CN104249214A - 用于连接异种材料的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于连接异种金属如钢和铝的装置和方法利用了点焊机。所述金属与抓取在钢之间的铝本体堆叠。来自焊接机的电流所生的热软化了熔点较低的铝，使得所述钢层凹陷，以穿透所述铝并且焊接至相对的钢层。该方法可以用于将具有数层不同材料的堆叠体相连接，并且用于连接不同的结构形状。

Description

用于连接异种材料的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年6月26日提交的名称为Apparatus and Methodsfor Joining Dissimilar Materials(用于连接异种材料的装置和方法)的美国临时申请No.61/839,478的权益，所述文献通过引用的方式完整并入本文中。
技术领域
本发明涉及焊接装置和方法，更具体地说，涉及用于连接异种材料如异种金属的方法。
背景技术
已知用于连接和装配零件或者子组件的各种紧固件、装置和方法，如焊接、铆接、螺纹紧固件等。在一些情况下，会需要经济有效将异种金属如铝零件、部件、层等连接到由其他材料如钢(无涂饰钢、涂层钢、低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢)、钛合金、铜合金、镁、塑料等制成的其他零件、子组件、层等。这些连接问题的解决方案包括与粘合剂和/或阻隔层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的连接处存在原电池效应来维持足够的接头强度，并同时使腐蚀最小化。由于由铝和其他材料生成的金属间化合物会对机械强度和耐腐蚀性产生不利影响，所以通常不在铝和其他材料之间采取直接焊接。在采用直接焊接的情况下，通常是某种类型的固态焊接(摩擦焊、电阻对焊、超声焊等)或者铜焊/钎焊技术，以便最大限度地减少金属间化合物，但是，这种接头的机械性能有时很差或者仅适用于特定的接头几何形状。
在汽车工业中，出于成本和生产周期的考虑(每个单独的接头少于3秒钟且可以由机械手自动地执行)，用于将钢与钢连接起来的当前技术是电阻点焊(RSW)。用于将铝连接至钢上的已知方法包括：使用普通的通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，使用热融自攻丝流钻螺钉(FDS或者商标名称为EJOTS)、搅拌摩擦点焊/连接(FSJ)、摩擦位连接(FBJ)，以及使用粘结剂。这些工艺中的每一种都比钢与钢的电阻点焊(RSW)更具有挑战性。例如，当采用SPR将高强度铝(超过240MPa)连接至钢上时，铝可能在铆接过程中破裂。此外，高强度钢(>590MPa)很难穿透，需要由大型的重型铆枪施加高等级的作用力。FSJ在汽车工业中并没有得到广泛的应用，这是因为接头性能(主要是剥离和交叉张力)相比SPR较差。另外，FSJ要求非常精确的对准和装配。当接头的厚度增加时，该工艺的周期时间可急剧增加，其中，5mm到6mm的接头层叠可能需要7到9秒的总加工时间，这远远超过了制造钢结构时RSW2到3秒的周期时间。FBJ使用消耗性的焊头(bit)并使其旋转通过铝，然后被焊接到钢上。该工艺要求类似于FSJ的非常准确的对准和装配，而且需要大的顶锻力来焊接至钢上。FDS包括将螺钉旋拧到工件上，塑化多个板中的一个，其随后变成与螺钉的螺纹互锁。FDS通常从一侧进行，并且要求与钢板中的定位孔对准，装配复杂且增加了成本。因此，一直希望有用于连接和装配零件或小部件的替代的紧固件、装置和方法。
发明内容
本公开内容的主题涉及用于连接金属件的方法。在第一实施方案中，使用电阻焊将由第一材料制成的第一导电体连接到由与第一导电体的材料相异的第二材料制成的第二导电体上，包括以下步骤：以物理和电接触方式将第一和第二导电体放置在一起，第一材料具有比第二材料更低的熔点；以与第一材料物理和电接触的方式放置由第三材料制成的第三导电体，以形成包括第一导电体、第二导电体和第三导电体的至少一部分的导电堆叠体，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点；施加跨所述堆叠体的电势，感应出流经堆叠体的电流并产生电阻热，所述电阻热使第一导电体的至少部分软化；将第三导电体的软化部分经过第一导电体的软化部分向第二导电体推压；并且在第三导电体的所述部分接触第二导电体后，将第三导电体焊接到第二导电体上。
在本公开内容的另一个方面，第一材料包括铝、镁及其合金中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面，第二材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面，第三材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面，第三导电体的一部分覆盖第一导电体的上涌部分，在推压第三导电体的所述部分经过第一导电体时，上涌部分发生位移。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体、第二导电体和第三导电体在紧邻所述第三导电体被焊接到所述第二导电体的地方呈层的形式。
在本公开内容的另一个方面，所述层是金属薄片。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体、第二导电体和第三导电体中的至少一者呈结构件的形式。
在本公开内容的另一个方面，在直接电阻焊过程中施加所述电势。
在本公开内容的另一个方面，在间接电阻焊过程中施加所述电势。
在本公开内容的另一个方面，在串联电阻焊过程中施加所述电势。
在本公开内容的另一个方面，所述堆叠体包括熔点小于第二和第三导电体的熔点的多个导电体。
在本公开内容的另一个方面，第二导电体和第三导电体是一体的，第二导电体与第三导电体可由折叠区分，并且进一步包括折叠步骤以产生所述折叠和插入步骤以将第一导电体插入到所述折叠中，以在施加跨所述堆叠体的电势的步骤之前产生所述堆叠体。
在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生J形状。
在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生U形状。
在本公开内容的另一个方面，多次进行所述折叠步骤以产生多个折叠。
在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生S形状。
在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生W形状。
在本公开内容的另一个方面，将多个导电体插入到所述多个折叠中。
在本公开内容的另一个方面，所述焊接步骤同时产生多个焊缝。
在本公开内容的另一个方面，所述折叠产生具有二分底部分和顶部分的T形状，所述插入步骤包括将第一导电体插入到所述二分底部分，跨第一导电体和所述二分底部分的堆叠体进行所述焊接步骤。
在本公开内容的另一个方面，进一步实施将另一个导电体连接到所述T形状的顶部分上的步骤。
在本公开内容的另一个方面，在所述推压和焊接步骤中施加的力是可调节，并且进一步包括调节所述力的步骤。
在本公开内容的另一个方面，可以执行调节所述电流和力的步骤以适应不同厚度的第一导电体、第二导电体和第三导电体。
在本公开内容的另一个方面，在施加、推压和焊接步骤期间不穿透第三层和第二层。
在本公开内容的另一个方面，一种具有以物理和电接触方式彼此接近设置的第一导电体、第二导电体和第三导电体的结构，第一导电体比第二和第三导电体具有更低的熔点并且设置在第二和第三导电体之间，第二导电体延伸穿过第一导电体而由电阻焊焊接到所述第三导电体，第一导电体被抓取在第二导电体和第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，所述第一导电体呈长条形槽形式，第二导电体呈如下所述的立股形式，即，其延伸经过所述长条形槽并在限定第三导电体的折叠处自身回折，第一导电体的一部分设置在所述折叠中并通过将第二导电体焊接到第三导电体而固定在所述折叠中。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈板形式，第二和第三导电体呈具有L形截面的梁形式，第一导电体夹在第二和第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，所述结构进一步包括多个板和L形截面的梁。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈I梁形式，第二导电体呈长条形槽形式，所述长条形槽可插入到由第一导电体的I形状限定的中空部分内，并且第三导电体呈板形式，所述板设置在所述I形状的顶部分上。
在本公开内容的另一个方面，所述第一、第二和第三导电体各自为管状，第二导电体能够被共轴插入到第三导电体的至少一部分中，第一导电体具有允许其插在所述第二和第三导电体之间的尺寸。
在本公开内容的另一个方面，第一和第二导电体各自为管状，第二导电体具有允许其插在第一体内部的尺寸，所述第三导电体是抵靠在与所述第二导电体毗邻的第一导电体的外部而设置的板。
在本公开内容的另一个方面，第一和第二导电体具有矩形和圆形截面形状中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈管形式，第二导电体呈板形式，抵靠在所述第一导电体的内部，第一导电体具有开口，所述开口的尺寸允许第二导电体从其插入，第三导电体呈板形式，抵靠在邻近第二导电体的第一导电体的外部，第一导电体夹在第二导电体与第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈长条形槽形式，第二导电体呈槽形式，插入第一导电体的中空部分，第三导电体呈板形式，所述板邻近第二导电体设置，第一导电体夹在第二导电体与第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈长条形槽形式，第二导电体呈管形式，插入第一导电体的中空部分，第三导电体呈板形式，所述板邻近第二导电体设置，第一导电体夹在第二导电体与第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈长条形管形式，第二导电体呈C形托架形式，插入第一导电体的中空部分，第三导电体呈板形式，所述板邻近第二导电体设置，第一导电体夹在第二导电体与第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体具有允许插入焊接电极的孔隙。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体呈管状，第二导电体呈管状，第一导电体具有侧孔隙，所述侧孔隙允许第二导电体以相对于第一导电体成角度的插入，第三导电体呈板形式，所述板邻近所述第二导电体设置，第一导电体夹在第二导电体与第三导电体之间。
在本公开内容的另一个方面，第一导电体具有邻近所述侧孔隙的从其延伸的接头片。
在本公开内容的另一个方面，所述结构进一步包括类似于第二导电体的第四导电体，第二和第四导电体在所述孔隙处斜接并连接。
在本公开内容的另一个方面，将所述结构重复多次以形成桁架结构。
在本公开内容的另一个方面，所述结构进一步包括类似于第二导电体的第四导电体，并且第一导电体具有第二孔隙，第二和第四导电体分别沿偏斜线插入到所述孔隙和第二孔隙中。
在本公开内容的另一个方面，进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层。
在本公开内容的另一个方面，所述涂层是铝合金、镀锌、锌电镀和防腐漆中的至少一种。
在本公开内容的另一个方面，所述涂层是粘合剂。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容，参考与附图结合考虑的示例性实施方案的以下详细描述。
图1是依次显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接三层材料的示意性剖视图。
图2是依次显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接三层材料的示意性剖视图，中间层在每个上侧面上具有涂层。
图3是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接三个结构的示意性剖视图。
图4是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接四个结构的示意性剖视图。
图5是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接五个结构的示意性剖视图。
图6是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接2个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“J”构型。
图7是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接3个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“J”构型。
图8是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接4个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“J”构型。
图9是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接2个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“S”构型。
图10是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接3个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“S”构型。
图11是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接2个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“U”构型。
图12是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接3个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“U”构型。
图13是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接3个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“W”构型。
图14是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接2个结构的示意性剖视图，所述结构之一具有“T”构型。
图15是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊接由4个“L”形托架将4个相交结构组装成“+”构型的示意性剖视图。
图16是显示根据本公开内容的一个实施方案从配合结构形成并通过电阻焊连接的复合梁的示意性透视图。
图17a和图17b分别是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的组装件的分解图和透视图。
图18a和图18b是显示使用“T”形托架将第一结构依次组装到板的示意性剖视图，所述T形托架根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接。
图19和图20是根据本公开内容的一个实施方案待通过电阻焊连接的组装结构的分解图。
图21是图19和图20的结构的组装件的透视图。
图22是图21的组装件的剖视图，所述剖视图沿剖面线22-22截取并沿箭头的方向观察。
图23是根据本公开内容的一个实施方案待通过电阻焊连接的结构的组装件的分解图。
图24是图23中所示的结构的堆叠体的剖视图。
图25是在图24中显示并准备根据本公开内容实施方案焊接的那些结构的替代性结构的堆叠体的示意性剖视图。
图26是在图24中显示并准备根据本公开内容实施方案焊接的那些结构的替代性结构的堆叠体的示意性剖视图。
图27是在图24中显示并准备根据本公开内容实施方案焊接的那些结构的替代性结构的堆叠体的示意性剖视图。
图28是根据本公开内容的一个实施方案待通过电阻焊连接的结构的组装件的分解图。
图29是在图28中显示的待根据本公开内容实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图30是准备根据本公开内容实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图31是准备根据本公开内容实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图32是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的透视图。
图33是用于形成图32组装件的待根据本公开内容的一个实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图34是准备根据本公开内容的一个实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图35是准备根据本公开内容的一个实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图36是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的透视图。
图37是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的透视图。
图38是图37组装件的待根据本公开内容的一个实施方案焊接的结构的堆叠体的示意性剖视图。
图39是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的透视图。
图40和图41是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的分解图和示意性剖视图。
图42和图43分别是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的侧视图和透视图。
图44和图45是根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊连接的结构的组装件的透视图和示意性剖视图。
具体实施方式
图1显示了根据本公开内容的一个实施方案连接三层材料10、12、14。层10、12、14相异，例如，异种金属，如钢和铝。例如，外层10和14可以是钢合金并且中间层12可以是铝合金。如所示，可以将可相互焊接的两个外层10、14经中间层12彼此焊接在一起，以形成层压结构L1。这在标记为A-E的顺序工序中显示。如工序A中所示，这种工艺可以在具有相对电极的常规点焊工作站实施，在工序A中，所述电极的端部16和18在焊接之前接触层10、12、14的堆叠体。在工序B中，由常规焊接机(未示出)施加的相反力F1、F2使端部16、18朝向彼此移动，并且在电极16、18之间施加电势，产生通过所述电极和层10、12、14的电流I。在整个工序B-D施加力F1、F2和电流I，并且各自的大小和持续时间可以根据每个工序的要求而变化。例如，从工序A转变至工序C的过程中为加热/塑化铝层12所需要的电流I可以小于在工序C和D期间出现的将钢层10焊接到钢层14上所需要的电流。同样，可以改变力F1和F2以适合不断变化的加工要求。
电流I将层10、12、14中的每一层加热到这样的温度，在该温度下，铝层12塑化，并且当电极16、18将上层10和下层14朝向彼此推压时，铝层12可以因此被位移/穿透。铝层12由电流I以电阻方式加热并且还通过来自层10、14的传导加热。层10、14具有比铝层12更低的热和电传导性，因此，如下文描述，一般利用适合在钢中产生电阻点焊缝的电阻点焊机所产生的低电流来获得可以用来塑化铝层12以及将层10焊接到层14上所需要的热。由于铝合金层12具有比钢合金层10、14更低的熔点，铝层12达到会聚层10、14能使其产生位移的塑性状态，在力F1、F2和电流I作用下，会聚层10、14在邻近电极16、18处形成会聚凹陷10D、14D(截面为U形)，并使会聚层10、14穿透铝层12。如工序B处所示，层10、14的会聚导致层12在层10、14的会聚区处的铝合金产生位移，从而形成环形增厚(仅在工序B中以虚线示意)，在软化的层10、14中邻近凹陷10D、14D产生上涌部分10U和14U。如工序C和D处所示，层10、14完全会聚，将层12在表面汇聚区10C、14C处的铝合金挤出，于是，层10、14开始在接触区10C、14C处熔化，并且熔融金属区M开始在层10和14的界面处形成。区M是其中层10、14的金属液化并混合的焊接材料或者“熔核”。根据一个实施方案，施加电流I直至焊接区M>3*平方英寸(外层10、14的最小厚度)。如工序E处所示，在工序D处已经完成焊接后，可以移除力F1、F2和电流I，并且撤回电极端部16和18，因此熔融带M硬化形成焊缝W。
如图2中所示，前述工艺过程可以在具有阻隔层20、22的情况下实施，譬如施加于层12的下表面和上表面或者层10、14的表面，以避免与层12接触的预处理表面或者漆料/底漆的粘结层(未示出)，只要该阻隔层不阻止电流I流过，阻碍电阻加热。通过这种方式，被连接的异种金属层10、12、14之间的接触以及不想要的原电池反应和腐蚀都会减少。本公开内容的连接工艺过程归结于在穿透阶段和焊接阶段B-D期间层10、12、14的位移，因此，该工艺过程适合一系列厚度的层10、12、14。
在一个实例中，工序B和C可以具有大小例如从600至2000磅的伴生力FH和大小例如从4,000至24,000安培的电流水平IH，这适合于塑化具有2mm厚度的铝层12并将平均厚度2.0mm的低碳钢层10焊接到1.0mm厚度的780MPa镀锌涂层钢的层14。这些大小的力和电流仅仅是示例性的，并取决于层10、12、14的尺度和组成。从工序B转变到工序C的持续时间可以在0.2到2.0秒的数量级。进一步接着这个实例并使用层10、12、14的相同尺度和特性，工序D可以利用大小例如从500至800磅的伴生力FW和大小例如从6,000至18,000安培的电流水平IW，这适合于使层10、14开始熔化以形成熔融焊接区M。可以将力FW的大小在工序D处改变成大小例如从600至1,000磅的力FT(未示出)和大小例如从3,000至12,000安培的电流水平IT(未示出)以形成扩大的焊接区，以将焊缝回火并使其具有4mm至6mm平均截面直径。完成工序可能需要，例如，0.1至0.5秒。
尽管前面的实例提及外层10、14由钢制成，这些层可以来自其他材料，如钛。同样，中间层12可以是铝合金或者另一种材料，如镁合金。为了穿透中间层如层12，外层10和/或14应当由熔点比加热/穿透阶段(例如，工序B和C(图1))期间被穿透的中间层12更高的材料制成。为了实施焊接阶段，例如，工序D，层10、14必须相容以被电阻焊接。例如，如果层10由高强度(>590MPa)镀锌钢制成，则层14可以由例如标准的低碳钢、高强度钢(>590MPa)或者不锈钢等级制成。
在根据本公开内容实施的焊接操作的一个实例中，市售电动点焊机(如可以从Centerline Welding,Ltd.250kVAAC购得的电阻点焊台式焊接工作站)可以被用来连接三个层10、12、14，如相对于图1显示和上文所描述的，层10和14是0.7mm270MPa镀锌钢，层12是1.5mm7075-T6铝合金。上部电极头16和下部电极头18是标准的市售电极。
因为待连接的层(例如，10、12、14)在焊接期间处于压紧状态，并且受热影响的区域主要限于电极16、18的触着部分，因此本公开内容的一些方面会出现下部变形。结合在一起的层10、12、14中会含有金属间化合物或因穿透中间层12而产生的材料。
在层10和14之间形成的焊缝不穿透邻近焊缝的那些层的表面，保留外观、耐腐蚀性和不透水性。在穿透层12的过程中，例如，在图1的工序B和C处和焊接阶段，工序D，金属间化合物从焊接区M被挤出。本公开内容的方法和装置与为钢薄板电阻焊接开发的常规RSW设备兼容。层10、14可以任选地涂饰(镀锌、合金化热镀锌、热浸、铝化)以改善耐腐蚀性。
本公开内容的焊接过程不需要导孔，但也可以适用于具有导孔的中间层12。导孔也可以用来允许电流穿过介电层如粘结层或抗腐蚀涂层/层20、22。可以根据焊缝留下的空腔的质量保证测量结果，即通过测量空腔尺寸，检验本方法的焊接质量。也可以(在例如层10、14)的侧面上利用超声NDE技术监测焊缝质量。
与FDS(EJOTS)、SPR和SFJ相比，用来连接异种材料层的本公开内容的装置占用空间较小，因此可进入更紧凑的空间。由于层10、12、14在图1的工序B-D期间被加热/软化，本公开内容的装置和方法使用与SPR插入力相比较低的压力。由于不需要用紧固件穿透钢金属，反而使用点焊，本公开内容的方法和装置具有连接高强度铝(对SPR操作期间破裂敏感)和连接高强度钢及超高强度钢的能力。
由于本发明的总体工艺在如何固定组成层/部件方面类似于常规电阻点焊接(RSW)，本公开内容的设备和方法不需要旋转部件并且有利于解决部件配合问题。此外，所述方法可以迅速实施，提供与常规RSW相似的快加工速度。本公开内容的装置和方法可以适于在锻铝和铸铝产品，并且可以用来生产相容性金属接头，而非双金属焊缝，因为将铝焊接到钢时，双金属焊缝可能具有低接头强度。如下所述，本公开内容的装置和方法可以用来连接多层不同的材料。
图3显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接三个结构30、32、34，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，结构32可以是例如由铝合金制成的箱型中空梁，并具有被抓取在L形结构30、34之间的腿部结构32L。可以制造、铸造、锻造或挤出结构32。根据需要，可以沿结构30、32、34的长度产生多条焊缝W。图3示出了结构30、32、34的截面并以立体方式显示。为了描述的简洁性，下文描述的图可以仅显示剖视图。
图4显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接4个结构40、42、44、46，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的2个L形中间结构42、44被抓取在例如由钢制成并在焊缝W处连接的2个L形结构40、46之间。当本文提到时，“钢”应当包括各种类型的钢，包括不锈钢和钛合金。“铝合金”应当包含镁合金。
图5显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接5个结构50、52、54、56、58，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的两个L形中间结构52、56抓取在例如由钢等制成的3个L形结构50、54、58之间。焊缝W1将结构50连接到结构54并且焊缝W2将结构54连接到结构58，分别将结构52和56抓取在其之间。
图6显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接两个结构60、62，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的L形中间结构62被抓取在例如由钢制成的结构60的“J”部分60J中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。在这个实例中，焊缝W在“J“部分60J的相对部分之间形成。
图7显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接3个结构70、72、74，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的两个中间结构72、74被抓取在例如由钢制成的结构70的“J”部分70J中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。焊缝W在“J”部分70J的相对部分之间形成。
图8显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接4个结构80、82、84、86，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的两个中间结构82、86沿结构84(钢)被抓取在例如由钢制成的结构80的“J”部分80J中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。在这个实例中，焊接W1在中间钢结构84和结构80之间形成，焊接W2在中间结构84的另一侧和结构80的J形部分80J之间形成。
图9显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接两个结构90、92，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的中间结构92被抓取在例如由钢制成的结构90的S形部分90S的底部弯曲部90C2中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。在这个实例中，焊缝W1在结构90的弯曲部90C1的相对部分之间形成，焊缝W2在结构90的弯曲部90C2的相对部分之间形成，将结构92抓取其中。
图10是显示根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊接连接3个结构100、102、104的示意性剖视图，结构100具有“S”构型。例如由铝合金制成的中间结构102被抓取在例如由钢制成的结构100的S形部分的顶部弯曲部100C1中。例如由铝合金制成的中间结构104被抓取在结构100的S形部分的底部弯曲部100C2中。结构102和104均被根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在S形部分100S中。焊缝W1在弯曲部100C1的相对部分之间形成，焊缝W2在结构100的弯曲部100C2的相对部分之间形成。
图11显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接两个结构110、112，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的中间结构112被抓取在例如由钢制成的“U”形结构110中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。在这个实例中，焊缝W在U形结构110的相对部分之间形成。
图12显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接3个结构120、122、124，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。例如由铝合金制成的中间结构122、124被抓取在例如由钢制成的“U”形结构120中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。焊缝W在U形结构120的相对部分之间形成。
图13显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接3个结构130、132、134，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。例如由铝合金制成的中间结构132、134被抓取在例如由钢制成的构成W形结构130的U形结构130U1和130U2中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。焊缝W1、W2和W3在构成W形结构130的U形结构130U1和130U2的相对部分之间形成。
图14显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接2个结构140、142，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。在这个实例中，例如由铝合金制成的中间结构142被抓取在例如由钢制成的分叉T形结构140中，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。在这个实例中，焊缝W在T形结构140的相对的底部分140B1和140B2之间形成。
图15显示本公开内容的方法可以用来通过电极16、18施加的电阻焊而连接8个结构150、152、154、156、158、160、162、164，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。例如由铝合金制成的中间结构152、156、160和164被抓取在例如由钢制成的4个L形结构150、154、158和162之间，并且根据本公开内容的一个实施方案通过电阻焊固定在那里。焊缝W1、W2、W3和W4在相对的L形结构150、154、158和162之间形成。
图16显示复合梁170，通过电极16、18施加的电阻焊连接配合结构172(例如由铝制成)和结构174(由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。沿U形部分174U1和174U2的一系列焊缝W1、W2、W3、W4等使结构170固定在一起。
图17a和图17b显示复合梁180，通过电极16、18(未示出)施加的电阻焊连接配合结构182(例如由铝制成)和T形结构184、184'(由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。如对于图14所述，贯穿结构182的部分184B1和184B2的点焊缝可以用来将结构184固定到I梁结构182。相同方案适用于结构184'。插槽S容纳I梁结构182的中心立股C。上部分例如184T可以作为安装法兰用来点焊例如由钢制成的板186，如图17b中的焊缝W所显示。
图18a和18b显示与图17a、17b中所示的结构180具有相似构造的复合结构190，结构190由通过电极16、18施加的电阻焊连接的配合结构192(例如由铝制成)和T形结构194、194'(由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。部分194B1和194B2的点焊缝贯穿延长部分192A(194'具有相似构型)和192B以将结构194、194'固定到结构192。上部分例如194T、194'T可以作为安装法兰用来点焊例如由钢制成的板196，如图18b中的焊缝WS所显示。
图19-22显示复合结构200，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构202(例如由铝制成)、锥形管状结构204(例如由结构钢或铸钢制成)和套环结构206(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。结构204具有底座部分204B、锥形部分204T和在其上面可滑动地安装中空梁结构202的接管头部分204N。在结构202上可滑动地安装套环结构206。点焊缝W贯穿中空梁结构202以使套环结构206连接到接管头部分204N上，因此通过电阻焊将组装件200固定在一起。可以将焊缝W描述为铆钉，所述铆钉将套环结构206和梁结构202铆接到接管头部分204N上。如图20中所示，可以由单焊枪实施这个焊接/铆接操作，通过电极16、18设置在结构200的对侧以在区域A1和A2内同时实施焊接，产生如图22中所示的焊缝W1、W2。同样地，可以同时实现焊缝W3、W4，多条焊缝的同时产生减少为完成焊接/铆接操作所需要的工件/焊接装置再定位操作的次数。
图23和图24显示复合结构210，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构212(例如由铝制成)、由钢制成的管状结构214和板216A、216B(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。结构214可以相对于结构212具有任何给定的长度，但是在描述的实施方案中应当与板材216A、216B重叠，以允许将所述板点焊到结构214上，结构214可以滑动地安装在结构212内部。所产生的复合体210具有结构212、214和216A、216B中每一者的特性。在一个替代性实施方案中，管状结构214可以再分成多个独立管状结构，例如，第一独立管状结构靠近一端设置在空梁212中，其余独立管状结构设置在另一端或者中间位置，允许其他的板216安装在另一端或者中间位置。
图25-27显示图23和图24中所示的复合结构210的变体210A、210B、210C。更具体地，内部结构220(图25)、222(图26)、224(图27)显示三种不同的截面形状。图25和图26显示直接焊接的焊接堆叠体布置，其中电流分别在16A和18A以及16B和18B之间通过。焊接可以是推拉型的，允许同时实现4条焊缝。应指出为了描述的简洁性，在图25和图25之后的图中不显示其中将实施焊接的区域，但是这类区域类似图20的邻近电极16、18的区域A1、A2，在图25-27中邻近电极16A、16B、18A、18B。图27显示一种替代性电极布置，其中电极16A和16B限定一电流通路，所述电流通路包括在堆叠体210C的另一侧上的单电极18A。可选地，中空梁(管状)结构212可以从包裹在内部结构220、222、224周围的薄板形成。
图28和图29显示复合结构220，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构222(例如由铝制成)、板224和多个圆盘226(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。中空梁结构222具有多个开口222H，圆盘226可以经开口222H插入并且与电极18接触，以允许将圆盘226通过梁结构222点焊到板224上。
图30显示复合结构230的堆叠体，所述复合结构230通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构232(例如由铝制成的)、板234和U形件(通道)236(例如由钢制成)形成，所述电极16、18如上文参考图1所描述那样发挥作用。U形件236可以是弹簧加力的，即，U形件可以被偏压以向外扩张并可以摩擦地夹紧中空梁结构232。U形件236可以通过电磁成形、过盈配合、机械接触、结合、紧固、咬接、硬焊等插入到中空梁结构232中。
图31显示复合结构240的堆叠体，所述复合结构240通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构242(例如由铝制成的)、板244和中空梁(管状)246(例如由钢制成)形成，所述电极16、18如上文参考图1所描述那样发挥作用。中空梁246可以通过电磁成形、过盈配合、机械接触、结合、紧固、咬接、硬焊等插入到中空梁结构242中。
图32和图33显示复合结构250，通过电极16、18'施加的电阻焊连接的中空圆柱状梁结构252(例如由铝制成)、板254和中空圆柱状支撑梁结构256(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。板254具有相对于梁结构252互补成型的弧形部分254A。多条焊缝W将板254固定到支撑梁256上。图33显示复合结构250的焊接堆叠体。电极18'具有较大的表面积，从而分散电流和因电阻流引起的热，且并不导致在与梁结构252的界面处发生熔化。电极16具有正常点焊布置，从而它聚集电流和热以形成点焊缝W。
图34显示I梁结构262(例如由铝制成的)、板264和一对槽形梁266A、266B(例如由钢制成)形成的复合结构260的堆叠体，所述槽形梁可以通过如上文参考图1所描述那样发挥作用的电极16、18施加的电阻焊连接到板264上。由于电极16、18均在板264的相同侧面上，可以将焊接布置描述为单面焊接。
图35显示箱形I梁结构272(例如由铝制成的)、板274和一对槽形梁276A、276B(例如由钢制成)形成的复合结构270的堆叠体，所述槽形梁可以通过如上文参考图1所描述那样发挥作用的电极16、18施加的电阻焊连接到板274上。由于电极16、18均在板274的相同侧面上，可以将焊接布置描述为单面焊接。槽形梁276A，276B可以套叠地在一个末端插入梁结构272中，或者开口272O可以设置在梁结构272中以允许插入槽形梁，例如276B。
图36显示了带进入窗282W的中空梁结构282(例如由铝制成)形成的复合结构280，从进入窗282W，可以插入托架284(例如由钢制成)，并且可以插入电极18以进行如上所述的点焊操作，以固定托架284附近的、靠着梁结构282的外表面放置的板或者其他钢构件(未示出)。显示托架286的替代类型设置在梁282的开口端处并且可以执行与托架284相似的功能。
图37和图38显示复合结构290，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构292(例如由铝制成)、板294和中空梁结构296(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。梁结构292具有允许垂直插入梁结构296的开口292O。如图38的焊接堆叠体所示，电极16、18可以被用来将板294经梁292焊接到梁296上。
图39显示复合结构300，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构302(例如由铝制成)、中空梁结构304和板306(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。梁结构302具有允许垂直插入梁结构296的侧开口302O。梁结构302具有邻近开口302O从梁302延伸的翼缘302F。可以将板306经梁302和/或法兰302F焊接到梁304上。
图40和图41显示复合结构310，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构312(例如由铝制成)、中空梁结构314和板316A、316B(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。梁结构312具有允许垂直插入梁结构314的侧开口312O。梁结构312具有邻近开口312O从梁312延伸的翼缘312F(数目是4个)。可以将板316A、316B经梁312和/或翼缘312F焊接到梁314上。图41显示焊接之前结构310的组件的焊接堆叠体。
图42和图43显示复合桁架结构320，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构322(例如由铝制成)、中空梁结构324和板326A、326B(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。梁结构322具有允许插入梁结构324的斜接末端的侧开口322O，在那里它们由焊缝W固定在板326A、326B和结构324之间。
图44和图45显示复合结构330，通过电极16、18施加的电阻焊连接的中空梁结构332(例如由铝制成)、中空梁结构334A、334B和板336A、336B(例如由钢制成)形成，所述电极如上文参考图1所描述那样发挥作用。梁结构332具有允许梁结构334A、334B以一定角度经其插入的侧开口322O，梁334A、334B相对彼此处于斜交取向。通过电阻焊，将梁334A、334B借助板336A、336B焊接到位。与在之前一样，点焊缝贯穿铝结构332，允许钢结构334A、334B焊接到板336A、336B上。
应当理解，本文所描述的实施方案仅是示例性的，在不脱离本公开内容主题的精神和范围的情况下本领域技术人员可以作出许多变化和修改。所有这类变化和修改意在涵盖在权利要求的保护范围内。

Claims (47)

1.一种使用电阻焊接将由第一材料制成的第一导电体连接到由与所述第一导电体的材料相异的第二材料制成的第二导电体上的方法，包括：
以物理和电接触方式将所述第一和第二导电体放置在一起，所述第一材料具有比所述第二材料更低的熔点；
以与第一材料物理和电接触的方式放置由第三材料制成的第三导电体，以形成包括所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体的至少一部分的导电堆叠体，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点；
施加跨所述堆叠体的电势，感应出流经堆叠体的电流并产生电阻热，所述电阻热使所述第一导电体的至少一部分软化；
将所述第三导电体的软化部分经过所述第一导电体的软化部分向所述第二导电体推压；
在所述第三导电体的所述部分接触所述第二导电体后，将所述第三导电体焊接到所述第二导电体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括铝、镁及其合金中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三材料包括钢、钛及其合金中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三导电体的一部分覆盖所述第一导电体的上涌部分，在推压所述第三导电体的所述部分经过所述第一导电体时，所述上涌部分发生位移。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体在紧邻所述第三导电体被焊接到所述第二导电体上的地方呈层的形式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述层是金属薄片。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一导电体、所述第二导电体和所述第三导电体中的至少一个呈结构件的形式。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在直接电阻焊过程中施加所述电势。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在间接电阻焊过程中施加所述电势。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在串联电阻焊过程中施加所述电势。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠体包括熔点小于所述第二和第三导电体的熔点的多个导电体。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二导电体和所述第三导电体是一体的，所述第二导电体与所述第三导电体由折叠可区分，并且进一步包括折叠步骤以产生所述折叠和插入步骤以将所述第一导电体插入到所述折叠中，以在施加跨所述堆叠体的电势的步骤之前产生所述堆叠体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生J形状。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生U形状。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，多次进行所述折叠步骤以产生多个折叠。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述折叠产生S形状。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述折叠产生W形状。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将多个导电体插入到所述多个折叠中。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述焊接步骤同时产生多个焊缝。
21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述折叠产生具有二分底部分和顶部分的T形状，所述插入步骤包括将所述第一导电体插入到所述二分底部分中，并且跨所述第一导电体和所述二分底部分的堆叠体进行所述焊接步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括将另一个导电体连接到所述T形状的顶部分的步骤。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加、推压和焊接步骤中的电流是可调节的，并且进一步包括调节所述电流的步骤。
24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述推压和焊接步骤中施加的力是可调节，并且进一步包括调节所述力的步骤。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，可以执行调节所述电流和所述力的步骤以适应不同厚度的所述第一导电体、第二导电体和第三导电体。
26.根据权利要求1所述的方法，其中在施加、推压和焊接步骤期间不穿透所述第三层和所述第二层。
27.一种层压结构，包括：
第一导电体、第二导电体和第三导电体，以物理和电接触方式彼此接近设置，所述第一导电体比所述第二和第三导电体具有更低的熔点并且设置在所述第二和第三导电体之间，所述第二导电体延伸穿过所述第一导电体而由电阻焊焊接到所述第三导电体上，所述第一导电体被抓取在所述第二导电体和所述第三导电体之间。
28.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈长条形槽的形式，所述第二导电体呈如下所述的立股形式，即，其延伸经过所述长条形槽并在限定所述第三导电体的折叠处自身回折，所述第一导电体的一部分设置在所述折叠中并通过将所述第二导电体焊接到所述第三导电体上而固定在所述折叠中。
29.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈板形式，所述第二和第三导电体呈具有L形截面的梁形式，所述第一导电体夹在所述第二和第三导电体之间。
30.根据权利要求所述29的结构，进一步包括多个板和L形截面的梁。
31.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈I梁形式，所述第二导电体呈长条形槽形式，所述长条形槽可插入到由所述第一导电体的I形状限定的中空部分内，所述第三导电体呈板形式，所述板设置在所述I形状的顶部分上。
32.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一、第二和第三导电体各自为管状，所述第二导电体能够被共轴插入到所述第三导电体的至少一部分中，所述第一导电体具有允许其插在所述第二和第三导电体之间的尺寸。
33.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一和第二导电体各自为管状，所述第二导电体具有允许其插在所述第一体内部的尺寸，所述第三导电体是抵靠在与所述第二导电体毗邻的所述第一导电体的外部的板。
34.根据权利要求33所述的结构，其特征在于，所述第一和第二导电体具有矩形和圆形截面形状中的至少一种。
35.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈管形式，所述第二导电体呈板形式，抵靠在所述第一导电体的内部，所述第一导电体具有开口，所述开口的尺寸允许第二导电体从其插入，所述第三导电体呈板形式，抵靠在邻近所述第二导电体的所述第一导电体的外部，所述第一导电体夹在所述第二导电体与所述第三导电体之间。
36.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈长条形槽形式，所述第二导电体呈槽形式，插入所述第一导电体的中空部分，所述第三导电体呈板形式，所述板邻近所述第二导电体设置，所述第一导电体夹在所述第二导电体与所述第三导电体之间。
37.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈长条形槽形式，所述第二导电体呈管形式，插入所述第一导电体的中空部分，所述第三导电体呈板形式，所述板邻近所述第二导电体设置，所述第一导电体夹在所述第二导电体与所述第三导电体之间。
38.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈长条形管形式，所述第二导电体呈C形托架形式，插入所述第一导电体的中空部分，所述第三导电体呈板形式，所述板邻近所述第二导电体设置，所述第一导电体夹在所述第二导电体与所述第三导电体之间。
39.根据权利要求38所述的结构，其特征在于，所述第一导电体具有允许插入焊接电极的孔隙。
40.根据权利要求27所述的结构，其特征在于，所述第一导电体呈管状，所述第二导电体呈管状，所述第一导电体具有侧孔隙，所述侧孔隙允许所述第二导电体以相对于所述第一导电体成角度的插入，第三导电体呈板形式，所述板邻近所述第二导电体设置，所述第一导电体夹在所述第二导电体与所述第三导电体之间。
41.根据权利要求40所述的结构，其特征在于，所述第一导电体具有邻近所述侧孔隙的从其延伸的接头片。
42.根据权利要求40所述的结构，进一步包括类似于所述第二导电体的第四导电体，所述第二和第四导电体在所述孔隙处斜接并连接。
43.根据权利要求42所述的结构，其特征在于，将所述结构重复多次以形成桁架结构。
44.根据权利要求40所述的结构，进一步包括类似于所述第二导电体的第四导电体并且所述第一导电体具有第二孔隙，所述第二和第四导电体分别沿偏斜线插入到所述孔隙和第二孔隙中。
45.根据权利要求27所述的结构，进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层。
46.根据权利要求45所述的结构，其特征在于，所述涂层是铝合金、镀锌、锌电镀和防腐漆中的至少一者。
47.根据权利要求45所述的结构，其特征在于，所述涂层是粘合剂。
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