CN104842059A - 使用凸起电阻点焊钢和铝工件 - Google Patents

Abstract

一种将钢工件和铝或铝合金工件（“铝工件”）电阻点焊在一起的方法包括多个步骤。在一个步骤中，提供工件堆叠体。所述工件堆叠体包括钢工件和铝工件。另一个步骤包括：在钢工件中形成凸起。在另一个步骤中，提供第一和第二焊接电极。又一个步骤包括：将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧。另一个步骤包括：对工件堆叠体进行一个或多个独立电阻点焊。

Description

使用凸起电阻点焊钢和铝工件

技术领域

本公开的技术领域总体上涉及电阻点焊，并且更具体地涉及电阻点焊钢工件和铝（Al）或铝合金工件在一起。

背景技术

电阻点焊是在许多行业中使用的过程，以将两个或更多个金属工件结合在一起。例如，汽车行业，在车门、发动机罩、后备箱封盖或提升门以及其它车辆部件的制造期间，通常使用电阻点焊以将片材金属层结合在一起。多个独立电阻点焊件通常沿着片材金属层的外围区域或一些其它位置形成以保证车辆部件结构完好。虽然点焊已经通常被执行以将某些相似成分的金属工件结合在一起，例如钢-钢和铝合金-铝合金，但是将较轻重量材料纳入到车辆平台中的需求已经产生了对通过电阻点焊将钢工件结合到铝或铝合金（为了简便起见在下文合称为“铝”）工件的兴趣。

通常，电阻点焊依靠电流流动通过接触的金属工件并穿过它们的结合界面的电阻以产生热量。结合界面通常是工件的面对和邻接界面。为了实现电阻焊接过程，通常一对相对的焊接电极在预定的焊接部位夹紧在工件的相对侧上处于对齐点上。瞬变电流随后从一个焊接电极穿过工件到另一个焊接电极。该电流流动的电阻在工件内以及它们的结合界面处产生热量。当待焊接金属工件是钢工件和铝工件时，在结合界面处产生的热量在铝工件中产生熔化焊池。该熔化焊池湿化钢工件的相邻表面，并且在电流流动停止时，凝固成为焊接熔核。在点焊过程完成之后，焊接电极从其相应工件表面缩回，且点焊过程在另一个焊接部位处重复。

将钢工件和铝工件电阻点焊在一起存在某些挑战。这些金属具有趋向于破坏点焊过程的相当大的差异。举例来说，铝工件具有覆盖其表面的氧化物层。氧化物层通过在研磨过程中执行的过程（例如，退火、溶液处理和铸造）以及暴露于环境产生。当在结合界面处存在时，已经发现氧化物层可能干扰铝工件中启动的熔化焊池材料在点焊中不会湿化相邻钢工件表面。通常，合适的湿化有助于确保工件之间建立的接头的总体强度和完整性。

此外，钢具有相对高的熔点和相对高的电阻，而铝具有相对低的熔点和相对低的电阻。由于这些差异，在点焊时电流流动期间铝比钢在低得多的温度下更快地熔化。在电流流动停止后铝还比钢更快地冷却。因此，在两种金属之间控制热平衡以使熔化焊池能够快速启动、以受控方式生长，且然后凝固以产生结构上完好的焊接熔核可能成为挑战。已发现，使用通常用于电阻点焊钢-钢或铝-铝工件的标准工业实践，熔化焊池的冷却相对快速且不受控，从而在最终形成的焊接熔核中形成缺陷。冷却造成如下缺陷，例如缩孔、气孔、氧化物残渣、和朝向结合界面的微裂纹。此外，由于钢工件相对更高的电阻引起的钢工件中的升高的温度有益于在结合界面处脆性铁（Fe）-Al金属间层的生长。

焊接缺陷和脆性金属间层两者在结合界面处沿结合界面共同存在的上述条件已经显示出降低最终形成的焊接熔核的剥离强度并且减弱工件之间建立的接头的总体完整性。

发明内容

一种将钢工件和铝工件电阻点焊在一起的方法包括多个步骤。步骤的精确顺序可以变化。在一个步骤中，提供工件堆叠体。所述工件堆叠体包括钢工件和铝工件。在另一个步骤中，在钢工件中形成凸起。取决于凸起，形成可包括多个过程。在又一个步骤中，提供第一和第二焊接电极。第一焊接电极在凸起处总体上面对钢工件，第二焊接电极总体上面对铝工件。在另一个步骤中，第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧。在另一个步骤中，在凸起处对工件堆叠体进行一个或多个独立电阻点焊。

一种用于电阻点焊的焊接电极和工件堆叠体组件，包括：第一焊接电极、第二焊接电极、钢工件和铝工件。所述钢工件总体上面对第一焊接电极，且具有突出到钢工件表面之上的凸起。所述凸起的最大范围具有的值小于第一焊接电极的焊接面的直径。铝工件在工件的一侧总体上面对第二焊接电极，且在铝工件的相对侧总体上面对钢工件。

方案1. 一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括：

提供工件堆叠体，所述工件堆叠体包括钢工件和铝或铝合金工件；

在钢工件中形成凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上；

提供第一焊接电极和第二焊接电极，所述第一焊接电极在凸起处总体上面对钢工件，所述第二焊接电极总体上面对铝或铝合金工件；

将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧；以及

在凸起处对工件堆叠体进行至少一个独立电阻点焊。

方案2. 根据方案1所述的方法，其中，在将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上夹紧后，所述凸起增强了在凸起处施加到钢和铝或铝合金工件的夹紧压力，且有助于穿透面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

方案3. 根据方案1所述的方法，其中，所述凸起在电阻点焊事件期间将在第一和第二焊接电极之间交换的电流流动集中在凸起处，且凸起利于电流流动通过面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

方案4. 根据方案1所述的方法，其中，在进行至少一个独立电阻点焊后，所述凸起将热量生成聚集在凸起处，且所生成的热量改变了经由至少一个独立电阻点焊产生的焊池的凝固行为。

方案5. 根据方案1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的金属加工过程来形成凸起。

方案6. 根据方案1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的熔化过程来形成凸起。

方案7. 根据方案1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的冷喷涂过程来形成凸起。

方案8. 根据方案1所述的方法，其中，凸起的最大范围值小于第一焊接电极的横截面的直径。

方案9. 根据方案8所述的方法，其中，凸起的最大范围是大约3毫米（mm）的直径。

方案10. 根据方案1所述的方法，其中，凸起在横截面轮廓中具有大致圆顶形状。

方案11. 根据方案1所述的方法，其中，凸起突出到钢工件的内表面之上，所述内表面面对铝或铝合金工件。

方案12. 根据方案1所述的方法，其中，凸起突出到钢工件的外表面之上，所述外表面面对第一焊接电极。

方案13. 根据方案1所述的方法，还包括：

在进行至少一个独立电阻点焊之后，将工件堆叠体从第一和第二焊接电极拿开；

提供第二工件堆叠体，所述第二工件堆叠体包括第一钢工件和第二钢工件，或者包括第一铝或铝合金工件和第二铝或铝合金工件；

将第一和第二焊接电极在第二工件堆叠体上夹紧；以及

对第二工件堆叠体进行至少一个独立电阻点焊。

方案14. 一种用于将工件堆叠体电阻点焊在一起的焊接电极和工件堆叠体组件，所述组件包括：

第一焊接电极；

第二焊接电极；

钢工件，所述钢工件总体上面对第一焊接电极，所述钢工件具有凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上，所述凸起的最大范围具有的值小于第一焊接电极的焊接面的直径；和

铝或铝合金工件，所述铝或铝合金工件在一侧总体上面对第二焊接电极，且在相对侧总体上面对钢工件。

方案15. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，凸起突出到钢工件的内表面之上，所述内表面面对铝或铝合金工件。

方案16. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，凸起突出到钢工件的外表面之上，所述外表面面对第一焊接电极。

方案17. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，凸起的最大范围是大约3毫米（mm）的直径。

方案18. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，在进行电阻点焊期间，在将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上夹紧后，所述凸起增强了在凸起处施加到钢和铝或铝合金工件的夹紧压力，所述凸起有助于穿透面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

方案19. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，在进行电阻点焊期间，所述凸起将在第一和第二焊接电极之间交换的电流流动集中在凸起处，且凸起利于电流流动通过面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

方案20. 根据方案14所述的焊接电极和工件堆叠体组件，其中，在进行电阻点焊期间，所述凸起将热量生成聚集在凸起处，且所生成的热量改变了经由电阻点焊产生的焊池的凝固行为。

附图说明

图1是电阻点焊组件的侧视图；

图2是不使用如以下说明书详述的凸起经由电阻点焊过程形成的焊接熔核的微观结构；

图3是在测试期间铝工件已经从钢工件剥离之后电阻点焊件处的钢工件的照片图，钢工件没有如以下说明书详述的凸起；

图4是焊接电极和工件的侧视图，工件中的一个具有在其中形成的凸起的实施例；

图5是焊接电极和工件的侧视图，工件中的一个具有在其中形成的凸起的另一个实施例；

图6是使用如以下说明书详述的凸起经由电阻点焊过程形成的焊接熔核的微观结构；

图7是在测试期间铝工件已经从钢工件剥离之后电阻点焊件处的钢工件的照片图，钢工件具有如以下说明书详述的凸起；

图8是示出了铝电阻点焊最小所需的平均焊接强度以及由于使用如以下说明书详述的凸起引起的平均焊接强度的曲线图；

图9A是在工件中形成凸起的一个步骤的侧视图；和

图9B是形成图9A的凸起的另一个步骤的侧视图。

具体实施方式

本说明书中详述的方法和组件解决了当在包括铝工件和钢工件的工件堆叠体上进行电阻点焊时遇到的多个挑战。尽管在下面进行了更详细的描述，但是总体上所述方法和组件能够穿透在铝工件上存在的氧化物层，从而有助于确保铝和钢工件之间的合适湿化。所述方法和组件还改变生成的焊池的凝固行为，并且因此限制或完全排除缺陷沿工件堆叠体的结合界面横向地传播。此外，所述方法和组件能够最小化结合界面处形成的Fe-Al金属间层的大小和厚度，且可以妨碍结合界面处的微裂纹的传播。当然，其他改进是可能的，且不是所有这些改进都需要在下文详述的所有方法和组件中展现。一起采用或单独采用，这些措施帮助保持在铝和钢工件之间形成的凝固焊接熔核的适当的剥离强度，并且帮助确保工件之间建立的接头的总体强度和完整性。

术语“工件”及其钢和铝变型在该说明书中广泛地用于指代片材金属层、铸件、挤压件或能电阻点焊的任何其它构件。在该说明书中使用的术语“铝”包括铝材料和铝合金材料，如下文详述。此外，在该说明书中提供的数值范围意在包括其外界和端部极限值。最后，虽然在车身部件的环境中描述，但是详述的方法和组件可以适合于其它环境，例如工业设备应用。

图1显示焊接电极组件10的一个示例，该焊接电极组件10能够用于电阻点焊工件堆叠体12，该工件堆叠体12包括叠置在彼此之上的钢工件14和铝工件16。尽管图1中没有示出，而是两个工件，工件堆叠体12能够包括单个铝工件和一对钢工件，以及其他可能性。钢工件14可以是镀锌低碳钢、镀锌先进高强度钢（AHSS）、铝涂层钢、低碳钢、裸露钢、或另一类型的钢。可以用作钢工件14的一些更特定类型的钢包括但不限于：无间隙原子（IF）钢、双相（DP）钢、转变感生塑性（TRIP）钢、和压力硬化钢（PHS）。另一方面，铝工件16能够是铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金、铝锌合金、铝金属或另一类型的铝。可以用作铝工件16的一些更特定类型的铝包括但不限于：5754铝镁合金、6022铝镁硅合金、7033铝锌合金、和Al-10Si-Mg铝压铸合金。此外，铝合金可以涂有锌或转化涂层，典型用于提高粘接结合性能。任选地，工件可包括通常用于电阻点焊操作的焊穿（weld-through）粘接剂或密封物。钢和铝工件14、16的每一个能够具有厚度尺寸，范围在大约0.3毫米（mm）与6.0mm之间，在大约0.5mm与4.0mm之间，并且更窄地在0.6mm与2.5mm之间；其他厚度尺寸是可能的。术语“大约”在本文用于表示在本领域中通常可接受的制造公差内。

仍然参考图1，焊接电极组件10通常是更大的自动焊接操作的一部分，包括第一焊枪臂18和第二焊枪臂20，其在机械和电气上构造成重复形成电阻点焊件，如电阻点焊技术通常理解的那样。如同附图所示的其它部件那样，焊枪臂18，20被示意性地示出，且其精确设计和结构将不同，如本领域技术人员已知的那样。第一焊枪臂18能够具有固定第一焊接电极24的第一电极座22，并且相似地第二焊枪臂20能够具有固定第二焊接电极28的第二电极座26。焊接电极24、28可以由适当的铜合金材料构成，例如一般按照标号C15000的铜锌合金；当然，其它材料是可能的。如通常已知的那样，当进行电阻点焊时，焊枪臂18、20在焊接部位30夹紧它们各自的焊接电极24、28抵靠叠置工件14、16的相对侧和外表面，伴随电极的焊接面跨过彼此对齐。结合界面32位于钢和铝工件14、16之间，位于工件的面对并邻接的内表面处。

图2图示了没有使用如以下详述的凸起经由电阻点焊过程形成的焊接熔核34的微观结构。虽然适当的焊接熔核可以不使用凸起在一些情况下形成，但是在这个示例中缺陷D被发现在结合界面32处并沿着结合界面32横向地扩散。除了其他可能性以外，缺陷D可以包括缩孔、气孔、氧化物残渣以及微裂纹。已经发现当沿着结合界面32存在并横向扩散时，缺陷D可以降低焊接熔核34的剥离强度，并且更具体地可能不利地影响和削弱钢和铝工件14、16之间建立的冶金接头的总体完整性。此外，除了缺陷D之外，一个或多个Fe-Al金属间层（未示出）会在钢和铝工件14、16之间在结合界面32处生长。Fe-Al金属间层能够包括FeAl₃、Fe₂Al₅、Fe₂Al₇，以及其他化合物，并且当其存在时通常是硬且脆性的。另外在这里，Fe-Al金属间层能够对工件14、16之间建立的接头的总体完整性具有不利影响。

尽管没有意图被束缚于因果关系的特殊理论，但是当前相信的是缺陷D沿着结合界面32横向传播很大程度上是由于焊接熔核34的凝固行为引起的。也就是，由于两种金属的不同物理属性（即，钢的大得多的电阻和热阻），热不平衡能够在热得多的钢工件14和较冷的铝工件16之间产生。钢因此用作热源，而铝用作热导体。在铝工件16处的熔化焊池从其与通常较冷的（例如，水冷）焊接电极短时间接触的外表面朝向其内表面和朝向结合界面32冷却和凝固。凝固前锋的路径和方向在图2中总体上由虚线箭头P表示，而焊接熔核34的边界总体上由虚线B表示。路径P指向结合界面32并且倾斜边界B是朝向结合界面凝固的结果。这样指向，随着凝固前锋沿着路径P前进，任何缺陷D可被朝向结合界面32驱动，并且可以结束在结合界面处沿着结合界面横向地定位。

目前还相信的是，不希望的凝固行为以及附随的缺陷沿结合界面32横向传播是部分地由于未集中的电流流动和大范围的热量生成H。热量生成H的范围在图2中通过竖直虚线H之间获得的水平区域表示。在电阻点焊的进行中，电流流动和热量生成H延伸跨过结合界面32处的相对宽的宽度。此外，目前相信的是Fe-Al金属间层的生长部分地或更多地是由于在电阻点焊过程期间钢工件14经历的温度升高。

图3是在剥离强度测试期间铝工件16已经从钢工件14物理地剥离之后钢工件14上的电阻点焊件RSW的照片图。在该实例中，钢工件14没有如下文所述那样的凸起。剥离强度测试通常包括在工件通过电阻点焊结合在一起之后将一个工件拉离另一个工件，直到工件被完全拉开且彼此分开。图3的照片图是钢工件14的内表面36的，即，在铝工件16被剥离钢工件之前在其结合界面32处面对铝工件的内表面。在该剥离强度测试中，钢和铝工件14，16沿其结合界面32分开，意味着接头在该界面处失效。结合界面32是在照片图中显示的较深的圆形。这通常认为是不可接受的电阻点焊件，因为焊接件的最弱部分通过剥离强度测试被确定在结合界面32处。目前相信的是，结合界面32处的失效是由于如下中的一个或多个：i）由于在铝工件内表面上存在的氧化物层，钢和铝工件14，16之间的不合适湿化，ii）缺陷沿结合界面横向地传播，如图2所示那样，和/或iii）在结合界面处形成Fe-Al金属间层。

现在参考图4和5，为了着手和一些情况下解决上述缺陷中的一个或多个，凸起38在钢工件14中在未来焊接部位处形成。在图4的实施例中，凸起38位于内表面36处且突出到紧密环绕凸起38的内表面部段之上。内表面36直接面对铝工件16的内表面42。当带到一起用于电阻点焊时，内表面36，42彼此邻接或几乎邻接，以构成钢和铝工件14，16之间的结合界面32。在该实施例中，由于凸起38，凹口44在钢工件14的外表面46中形成。在此，凹口44直接面对第一焊接电极24的焊接面48。与钢工件14不同，铝工件16在附图所示的部段没有类似的凸起或凹口。在图5的实施例中，凸起38位于外表面46处且突出到紧密环绕凸起的外表面部段之上。由于突出的凸起38，凹口44在内表面36中形成。在此，凸起38直接面对第一焊接电极24的焊接面48，而凹口44直接面对铝工件16的内表面42。

在该说明书中详述的任何实施例中，凸起38可以突出到其紧密环绕表面（内或外表面）竖直上方不同量。例如，凸起38可以突出至小于其附随的工件的厚度的高度（例如，对于1mm厚的工件，小于1mm），或者更具体地可以突出至大于0.1mm的高度。当然，凸起38的其它竖直高度是可能的。

当在内表面36（图4的实施例）或外表面46（图5的实施例）处从上方看时，凸起38可以具有不同的形状。在附图的实施例中，凸起38具有大致圆顶形状，但是也可以成形为方形、矩形、椭圆形、三角形、无穷大符号或一些其它形状。在这些示例中的任一个中，跨越凸起38的最大范围A可以小于焊接面48的直径C（尺寸A和C在图4中示出）。在一些实例中，满足该关系有利于在上文简要描述且在下文更详细描述的可能改进，但是不是所有的凸起实施例都需要满足该关系。在圆顶形状的示例中，最大范围A是圆顶的直径，且可以具有大约3.0毫米（mm）的值，或者可以具有一些其它值。且在一些示例中，焊接面48的直径C可以具有在大约6mm和12mm之间范围的值；当然，其它直径值是可能的。作为另一个示例，方形形状的最大范围将是其角对角的对角长度。

凸起38通过利于穿透在铝工件的内表面42上存在的氧化物层而促进钢工件14和铝工件16之间的合适湿化。已经确定，穿透通过集中的电流流动、聚集的热量生成或更有力的物理接合、或者这些的组合而引起。在第一和第二焊接电极24，28之间交换的电流流动穿过钢工件14且最初经由凸起38穿过铝工件16。这在图5中通过虚线E绘出。这是比在没有凸起38的情况下发生的更集中的电流流动，因为凸起提供比没有凸起的情况下更窄的电流路径。在没有凸起的情况下，表示电流流动的虚线E将在图5中具有更大的水平间距。更集中的电流流动更容易穿透内表面42处的氧化物层。

类似地，响应于电流流动在钢和铝工件14，16处产生的热量更聚集。这也在图5中通过虚线E粗略地表示。聚集的热量生成响应于集中的电流流动，且更容易穿透内表面42处的氧化物层。最后，取决于其准确设计，凸起38可以在内表面42处更有力地接合氧化物层，从而穿透它们。在图4的示例中，当焊接电极24，28跨过工件堆叠体10夹紧时，施加到凸起38上的力物理地将凸起处的较硬的钢驱动到较软的铝工件16中。内表面42处的氧化物层因而被破坏和破裂。在图5的示例中，在夹紧之后，凸起38可以在施加的力下变形。凸起38可以以朝向内表面42的方向变平，且甚至可以物理地驱动到铝工件16中，以破坏和破裂氧化物层。在一个具体示例中，图5的凸起38可以变形为突出到内表面36之上的环形；所述环驱动到较软的铝工件16中，且穿过任何存在的氧化物层。图4的凸起38在施加的力下也可以稍微变平。这些作用，在单独或者所有一起发生时，促进铝上的氧化物层的破裂以及钢工件14和铝工件16之间的合适湿化。

除了穿透氧化物层之外，凸起38及其附随的集中电流流动和聚集的热量改变了形成焊接熔核34的熔化焊池的凝固行为，从而限制或者完全排除缺陷沿结合界面32横向传播。如图6所示，任何缺陷D朝向焊接熔核34的中心区域迁移且停留在此，而不是沿结合界面32横向地迁移。由于电流流动更集中且热量更聚集，图6中热量生成H的范围延伸跨过比图2更窄的宽度。换句话说，电流流动和热量生成在图6（有凸起38）中比图2（没有凸起38）更竖直，且较不水平。这改变了在熔化焊池凝固以在铝工件16内变为焊接熔核34时熔化焊池的冷却作用。熔化焊池从铝工件16的外部区域朝向中心区域冷却和凝固。凝固前锋的路径和方向在图6中总体上由虚线箭头P表示。在图6中的凝固中，任何缺陷D因而朝向中心区域迁移且停留在此，且一定程度上在单个点处，与沿结合界面32在多个点处横向地（即，在图6中水平地）传播不同。

此外，集中的电流流动和聚集的热量生成允许在焊接电极24，28之间交换的电流水平的减小。因而，减少所产生的总热量。这最小化Fe和Al之间的扩散，从而最小化在结合界面32处可能形成的任何Fe-Al金属间层的大小和厚度。已经确定，Fe-Al金属间层的大小和厚度越大，所述层越脆性。此外，在存在非线性和非一致结合界面32（如图4的实施例）的实施例中，抑制了微裂纹传播。微裂纹是不希望缺陷D中的一种。通常，微裂纹趋于在横截面中显现为直线的平面中自然地向前传播。由于在一些实例中凸起38引入非平面和非一致的结合界面32，否则可能传播的微裂纹被抑制传播。

这些作用（穿透的氧化物层、改变的凝固、最小化的Fe-Al金属间层、和抑制的微裂纹），在单独、组合或者全部一起发生时，最终有助于获得合适的剥离强度且有助于确保在钢和铝工件14，16之间建立的接头的总体强度和完整性。图7是类似于图3的照片图。然而，在该情况下，剥离强度测试在带有如上文所述的凸起的钢工件上进行。钢和铝工件14，16不像图3那样完全在其结合界面32处分开，而是结合界面保持在焊接熔核34处且将所谓的按钮F拉离铝工件16。按钮F是铝工件16的构件，在被拉出工件时，在铝工件中留下孔。这表示钢和铝工件14，16之间的接头具有合适的强度和完整性。

图8显示以带有凸起的钢和铝工件之间建立的接头的剪切负载计的平均焊接强度是最小所需焊接强度的超过两倍（2×）。在曲线图中，以磅（lb）测量的平均焊接强度沿y轴绘出。在该示例数据中所需的最小平均焊接强度对于铝电阻点焊件是大约300磅（左手边柱状图），而带有凸起的接头展现大约670磅（右手边柱状图）的平均焊接强度。焊接接头的这种剪切强度（即，右手边柱状图）显著地大于相同规格的铝合金工件的SAE航空材料规定AMS-W-6858A所规定的最小所需剪切强度300lb（即，左手边柱状图）。曲线图的平均焊接强度通过在如图4和5所示的工件14，16上进行剪切测试来确定。当然，不是所有的测试将必须产生如图8那样的数据；不同的凸起实施例将产生高于和低于670磅的平均焊接强度，且最小所需平均焊接强度可以高于和低于300磅。

在附图未示出的实施例中，凸起可以采用不同形式，而仍然提供上文所述有益作用中的一个或多个。例如，凸起可以沉积固定到内表面36且从内表面36延伸，可以是钢工件内表面上的压花图案，或者可以是一些其它结构。术语“凸起”在本文广泛地用作涵盖所有这些形式的属类术语。取决于实施例，凸起38可以通过不同过程在钢工件14中形成。对于图4和5的实施例，凸起38可以通过金属加工过程形成，例如冲压或模压过程。冲压过程在图9A和9B中示意性地示出。压床50包括在下部压机54上有力地向下驱动的上部压机52。上部压机52将钢工件14的一部分移位到凹部56中，从而形成凸起38。这些类型的冲压过程以及其它是熟知的。其它成型过程包括用于进行沉积实施例的冷喷涂技术或者熔化技术（例如激光或电弧焊接过程）。

在迄今详述的所有实施例中，第一和第二焊接电极24，28不需要经受任何特定修改，以便与具有凸起38的工件一起使用。这意味着：除了上文所述的钢-铝工件之外，第一和第二焊接电极24，28还可以在点焊钢-钢工件和铝-铝工件时使用。这提供了在汽车制造设施中用于电阻点焊车身面板所希望和时常所需的灵活性。或者，焊接电极可以对要焊接的特定工件更换。例如，对于钢-钢工件，焊接电极能够具有的焊接面直径为大约5mm到10mm，具有曲率半径在大约40mm和平直之间。例如，对于铝-铝工件，焊接电极能够具有的焊接面直径为大约6mm到20mm，并且更优选大约8mm到12mm，具有曲率半径从大约12mm到150mm，并且更优选大约20mm到50mm。对于铝-铝工件电阻点焊，焊接面可以具有穿透形成在铝表面的氧化物层的表面特征。例如，如果需要，焊接面能够是有纹理的、或具有如在美国专利号6,861,609、8,222,560、8,274,010、8,436,269和8,525,066 中和在美国专利申请公开号2009/0255908中以及在美国专利申请序列号13/783,343中描述的那样的表面特征。对于焊接铝-铝工件和钢-钢工件，已经发现具有曲率半径为20mm到50mm的焊接电极在一些实例中工作良好。

优选示例性实施例和相关示例的以上说明本质上仅是描述的；它们并不旨在限制所附权利要求的范围。除非在说明书中另有特别和清楚的声明，所附权利要求中使用的每个术语应当赋予其普通和惯常的含义。

Claims (10)

1.一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括：

提供工件堆叠体，所述工件堆叠体包括钢工件和铝或铝合金工件；

在钢工件中形成凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上；

提供第一焊接电极和第二焊接电极，所述第一焊接电极在凸起处总体上面对钢工件，所述第二焊接电极总体上面对铝或铝合金工件；

将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上和凸起上夹紧；以及

在凸起处对工件堆叠体进行至少一个独立电阻点焊。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在将第一和第二焊接电极在工件堆叠体上夹紧后，所述凸起增强了在凸起处施加到钢和铝或铝合金工件的夹紧压力，且有助于穿透面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸起在电阻点焊事件期间将在第一和第二焊接电极之间交换的电流流动集中在凸起处，且凸起利于电流流动通过面对钢工件的铝或铝合金工件的内表面上存在的氧化物层。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在进行至少一个独立电阻点焊后，所述凸起将热量生成聚集在凸起处，且所生成的热量改变了经由至少一个独立电阻点焊产生的焊池的凝固行为。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的金属加工过程来形成凸起。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的熔化过程来形成凸起。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在钢工件中形成凸起包括经由对钢工件进行的冷喷涂过程来形成凸起。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，凸起的最大范围值小于第一焊接电极的横截面的直径。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，凸起的最大范围是大约3毫米（mm）的直径。

10.一种用于将工件堆叠体电阻点焊在一起的焊接电极和工件堆叠体组件，所述组件包括：

第一焊接电极；

第二焊接电极；

钢工件，所述钢工件总体上面对第一焊接电极，所述钢工件具有凸起，所述凸起突出到环绕所述凸起的钢工件表面之上，所述凸起的最大范围具有的值小于第一焊接电极的焊接面的直径；和

铝或铝合金工件，所述铝或铝合金工件在一侧总体上面对第二焊接电极，且在相对侧总体上面对钢工件。