CN107685188B - 用于焊接异种材料片的方法和接头 - Google Patents

Abstract

提供一种用于焊接异种材料片的方法和接头，具体地，提供一种用于焊接具有多片不同材料的成叠片材的方法。一方面，成叠片材包括铝片和合金化热镀锌钢片。一方面，该方法包括将合金化热镀锌片电阻点焊到置于铝片和合金化热镀锌片之间的热冲压钢片上，该热冲压钢片包括应力释放区域。该方法进一步包括将金属箔放置在铝片上并使该金属箔气化以使部分铝片突出穿过热冲压钢片的应力释放区域以将部分铝片焊接到镀锌钢片上。另一方面，该方法包括将金属箔置于铝片的凸起部分上，并使铝片的凸起部分突出到合金化热镀锌钢片上。

Description

用于焊接异种材料片的方法和接头

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月5日提交的临时申请No.62/371,565的优先权所述申请通过引用整体合并于此。

背景技术

本文公开的主题涉及一种用于焊接异种材料片或合金片的方法和相应的接头。

摩擦搅拌焊通常被理解为一种将多个铝制工件或者铝片连在一起的过程。摩擦搅拌焊通过如下方式进行叠加片材的连接：在转动工具时，将末端具有突出部的柱形工具用力地压在叠加片材上，以及在使工具的突出部刺入片材并且产生摩擦热时使接头部件附近的区域塑性流动并且借助于工具的转动力进行搅拌。随后该热量将片材熔化、熔融或者焊接在一起。摩擦搅拌焊广泛用于利用铝制工件或铝片的各工业中。例如，摩擦搅拌焊可被用于制造汽车。

使用某些传统的摩擦搅拌焊技术和方法，将铝片与不同材料片例如钢片焊接在一起很难实现。当前在这种应用中试图使用传统的电阻点焊技术已经导致应力腐蚀开裂并且形成不适于结构用途(例如，利用足够牢固的焊接使板或工件保持在一起以例如满足碰撞试验要求)的焊接。因此，在现有技术中还有对于连接异种材料片诸如铝片和钢片的需求。

发明内容

该发明内容部分以简化方式引入接下来在具体实施方式部分中进一步描述的构思选择。发明内容部分未打算明确所要求保护主题的关键特征，也未打算用来帮助确定所要求保护主题的范围。

根据本公开内容的一个方面，提供一种执行焊接的方法。该方法包括向成叠片材施加电流以将成叠片材中的第一片材电阻点焊到成叠片材中的第二片材上，其中第二片材包括至少一个切口区域。该方法还包括将至少一个金属箔放置在成叠片材中第三片材的第一侧上。该方法进一步包括使所述至少一个金属箔气化以使第三片材的至少一部分穿过第二片材的所述至少一个切口区域突出到第一片材从而形成焊接。

根据本公开内容的另一方面，提供一种执行焊接的方法。该方法包括用过渡材料包覆成叠片材中的第一片材。该方法还包括使成叠片材中的第二片材的至少一部分以一角度凸起，其中至少一个凸起部分从第二片材的边缘向上延伸。该方法进一步包括将至少一个金属箔放置在第二片材的所述至少一个凸起部分上。并且，该方法包括使所述至少一个金属箔气化以使第二片材的所述至少一个凸起部分突到第一片材上。

根据本公开内容的又一方面，提供一种执行焊接的方法。该方法包括将向成叠片材施加电流以将成叠片材中的第一片材电阻点焊到成叠片材中的第二片材上，其中第二片材包括至少一个切口区域。该方法还包括将至少一个金属箔放置在成叠片材中第三片材的第一侧上，其中第三片材包覆有过渡材料。并且，该方法进一步包括使所述至少一个金属箔气化以使第三片材的至少一部分穿过第二片材的所述至少一个切口区域突出到第一片材从而形成焊接。

根据本公开内容的另一方面，提供一种气化箔致动器焊接(vaporized foilactuator welding)(VFAW)部件。该部件包括成叠片材中的第一片材，所述第一片材在多个焊点处被电阻点焊到成叠片材中的第二片材上，其中第二片材包括多个切口区域。该部件还包括成叠片材中的第三片材，所述第三片材穿过多个切口区域被焊接到第一片材上。焊点和多个切口区域中焊接的交替形成机械联锁。

附图说明

被认为是本公开内容各方面特征的新特征在权利要求书中进行阐述。在随后的描述中，在整个说明书和附图中相似部件用相同附图标记标示。附图未必按比例绘制，并且出于清楚和简要考虑某些附图以夸大或者概括的形式示出。然而，公开内容本身以及用途的优选方式及其进一步的目的和优势，可以通过在结合附图阅读时参考本公开内容的示出方面的接下来的详细说明更好地理解，其中：

图1图示出根据各方面的示例性车辆侧面车身部件结构；

图2图示出根据各方面的示例性的待焊接在一起的不同材料成叠片材；

图3图示出根据各方面的用于焊接的方法的示例性工艺流程图。

图4图示出根据各方面的焊接工艺的示例性结果；

图5图示出根据各方面的用于气化箔致动器焊接(VFAW)的方法的示例性工艺流程图；以及

图6图示出根据各方面的示例性VFAW焊接工艺。

具体实施方式

总地描述，本公开内容提供一种用于焊接具有多个不同材料片的成叠片材的方法。一方面，成叠片材包括铝片和合金化热镀锌钢片。一方面，该方法可包括将合金化热镀锌片电阻点焊到置于铝片和合金化热镀锌片之间的热冲压钢片上，该热冲压钢片包括应力释放区域。该方法可进一步包括将金属箔放置在铝片上以及使该金属箔气化以使部分铝片穿过热冲压钢片的应力释放区域进而将部分铝片焊接到合金化热镀锌钢片上。另一方面，方法可包括将金属箔放置在铝片的凸起部分上以及使该铝片的凸起部分突到合金化热镀锌钢片上而不需要在铝片和合金化热镀锌钢片之间使用间隔件(例如热冲压钢片)。

现在参见附图，图1图示出示例性车辆侧面车身部件结构100。如图1所示，车身侧面部件结构100可包括沿车身(未示出)外侧纵向延伸的侧梁13。侧梁13可包括形成车辆座舱内侧表面的侧梁内面板23和连接到侧梁内面板23的外部舱侧的侧梁外面板31。侧梁内面板23可进一步包括梁内面板上凸缘27，并且侧梁外面板31可进一步包括梁外面板凸缘35。

一方面，侧梁内面板23和侧梁外面板31可以是不同材料的片材。例如，侧梁内面板23可以是铝片而侧梁外面板31可以是钢片。然而，根据本文给出的方面，侧梁内面板23和侧梁外面板31可通过将面板23、31的凸缘27、35焊接在一起进行连接。可以理解的是，本文给出的方面还可用于连接车身的其他面板。例如，本文给出的方面还可用于焊接车身的前柱14，中柱(未示出)和/或后柱(未示出)。

参考图2，根据各方面图示出示例性的不同材料成叠片材210(例如，凸缘)。一方面，成叠片材210可包括至少三个不同材料的单个片材。例如，一方面，成叠片材210可包括限定成叠片材的第一侧的合金化热镀锌钢片212(例如，JAC270钢或者JSC980钢)，邻近合金化热镀锌钢片212的热冲压钢片214(例如

1500P钢和/或22MnB5钢)，以及邻近热冲压钢片214并且限定成叠片材210的第二侧的铝片或者铝合金片216(例如，7075铝或者A2024铝合金)。根据各方面，热冲压钢214的硅酸铝(AlSi)涂层或者合金化热镀锌钢212的锌(Zn)涂层可以被去除以改善热冲压钢片214、合金化热镀锌钢片212和/或铝片或者铝合金片216之间的焊接。例如，热冲压钢214的AlSi涂层或者合金化热镀锌钢212的Zn涂层可例如通过激光烧蚀机械去除。可选择地或者另外地，可用过渡材料例如1100铝包覆铝或铝合金216，以改善热冲压钢214、合金化热镀锌钢212和/或铝片或者铝合金片216之间的焊接。

虽然本文图示和描述了三个单个片材，但这些教导很容易应用到具有多于三个单个片材的成叠片材，包括四片、五片、六片、或者更多或者更少数量的片材。

一方面，热冲压钢片214的多个区域可从片材214的边缘切除以便轻量化和/或为间隔(standoff)/间隙提供准备以便于改善焊接质量。例如，一方面，可从热冲压钢片214的边缘切割多个释放区域(例如，两个释放区域222a、222b)。一方面，切口区域222a、222b可以例如是半圆形切口。

参见图3，根据各方面描述用于焊接不同材料的成叠片材的方法300。将参考图2的各部件描述图3。一方面，方法300可包括：在块302，去除热冲压钢214的硅酸铝(AlSi)涂层或者合金化热镀锌板212的锌(Zn)涂层。例如，热冲压钢214的AlSi涂层或者合金化热镀锌钢212的Zn涂层可例如通过激光烧蚀机械去除。可选择地或者另外地，在块302，方法300可包括用过渡材料包覆铝或者铝合金216。一方面，方法300可包括，在块304，向成叠片材施加电流以将第一片材电阻点焊(RSW)到第二片材上。一方面，合金化热镀锌钢片212可通过在多个点向合金化热镀锌钢片212的外表面施加电流而被电阻点焊到热冲压钢片214上。一方面，合金化热镀锌钢片212可在邻近热冲压钢片214的多个释放区域222a、222b或位于其间的每个点224处电阻点焊到热冲压钢片214上。例如，一方面，合金化热镀锌钢片212的内表面可在每个点224处电阻点焊到热冲压钢片214的邻近合金化热镀锌钢片212的表面上。

在块306，方法300可包括将至少一个金属箔置于第三片材上。一方面，一条金属箔232可放置在与热冲压钢片214的多个释放区域222a、222b中的每一个相对的铝片216的外表面上。

在块308，方法300可包括使至少一个金属箔气化以使第三片材的至少一部分穿过第二片材突出到第一片材。一方面，每条金属箔232可以气化以使铝片216的至少一部分穿过热冲压钢片214突出到合金化热镀锌钢片212。一方面，每条金属232可以通过使高电流(例如，大约4-10kJ)经过每个金属箔232进行气化。当金属箔232气化时，反作用力被引导朝向铝片26并且铝片26的一部分可突出穿过热冲压钢片214的每个释放区域222a、222b并且进入到合金化热镀锌钢片212中以在铝片216的内表面和合金化热镀锌钢片212的内表面之间形成焊接。

参见图4，图示出方法300(图3)的示例性结果400。如上所述，一方面，热冲压钢片214可在点224a、224b、224c处电阻点焊到合金化热镀锌钢片212上。此外，一方面，每个金属箔232(图2)可以气化以使部分铝片216突出穿过释放区域402、404(例如，参见释放区域222a、222b(图2))。由于突出，铝片216可在释放区域402、404焊接到合金化热镀锌钢片212上。可以理解的是，点224a、224b、224c处的焊接和释放区域402、404中的焊接的交替形成适于结构用途的机械联锁。

现在转到图5和图6，根据各方面描述示例性气化箔致动器焊接(VFAW)方法500。一方面，铝片616和合金化热锌钢片612可焊接在一起而不需要在片材612，616之间使用间隔件(例如热冲压钢片214(图1))。一方面，方法500可包括，在块502，去除合金化热镀锌钢612的锌(Zn)涂层。例如，合金化热镀锌钢612的Zn涂层可例如通过激光烧蚀机械去除。可选择地或者另外地，在块502，方法500可包括用过渡材料包覆铝616。一方面，方法500可包括，在块504，使第一片材的至少一部分以一角度凸起。例如，一方面，至少一个铰接或者凸起部分可形成于铝片616中。凸起部分可以一角度从铝片616的边缘向上延伸，所述角度例如但不限于10到30度。

在块506，方法500可包括将至少一个金属箔放置在第一片材的至少一个凸起部分上。例如，一方面，一条金属箔604放置于铝片616的每个凸起部分的外表面上。

在块508，方法500可包括使至少一个金属箔气化以使第一片材的至少一个凸起部分突出到第二片材上。例如，一方面，金属箔604可以气化以使铝片616的凸起部分的一部分突出到合金化热镀锌钢片612，使得在铝片616的内表面和合金化热镀锌钢片612的内表面之间形成焊接602。在这种情况下，焊接可完全地延伸至合金化热镀锌钢片612的边缘。此外，可以理解的是，形成凸起部分允许片材612、616之间的更一致的焊接(例如，没有“环”形)。

方法和相应的设备已经进行了描述，因此具有两个或更多个单个片材的不同材料的成叠片材可以可靠地焊接。所描述的方法和设备考虑到经济、灵活、有效的焊接方案，该方案不要求与利用专业焊接设备和/或替换大多数现用焊接设备有关的成本或者不便之处。

具体实施方式和实施例的上述描述已经出于图示和描述的目的给出。未意欲穷尽或者限于所述形式。根据上述教导，众多改型是可能的。某些改型已经进行了论述，而其他改型是本领域普通技术人员可以理解的。具体实施方式是为了图示各个实施方式而进行选择和描述的。当然，保护范围不限于在此阐述的实施例或者实施方式，而是可由本领域普通技术人员用于许多应用和等同装置中。更恰当地，这意味着保护范围是由所附权利要求书限定的。另外，各种执行实施方式的特征可以结合以形成本公开内容的其他具体实施方式。

Claims (8)

1.一种执行焊接的方法，该方法包括：

向成叠片材施加电流以将成叠片材中的第一片材电阻点焊到成叠片材中的第二片材，其中第二片材是单个车辆结构部件并且包括至少两个切口区域，其中向成叠片材施加电流包括在所述第一片材与所述第二片材之间形成至少两个焊点；

将至少一个金属箔放置在成叠片材中的第三片材的第一侧上；以及

气化所述至少一个金属箔，以使第三片材的至少两部分穿过第二片材的所述至少两个切口区域突出到第一片材，从而在所述第一片材与所述第三片材之间形成多个焊接部分，其中所述第二片材保持焊接至所述第一片材，并且其中所述至少两个焊点与穿过所述切口区域的所述焊接交替排列以在所述第一片材、所述第二片材和所述第三片材之间形成机械联锁。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下中的至少一个：

从第一片材去除第一涂层；

从第二片材去除第二涂层；或者

用过渡材料包覆第三片材。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，施加电流进一步包括：

向成叠片材施加电流以将第一片材的第一侧电阻点焊到第二片材的第一侧。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，气化所述至少一个金属箔进一步包括：

在第三片材的第一侧和第一片材的第二侧之间形成焊接。

5.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括将第二片材的所述至少一个切口区域定位在第二片材的边缘处。

6.一种气化箔致动器焊接（vfaw）部件，该部件包括：

成叠片材中的第一片材，其在多个焊点处被电阻点焊到成叠片材中的第二片材，其中第二片材是单个车辆结构部件并且包括多个切口区域；

成叠片材中的第三片材，其穿过所述多个切口区域被焊接到第一片材，其中焊点和在所述多个切口区域中的焊接的交替形成机械联锁。

7.根据权利要求6所述的部件，其中：

第一片材包括第一种钢，

第二片材包括第二种钢，以及

第三片材包括铝。

8.根据权利要求7所述的部件，其中：

第一种钢是合金化热镀锌钢，以及

第二种钢是热冲压钢。

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