CN106041284B - 电阻焊接电极和利用其点焊钢和铝合金工件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了电阻焊接电极和利用其点焊钢和铝合金工件的方法。电阻焊接电极至少包括由耐火基材料构成的焊接面，所述耐火基材料展示的导电率小于或等于由国际退火铜标准(IACS)限定的商用纯退火铜的导电率的65％。还公开了使用电阻焊接电极电阻点焊工件堆叠的方法，工件堆叠包括在接合界面处彼此重叠并接触的铝合金工件和钢工件。

Description

电阻焊接电极和利用其点焊钢和铝合金工件的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月27日提交的美国临时申请No.62/139197的权益，通过参考将其全部内容并入本文。

技术领域

本公开的技术领域通常涉及电阻点焊，并且更确切地说，涉及电阻点焊铝合金工件和钢工件。

背景技术

电阻点焊是由许多行业使用以将两个或更多个金属工作连接在一起的过程。例如汽车工业尤其在车辆的闭合部件(例如，车门、发动机罩、车尾行李箱盖或升降门)和车辆车身结构(例如，车身侧面和横梁)的制造过程中，经常采用电阻点焊将预制的金属工件连接到一起。沿着金属工件的外周边缘或另外一些结合区域通常形成许多点焊缝以确保部件在结构上是完好的。尽管点焊通常用于将一些相似构成的金属工件(例如钢-钢，以及铝合金-铝合金)连接到一起，但是将轻质材料结合到车辆平台内的期望对通过电阻点焊将铝合金工件连接到钢工件产生关注。前述对于电阻点焊异种金属工件的期望不仅仅是在汽车工业中；而是也延伸到可以采用点焊作为连接工艺的其他工业中，包括尤其是航空制造业、海运业、铁路工业和建筑施工业。

电阻点焊依靠电阻使电流流过重叠的金属工件并横跨它们的接合界面以产生热量。为了实现这种焊接工艺，将一组相对的点焊电极夹在位于工件堆叠的相对侧上对准的位置处，通常工件堆叠包括布置成重叠的结构的两个或三个金属工件。然后电流通过金属工件从一个焊接电极到达另一焊接电极。电流流动的电阻在金属工件中以及金属工件的接合界面处产生热量。当工件堆叠包括铝合金工件和相邻的钢工件时，在接合界面和那些异种金属工件的块状材料内产生的热量生成并增长熔融的铝合金熔池，所述熔池从接合界面延伸到铝合金工件内。该熔融的铝合金熔池润湿了钢工件的相邻的接合表面，并且在电流中断时凝固成使两个工件结合到一起的焊接接头。

然而，在实践中，将铝合金工件点焊到钢工件是具有挑战性的，原因是这两种金属的许多特性可以相反地影响焊接接头的强度，最显著的是剥离和横向拉伸强度。举例来说，铝合金工件在其表面上通常包含一个或多个机械上坚韧、电绝缘和自恢复耐火氧化层。氧化层通常含有氧化铝，但也可包括其它金属复合氧化物，当铝合金工件由包含有镁的铝合金构成时包括氧化镁。由于它们的物理特性，耐火氧化层具有在接合界面处保持完整性的趋势，在该接合界面它们会阻碍熔融的铝合金熔池润湿钢工件的能力以及提供接近界面的缺陷的来源。过去，已经致力于在点焊之前从铝合金工件上去除氧化层。尽管这种去除的实践可能是不切实际的，由于氧化层在氧气存在时具有再生的能力，特别是在应用来自点焊操作的热量的情形下。

铝合金工件和钢工件还具有使得点焊工艺变得复杂的不同的特性。特别是，钢具有相对高的熔点(～1500℃)以及相对高的电阻率和热阻率，而铝合金材料具有相对低的熔点(～600℃)以及相对低的电阻率和热阻率。由于这些物理差异，在电流流动期间，大部分的热量在钢工件中产生。这种热量的不平衡在钢工件(较高温度)和铝合金工件(较低温度)之间建立了温度梯度，使得铝合金工件开始快速熔化。在电流流动期间产生的温度梯度和铝合金工件的高热导率的组合意味着：就在电流中断之后，发生热量从焊接区域不对称传播的情况。相反，热量从更热的钢工件通过铝合金工件朝向与铝合金工件接触的焊接电极传导，这在钢工件和该特定焊接电极之间产生了陡峭的热梯度。

钢工件和与铝合金工件接触的焊接电极之间陡峭的热梯度的生成被认为以两个主要方式削弱了所得焊接接头的完整性。首先，由于在电流的通过中断后，相比于铝合金工件，钢工件保持热量持续更长的持续时间，因此熔融的铝合金焊接池定向凝固，从最靠近与铝合金工件相关联的较冷的焊接电极(通常水冷)的区域开始并向接合界面蔓延。这种凝固前沿趋向于在焊接接头中朝向和沿着接合界面(在该处已经存在氧化物膜残留物缺陷)伸展或推进缺陷，诸如气孔、缩孔以及微裂纹。其次，钢工件中持续的升高温度促使易碎的Fe-Al金属间层在接合界面处和沿着接合界面增长。具有焊接缺陷的分散以及Fe-Al金属间层的过度增长趋向于降低焊接接头的剥离强度和横向拉伸强度。

根据前述挑战，对点焊铝合金工件和钢工件的之前的努力已采用指定较高的电流、较长的焊接时间或两者(与点焊钢-钢相比)的焊接方案，以试图并获得合理的焊接结合区域。这些努力在制造设置上极大地不成功，并且具有损坏焊接电极的趋势。由于之前的点焊努力不是特别成功，因此诸如自穿孔式铆钉和自攻螺钉的机械紧固件已经占优势地替代使用。然而，相比于点焊，机械紧固件花费较长的时间放置就位并且具有高消耗成本。它们还向车辆车身结构增加了重量(当通过点焊实施连接时避免的重量)，这抵消了一开始通过使用铝合金工件获得的重量节省。因此，其中能使工艺更能够连接铝合金和钢工件的进步的点焊对于现有技术是非常受欢迎的增加。

发明内容

披露了一种电阻焊接电极和采用该电阻焊接电极电阻点焊工件堆叠的方法，工件堆叠包括重叠并在接合界面处相互接触的铝合金工件和钢工件。电阻焊接电极至少包括由耐火基材料构成的焊接面，所述耐火基材料展现的导电率小于或等于商用纯退火铜的导电率(如由国际退火铜标准(IACS)限定的)的65％。由IACS限定的商用纯退火铜的导电率(也称为100％IACS)是5.80×10⁷S/m。电阻焊接电极的各种结构是可能的：包括例如完全由耐火基材料形成的单一的电极结构或者多件式电极结构，在该多件式电极结构中，至少包含焊接面的组成部件由耐火基材料形成。

耐火基材料包括至少35wt％并且优选至少50wt％的耐火金属。例如，耐火基材料可以是满足上述导电率限制的元素耐火金属(尽管包含工业上接受的杂质，但称为100wt％的元素耐火金属)，诸如钼或钨。耐火基材料还可以是满足上述导电率限制的金属复合物，诸如分别包含大于35wt％的钼或钨的钼的金属复合物或钨的金属复合物。当然，可以至少构成电阻焊接电极的焊接面的一种特别优选的耐火基材料是钨-铜金属复合物。适合的钨-铜金属复合物的一个特定示例是含有50wt％-90wt％之间的分散在铜基体中的钨颗粒相，该铜基体构成了在50wt％-10wt％之间的剩余余量。

当点焊工件堆叠时可以使用电阻焊接电极，所述工件堆叠包括重叠并相互接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件。在此实例中，电阻焊接电极压在堆叠的紧接铝合金工件的第一侧上，并且第二焊接电极压在堆叠的紧接的钢工件的第二侧上。电阻焊接电极和第二焊接电极在施加的夹紧力下轴向对准地压靠在其工件堆叠的相应侧上。在焊接电极被牢固地就位后，电流在电阻焊接电极和第二焊接电极之间通过并穿过工件堆叠。电流使钢工件变热，这接着在铝合金工件中生成并增长熔融的铝合金熔池，熔池润湿相邻的钢工件的接合表面。最终，当电流中断时，熔融的铝合金熔池凝固成焊接接头，焊接接头在两个工件的接合界面处将两个工件连接在一起。

电阻焊接电极可以有助于提高所形成的焊接接头的强度，特别是剥离强度和横向拉伸强度。特别地，由于其相对低的导电率，电阻焊接电极在电流流动期间产生热量。其还具有比传统的高导电率的铜合金焊接电极保持热量更长时间的趋势。因此电阻焊接电极可用于将热量保持在位于电极下方并与之接触的铝合金工件内，否则这是不存在的，如果例如传统的铜-锆焊接电极(0.1-0.2wt％的Zr和余量Cu)替代电阻焊接电极的话。在电流流动的过程中，保持在铝合金工件中的热量接着改变熔融的铝合金熔池周围的温度梯度，这样被认为以这样的方式促进了熔池的凝固：使得在工件堆叠的接合界面处以及沿着该接合界面处的不期望的焊接缺陷的累积最小化。此外，如果电阻焊接电极产生了足够的热量，那么就能够减少需要由电流通过焊接电极之间而在钢工件中产生的热量，这样因此有助于抑制接合界面处易碎的Fe-Al金属间层的增长。

电阻焊接电极除了其将热量保持在铝合金工件内的能力之外，还可以在电流流动过程中以另外的方式改变熔融的铝合金熔池周围的温度梯度。具体地，在电流流动的过程中，电阻焊接电极的焊接面凹进工件堆叠的第一侧中比第二焊接电极的焊接面凹进堆叠的第二侧中更大的程度。发生这种情况是因为由于显然的是铝合金和钢在其相应熔点方面相对大的差异，所以铝合金与钢相比在低得多的温度下软化。因此，当在焊接电极之间流动的电流中断时，在表面面积方面，由电阻焊接电极形成的接触面积大于由第二焊接电极形成的接触面积。实际上，由电阻焊接电极形成的接触面积的表面面积可以比由第二焊接电极形成的接触面积的表面面积大，以1.5∶1至16∶1的比例，或者更精细地以1.5∶1至5∶1的比例。

相比于第二焊接电极的焊接面，建立在电阻焊接电极的焊接面之间的较大的接触面积使得在焊接电极之间通过的电流呈现其中电流的流动路径从第二焊接电极向电阻焊接电极径向扩展的锥形流动图案。这导致在钢工件中的电流的电流密度大于铝合金工件中的电流密度。电流密度上的差别使得热量集中在钢工件中较小区域内(相比于铝合金工件)，由此改变了电流流动期间熔融的铝合金熔池周围的温度梯度。确实，通过将热量集中在与熔融的铝合金熔池相邻的钢工件中的较小区域内，将钢工件用作热源，这有助于阻碍在电流流动中断时熔融的铝合金熔池朝向接合界面的定向地凝固。

电阻焊接电极还可以用于对包括相邻的、重叠的并接触的铝合金工件以及相邻的重叠的并接触的钢工件的工件堆叠进行电阻点焊。这种宽泛的性能允许电阻焊接电极能结合不同的金属工件组合使用，需要时，以用助于提高焊接生产效率以及制造设置内的成本遏制。此外，在所有这些可能的用途中，特别是当以要求压靠接触铝合金工件的方式使用时，相比于传统的铜-锆焊接电极，电阻焊接电极展示出一定程度的惰性。特别重要的是，电阻焊接电极在重复点焊的过程中没有与铝发生冶金反应以形成金属间化合物、氧化物和/或其它杂质，金属间化合物、氧化物和/或其它杂质如果产生且没有被除去的话，则有在电极焊接面中剥落或形成凹陷的趋势。该反应惰性减少了重新修整电阻焊接电极的焊接面的需要，并且有助于使电极保持较长的操作寿命。

本发明包括下列技术方案：

1.一种电阻焊接电极，包括：

电极主体；以及

设置在电极主体的前端上的焊接面，并且其中至少焊接面由耐火基材料构成，耐火基材料包含至少35wt％的耐火金属并且具有的导电率小于或等于3.8×10⁷S/m。

2.根据技术方案1所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是元素钼或元素钨。

3.根据技术方案1所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是包括35wt％或更多的钼或钨的金属复合物。

4.根据技术方案3所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是钨-铜金属复合物，其包括分散在铜基体中的50wt％至90wt％的钨颗粒相。

5.根据技术方案1所述的电阻焊接电极，其中所述焊接面具有基础焊接面表面，基础焊接面表面具有从6mm至20mm的范围变化的直径以及从15mm至300mm的范围变化的球面曲率半径。

6.根据技术方案5所述的电阻焊接电极，其中所述焊接面包括多个直立的、径向间隔的圆形脊，所述圆形脊围绕焊接面的中心并从基础焊接面表面向外突出。

7.根据技术方案1所述的电阻焊接电极，其中所述电极主体和所述焊接面整体地形成，并且两个部分均由相同的耐火基材料构成。

8.根据技术方案1所述的电阻焊接电极，其中所述电极包括固定地紧固在一起的两个组成部件，两个组成部件包括至少具有电阻焊接电极的焊接面的第一组成部件和至少包含电阻焊接电极的电极主体的第二组成部件。

9.根据技术方案8所述的电阻焊接电极，其中所述第一组成部件过盈配合在由第二组成部件限定的内孔中，以将两个组成部件固定地紧固在一起形成电阻焊接电极。

10.一种电阻点焊工件堆叠的方法，所述工件堆叠包括铝合金工件和相邻的钢工件，所述方法包括：

提供工件堆叠，工件堆叠包括重叠并接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，工件堆叠具有紧接铝合金工件的第一侧和紧接钢工件的第二侧；

使工件堆叠的第一侧与电阻焊接电极的焊接面接触，并且其中至少电阻焊接电极的焊接面由耐火基材料构成，所述耐火基材料包含至少35wt％的耐火金属并具有小于或等于3.8×10⁷S/m的导电率；

使工件堆叠的第二侧与第二焊接电极的焊接面接触；以及

使电流在电阻焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过，并通过工件堆叠，以在与钢工件相邻定位的铝合金工件内产生熔融的铝合金熔池；以及

中断电流的通过以允许熔融的铝合金熔池凝固成焊接接头，焊接接头将相邻的铝合金和钢工件在其接合界面处结合在一起。

11.根据技术方案10所述的方法，其中所述耐火基材料是元素钼或元素钨。

12.根据技术方案10所述的方法，其中所述耐火基材料是包含35wt％或更多的钼或钨的金属复合物。

13.根据技术方案12所述的方法，其中所述耐火基材料是包含分散在铜基体中的50wt％至90wt％的钨颗粒相的钨-铜金属复合物。

14.根据技术方案10所述的方法，其中所述电阻焊接电极的焊接面具有基础焊接面表面，基础焊接面表面具有从6mm至20mm的范围变化的直径以及从15mm至300mm的范围变化的球面曲率半径。

15.根据技术方案14所述的方法，其中所述电阻焊接电极的焊接面包括多个直立的、径向间隔的圆形脊，所述圆形脊围绕焊接面的中心并从基础焊接面表面向外突出。

16.根据技术方案10所述的方法，其中所述电阻焊接电极进一步包括与焊接面整体形成的电极主体，并且其中整个电阻焊接电极由耐火基材料形成。

17.根据技术方案10所述的方法，其中电阻电极由至少具有焊接面的第一组成部件和具有支撑焊接面的电极主体的第二组成部件形成，并且其中第一组成部件过盈配合在由第二组成部件限定的内孔中，以将两个组成部件固定地紧固在一起

18.根据技术方案10所述的方法，其中所述工件堆叠仅包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，以使得铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。

19.根据技术方案10所述的方法，其中所述工件堆叠包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，再加上额外的铝合金工件，以使得额外的铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。

20.根据技术方案10所述的方法，其中所述工件堆叠包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，再加上额外的钢工件，以使得铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且额外的钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施例的电阻焊接电极的透视图；

图2是图1所示电阻焊接电极的焊接面的截面图；

图3是根据本公开的另一个实施例的电阻焊接电极的分解透视图；

图4是包括铝合金工件和钢工件的工件堆叠的侧视图和用于电阻点焊该堆叠的焊枪的局部视图；

图4A是位于焊接位置的电阻焊接电极、工件堆叠和第二焊接电极的分解视图；

图5示出了电阻点焊方法的一部分，其中电阻焊接电极和第二焊接电极中的每一个分别压靠在工件堆叠的第一侧和第二侧上；

图6示出了电阻点焊方法的一部分，并示出了在接合界面处已生成并增长的熔融的铝合金熔池；

图7示出了已经从熔融的铝合金熔池得到焊接接头之后，焊接接头将铝合金工件和钢工件结合在一起。

图8示出了电阻焊接电极和第二焊接电极已与铝合金工件和钢工件分离之后的工件堆叠；

图9是通过没有采用本公开所述的电阻焊接电极的传统的电阻点焊工艺在铝合金工件和钢工件之间形成的典型的焊接接头的显微照片；以及

图10A-10B是采用电阻焊接电极已形成的焊接接头的显微照片；

图11示出了在电流在焊接电极之间以及在工件堆叠内呈现锥形流动图案的那些实例中的直流电流的流动路径的概括图解；

图12示出了图4所示工件堆叠的替代实施例，其中工件堆叠包括额外的铝合金工件；以及

图13示出了图4所示工件堆叠的替代实施例，其中工件堆叠包括额外的钢工件。

具体实施方式

以下描述的电阻焊接电极至少包括由耐火基材料构成的焊接面(该焊接面可以是平滑的或者包含突起的表面特征)，所述耐火基材料展示的导电率小于或等于由国际退火铜标准(IACS)限定的商用纯退火铜的导电率的65％。换言之，耐火基材料具有小于3.8×10⁷S/m的导电率。电阻焊接电极的若干实施例如图1-3所示。当用于电阻点焊工件堆叠(其包括铝合金工件，其设置成与钢工件重叠接触的结构，其示例在图5-8大体示出)时，电阻焊接电极接触并压靠在铝合金工件上，而第二焊接电极接触并压靠在钢工件上。此外，如图12-13所示以及如下所描述的，工件堆叠可以包括至少额外的铝合金工件或至少额外的钢工件。

现在参照图1-2，电阻焊接电极10包括电极主体12和焊接面14。电极主体12为圆柱形并在后端18限定出用于插入和附接电极柄(未示出)的可进入的中空凹槽16。电极主体12的另一端或者前端20具有圆周120，圆周120具有直径122优选在12mm至22mm的范围变化，或者更精确地在16mm至20mm的范围变化。焊接面14设置在电极主体12的前端20上并且具有与电极主体12的圆周120重合的圆周140(术语称之为“全断面电极”)，或者是如图所示从主体12的圆周120向上移位出过渡凸出部22的圆周140。如果具有过渡凸出部22，则两个圆周120，140可以在此如图1所示是平行的，或者它们可以偏置以使得焊接面14的圆周140相对于焊接主体12的前端20的圆周120倾斜。

焊接面14是电阻焊接电极10在工件堆叠的第一侧处与铝合金工件接触并部分或全部地压到铝合金工件中的部分，如以下相对于图5-8所描述的，所述工件堆叠还包括与铝合金工件重叠并接触的钢工件。如图2中最好地所示，焊接面14具有基础焊接面表面24，该基础焊接面表面24为从焊接面14的圆周140上升的圆顶形。基础焊接面表面24可以是平滑的，或者可选的，它可以包括围绕着焊接面14的中心28并从基础焊接面表面24向外突出的多个直立的圆形脊26。在许多应用中，焊接面14可以具有在其圆周140处测量的6mm至20mm的直径142，并且圆顶的基础焊接面表面24可以是曲率半径为15mm至300mm的球形。在优选实施方案中，焊接面14的直径142在8mm至12mm的范围变化，并且球形基础焊接面表面24的曲率半径在20mm至150mm的范围变化，或者更精确地说，在20mm至50mm的范围变化。

基础焊接面表面24构成了焊接面14的名义表面。当焊接面包含多个直立的圆形脊26时，基础焊接面表面24占焊接面14的表面面积的50％或以上，并优选在50％至80％之间。焊接面14的其余表面面积属于多个直立的圆形脊26，多个直立的圆形脊26可以包括在基础焊接面表面24上彼此径向间隔开的位于任何位置上的2至10个脊26，或者更精确地说包含3至5个脊26。因此，当从最接近地围绕着焊接面14的中心28的最内部的直立的脊26移动到最接近焊接面14的圆周140的最外部的直立的脊26时，直立的圆形脊26的直径变得更大。并且位于直立的圆形脊26之间的基础焊接面表面24的部分，以及位于多个圆形脊26的径向向内和径向向外的部分可以是弯曲的或平面的，从而为基础焊接面表面24提供其整个圆顶形。

直立的圆形脊26的尺寸和形状被设计以提高机械稳定性以及减少铝合金工件上的电极/工件接合处的电接触阻抗和热接触阻抗，特别如果出现一层或多层耐火氧化层的情况下，尽管同时是易于可重新修整的。在一个实施例中，如图所示，每个直立的圆形脊26都具有闭合的圆周，意味着脊26的圆周没有被显著分隔地中断，具有的截面轮廓没有锐角，而且具有弯曲的(如图2所示)或平坦的顶表面。每个圆形脊26还具有向上延伸并且在横截面内观看时从基础焊接面表面24正向移位的脊高度260(在脊26的中心处取得)。每个脊26的脊高度260优选在20μm至400μm的范围变化，或者更精确地说，在50μm至300μm的范围变化。并且如在相邻的脊26的中心之间测量的，脊26的间距优选在50μm至1800μm的范围变化，或者更精确地说，在80μm至1500μm的范围变化。

图1-2所示的电阻焊接电极10是完全由耐火基材料构成的整体的电极结构。换句话说，电极主体12和焊接面14由相同的耐火基材料构成，并且它们不能被不破坏地相互分离。用于制成电阻焊接电极的耐火基材料包括至少35wt％的并且优选至少50wt％的耐火金属。在一个实施例中，例如，整个电阻焊接电极10可以由诸如钼或钨的元素耐火金属(100wt％的元素耐火金属，尽管含有工业上可接受的杂质)构成。在另一实施例中，整个电阻焊接电极10可以由金属复合物构成，例如钼的金属复合物或钨的金属复合物，其包括大于35wt％的其主要耐火金属成分。在一个特别优选的实施例中，电阻焊接电极10完全由钨-铜金属复合物构成，该钨-铜金属复合物包含分散在铜基体中的50wt％至90wt％之间的钨颗粒相，铜基体构成复合物的剩余的50wt％和10wt％。

图3示出了电阻焊接电极(其由附图标记10′表示)的替代变体。这里示出的电阻焊接电极10′在许多方面类似于图1-2中示出的电阻焊接电极10，并且同样地，下面仅讨论两个电极10，10′之间的主要区别。因此，除非另外特别说明，图1-2所示的电阻焊接电极10的各个特征的上述描述同样地应用于此处图3所示的电阻焊接电极10′的相同特征。在电阻焊接电极10′的此替代方案中体现的主要差别为电极10′由固定地紧固在一起的两个或更多个分离的且不同的组成部件构成。

现在特别参照图3，电阻焊接电极10′包括第一组成部件30和第二组成部件32。第一组成部件30至少包括电阻焊接电极10′的整个焊接面14′并且第二组成部件32包括焊接电极10′的其余部分。第一和第二组成部件30，32可以以任何方式固定地紧固在一起，只要部件30，32(当被紧固在一起时)在正常电阻点焊条件下被放置成电连通和热连通并且不会相对彼此移动。因为第一组成部件30和第二组成部件32是彼此分离和不同的，所以需要时两个组成部件30，32可以由不同的材料构成。例如，第一和第二组成部件30，32中的每一个可以由相同或不同的耐火基材料构成，或者第一组成部件30由耐火基材料构成，而第二组成部件32由非耐火基材料构成，例如传统的铜-锆合金(0.1-0.2wt％的Zr和余量Cu)。

如这里特别所示，第一组成部件30和第二组成部件32可以通过过盈配合的方式固定地紧固在一起以提供电阻焊接电极10′。为了支撑这种类型的固定连接，第二组成部件32包括具有后端18′和前端20′的电极主体12′。因此，如果电阻焊接电极10′被设计成包括过渡凸出部22′，则第二组成部件32优选还包括一直到焊接面14′的圆周140′的整个的过渡凸出部22′。为了支撑第一组成部件30的固定的紧固，第二组成部件32限定出具有入口36的内孔34。内孔34为圆柱形，并具有直径340，直径340在6mm至20mm的范围变化，或者更精确地在8mm至12mm的范围变化，取决于第一组成部件30上的焊接面14′的直径142′以及在最终构成的电阻焊接电极10′中的电极主体12′的圆周120′和焊接面14′的圆周140′之间是否存在过渡凸出部22′。

第一组成部件30具有与内孔34配合的横截面形状，并且直径的大小确定为允许部件30被压入或过盈配合到孔34中。第一组成部件30至少在一个轴向端部38包括整个的焊接面14′。因此，为了将第一组成部件30和第二组成部件32固定地紧固在一起以构成电阻焊接电极10′，通过足够的力以克服两个组成部件30，32之间的摩擦力，将与端部38(其包括焊接面14′)相对的轴向端部40通过第二组成部件32的入口36插入到孔34中。迫使第一组成部件30一直插入到孔34中，或者直到与一些其他止挡机构接合，以便相对于过渡凸出部22′(如果有的话)或电极主体12′(如果没有过渡凸出部22′的话)正确地设置焊接面14′。当然除了这里所示和描述的特定的实施方式外，还可以以多种其它方式将第一组成部件30和第二组成部件32过盈配合在一起，尽管存在那些其他方式没有在附图中示出和/或在本文字中明确描述的事实。

参照图4-8描述使用电阻点焊电极10，10′对工件堆叠52进行点焊的方法，工件堆叠至少包括铝合金工件和相邻的钢工件。在这些附图中用参考数字50标识电阻点焊电极，并且其焊接面由参考数字54标识，并且这种指定旨在包含如上所述的特定变型10，10′以及至少包含由满足上述电阻率的限制的耐火基材料构成的焊接面其它变型。此外，图9是通过传统的电阻点焊工艺(其不使用如本公开所述的电阻焊接电极)在铝合金工件和钢工件之间形成的典型焊接接头的显微照片。这里包含图9的讨论用于比较的目的，并有助于更好地理解电阻焊接电极50的影响。

现在参照图4，示出了工件堆叠52以及焊枪56的一部分，所述焊枪56机械地并且电力地构造成进行电阻点焊。工件堆叠52包括铝合金工件58和钢工件60，它们在意图实施点焊的焊接位置62处彼此重叠并接触。铝合金工件58和钢工件60分别提供可与焊枪56接近的工件堆叠52的第一和第二侧64，66。以及，尽管在图4-8中未示出，但需要时工件堆叠52也可以包括额外的工件，诸如单个的铝合金工件和一对相邻的钢工件，或者单个的钢工件和一对铝合金工件，以构成总共三个工件的堆叠，除了其它可能性。包含三个工件的工件堆叠的几个示例如图12-13所示。术语“工件”和其铝合金以及钢的变型在此描述中被广泛使用以指示任何可电阻点焊的材料，包括但不限于轧制的金属片层、铸件或挤压件，除了别的以外，包括可以可选地存在的任何表面层。

铝合金工件58包括被涂覆或未涂覆的铝合金基底。涂覆或未涂覆的铝合金基体可以由铝-镁合金、铝-硅合金、铝-镁-硅合金或铝-锌合金构成。例如，铝合金基体可以由4×××、5×××、6×××或7×××系列的锻造铝合金片层构成，或者由4××.×、5××.×或7××.×系列的铝合金铸件构成，并且可以进一步用于各种回火中，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。能够被用作铝合金基底的一些更加特殊类型的铝合金包括但不限于：AA5754和AA5182铝-镁合金、AA6022和AA6111铝-镁-硅合金、AA7003和AA7055铝-锌合金以及Al-10Si-Mg铝压铸合金。此外，这些和其它合适的铝合金基底可以被涂覆有其固有的耐火氧化层、锌或转化涂层，以及还可以存在通常用在电阻点焊操作中的通过焊接形成的粘合剂或密封材料。铝合金工件58至少在焊接位置62处具有厚度580，其优选在0.3mm至约6.0mm的范围变化，在0.5mm至4.0mm的范围变化，并且更精确地在0.5mm至3.0mm的范围变化。

钢工件60包括可以被涂覆或未涂覆的钢制基底。涂覆的或未涂覆的钢制基底可以由任意的宽泛类型的钢构成，包括：低碳钢(也称作软钢)、无间隙原子(IF)钢、高强度低合金(HSLA)钢或高级高强度钢(AHSS)，诸如用在压力硬化(PHS)钢工件中的双相(DP)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢、孪生诱发塑性(TWIP)钢、复相(CP)钢、马氏体(MART)钢或硼钢。如果被涂覆，钢基底可以涂覆有如通常用在压力硬化钢中的锌(镀锌的)、锌-铁合金(镀锌层退火处理)、锌-镍合金或铝-硅合金，这里仅列举几个示例。钢工件60至少在焊接位置62处具有厚度600，其优选在0.3mm至6.0mm的范围变化，在0.5mm至4.0mm的范围变化，或者更精确地在0.6mm至2.5mm的范围变化。

当堆叠用于点焊时，铝合金工件58包括接合表面68和外表面70。同样的，钢工件60也包括接合表面72和外表面74。两个工件58，60的接合表面68，72彼此重叠并接触在焊接位置62处建立接合界面76。如这里所使用的，接合界面76包括铝合金工件58的接合表面68与钢工件60的接合表面72之间直接接触的情形以及其中接合表面68，72并不接触但彼此足够紧密接近(诸如当存在有粘结剂、密封材料的薄层或一些其它中间材料时)以使仍然能够实施电阻点焊的间接接触的情形。铝合金工件58的外表面70和钢工件60的外表面74通常在相反的方向上彼此背离，并构成工件堆叠52的第一侧64和第二侧66。

图4中局部地示出的焊枪56是在制造设置中是自动焊接操作的一部分。例如，焊枪56可以安装在定位在传送机或其它传送装置附近的机器人上，传送机或其它传送装置被设置成将工件堆叠52(以及其它类似的)传送给焊枪56。机器人可以被构造成使焊枪56沿着工件堆叠52移动，从而能够在多个不同的焊接位置62执行快速连续地点焊事件。焊枪56也可以是固定的基座型焊枪，其中操纵工件堆叠52并且相对于焊枪56移动，从而能够在堆叠52周围的不同焊接位置62处快速执行多个点焊事件。图4所示的焊枪56的局部视图意图表示宽泛类型的焊枪，包括C型和X型焊枪，以及没有特别提到的其他焊枪类型，只要它们能够点焊工件堆叠52即可。

焊枪56包括第一焊枪臂78和第二焊枪臂80，它们被机械和电力地构造成根据预定的焊接方案重复执行电阻点焊活动。如图所示，第一焊枪臂78配备有保持电阻焊接电极50的第一柄82，并且第二焊枪臂80配备有保持第二焊接电极86的第二柄84。因此，电阻焊接电极50被定位成在堆叠52的第一侧64处经受与铝合金工件58压靠接合，而第二焊接电极86(其可以采用任意的宽泛类型的结构)被定位成在堆叠52的第二侧66处经受与钢工件60压靠接合。此外，如现有技术中已知的，用于向电阻焊接电极50和第二焊接电极86提供冷却水的机构通常被并入到焊枪臂78，80和电极柄82，84中，以防止点焊期间焊接电极50，86过热。

第二焊接电极86可以是任意宽泛类型的电极设计。通常，如图4A中最好所示，第二焊接电极86包括电极主体88和焊接面90。电极主体88优选为圆柱形，并具有可进入的中空凹槽(类似于电阻焊接电极50)，以用于插入电极柄(例如图4中的第二柄84)并与其连接。电极主体88的前端92具有圆周880，其具有在12mm至22mm的范围变化或更精确地在16mm至20mm的范围变化的直径882。以及如前所述，焊接面90设置在主体88的前端92上，并具有圆周900，圆周900与主体88前端92的圆周880重合(“全断面电极”)，或者从主体88的圆周880向上平移出过渡凸出部94。如果存在过渡凸出部94，则两个圆周880，900可以如这里的图5中所示是平行的，或者它们可以偏置以使焊接面90的圆周900相对于电极主体88前端92的圆周880倾斜。

焊接面90是第二焊接电极86的在工件堆叠52的第二侧66处接触钢工件60并且部分或全部地压到钢工件60中的部分。焊接面90优选地具有在其圆周900处测量的3mm至16mm或更精确地4mm至8mm的直径902。在其轮廓方面，焊接面90包括基础焊接面表面96，基础焊接面表面96可以是平坦的或者具有从焊接面90的圆周900上升的圆顶形。如果基础焊接面表面96为圆顶形，则表面96优选为具有曲率半径在20mm至400mm的范围变化或者更精确地在25mm至100mm的范围变化的球形。此外，焊接面90可以包括(但不是必须包括)位于焊接面90的中心98片或其周围的突起的表面特征。这些突起的表面特征可以包括中心高台(所述中心高台具有围绕着焊接面90的中心98在基础焊接面表面96之上正向移位的高台表面)、圆形凸起(围绕焊接面90的中心98，在基础焊接面表面96之上突起)、类似于如上所述的多个直立的圆形脊或一些其他突起的特征。

第二焊接电极86可以由任何适宜的导电和导热材料构成。例如，第二焊接电极86可以由铜合金构成，其具有的导电率是由IACS限定的商用纯退火铜的导电率的至少80％(即，至少4.65×10⁷S/m)。这种铜合金的一个特定示例是铜-锆合金(CuZr)，其包含大约0.10wt％至0.20wt％的锆和余量铜。通常优选符合该构成成分并被标识为C15000的铜合金。也可以采用这里未明确描述的拥有适宜的机械特性和导电导热特性的其他铜合金复合物以及其它金属复合物。

在图5所示的电阻点焊方法的开始，工件堆叠52位于电阻焊接电极50和相对的第二焊接电极86之间。然后操作焊枪56(图4)，以使电阻焊接电极50和第二焊接电极86相对于彼此会聚，从而使它们各自的焊接面54，90在焊接位置62与工件堆叠52的相对的第一侧64和第二侧66接触并压靠在其上，这里，所述第一侧和第二侧是铝合金和钢工件58，60的相反面向的外表面70，74。在施加的夹紧力的作用下，这两个焊接面54，90在焊接位置62处彼此径向对准地压靠在其各自的工件外表面70，74上，夹紧力例如在400lb至2000lb或更精确地在600lb至1300lb之间的范围变化。该夹紧力足以开始将焊接面54，90压入到其各自的堆叠10的第一和第二侧64，66中(表面70，74)，从而形成第一接触面100(在第一侧64上)和第二接触面102(在第二侧66上)。此时第一和第二接触面100，102相对较小，并且仅焊接面54，90的部分凹入到铝合金工件和钢工件58，60的外表面70，74中。

在电阻焊接电极50和第二焊接电极86在焊接位置62处压靠在其各自的铝合金和钢工件58，60的外表面70，74上之后，直流电流穿过工件堆叠52以及焊接电极50，86的相对的焊接面54，90之间，如图6所示。直流电流的通过在更加导电和导热的钢工件60中以及在接合界面76处快速产生热量，这导致熔融的铝合金熔池104在铝合金工件58中的开始和增长。熔融的铝合金熔池104润湿了钢工件60的相邻的接合表面72，并从接合界面76渗入到铝合金工件58中。更确切地说，熔融的铝合金熔池104渗透的距离通常为铝合金工件58厚度580的20％至100％(即一直穿过工件58)的范围，铝合金工件58的厚度580是在第一接触面100内的接合界面76和铝合金工件58的外表面70之间测量得到的。

通过由焊接控制器108(图4)控制的电源106，可以使直流电流在焊接电极50，86之间传送通过。电源106优选是与电阻焊接电极50和第二焊接电极86电连通的中频直流(MFDC)逆变器电源，尽管当然也可以采用其他类型的电源。焊接控制器108通过以这样的方式指示来控制电源106：基于包含预定焊接方案的程序指令使直流电流在电阻焊接电极50和第二焊接电极86之间交换。直流电流的程序特征可以指令直流电流以具有恒定的电流电平，或者是随时间产生脉冲，或者是二者的一些组合，并且通常要求电流电平从开始到中断维持在5kA至50kA之间(除了可能用于脉冲间的非周期之外)并持续40ms至2500ms的持续时间，以便使熔融的铝合金熔池104增长到所期望的尺寸。

电阻焊接电极50和第二焊接电极86保持它们的夹紧力，抵靠在工件堆叠52的相反的第一和第二侧64，66上直到直流电流的通过中断之后。在直流电流通过的时间期间，第一和第二接触面100，102不均衡地增长，这是因为铝合金工件58比钢工件60更大程度地软(因为铝合金工件的相对低的熔点)。同样，与第二焊接电极86关联的第二接触面102几乎不增长，而与电阻焊接电极50关联的第一接触面100相当多地增长，由于电阻焊接电极50的焊接面54凹入到软化的铝合金工件58中。例如，在直流电流的流动中断之后，形成在铝合金工件58的外表面70内的第一接触面100的表面面积通常大于形成在钢工件60的外表面74中的第二接触面102的表面面积，以比例为1.5∶1至16∶1，或者更精确地为1.5∶1至5∶1。接触面尺寸上的这种区别导致呈现为锥形流动图案的直流电流通过工件52堆叠(在钢工件60中出现比铝合金工件58中更大的电流密度)，这可以有助于提高最终焊接接头的剥离强度和横向抗伸强度，如下面将更详细说明的。

在电阻焊接电极50的焊接面54和第二焊接电极86的焊接面90之间的直流电流的通过中断后，熔融铝合金熔池104凝固成焊接接头110，该焊接接头110将铝合金工件58和钢工件60连接在一起，如图7所示。焊接接头110包括铝合金点焊熔核112和通常一层或多层Fe-Al金属间层114。铝合金点焊熔核112延伸至铝合金工件58中一段距离，该距离通常在铝合金工件58的厚度580的约20％至约100％(即完全穿透)的范围变化，如在第一接触面100内在接合界面76和铝合金工件58的外表面70之间测量的。一层或多层Fe-Al金属间层114位于铝合金点焊熔核112和接合界面76处的钢工件60的接合表面72之间。该层或多层114通常由于在电流流动期间并在电流流动之后持续较短的时期(此时钢工件60仍然是热的)熔融铝合金熔池104和钢工件60之间的反应形成。所述一层或多层Fe-Al金属间层114可以包括FeAl₃、Fe₂Al₅以及其他化合物，并且当沿与两个工件58，60的厚度580，600相同的方向测量时，通常具有约为1μm至给5μm的组合高度(即，所有金属间层的总高度)。

如图8所示，电阻焊接电极50和第二焊接电极86最终与其各自的接触面100，102分离以释放工件堆叠52。现在可以相对于焊枪56重新定位工件堆叠52，从而使电阻焊接电极50和第二焊接电极86以轴向面面对的对准的方式定位在另一个的焊接位置62处，在该处重复点焊方法。或者，不必重新定位，可以移动工件堆叠52远离焊枪56，从而为需要电阻点焊的另外类似的工件堆叠52留出空间。在焊接电极50，86与其各自的工件58，60分离之后，并如图8概括地所示，第一接触面100比第二接触面102具有明显大的表面面积，因为在电流流动期间，相比于第二焊接电极86的焊接面90凹入到钢工件60中的程度，电阻焊接电极50的焊接面54更远地凹入到铝合金工件58中。

通过最终使得在工件堆叠52的接合界面76处以及沿着工件堆叠52的接合界面76焊接缺陷的不期望的积聚最小化，证实采用电阻焊接电极50点焊工件52堆叠能提高焊接接头110的强度，特别显著的是剥离强度和横向拉伸强度。为了提供一些背景，图9示出了通过未使用如上所述的电阻焊接电极50的传统的电阻点焊工艺形成在铝合金工件(顶部工件)和钢工件(底部工件)之间的典型的焊接接头200的显微照片。这里，已发现在接合界面202处以及沿着接合界面202的焊接缺陷D。这些焊接缺陷D可能包括尤其是缩孔、气孔、氧化膜残留和微裂纹。当沿着接合界面202出现和分布时，已经发现焊接缺陷D可能降低焊接接头200的剥离强度和横向拉伸强度。此外，除了焊接缺陷D，一层或多层易碎的Fe-Al金属间层(太小而不能示出)在铝合金工件和钢工件之间在接合界面202处和沿着接合界面202可以形成和增长到比所期望的更大的程度。

不受理论的限制，可以认为焊接缺陷D在接合界面202处以及沿着接合界面202积聚和分布是至少部分地由于当先前存在的熔融的铝合金熔池转变成焊接接头200时其固化行为而导致。特别地，由于两种材料的不同的物理特性，即钢具有大得多的导热率和导电率，在更热得多的钢工件(底部工件)和铝合金工件(顶部工件)之间可以形成热量不均衡。因此，钢工件充当了热源，而铝合金工件充当了热导体，从而沿竖直方向产生了强烈的温度梯度，这导致熔融的铝合金熔池从紧邻较冷(即水冷的)的焊接电极(接触铝合金工件)的区域朝向接合界面202冷却和凝固。凝固前沿的路径和方向在图9中由箭头P表示，并且焊接接头200的边界用虚线B表示。当凝固前沿沿着路径P行进时，焊接缺陷D被朝着接合界面202拖曳或伸展，并在焊接接头200中沿着接合界面202分散结束。

现在返回图7-8，使用电阻焊接电极50用于避免在熔融的铝合金熔池104的凝固期间焊接缺陷朝着以及沿着接合界面76广泛地和不想要地分散。这是因为电阻焊接电极50(并且特别是其焊接面54)在直流电流穿过其时产生了热量(即电阻加热)并积聚从熔融的铝合金熔池104传递来的热量(即传导加热)。并且由于其相对低的导热率(相比于传统的CuZr焊接电极)，它能够容易地将该热量转移远离工件堆叠52，所以电阻焊接电极50的焊接面54将热量保持在焊接位置62处的下面的铝合金工件58中。该保持的热量通过在熔融的铝合金熔池104周围形成三维径向温度梯度和/或提高已经存在的三维径向温度梯度改变了焊接位置62中的温度分布。这些温度梯度减缓定向热量从熔融的铝合金熔池104流入电阻焊接电极50内，并有助于促进横向热量流入到铝合金工件58和钢工件60中。

现在参照图10A-10B所示的焊接接头110，其替代了如图9所示以及如上所述的当熔融的铝合金熔池转化成焊接接头110时朝着接合界面76行进的凝固前沿，电阻焊接电极50在先前存在的熔融的铝合金熔池周围形成三维径向温度梯度和/或提高了已经存在的三维径向温度梯度，这使得熔池冷却并从其外周边向中心区域向内凝固。在图10A-10B中凝固前方的路径和方向大体由箭头P表示，并且焊接接头110的边界由虚线B标识。由于改变的凝固路径，因此在每种情况下路径P总是指向焊接接头110的中心区域，改变的凝固路径因此朝着焊接接头110的中心拖曳或伸展焊接缺陷D，其中焊接缺陷在接合界面76处或在接合界面76之上聚结并停留(与广泛分散相反)。特别地，在凝固过程中，位于焊接接头110中的接合界面76处的氧化膜残留物能够向接头110的中心伸展，并变得对机械性能无害。

电阻焊接电极50的焊接面54基本上形成了熔融的铝合金熔池104内升温的位置(图7)，该位置凝固持续，从而使得气孔、缩孔、微裂纹和其他焊接缺陷积聚在那里。由于存在于熔融的铝合金熔池104中的焊接缺陷朝向熔池104的中心区域伸展或拖曳，并最终到达焊接接头110，因此它们主要远离接合界面76定位或者主要在焊接接头110的中心位置中的接合界面76处。图10A-10B就描述和示出了熔融的铝合金熔池104的凝固行为，此外，在直流电流中断之后且在焊接面54仍然热着时，可以通过保持电阻焊接电极50的焊接面54与铝合金工件58的外表面70的按压地接触来增进。

在电阻焊接电极50中产生热量以及将该热量保持在铝合金工件58中的能力还能够减少由直流电流在钢工件60中必须产生以生成和增长熔融的铝合金熔池104的热量的量(图7)。因此能够减小直流电流的量和/或持续时间来试图和限制可以形成在焊接接头110中和接合界面76处的任意Fe-Al金属间层的厚度。由于通过将热量保持在铝合金工件58中而改变了熔融的铝合金熔池104的凝固行为，以及减小穿过工件堆叠52和横跨接合界面76的直流电流的量和/或持续时间的可能性，焊接接头110很可能证明在经受载荷时良好的总强度和耐用性(包括足够的剥离强度和横向拉伸强度)。

除了其在铝合金工件58中产生和保持热量的能力，电阻焊接电极50还可以在熔融的铝合金熔池104周围以单独的方式产生或者至少有助于产生三维径向温度梯度。也就是说，在电流流动期间，如图11概括地所示，穿过焊接位置62和在焊接电极50，86之间的直流电流呈现锥形流动图案120，因为形成在铝合金工件58的外表面70中的第一接触面100与形成在钢工件60的外表面74中的第二接触面102相比在表面面积上不均衡地增长更大。由于锥形流动图案120，通过直流电流的路径从第二焊接电极86的焊接面90到电阻焊接电极50的焊接面54径向扩展，从而使钢工件60中的电流密度大于铝合金工件58中的电流密度。

通过使直流电流呈现锥形流动图案120(并因此减小了直流电流沿朝向铝合金工件58的方向上的电流密度)，相比于铝合金工件58，热量集中在钢工件60中的较小区域内。热量集中在钢工件60中的较小区域内的作用是在两个工件58，60所处的平面内以及在熔融的铝合金熔池104周围形成三维径向温度梯度和/或提高已经存在的三维径向温度梯度作用，这最终促进了热量横向散布远离熔池104。熔融的铝合金熔池104周围的温度分布的这种影响有助于改变以上述方式生成并增长在接合界面76处的熔融的铝合金熔池104的凝固行为，以使得最终形成的焊接接头110中的缺陷被拖曳或伸展至焊接接头110中更加不会产生危害的位置。

基于至少构成焊接面54的耐火基材料的相对高的熔化温度，电阻焊接电极50还具有又一工作优点。特别地，电阻焊接电极50的焊接面54对于在铝合金工件58中存在的铝合金成分是相当惰性的，即使是在多次快速点焊事件的过程中在接近铝合金工件58的熔点的温度下也是如此。例如，焊接面54不会与铝合金轻易地冶金地反应以形成金属间化合物、氧化物和/或有趋势在焊接面54中剥落或形成凹陷的其他杂质(如果产生并且没有除去的话)。因此，电阻焊接电极50能够相比于例如传统的铜-锆焊接电极(0.1-0.2wt％的Zr和余量Cu)在重新修整操作之间经受更多次点焊操作，与其他更多传统的铜合金焊接电极相比，这有助于最大化并延长电阻焊接电极50的操作寿命。

如上所述的以及如图4-11示出的实施例均指向下述情形：其中工件堆叠52仅仅是相邻成对的铝合金工件58和钢工件60，以使铝合金工件58的外表面70提供工件堆叠52的第一侧64，以及钢工件60的外表面74提供工件堆叠52的第二侧66。然而，在另外的实施例中，工件堆叠52可以包括至少额外的铝合金工件或至少额外的钢工件，只要该额外的铝合金工件与铝合金工件58重叠并与其相邻定位，以及该额外的钢工件与钢工件60重叠并与其相邻定位。换言之，如果期望在焊接位置62处有三个重叠的工件，那么工件堆叠52可以构造为铝合金/铝合金/钢堆叠或钢/钢/铝合金堆叠。铝合金工件58和钢工件60的上面的描述同样可分别适用于额外的铝合金工件和额外的钢工件。

例如，如图12所示，工件堆叠52可以包括如上所述的相邻成对的铝合金工件58和钢工件60以及额外的铝合金工件180。这里，如图所示，额外的铝合金工件180与相邻成对的铝合金工件58和钢工件60重叠，并与铝合金工件58相邻定位。当额外的铝合金工件180被如此定位时，如前所述，钢工件60的外表面74提供工件堆叠52的第二侧66，而与钢工件60相邻定位的铝合金工件58现在包括成对的相对的接合表面68，182。面向钢工件60的接合表面68继续与钢工件60的面对的接合表面72一起建立接合界面76，如前所述。另外的接合表面182与额外的铝合金工件180的接合表面184重叠并接触。同样的，在重叠的工件58，60，180的该特定布置中，额外的铝合金工件180的外表面186提供了工件堆叠52的第一侧64。

在另一示例中，如图13所示，工件堆叠52可以包括如上所述的相邻的成对的铝合金工件58和钢工件60以及额外的钢工件190。这里，如图所示，额外的铝合金工件190与相邻的成对的铝合金工件58和钢工件60重叠，并与钢工件60相邻定位。当额外的钢工件190被如此定位时，如前所述，铝合金工件58的外表面70提供了工件堆叠52的第一侧64，而与铝合金工件58相邻定位的钢工件60现在包括成对的相对的接合表面72，192。面向着铝合金工件58的接合表面72继续与铝合金工件58的面对的接合表面78一起建立接合界面76，如前所述的。另外的接合表面192与额外的钢工件190的接合表面194重叠并接触。同样地，在重叠的工件58，60，190的该特定布置中，额外的钢工件190的外表面196提供了工件堆叠52的第二侧66。

优选示例性实施方案和相关示例的以上描述实质上仅仅是描述性的；其并不意图限制所附随的权利要求的范围。所附权利要求中使用的每个术语都应当给予其普通的和常规的含义，除非在本说明书中另外有特殊的和明确的陈述。

Claims (20)

1.一种电阻焊接电极，包括：

电极主体，所述电极主 体具有前端和后端，所述电极主 体限定通向后端的可进入的中空凹槽且在前端处具有圆周；以及

设置在电极主体的前端上的焊接面，所述焊接面具有与电极主体的圆周重合的圆周或者从电极主 体的圆周向上移位出过渡凸出部的圆周，并且其中至少焊接面由耐火基材料构成，耐火基材料包含至少35wt%的耐火金属并且具有的导电率小于或等于3.8×10⁷S/m，以及

其中，所述电阻焊接电极具有低的导电率使得所述电阻焊接电极在电流流动期间产生热量并积聚从熔融的熔池所传递的热量，

所述电阻焊接电极具有低的导热率使得所述焊接面能够将热量保持位于所述电阻焊接电极下方并与之接触的工件中，

其中，所述电阻焊接电极还能够在先前存在的熔融的熔池周围形成三维径向温度梯度和/或提高已经存在的三维径向温度梯度。

2.根据权利要求1所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是元素钼或元素钨。

3.根据权利要求1所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是包括35wt%或更多的钼或钨的金属复合物。

4.根据权利要求3所述的电阻焊接电极，其中所述耐火基材料是钨-铜金属复合物，其包括分散在铜基体中的50wt%至90wt%的钨颗粒相。

5.根据权利要求1所述的电阻焊接电极，其中所述焊接面具有基础焊接面表面，基础焊接面表面具有从6mm至20mm的范围变化的直径以及从15mm至300mm的范围变化的球面曲率半径。

6.根据权利要求5所述的电阻焊接电极，其中所述焊接面包括多个直立的、径向间隔的圆形脊，所述圆形脊围绕焊接面的中心并从基础焊接面表面向外突出。

7.根据权利要求1所述的电阻焊接电极，其中所述电极主体和所述焊接面整体地形成，并且两个部分均由相同的耐火基材料构成。

8.根据权利要求1所述的电阻焊接电极，其中所述电极包括固定地紧固在一起的两个组成部件，两个组成部件包括至少具有电阻焊接电极的焊接面的第一组成部件和至少包含电阻焊接电极的电极主体的第二组成部件。

9.根据权利要求8所述的电阻焊接电极，其中所述第一组成部件过盈配合在由第二组成部件限定的内孔中，以将两个组成部件固定地紧固在一起形成电阻焊接电极。

10.一种电阻点焊工件堆叠的方法，所述工件堆叠包括铝合金工件和相邻的钢工件，所述方法包括：

提供工件堆叠，工件堆叠包括重叠并接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，工件堆叠具有紧接铝合金工件的第一侧和紧接钢工件的第二侧；

使工件堆叠的第一侧与电阻焊接电极的焊接面接触，并且其中至少电阻焊接电极的焊接面由耐火基材料构成，所述耐火基材料包含至少35wt%的耐火金属并具有小于或等于3.8×10⁷S/m的导电率，以及所述电阻焊接电极具有低的导电率使得所述电阻焊接电极在电流流动期间产生热量并积聚从熔融的熔池所传递的热量，所述电阻焊接电极具有低的导热率使得所述焊接面能够将热量保持位于所述电阻焊接电极下方并与之接触的所述铝合金工件中，所述电阻焊接电极还能够在先前存在的熔融的铝合金熔池周围形成三维径向温度梯度和/或提高已经存在的三维径向温度梯度；

使工件堆叠的第二侧与第二焊接电极的焊接面接触；以及

使电流在电阻焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间通过，并通过工件堆叠，以在与钢工件相邻定位的铝合金工件内产生熔融的铝合金熔池，在电流流动的过程中，所述电阻焊接电极的焊接面凹进工件堆叠的第一侧中比所述第二焊接电极的焊接面凹进工件堆叠的第二侧中更大的程度，且电流的流动路径呈从所述第二焊接电极向所述电阻焊接电极径向扩展的锥形流动图案；以及

中断电流的通过以允许熔融的铝合金熔池凝固成焊接接头，焊接接头将相邻的铝合金和钢工件在其接合界面处结合在一起，其中，当在焊接电极之间流动的电流中断时，在表面面积方面，由所述电阻焊接电极形成的接触面积大于由所述第二焊接电极形成的接触面积。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述耐火基材料是元素钼或元素钨。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述耐火基材料是包含35wt%或更多的钼或钨的金属复合物。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述耐火基材料是包含分散在铜基体中的50wt%至90wt%的钨颗粒相的钨-铜金属复合物。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述电阻焊接电极的焊接面具有基础焊接面表面，基础焊接面表面具有从6mm至20mm的范围变化的直径以及从15mm至300mm的范围变化的球面曲率半径。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电阻焊接电极的焊接面包括多个直立的、径向间隔的圆形脊，所述圆形脊围绕焊接面的中心并从基础焊接面表面向外突出。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述电阻焊接电极进一步包括与焊接面整体形成的电极主体，并且其中整个电阻焊接电极由耐火基材料形成。

17.根据权利要求10所述的方法，其中电阻电极由至少具有焊接面的第一组成部件和具有支撑焊接面的电极主体的第二组成部件形成，并且其中第一组成部件过盈配合在由第二组成部件限定的内孔中，以将两个组成部件固定地紧固在一起。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述工件堆叠仅包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，以使得铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。

19.根据权利要求10所述的方法，其中所述工件堆叠包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，再加上额外的铝合金工件，以使得额外的铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。

20.根据权利要求10所述的方法，其中所述工件堆叠包括彼此重叠并且接触以建立接合界面的铝合金工件和钢工件，再加上额外的钢工件，以使得铝合金工件的外表面提供工件堆叠的第一侧并且额外的钢工件的外表面提供工件堆叠的第二侧。