CN103084747B - 改进的结构完整性的焊接组件 - Google Patents

Abstract

特征在于改进的结构完整性的焊接组件包括沿第一平面布置的第一部件。第一部件包括第一和第二基本平行的表面，还包括在第一表面上布置的通道。该组件还包括沿第二平面布置的第二部件，其中第二部件包括前边缘。第二部件的前边缘插进第一部件的通道从而在第一和第二部件之间形成了接合面。产生在第二表面的焊缝在接合面处连接第一部件和第二部件，从而形成了组件。所述焊缝可以是搅拌摩擦类型的焊缝。所述焊接组件可以是车辆保险杠支架。还揭露了形成这种焊接组件的方法。

Description

改进的结构完整性的焊接组件

技术领域

本发明涉及一种具有改进的结构完整性的焊接组件。

背景技术

焊接是通过促成聚结（coalescence）来连接材料（通常是金属或热塑性塑料）的加工或过程。这经常通过熔化工作件的基材和增加填补材料以在基材界面形成熔融的材料的熔池（也称为焊接熔池）来完成。基材界面的焊接熔池冷却后产生高强度的焊缝。

根据拟被连接的材料的类型和质量，相同的焊接过程可能耗费/消耗极不相同的总量的能量，以产生稳固耐用的焊缝。此外，消耗更多能量的焊接过程需要更大、更重、更大功率且因此更贵的焊接设备。这种增加的焊接能的消耗趋于降低焊接操作的总体效率，且更由于焊接设备的更高成本和尺寸往往趋于增人家最终完成的组件的有效成本。

一些焊接过程包括在焊接接合面处熔化基材的微观结构，而其他焊接过程被配置为是固态连接过程。固态连接过程的一种类型是搅拌摩擦焊(FSW)。FSW通常用于连接铝制部件，因为与可替换的焊接过程相比，FSW输入更少量的热能并在被连接的部件中产生更小的热变形。

发明内容

特征在于改进的结构完整性的焊接组件包括沿第一平面布置的第一部件。第一部件包括第一和第二基本平行的表面，并包括在第一表面上布置的通道。该组件还包括沿第二平面布置的第二部件，其中第二部件包括前边缘。第二部件的前边缘插进第一部件的通道，从而在第一和第二部件之间形成了接合面。应用于或产生在第二表面上的焊缝在接合面处连接第一部件和第二部件，从而形成了组件。

第一平面可以基本垂直于第二平面。

第二表面上产生的焊缝可以是搅拌摩擦焊缝。这种搅拌摩擦焊缝可穿入通道而不在第一表面显露出来。

在焊缝产生之后，第一部件和第二部件每一个可在接合面处保持各自材料的微观结构。

在第一部件中，孔可连接通道和第二表面。另外，第二部件的边缘可包括被配置为接合该孔的突出部。

第一部件可以是面板，第二部件可以是碰撞吸能盒，它们每一个均用于车辆保险杠系统。因此，焊缝可用于至少部分地连接这种车辆保险杠支架。

第一和第二部件每一个可由铝、镁、钛、铜和钢中的一种形成。

还揭露了形成这种焊接组件的一种方法。

从下文中对实现本发明的最佳模式的有附图的详细描述可知，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势是很明显的。

附图说明

图1是焊接组件的透视图，该焊接组件显示为车辆的保险杠支架结构的一部分；

图2是图1中显示的组件的部件的视图，该部件显示为预连接状态；

图3是当图1-2所示的部件通过搅拌摩擦焊连接起来时的组件的透视图；

图4是组件的透视图，该组件类似于图1-3所示的组件，但部件是由孔和突出部接合起来的，该部件显示为预连接状态；和

图5是阐述了形成图1-3所示的焊接组件的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记代表相同的部件，图1显示了特征在于改进的结构完整性的焊接组件10。焊接组件10显示为是普遍地应用于电动车辆（未示出）的保险杠支撑结构。如图所示，焊接组件10被配置为吸收所属车辆在撞击中可能受到的力。焊接组件10包括在接合面16处连接起来的第一部件或面板12和第二部件或碰撞吸能盒（crash box）14。尽管这里所提供的描述是针对保险杠支架组件的，但是接合面16还可应用于任何需要焊接接头的改进结构完整性的其他组件。

图2显示了面板12和碰撞吸能盒14的预连接状态。保险杠支撑焊接组件10的碰撞吸能盒14是通常布置在所属车辆的周界上的构件。面板12包括第一表面18和第二表面20。因此，表面18和20是面板12的基本平行的相对表面。面板12还包括布置在第一表面18上的通道22。如图1所示，在完全组装的所属车辆上，面板12沿第一平面24布置，而碰撞吸能盒沿第二平面26布置，第二平面26与第一平面24基本垂直。

重新参考图2，碰撞吸能盒14包括当碰撞吸能盒与面板12组装时插入通道22的前边缘28。因此，边缘28插入通道22中形成了面板12和碰撞吸能盒14之间的接合面16。当焊接组件10组装在车辆上时，面板12和碰撞吸能盒14通过任何合适的紧固方式（例如螺钉和螺母）作为一个单元附接至所属车辆的框架（未示出）。如果车辆涉及撞击且车辆的保险杠被破坏但车辆框架中没有发生塑性变形，则这样的构造允许焊接的面板12和碰撞吸能盒14便利地拆解和更换。参考图3，在组件10的形成过程中，通过产生在或应用在第二表面20上的焊缝30，面板12在接合面16处连接至碰撞吸能盒14。碰撞吸能盒14被设计为在冲击力的作用下以受控制的方式垮塌，从而在冲击传送至车辆框架内的乘客车厢部分之前将大部分力吸收。如图3所示，在接合面16处连接面板12和碰撞吸能盒14的焊缝30是通过搅拌摩擦焊(FSW)过程产生的。

FSW是对金属（例如钢、铝、镁、钛和铜）所形成的部件的固态连接过程。FSW之所以称为固态焊接过程是因为其在部件的连接过程中没有让基础金属结构熔化。因为在FSW中没有熔化基础金属结构，该过程特别适用于在组件完成之后需要保持最初的金属特性不变的应用。因此，FSW经常用于形成大的组件，这种组件在已经完成焊接之后不易于通过热处理来恢复材料回火特性。

如图3所示，可使用抗磨损的圆柱形带凸肩焊头32在接合面16处产生搅拌摩擦焊缝。为了产生焊接组件10，首先将碰撞吸能盒14和面板12对接或装配在一起。通过在接合面16处将边缘28插入通道22以将碰撞吸能盒14和面板12装配在一起之后，焊头32与第二表面20接合在其上产生焊缝30。焊头32进而以大致不变的速度旋转，并以大致不变的横向速率向接合面16进给。

摩擦能会产生在碰撞吸能盒14和面板12的材料与焊头32之间。这种摩擦能——连同接合面16处碰撞吸能盒14和面板12的材料内部的机械混合过程产生的能量一起——使得被搅拌的材料在没有达到它们各自的熔点时即软化。进而，在接合面16处焊接面板12和碰撞吸能盒14时，被搅动材料的软化允许焊头32沿第二表面20在塑化金属池内移动。

在搅拌摩擦焊缝30的产生过程中，焊头32旋转并沿第二表面20进给。在焊头32如此旋转且沿第二表面20进给时，焊头的前面34迫使塑化的金属去往焊头的后侧36，同时施加可观的锻压力来巩固接合面16处的焊接材料。因此，通过在接合面16处面板和碰撞吸能盒固态下的强烈塑性变形促进了面板12和碰撞吸能盒14的焊接，随后以该基材的动态再结晶而结束。因此，尽管焊缝30造成了面板12和碰撞吸能盒14的基材的塑性变形和搅拌，但是由此得到的连接仍然能保持面板和碰撞吸能盒在接合面16处的各自的材料微观结构。

由于通道22内的边缘28所形成的接合面16，可以相对于第一表面18更可靠地控制焊缝30所产生的被摩擦搅动的区域的布置。相应地，产生焊缝30的该过程可以足够稳固，以一致地穿入通道22并连接面板12和碰撞吸能盒14，而焊缝不会偶尔地接近第一表面18或在第一表面18上显露出来。如对搅动摩擦所焊接的组件的测试中观察到的，焊缝30对第一表面18的这种偶尔穿透会产生不一致的结构完整性的焊接组件。因此，保持第一表面18不被受摩擦搅动的区域干扰的能力提供了改进的结构完整性的焊接组件10。为清楚起见，图3示出了焊缝30，其在通道22内巩固面板12和碰撞吸能盒14的材料，但保持与第一表面18充分的远离。

图4显示了预连接状态的焊接组件40。处于其完成状态的所述焊接组件40与图1-3所示的焊接组件10类似。焊接组件40包括面板42和碰撞吸能盒44，它们分别类似于焊接组件10的面板12和碰撞吸能盒14。然而，面板42包括将通道22和第二表面20连接的孔46，碰撞吸能盒44的边缘28包括突出部48。所述突出部48被配置为在面板42和碰撞吸能盒44组装以形成接合面50的过程中接合孔46。采用孔46和突出部48是为了在焊缝30产生之前使面板42和碰撞吸能盒44更有效的互锁。另外，孔46和突出部48沿着焊头32在接合面50处产生焊缝30时的路径定位，从而孔和突出部成为被摩擦搅动的区域的一部分。

图5显示了形成焊接组件10的方法60。尽管在这里方法60是参考图1-3所示的焊接组件10来描述的，但是其同样可应用于图4所示的焊接组件40。该方法开始于图框62，即在第一部件（在所描述的实施例中即面板12）的第一表面18形成通道16。在第一表面如此形成通道22可通过任何合适的金属切削过程（例如铣削）来完成。

在框62之后，方法进行至框64，即将第二部件（在所描述的实施例中即碰撞吸能盒14）的前边缘28插入通道22，进而形成接合面16。因此，在图框64中，面板12和碰撞吸能盒为进一步加工而对接。在图框64之后，方法进行至图框66，其包括通过在第二表面20产生的焊缝39在接合面16处将面板12和碰撞吸能盒14连接起来，从而形成组件10。

如图1-3所示，该方法可包括，在通过焊头32产生摩擦搅拌区域的同时让焊缝30穿入通道22，但焊缝30不在第一表面18显露出来。因此，在焊缝30产生后，面板12和碰撞吸能盒14在接合面16处可各自保持各自材料的微观结构。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (7)

1.一种焊接组件，该组件包括：

第一部件，沿第一平面布置，其中第一部件包括第一和第二基本平行的表面，并包括在第一表面上布置的通道；

第二部件，沿第二平面布置，该第二部件具有前边缘，

其中：

第二部件的前边缘插进第一部件的通道中，从而在第一和第二部件之间形成接合面；

第二表面上产生的搅拌摩擦焊缝在接合面处连接第一部件和第二部件，从而形成组件；和

搅拌摩擦焊缝穿入通道，同时保持与第一表面充分远离而不从第一表面显露出，

其中一孔连接通道和第二表面，第二部件的前边缘包括被配置为接合所述孔的突出部，以使所述孔和突出部成为搅拌摩擦接合面的部分。

2.如权利要求1所述的组件，其中第一平面与第二平面基本垂直。

3.如权利要求1所述的组件，其中在焊缝产生之后，第一部件和第二部件每一个保持各自材料的微观结构。

4.如权利要求1所述的组件，其中第一部件是面板，第二部件是碰撞吸能盒，它们每一个都用于车辆保险杠系统。

5.如权利要求1所述的组件，其中第一和第二部件由铝、镁、钛、铜和钢中的一种形成。

6.一种形成焊接组件的方法，该方法包括：

在第一部件的第一表面上产生通道，其中第一部件沿第一平面布置并包括基本平行于第一表面的第二表面；

在第一部件上形成用于连接通道和第二表面的孔，

在第二部件的前边缘上形成突出部；

接合突出部与孔；

将第二部件的前边缘插入通道中，使得第一和第二部件之间形成接合面；和

由第二表面上产生的搅拌摩擦焊缝在接合面处连接第一部件和第二部件，该搅拌摩擦焊缝穿入通道，同时保持与第一表面充分远离而不从第一表面显露出，从而形成组件，并且所述孔和突出部成为搅拌摩擦接合面的部分。

7.如权利要求6所述的方法，其中焊缝产生之后，第一部件和第二部件每一个保持各自材料的微观结构。