應(yīng)了解，根據(jù)所公開的方法可以在相同堆疊10上的多個不同焊接部位16處實施點焊。圖2以分解形式例示了工件堆疊10和相對的點焊電極18、20，以便便于描述所公開的方法。

鋁工件12包括涂層或未涂層的鋁基板。鋁基板可以由非合金鋁或包括至少85％(重量)的鋁的鋁合金組成?？赡軜?gòu)成涂層或未涂層的鋁基板的一些著名的鋁合金為鋁鎂合金、鋁硅合金、鋁鎂硅合金以及鋁鋅合金。如果涂層了，則鋁基板可以包括由氧化鋁化合物以及可能的其他氧化物(例如，在鋁基板為鋁鎂合金時，氧化鎂化合物)組成的耐火氧化物材料的表面層。鋁基板還可以涂覆有鋅、錫或由鈦、鋯、鉻或硅的氧化物組成的金屬氧化物轉(zhuǎn)化涂層，如美國專利出版物第2014/0360986號中所描述的。表面層可以具有范圍從1nm至10μm的厚度，并且可以呈現(xiàn)在鋁基板的每個側(cè)面上?？紤]到鋁基板的厚度以及可能呈現(xiàn)的任意可選表面層，鋁工件12至少在焊接部位16處具有范圍從0.3mm至約6.0mm，或者更窄地從0.5mm至3.0mm的厚度120。

鋁工件12的鋁基板可以以鍛造或鑄造形式提供。例如，鋁基板可以由4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列鍛造鋁合金板層，擠壓，鍛造或其他加工制品組成。或者，鋁基板可以由4xx.x、5xx.x、6xx.x或7xx.x系列鋁合金鑄件組成?？梢詷?gòu)成鋁基板的一些特定種類的鋁合金包括但不限于aa5754和aa5182鋁鎂合金、aa6111和aa6022鋁鎂硅合金、aa7003和aa7055鋁鋅合金以及al-10si-mg鋁模具鑄造合金。如果需要，鋁基板還可以用于各種情形，包括退火(o)、應(yīng)變硬化(h)和固溶熱處理(t)。

鋼工件14包括來自各種各樣強度和等級中的任一種涂層或未涂層的鋼基板。鋼基板可以是熱軋或冷軋的，并且可以由諸如軟鋼、無間隙鋼、烘烤硬化鋼、高強度低合金(hsla)鋼、雙相(dp)鋼、復(fù)合相(cp)鋼、馬氏體(mart)鋼、轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)塑性(trip)鋼、纏繞誘導(dǎo)塑性(twip)鋼和硼鋼(例如當鋼工件14包括加壓硬化鋼(phs)時)的鋼組成。如果有涂層，則鋼基板優(yōu)選包括鋅(例如，熱浸鍍鋅或電鍍鋅)、鋅鐵合金(例如，合金化熱鍍鋅)、鋅鎳合金、鎳、鋁、鋁鎂合金、鋁鋅合金或鋁硅合金的表面層，其中任何一種都可以具有至多50μm的厚度，并且可以存在于鋼基板的每一側(cè)上。考慮到鋼基板的厚度以及可能呈現(xiàn)的任意可選表面層，鋼工件12至少在焊接部位16處具有范圍從0.3mm至約6.0mm，或者更窄地從0.6mm至2.5mm的厚度940。

在圖1所示的“2t”堆疊實施例的情況下，當兩個工件12、14堆疊在一起用于點焊時，鋁工件12和鋼工件14分別呈現(xiàn)工件疊層10的第一側(cè)面24和第二側(cè)面28。特別地，鋁工件12包括貼合表面32和后表面34，同樣地，鋼工件14包括貼合表面36和后表面38。兩個工件12、14的貼合表面32、36彼此重疊并且相互面對，以建立延伸通過焊接部位16的貼合界面40。另一方面，鋁工件12和鋼工件14的后表面34、38在焊接部位16處在相反的方向上彼此相離，并且分別構(gòu)成工件堆疊10的第一和第二側(cè)面24、28的鋁工件表面26和鋼工件表面30。

在本發(fā)明中廣泛使用術(shù)語“貼合界面40”，并且旨在包括可以實施電阻點焊的工件12、14的貼合表面32、36之間的任意重疊和面對的關(guān)系。例如，貼合表面32、36可以彼此直接接觸，使得它們物理上鄰接并且不被離散的中間材料層分離。作為另一實例，貼合表面32、36可以彼此間接接觸，例如當它們被離散的中間材料層分離時，并且因此不經(jīng)歷在直接接觸中發(fā)現(xiàn)的這種界面物理鄰接，但是彼此足夠接近，使得仍然可以實施電阻點焊。鋁和鋼工件12、14的貼合表面32、36之間的這種間接接觸通常是當在對工件堆疊10進行點焊之前在貼合表面32、36之間施加中間有機材料層42(圖2而非圖1所示)時產(chǎn)生。

可以呈現(xiàn)在鋁工件12與鋼工件14的貼合表面32、36之間的中間有機材料層42通常是包括結(jié)構(gòu)熱固性粘合劑基質(zhì)的粘合劑層。結(jié)構(gòu)熱固性粘合劑基質(zhì)可以是任意可固化結(jié)構(gòu)粘合劑，包括例如可熱固化環(huán)氧樹脂或可熱固化聚氨酯?？梢杂米髡澈蟿┗|(zhì)的可熱固化結(jié)構(gòu)粘合劑的一些特定實例包括dowbetamate1486、henkel5089以及uniseal2343，所有這些都是商業(yè)可得的。另外，粘合劑層還可以包括可選的填料顆粒例如二氧化硅顆粒，散布于整個熱固性粘合劑基質(zhì)中，以在固化時改變粘合劑基質(zhì)的粘性和其他機械性能。在其他實施例中，中間有機材料層42可以是密封劑或消聲材料。中間有機材料層42優(yōu)選地具有通過焊接部位96的0.1mm至2.0mm，或者更窄地從0.2mm至1.0mm的厚度。

中間有機材料層42(如果存在的話)在電流流動期間可以以在焊接部位16處獲得的溫度和電極夾持壓力被相當容易地點焊通過。在點焊條件下，層42的有機材料在由焊接電極18、20施加的高壓縮力下首先橫向移位，并且層42的任意剩余部分在電流流動期間在部位16內(nèi)被燃盡，從而僅留下殘留材料(例如，碳灰、填料顆粒等)在鋼工件14的貼合表面36附近。然而，在焊接部位16之外，中間有機材料層42一般保持不受影響，并且能夠提供其預(yù)期功能。例如，當中間有機材料層42是粘合劑層時，可以在焊接部位16之外和周圍獲得鋁工件12和鋼工件14的貼合表面32、36之間的附加結(jié)合。為了實現(xiàn)這樣的附加結(jié)合，工件堆疊10可以在elpo烘烤爐或其他加熱裝置中加熱，隨后進行點焊以固化粘合劑層的結(jié)構(gòu)熱固性粘合劑基質(zhì)，該粘合劑層在焊接部位16周圍在鋁工件12與鋼工件14之間仍然完好。

當然，如圖3至圖4所示，工件堆疊10不限于包括僅一對鋁工件12和鋼工件14。工件堆疊10還可以包括至少一個附加鋁工件或附加鋼工件(除了相鄰的這對鋁工件12和鋼工件14之外)，只要附加工件布置為與相同基底金屬組成的工件12、14相鄰。也就是說，任意附加鋁工件被布置為與鋁工件12相連，并且任意附加鋼工件被布置為與鋼工件14相鄰。至于附加工件的特征，以上提供的對鋁工件12和鋼工件14的描述可適用于可以包括在堆疊10中的任意附加鋁或鋼工件。但是，應(yīng)當注意，雖然相同的一般性描述適用，但是并不要求附加鋁工件和/或附加鋼工件在組成、厚度或形成(例如，鍛造或鑄造)方面分別與工件堆疊10內(nèi)彼此緊靠的鋁工件12和鋼工件14完全一樣。

例如，如圖3所示，工件堆疊10可以包括如上所述的相鄰鋁工件12和鋼工件14，以及附加鋁工件44。這里，如所示的，附加鋁工件44與相鄰的鋁和鋼工件12、14重疊，并且緊靠著鋁工件12。當附加鋁工件44這樣放置時，鋼工件14的后表面38構(gòu)成了提供工件堆疊10的第二側(cè)面28的鋼工件表面30，如之前一樣，而與鋼工件14相鄰的鋁工件12現(xiàn)在包括一對相對的貼合表面32、46。面對鋼工件14的貼合表面36的鋁工件12的貼合表面32繼續(xù)形成兩個工件12、14之間的貼合界面40，如先前描述的。鋁工件12的另一貼合表面46重疊并面對附加鋁工件44的貼合表面48。這樣，在重疊的工件12、14、44的這種特定布置下，附加鋁工件44的后表面50現(xiàn)在構(gòu)成了提供堆疊工件10的第一側(cè)面24的鋁工件表面26。

在另一實例中，如圖4所示，工件堆疊10可以包括如上所述的相鄰鋁工件12和鋼工件14，以及附加鋼工件52。這里，如所示的，附加鋼工件52與相鄰的鋁和鋼工件12、14重疊，并且緊靠著鋼工件14。當附加鋼工件52這樣放置時，鋁工件12的后表面34構(gòu)成了提供工件堆疊10的第一側(cè)面24的鋁工件表面26，如之前一樣，而與鋁工件12相鄰的鋼工件14現(xiàn)在包括一對相對的貼合表面36、54。面對鋁工件12的貼合表面32的鋼工件14的貼合表面36繼續(xù)形成兩個工件12、14之間的貼合界面40，如先前描述的。鋼工件14的另一貼合表面54重疊并面對附加鋼工件52的貼合表面56。這樣，在重疊的工件12、14、52的這種特定布置下，附加鋼工件52的后表面58現(xiàn)在構(gòu)成了提供堆疊工件10的第二側(cè)面28的鋼工件表面30。

現(xiàn)在參照圖1，第一焊接電極18和第二焊接電極20用于使電流通過工件堆疊10并穿過焊接部位16處的相鄰鋁和鋼工件12、14的貼合表面40，而不論是否存在附加鋁和/或鋼工件。焊接電極18、20中的每一個都由焊槍22支撐，焊槍22可以是包括c類型槍或x類型槍的任何適合類型。點焊操作可能要求將焊槍22安裝到能夠使焊槍22根據(jù)需要圍繞工件堆疊10移動的機器臂上，或者它可能要求焊槍22被設(shè)置在固定的基座上，在后一種情況下工件堆疊10被操縱并相對于焊槍22移動。另外，如這里示意性地例示的，焊槍22可以與電源60相關(guān)聯(lián)，電源60根據(jù)由焊接控制器62管理的程序化焊接排程在焊接電極18、20之間傳送電流。焊槍22還可以裝配有冷卻劑管線及關(guān)聯(lián)的控制裝置，以便在點焊操作期間向焊接電極18、20中的每一個傳送冷卻流體(例如水)。

焊槍22包括第一槍臂64和第二槍臂66。第一槍臂64裝配有柄68，其固定并保持第一焊接電極18，并且第二槍臂66裝配有柄70，其固定并保持第二焊接電極20。將焊接電極18、20固定保持在其相應(yīng)的柄68、70上可以通過位于柄68、70的軸自由端處的柄適配器72、74來實現(xiàn)。在它們相對于工件堆疊10的位置方面，第一焊接電極被設(shè)置為與堆疊10的第一側(cè)面24接觸，并且因此，第二電極20被設(shè)置為與堆疊10的第二側(cè)面28接觸。第一和第二焊槍臂64、66可操作以使焊接電極18、20朝向彼此收縮或夾緊，并且在電極18、20與和其相應(yīng)的工件堆疊側(cè)面24、28接觸時在焊接部位16處向工件堆疊10施加夾緊力。

第一和第二焊接電極18、20可以被構(gòu)造為彼此類似或不同，并且可采用各種各樣的電極設(shè)計。如圖2和圖5所示，第一焊接電極18包括支撐第一焊接面78的電極主體76，并且可選地包括將第一焊接面78從電極主體76向上移位的過渡突起80。第一焊接電極18的電極主體76限定了內(nèi)凹部82，其在與第一焊接面78相對的主體76的端部打開。這個內(nèi)凹部82可接近并容納與第一槍臂64的柄68相關(guān)聯(lián)的柄適配器72。第二焊接電極20被構(gòu)造為與第一焊接電極18類似，并且因此包括支撐第二焊接面86的電極主體84，并且可選地包括將第二焊接面86從電極主體84向上移位的過渡突起88。第二焊接電極20的電極主體84還限定了內(nèi)凹部90，其在與第二焊接面86相對的主體84的端部打開。這個內(nèi)凹部90可接近并容納與第二槍臂66的柄70相關(guān)聯(lián)的柄適配器74。

可以實施廣范圍的電極焊接面設(shè)計用于焊接電極18、20。例如，第一和第二焊接面78、86中的每一個都可以具有范圍從3mm至20mm的最寬尺寸的直徑，第一焊接面78優(yōu)選地具有范圍從6mm至20mm，或者更窄地8mm至15mm的直徑，并且第二焊接面86優(yōu)選地具有范圍為3mm至16mm，或者更窄地4mm至8mm的直徑。另外，第一焊接面78包括第一基底焊接面表面92，第二焊接面86包括第二基底焊接面表面94，并且第一和第二基底焊接面表面92、94中的每一個都可以是平面的或球面穹形的。如果是半球穹形的，則基底焊接面表面92、94可以具有范圍從15mm至400mm的曲率半徑，其中第一基底焊接面表面92優(yōu)選地具有范圍從15mm至300mm，或者更窄地20mm至50mm的曲率半徑，并且第二基底焊接面表面94優(yōu)選地具有范圍從25mm至400mm，或者更窄地25mm至100mm的曲率半徑。此外，第一和第二基底焊接面表面92中的每一個都可以是光滑的、粗糙的，或者可以包括一系列直立的圓形脊的同心環(huán)，圓形脊例如美國專利第8,222,560號、第8,436,269號、第8,927,894號或者美國專利出版物第2013/0200048號中所公開的脊。

第一和第二焊接電極18、20被裝配為在點焊操作期間接收冷卻流的流，如圖5中所最佳例示的。實際上，現(xiàn)在參照第一焊接電極18，當?shù)谝缓附与姌O18保持在與第一槍臂64的柄68相關(guān)聯(lián)的柄適配器72上時，電極主體76的內(nèi)凹部82的遠端區(qū)域(其鄰近第一焊接面78)構(gòu)成了冷卻腔96。特別地，柄適配器72包括外殼體98和延伸通過外殼98的冷卻流體供應(yīng)管100。冷卻流體供應(yīng)管100可操作以將冷卻流體(優(yōu)選為水)的流104引入冷卻腔96中。冷卻流體流104通過冷卻腔96并通過內(nèi)孔102的環(huán)形回流通道106最終離開冷卻腔96，該環(huán)形回流通道106與冷卻腔96流體連通并圍繞冷卻流體供應(yīng)管100。通過第一焊接電極18的冷卻流體流104可以被設(shè)置為從當流104停止時發(fā)生的0加侖/分鐘至通常范圍從0.5加侖/分鐘至5加侖/分鐘的最大流速，并且冷卻流體流104的溫度通常為32℃或以下。

第二焊接電極20被構(gòu)造為以與第一焊接電極18大致相同的方式接收冷卻流體流。也就是說，當?shù)诙附与姌O20保持在與第二槍臂66的柄70相關(guān)聯(lián)的柄適配器74上時，接近第二焊接面86的電極主體84的內(nèi)凹部90的遠端區(qū)域構(gòu)成冷卻腔108。特別地，如之前一樣，柄適配器74包括外殼體110和延伸通過外殼110的內(nèi)孔114的冷卻流體供應(yīng)管112。冷卻流體供應(yīng)管112可操作以將冷卻流體(優(yōu)選為水)的流116引入冷卻腔108中。冷卻流體流116通過冷卻腔108并通過內(nèi)孔114的環(huán)形回流通道118最終離開冷卻腔108，該環(huán)形回流通道118與冷卻腔108流體連通并包圍冷卻流體供應(yīng)管112。通過第二焊接電極20的冷卻流體流116可以被設(shè)置為從當流116停止時發(fā)生的0加侖/分鐘至通常范圍從0.5加侖/分鐘至5加侖/分鐘的最大流速，并且冷卻流體流116的溫度通常為32℃或以下。

第一和第二焊接電極18、20中的每一個都由導(dǎo)電材料(例如，銅合金)形成。一個具體實例是含有0.10％(重量)至0.20％(重量)的鋯和余量為銅的c15000銅鋯合金(cuzr)。當然也可以采用其他銅合金，包括銅鉻合金(cucr)或銅鉻鋯合金(cucrzr)。上述各種銅合金的具體實例是包括0.6％(重量)至1.2％(重量)的鉻和余量為銅的c18200銅鉻合金，以及包括0.5％(重量)至1.5％(重量)的鉻、0.02％(重量)至0.2％(重量)的鋯和余量為銅的c18150銅鉻鋯合金。此外，也可以使用具有合適的機械和電學(xué)/導(dǎo)熱特性的其他組合物。例如，至少第一焊接電極18的焊接面78可以由耐火金屬(例如，鉬或鎢)或耐火金屬復(fù)合材料(例如，鎢-銅)組成，如美國專利申請第15/074,690號(于2016年3月18日提交)所公開的。

為了提供一種用于將熱量引入第一焊接電極18的機構(gòu)，其允許在點焊期間在焊接電極18、20之間通過電流之前和之后對第一焊接電極18的溫度進行控制，外部加熱源130被布置為與第一焊接電極18成熱傳遞關(guān)系。這在圖6中具體示出。換句話說，外部加熱源130被配置為當激活時向第一焊接電極18供應(yīng)熱量。在優(yōu)選實施例中，如這里圖6所示，外部加熱源130包括電阻加熱元件132，該電阻加熱元件132接觸并包圍電極主體76并且電耦接至加熱電路電源134。電阻加熱元件132可以是諸如鎳鉻線的電阻絲，其被多次纏繞在電極主體76周圍，并且加熱電路電源134可以使用能夠使電流通過電阻加熱元件132的任何電源來產(chǎn)生熱量。外部加熱源130的替代實施例當然是可能的，并且事實上，在圖11至圖12中描繪了若干這樣的替代實施例。

外部加熱源130由加熱過程控制器150控制，加熱過程控制器150通常包括處理單元、可編程i/o外圍設(shè)備和存儲用于操作外部加熱源130的計算機可讀操作指令的內(nèi)部或外部存儲器，以及諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器和定時器的器件。加熱過程控制器從溫度傳感器152和與第一焊接電極18相關(guān)聯(lián)的流量計154以及與第二焊接電極20相關(guān)聯(lián)的流量計156接收輸入溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器152在任意給定時間測量第一焊接電極18的溫度，并且將該數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器150。溫度傳感器152可以是安裝在第一焊接電極18上或其中的熱電偶，或者根據(jù)非接觸式溫度測量的需要，它也可以是位于第一焊接電極18附近的點ir溫度計或熱像儀形式的光學(xué)紅外線溫度計。流量計154、156在任意給定時間分別測量確定冷卻流體流104移動通過第一焊接電極18的速度以及冷卻流體流116移動通過第二焊接電極20的速度，并且也將該數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器150。

加熱過程控制器150基于從溫度傳感器152和流量計154、156獲得和得出的信息，通過規(guī)定多少電流通過電阻加熱元件132來控制外部加熱源130。特別地，加載到控制器150上的操作指令可以包括基于模擬建模或?qū)嶒灁?shù)據(jù)的查找表、編程方程式或算法，或者一些其他數(shù)據(jù)處理機制，其可以基于所公開方法的某些期望結(jié)果或成果在任意給定時間確定外部加熱源130的適當操作條件，以及實現(xiàn)該條件所需的輸出信號。適用于所公開的方法，加熱處理控制器150管理在電流通過第一和第二焊接電極18、20之間之前和/或之后供應(yīng)到第一焊接電極18的外部熱量，以幫助抵消當電流流過工件堆疊10時在這對相鄰的鋁和鋼工件12、14之間形成的熱不平衡。

現(xiàn)在參考圖1和圖7至圖8，現(xiàn)在將根據(jù)僅包括這對相鄰的鋁和鋼工件12、14的“2t”工件堆疊來描述所公開的方法。在包括例如上述附加的鋁或鋼工件44、52的工件堆疊10中的附加工件的存在不影響點焊方法如何實施或者對發(fā)生在相鄰的鋁和鋼工件12、14的貼合界面40處的接合機構(gòu)沒有任何實質(zhì)的影響。以下提供的更詳細的討論同樣適用于其中工件堆疊10為包括附加鋁工件44(圖3)或附加鋼工件52(圖4)的“3t”堆疊的實例，以及“4t”堆疊，盡管事實上這些附加工件未示出在圖1和圖7至圖8中說明。

在圖1所描繪的公開的電阻點焊方法開始時，工件堆疊10位于第一焊接電極18與相對的第二焊接電極20之間。第一焊接電極18的焊接面78被設(shè)置為接觸堆疊10的第一側(cè)面24的鋁工件表面26，并且第二焊接電極20的焊接面86被設(shè)置為接觸第二側(cè)面28的鋼工件表面30。然后，操作焊槍22使第一焊接電極18和第二焊接電極20相對于彼此收縮，使得它們相應(yīng)的焊接面78、86在焊接部位16處壓靠堆疊10的相對的第一和第二側(cè)面24、28。在施加在工件堆疊10上的夾緊力下，焊接面78、86通常在焊接部位16彼此面對對準。所施加的夾緊力優(yōu)選范圍從400磅(磅力)至2000磅，或更窄范圍600磅至1300磅。

在電流通過相對的第一和第二焊接電極18、20之間之前，第一焊接電極18被加熱以將其溫度提升到高于環(huán)境條件的高溫。這可能涉及將第一焊接電極18特別是第一焊接面78加熱到不超過鋁工件12中的鋁的熔點的高溫。將第一焊接電極18的溫度提升至200℃至500℃之間是特別優(yōu)選的。可以在電流通過點焊電極18、20之間之前的任意時刻實施提升第一焊接電極18的溫度的動作，只要第一焊接電極18在接觸工件堆疊10的鋁工件表面26時仍然處于高溫。例如，第一焊接電極18的溫度可以在以下任意時間升高：(1)在第一焊接面78與堆疊10的鋁工件表面26之間開始接觸之前，(2)在第一焊接面78與工件堆疊10的鋁工件表面26接觸的同時，或者(3)在上述兩個指定時期期間(即時期(1)和(2))。

現(xiàn)在回到圖5和圖7，將第一焊接電極18加熱到高溫可以通過協(xié)同限制或完全停止通過第一焊接電極18的冷卻流體流104并將來自外部加熱源130的熱量供應(yīng)到第一焊接電極18來實現(xiàn)。冷卻流體流104的限制或停止的準確程度以及從外部加熱源130供應(yīng)到第一焊接電極18的確切的熱量由加熱過程控制器150控制。在電流通過焊接電極18、20之間之前將第一焊接電極18加熱到高溫，以及在第一焊接電極18處于高溫時使工件堆疊10的第一側(cè)面24的鋁工件表面26與第一焊接面78接觸的意義，將在下面更詳細地討論，包括這種加熱對最終形成的焊接接頭的強度的影響。

在將第一焊接電極18和第二焊接電極20的焊接面78、86分別壓靠在工件堆疊10的第一和第二側(cè)面24、28上之后，電流通過面對對準的焊接面78、86。所交換的電流優(yōu)選是由電源60傳送的dc(直流)電流，其如圖所示與第一和第二焊接電極18、20電連通。電源60優(yōu)選為包括mfdc變壓器的中頻直流(mfdc)逆變器電源。mfdc變壓器可以從多個供應(yīng)商購買獲得，包括羅馬制造(grandrapids，mi)，aro焊接技術(shù)(chesterfieldtownship，mi)和博世力士樂(charlotte，nc)。所傳送的電流的特性由焊接控制器62控制。具體來說，焊接控制器62允許用戶對焊接排程進行編程，規(guī)定在焊接電極18、20之間的電流交換方式。焊接排程允許在任意給定時間對電流水平進行定制化控制，并且允許在任意給定電流水平下對電流的持續(xù)時間進行定制化控制等，并且進一步允許電流的這些屬性能夠響應(yīng)下至零點幾毫秒的非常小的時間增量的變化。

通過焊接電極18、20之間的電流通過工件堆疊10，并穿過建立在該對相鄰的鋁和鋼工件12、14之間的貼合界面40。所交換的電流可以是恒定的或隨時間脈沖的，或兩者的某種組合，并且除了脈沖之間可能的“關(guān)閉”周期之外，通常具有范圍從5ka至50ka的電流水平，并持續(xù)經(jīng)過40ms至2500ms的一段時間。如圖7所描繪的，電流流動阻力產(chǎn)生熱量并最終熔化鋁工件12以在鋁工件12內(nèi)產(chǎn)生熔融鋁焊池160。熔融鋁焊池160潤濕鋼工件14的相鄰的貼合表面36，并朝向后表面34(或相對的貼合表面46)延伸進入鋁工件12中。熔融鋁焊池160可以在焊接部位16處穿過一個距離進入鋁工件12中，該距離范圍為鋁工件12的厚度120的20％至100％。而且，在其組成方面，熔融鋁焊池160主要由鋁工件12的鋁材料組成。

熔融鋁焊池160固化成焊接接頭162，其在通過第一和第二焊接電極18、20的焊接面78、86之間的電流停止之后將鋁和鋼工件12、14焊接結(jié)合在一起，如圖8所示。焊接接頭162包括鋁焊熔核164和fe-al金屬間化合物層166。鋁焊熔核164由再次固化的鋁組成，并且在焊接部位16處延伸到鋁工件12中的距離通常在鋁工件12的厚度120的20％至100％的范圍內(nèi)，就像先前存在的熔融鋁焊池160一樣。fe-al金屬間化合物層166位于鋁焊熔核164與鋼工件14的貼合表面36之間。fe-al金屬間化合物層166由于在點焊溫度下熔融鋁焊池160與鋼制工件14之間的反應(yīng)而產(chǎn)生，并且通常包括feal3化合物，fe2al5化合物和可能的其他金屬間化合物，并且通常表現(xiàn)出1μm至5μm的組合總厚度。

在通過焊接電極18、20之間的電流停止之后，并且當?shù)谝缓附用?8仍然壓靠在堆疊10的第一側(cè)面24的鋁工件表面26上時，控制第一焊接電極18，特別是第一焊接面78的溫度，以將其溫度維持在保持溫度以防止熔融鋁焊池160完全固化成焊接接頭162，直到在焊接部位16處鋼工件14的溫度冷卻至鋁工件12的熔點以下。換句話說，第一焊接電極18的溫度被暫時調(diào)節(jié)以延遲熔融鋁焊池160的固化，并且允許更多的耐熱鋼工件14冷卻的時間，而不是根據(jù)常規(guī)點焊實踐使第一焊接電極18盡可能快地冷卻。第一焊接電極18的溫度的受控減小有助于防止在鋼工件14與第一焊接電極18之間形成由于鋁工件12的相對低的熱阻而產(chǎn)生的陡峭的熱梯度。這里，第一焊接電極18的保持溫度實際上是從鋁工件12的熔點跨越到100℃的范圍(而不一定是單一的溫度)，或者更優(yōu)選為從200℃至500℃。

在將鋼工件14冷卻到環(huán)境條件的整個時間內(nèi)，不必維持第一焊接電極18的保持溫度。例如，在鋼工件14的溫度從在通過焊接電極18、20之間的電流停止時發(fā)生的峰值溫度下降直到鋼工件14的溫度下降至鋁工件12的熔點以下期間，可以維持保持溫度。由于鋁工件12的組成多種多樣，所以鋁工件12的熔點可以在570℃至660℃的范圍內(nèi)。一旦鋼工件14的溫度下降到鋁工件12的熔點以下(這優(yōu)選地通過使冷卻流體流116以最大流速通過第二焊接電極20來輔助完成，并且可以任意發(fā)生5ms至50ms)，可以暫?？刂频谝缓附与姌O18的溫度，并且電極18能夠正常地完成冷卻。

第一焊接電極18的溫度可以通過協(xié)同控制通過第一焊接電極18的冷卻流體流104和由外部加熱源130供應(yīng)到第一焊接電極18的熱量而維持在保持溫度以調(diào)節(jié)電極冷卻速度。以這種方式，冷卻流體流104可以隨時間被限制或完全停止，以改變從第一焊接電極18提取的熱量，并且由外部加熱源130隨時間供應(yīng)的熱量可能波動以改變傳遞到第一焊接電極18中的熱量。通過冷卻流體流104提取熱量與從外部加熱源130加熱的平衡由過程控制器150基于從溫度傳感器152和流量計154、156接收的輸入數(shù)據(jù)，以及與包含在工件堆疊10中的特定鋼工件14在焊接電極18、20之間的電流停止之后將如何隨時間冷卻相關(guān)的特定數(shù)據(jù)精確地控制。

第一和第二焊接電極18、20繼續(xù)施加其施加的夾緊力到工件堆疊10上，直到熔融鋁焊池160已經(jīng)固化成焊接接頭162。一旦形成了焊接接頭162，則在焊接部位16處施加在工件堆疊10上的夾緊力被釋放，并且第一和第二焊接電極18、20從堆疊10的相應(yīng)側(cè)面24、28縮回?，F(xiàn)在可以相對于焊槍22移動工件堆疊10，使得第一和第二焊接電極18、20被設(shè)置為在重復(fù)點焊方法的另一個焊接部位16處面對對準。或者，不在不同的位置16處進行點焊，而可以將工件堆疊10移動遠離焊槍22以為另一工件堆疊10騰出空間。因此，在制造環(huán)境中，可以對相同或不同的工件堆疊在不同焊接部位16處實施多次點焊方法。

通過所公開的方法形成的焊接接頭162與根據(jù)常規(guī)點焊實踐形成的焊接接頭相比預(yù)期具有增強的強度，特別是增強的剝離和交叉拉伸強度。增強的強度可以歸因于在焊接電極18、20之間的電流流動開始之前加熱第一焊接電極18，在焊接電極18、20之間的電流停止之后在鋼工件14冷卻的同時將第一焊接電極18的溫度維持在保持溫度，或者兩者。更具體地，將第一焊接電極18加熱到高溫，并且在第一焊接電極18處于高溫的同時在焊接部位16處使第一焊接面78與工件堆疊10的第一側(cè)面24接觸，以導(dǎo)熱方式將熱量引入位于鋼工件14附近的下方鋁工件12中。這個增加的熱量減少了需要從鋼工件14輸入的熱量(通過使電流通過工件堆疊10的方式)以產(chǎn)生熔融鋁熔池160，這又被認為可以減少沿著焊接接頭162內(nèi)的鋼工件14的貼合表面36生長的脆性fe-al金屬間化合物層166的厚度。

在鋼工件14冷卻至鋁工件12的熔點以下時，將第一焊接電極18的溫度維持在保持溫度的動作被認為通過使焊接接頭162與鋼工件14的結(jié)合界面168處以及沿著結(jié)合界面168的焊接接頭162內(nèi)的焊接缺陷的存在最小化而積極地有助于焊接接頭162的強度。通過以將焊接缺陷朝向焊接接頭162的中心驅(qū)動或伸展并遠離焊接接頭162的外邊緣的方式改變?nèi)廴阡X焊池160的固化行為使結(jié)合界面168處以及沿著結(jié)合界面168的焊接缺陷的增加最小化。將焊接缺陷朝向焊接接頭162的中心引導(dǎo)被認為對剝離和交叉拉伸強度具有有利影響，因為焊接接頭162的中心相比于在圍繞焊接接頭162的切口根部旁邊的接頭162的外邊緣是焊接缺陷存在的更無害的位置。

在電流停止后維持第一焊接電極18中的保持溫度對熔融鋁焊池160的固化行為的影響一般在圖9至圖10中表示。為了提供一些上下文，圖9描繪了形成在重疊以建立貼合界面206的鋁工件202與鋼工件204之間的焊接接頭200。這里示出的焊接接頭200代表由不采用上述公開方法的特征的常規(guī)電阻點焊工藝形成的焊接接頭?？梢钥闯觯附尤毕?08分散在焊接接頭200與鋼工件204結(jié)合界面210處并沿著結(jié)合界面210分散。這些焊接缺陷208可以包括縮孔、氣孔、氧化膜殘留物和微裂紋等。當結(jié)合界面210處存在并沿其分布時，焊接缺陷208可以減小焊接接頭200的剝離和交叉拉伸強度。

不受理論的束縛，據(jù)信焊接缺陷208在結(jié)合界面210處和沿著結(jié)合界面210的分散至少部分地由于先前存在的熔融鋁熔池在其轉(zhuǎn)化為焊接接頭200時的固化行為。具體地說，由于兩種材料的不同的物理性質(zhì)，即鋼的熱和電阻大得多，所以在更熱的鋼工件204與鋁工件202之間可能會發(fā)生熱不平衡。因此，鋼工件204用作熱源，而鋁工件202用作熱導(dǎo)體，在垂直方向上產(chǎn)生強烈的溫度梯度，使得熔融鋁焊池從最接近鄰近鋁工件202的冷卻器焊接電極的區(qū)域朝向鋼工件204冷卻并固化。固化前沿的路徑和方向在圖8中由箭頭212表示。當固化前沿沿著該路徑212行進時，焊接缺陷208朝向焊接接頭200與鋼工件204的結(jié)合界面210伸展，并且最終貫穿焊接接頭200沿著結(jié)合界面210分散結(jié)束。

通過將第一焊接電極18的溫度維持在保持溫度至少直到鋼工件14的溫度降至鋁工件12的熔點以下為止，可以避免圖9所示的固化行為及其導(dǎo)致的焊接缺陷的增強。現(xiàn)在參照圖10，示出了根據(jù)上述公開的方法形成的焊接接頭162的圖示?？梢钥闯?，焊接接頭162中的焊接缺陷170聚集在接頭162的中心附近，而不是如圖9所示的沿著接合界面168分散。焊接缺陷170朝向焊接接頭162的中心伸展，是因為由于將第一焊接電極18的溫度維持在保持溫度而導(dǎo)致的工件堆疊10內(nèi)的新溫度分布導(dǎo)致熔融鋁焊池160從其外邊緣朝其中心固化。固化前沿的路徑和方向在圖10中一般由箭頭172表示。這里，路徑172可以將焊接缺陷170伸展到焊接接頭162的中心，或者在結(jié)合界面168上或從結(jié)合界面168移位，并且可以進一步將缺陷170合并成較大尺寸的缺陷。

如上所述，至少暫時將第一焊接電極18的溫度維持在保持溫度的動作通過在電流停止之后阻止在鋼工件14與第一焊接電極18之間形成陡峭的熱梯度而引起圖10所示的固化前沿172。在鋁工件12的相對側(cè)上更平衡的熱分布通過在熔融鋁焊池160周圍產(chǎn)生三維徑向溫度梯度或擴大已經(jīng)存在的三維徑向溫度梯度改變了焊接部位16內(nèi)的溫度分布。這些新的和/或擴大的徑向溫度梯度減慢了從熔融鋁焊池160進入到第一焊接電極18的定向熱流動，從而促進橫向熱量流入鋁和鋼工件12、14的平面，使最終固化發(fā)生在熔融鋁焊池160的中心。以這種方式，諸如縮孔、氣孔、微裂紋和氧化物膜殘留物的焊接缺陷被驅(qū)動并保持在焊接接頭162的中心，如圖所示，在那里它們不太可能不利地影響接頭162的強度。

可以實現(xiàn)上述和圖1至圖10所示的所公開方法的許多變型，包括外部加熱源130的替代實施例。例如，如圖11所示，外部加熱源130可以包括針對第一焊接電極18并支撐在第一槍臂64上的氣體出口管180。氣體出口管180被配置為在第一焊接電極18處引導(dǎo)諸如熱空氣的加熱后氣體流182以向電極18供應(yīng)熱量。加熱后氣體流182最初可以沖擊第一焊接電極18的電極主體76和/或焊接面78。在另一個實施例中，如圖12所示，外部加熱源130可以包括激光束頭190，其在第一焊接電極18處引導(dǎo)激光束192，使得激光束192照射電極18以產(chǎn)生并向電極18供應(yīng)熱量而不引發(fā)熔化。激光束192可以在電極主體76或焊接面78上任何期望位置處照射第一焊接電極18。另外，在圖中未示出的情況下，承載過熱蒸汽的管可以纏繞在第一焊接電極18的電極主體76上，作為向電極18供熱的機構(gòu)。也可以使用上述相同的基本控制系統(tǒng)來控制可能采用的其他類型的外部加熱源，包括圖11至圖12中描繪的那些。

優(yōu)選示例性實施方案和具體實例的上述描述本質(zhì)上僅僅是描述性的；它們并不旨在限制以下權(quán)利要求書的范圍。除非在本說明書中另外具體且明確說明，所附權(quán)利要求書中使用的每個術(shù)語應(yīng)被賦予其普通和慣常的含義。