CN107262896A - 将铝电阻点焊到钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将铝电阻电焊到钢的方法，公开了一种对铝工件和相邻且重叠的钢工件进行电阻点焊的方法，其中，使处于可扩散状态的反应性金属源沿着铝工件和相邻重叠的钢工件的接合界面定位。处于可扩散状态的反应性金属源可以采用多种形式，包括（1）复合粘性层，所述复合粘性层包括分散于整个结构热固性粘性基质中的反应性颗粒，或者（2）反应性合金层，所述反应性合金层面对铝工件的接合表面并且与铝工件的接合表面邻近接触。一旦处于可扩散状态的反应性材料源位于适当位置并且工件叠堆得以组装，则使电流在焊接区处经过工件叠堆并在一组相对的焊接电极之间传送以最终产生焊接连结部。

Description

将铝电阻点焊到钢的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No. 62/320,081和No. 62/320,163的权益，所述临时专利申请中的每个于2016年4月8日提交。上述临时专利申请中每个的全部内容通过引用被合并在本文中。

技术领域

本公开的技术领域一般地涉及一种对工件叠堆进行电阻点焊的方法，所述工件叠堆包括铝工件以及相邻重叠的钢工件。

背景技术

电阻点焊是许多工业所使用的以将两个或更多的金属工件连结到一起的过程。例如，汽车工业经常在制造结构框架构件（例如，车身侧部和横梁）和车辆闭合构件（例如，车辆的门、发动机罩、行李箱盖、以及提升式门）以及其他的期间使用电阻点焊将金属工件连结到一起。经常在金属工件的外围边缘周围的各种地方或一些其它结合区域形成许多焊点，以确保该部件在结构上是牢固的。虽然点焊通常已被实践用于将某些具有相似组成的金属工件连结到一起（例如，将钢连结到钢以及将铝连结到铝），但将较轻重量材料并入车身结构的期望已引起了对通过电阻点焊将钢工件连结到铝工件的兴趣。上述对此类不相似的金属工件进行电阻点焊的期望并非是汽车工业所特有的；实际上，其延伸到其它行业，包括航空、海运、铁路、以及建筑施工行业。

电阻点焊依赖于对经过重叠的金属工件并且跨过它们的（一个或多个）接合界面的电流流动的阻抗以便产生热。为了实施这种焊接过程，抵靠工件叠堆的相对侧以面对准的方式挤压一组相对焊接电极，该工件叠堆通常包括以重叠构造而布置的两个或三个金属工件。然后，使电流从一个焊接电极穿过金属工件至另一个焊接电极。对该电流的流动的阻抗在金属工件内以及在它们的（一个或多个）接合界面处产生热。当该工件叠堆包括铝工件和相邻重叠的钢工件时，产生在接合界面处以及这些不相似的金属工件的主体材料内的热使熔融铝焊池开始形成在铝工件内并使该熔融铝焊池在铝工件内生长。熔融铝焊池将钢工件的相邻接合表面湿化，并且当电流终止时凝固成将两个工件结合到一起的焊接连结部。

然而，在实践中，将铝工件点焊到钢工件是具有挑战性的，因为这两种金属的许多特性会对焊接连结部的强度产生不利影响，最显著地，对剥离强度和横向拉伸强度产生不利影响。就其中一个而言，铝工件通常包括在机械上韧性的、电绝缘的、且自愈合难熔氧化物表面层。该氧化物表面层通常由氧化铝化合物构成，但也可以包括其它金属氧化物化合物，例如，当铝工件由含镁的铝合金构成时包括氧化镁的化合物。由于其性质，难熔氧化物表面层具有在接合界面处保持完好的倾向，其中，该表面层不仅阻碍熔融铝焊池使钢工件湿化的能力，而且在正在增长的焊池内部提供界面附近的缺陷的起因。此外，氧化物表面层的绝缘性质提高铝工件的接触电阻（即，在其接合表面处和在其电极接触点处），从而使得难以有效地将热控制并集中在铝工件内。

当在接合界面处在铝工件与钢工件的接合表面之间存在中间有机材料层（例如尚未固化的热固化粘合剂、密封物、隔音层等）时，由铝工件的难熔氧化物表面层而产生的复杂状况会得到放大。具体地，所认为的是，来自有机材料层的可能包括灰炭、填料颗粒（例如，二氧化硅、橡胶等）残留物以及其它衍生材料最终与残留氧化物膜结合而形成粘固性更强的复合残留物膜，与原来的难熔氧化物表面层相比，该复合残留物膜在电流流动期间对机械分解和分散的耐受性更强。与铝和钢工件之间不存在中间有机材料层的情况相比，韧性更强的复合残留物膜的形成以破坏性大得多的形式导致该膜的碎片在接合界面处并且沿接合界面保留成组并汇集。例如，该复合残留物膜会阻碍铁扩散到熔融铝焊池中，这会导致硬且脆的Fe-Al金属间化合物层的过度增厚。另外地，该复合残留物膜可沿焊接连结部与钢工件的结合界面提供易生成裂纹的路径。这些事件的每个事件可使焊接连结部弱化。

除了由铝工件的难熔表面氧化物层所引起的挑战外，无论是否连同有中间有机材料层，铝工件和钢工件都具有会对焊接连结部的强度和性能造成不利影响的不同性质。具体地，铝具有相对低的熔点（~600°C）及相对低的电阻率和热阻率，而钢具有相对高的熔点（~1500°C）及相对高的电阻率和热租率。由于在材料性质方面的这些差异，所以在电流流动期间大部分的热产生在钢工件内，以使得在钢工件（较高温度）与铝工件（较低温度）之间存在热不平衡。电流流动期间所形成的热不平衡与铝工件的高热导率相结合意味着紧接在终止电流流动后发生如下情况：热量从焊接区不对称地传播。相反，热量从较热的钢工件经过铝工件朝这铝工件另一侧上的焊接电极进行传导，这在该方向上形成陡峭的热梯度。

在钢工件和铝工件另一侧上的焊接电极之间形成陡峭的热梯度被认为将以若干方式使得到的焊接连结部弱化。首先，因为在电流的流动被终止后钢工件与铝工件相比在更长的持续时间内保有热量，所以熔融铝焊池定向地凝固，从接近与铝工件相关联的较冷焊接电极（经常被水冷却）的区域开始并且朝着钢工件的接合表面扩展。此类型的凝固前沿（solidificaiton front）趋向于朝着并且沿着焊接连结部与钢工件的结合界面清除或驱赶缺陷（例如气孔、缩孔、和微开裂），在焊接连结部与钢工件的结合界面中，已存在残留氧化物膜缺陷或复合残留物膜缺陷）。其次，钢工件中的持续的、提高的温度促进硬且脆的Fe-Al 金属间化合物层在焊接连结部内的生长并且与钢工件的接合表面相连。结合界面处的焊接缺陷的散布连同Fe-Al金属间化合物层过度生长趋向于降低焊接连结部的剥离强度和横向拉伸强度。

鉴于上述的挑战，前面对铝工件和钢工件进行点焊的尝试已采用如下焊接流程：规定了较高的电流、较长的焊接时间、或两者（与钢到钢的点焊相比），以便试图并获得适当的焊接结合面积。这种尝试在制造设定中基本上不成功并且具有损坏焊接电极的倾向。考虑到前面的点焊尝试尚未特别地成功，作为替代，已主要地使用机械紧固件，包括自冲铆钉和自攻螺钉。然而，与点焊相比，花费较长时间才将机械紧固件放置就位并且具有高的消耗性成本。它们也给车辆增加了重量，该重量当以点焊的方式完成连结时得到避免，该增加的重量抵消了一些本来通过使用铝工件而获得的重量上的减轻。因此，改进电焊来更容易地将铝和钢工件进行连结将会是对本领域的受到欢迎的补充。

发明内容

一种将包括铝工件和相邻重叠的钢工件的工件叠堆电阻点焊到一起的方法可以包括若干步骤。首先，使处于可扩散状态的反应性金属源沿着铝工件和相邻重叠的钢工件的接合界面定位。反应性金属能够与熔融铝发生反应以形成金属铝化物颗粒。接着，使第一焊接电极的焊接面压靠提供工件叠堆的第一侧的铝工件表面，并且使第二焊接电极的焊接面压靠提供工件叠堆的第二侧的钢工件表面。一旦焊接电极放置就位，使电流在焊接区处传动通过相对的第一和第二焊接电极的焊接面之间的工件叠堆。这导致与钢工件相邻的铝工件熔化并且在铝工件内形成熔融铝焊池，该熔融铝焊池使相邻的钢工件的接合表面湿化。熔融铝焊池与处于可扩散状态的反应性金属源之间的接触导致金属铝化物颗粒的形成，该金属铝化物颗粒迁移到熔融铝焊池中。最后，在某一合适的时间段之后，使电流在相对的第一和第二焊接电极的焊接面之间的传送终止，以允许熔融铝焊池凝固成焊接连结部。

所述将铝工件与钢工件电阻点焊到一起的方法可以具有附加的或得到更多限定的步骤。例如，在所公开方法的一个实施方式中，处于可扩散状态的反应性金属源可以是复合粘性层，其被设置在铝工件的接合表面和钢工件的接合表面之间的铝工件与钢工件的接合界面处。该复合粘性层可包括结构热固性粘性基质以及分散在该基质内的反应性颗粒。此外，反应性颗粒可包含基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，所述一种或多种反应性组成金属成分处于可扩散状态与基底金属成分形成合金。例如，反应性颗粒的一种或多种反应性组成金属成分可包括铁、镍、钴、或锰中的一种或多种。作为另一示例，一种或多种反应性组成金属成分可导致铝化物颗粒形成在熔融铝焊池内，所述铝化物颗粒包括原子百分比在20%和80%之间的铝连同Fe、Ni、Co、Mn中的至少一种或Fe、Ni、Co、Mn的组合。

在所公开方法的另一实施例中，处于可扩散状态的反应性金属源可以是反应性合金层，其面对铝工件的接合表面并与铝工件的接合表面邻近接触。反应性合金层可以包含基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，一种或多种反应性组成金属成分处于可扩散状态与基底金属成分形成合金。实际上，在一个具体实施方式中，反应性合金层可以是作为钢工件的一部分的反应性合金表面层，因为该反应性合金表面层粘附到钢工件的基底钢基体。该层可以具有在2 µm和100 µm之间的厚度。例如，反应性合金表面层可以是合金化热镀（galvanneal）锌-铁合金层、电沉积锌-镍合金层、或电沉积锌-铁合金层。另外地，在一些实际操作中，在接合界面处，钢工件的反应性合金表面层可以通过位于铝和钢工件之间的介于中间的有机材料层来与铝工件的接合表面邻近接触。

无论处于可扩散状态的反应性金属源是何种，当用两个或更多的工件来组装工件叠堆时可实施所公开的方法。当然，当工件叠堆被组装成“2T”叠堆时，铝工件构成提供工件叠堆的第一侧的铝工件表面，并且与该铝工件相邻的钢工件构成提供工件叠堆的第二侧的钢工件表面。如果期望的话，另外的铝和/或钢工件可被包括在工件叠堆中以形成包括三个并且可能四个工件的叠堆。所公开的方法还可被实践成使得迁移到熔融铝焊池中的金属铝化物颗粒最终沉积成焊接连结部中的金属铝化物颗粒的环形环。金属铝化物颗粒的环形环可从焊接连结部的焊接结合表面向上延伸并且径向地向内延伸到焊接连结部的铝焊接熔核中。

附图说明

图1是根据所公开方法的一个实施例的准备进行电阻点焊的工件叠堆的截面图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及设置在该两个工件的接合表面之间的复合粘性层；

图2是复合粘性层的放大截面图，该放大截面图示出了结构热固性粘性基质和分散在该基质内的反应性颗粒；

图3是准备进行电阻点焊的工件叠堆的另一个实施方式的截面图，其中，该叠堆包括重叠的铝工件和钢工件以及设置在该两个工件的接合表面之间的复合粘性层，其中，这里的工件叠堆包括另一铝工件；

图4是准备进行电阻点焊的工件叠堆的另一个实施方式的截面图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及设置在该两个工件的接合表面之间的复合粘性层，其中，这里的工件叠堆包括另一钢工件；

图5是准备进行电阻点焊的位于一组相对的焊接电极之间的工件叠堆的概括性截面图，该工件叠堆包括重叠的铝和钢工件以及设置在该两个工件的接合表面之间的复合粘性层。

图6是根据本公开的一个实施例的焊接电极的概括性透视图，在对工件叠堆进行电阻点焊期间，可以使该焊接电极压靠该叠堆的铝工件表面；

图7是图6中所示的焊接电极的焊接面的放大截面图；

图8是根据本公开的一个实施例的焊接电极的概括性透视图，在对工件叠堆进行电阻点焊期间，该焊接电极可以压靠该叠堆的钢工件表面；

图9是在焊接电极之间传送电流并且使该电流传送通过工件叠堆期间的图5中所示的工件叠堆和焊接电极的概括性截面图，其中，电流的传送已导致与钢工件相邻的铝工件的熔化并且导致在铝工件内形成熔融铝焊池；

图10是示出了刚好在铝工件内形成熔融铝焊池之前的工件叠堆的复合粘性层的理想化示图；

图11是示出了复合粘性层的反应性颗粒开始与熔融铝焊池发生反应以产生高熔化温度铝化物颗粒的理想化示图；

图12是示出了高熔化温度铝化物颗粒的理想化示图，该高熔化温度铝化物颗粒将残留氧化物膜碎片和复合残留物膜碎片清除到熔融铝焊池中并且远离钢工件的接合表面；

图13是在已经停止在焊接电极之间传送电流并且已经停止使电流穿过叠堆从而允许熔融铝焊池凝固成焊接连结部之后的图5中所示的工件叠堆和焊接电极的概括性截面图，该焊接连结部将相邻的铝和钢工件焊接结合到一起；

图14是将工件叠堆的铝工件和相邻的钢工件结合到一起的焊接连结部的截面示图，并且其中，焊接连结部包括保护焊接连结部的焊接结合表面的高熔化温度铝化物颗粒的环形环；

图15是图14中所示的焊接连结部的左手侧的放大截面图，该焊接连结部包括铝化物颗粒的环形环的一个特殊实施例；

图16是图14中所示的焊接连结部的左手侧的放大截面图，该焊接连结部包括铝化物颗粒的环形环的另一特殊实施例；

图17是根据所公开方法的另一个实施例的准备进行电阻点焊的工件叠堆的截面示图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及与该铝工件的接合表面邻近接触的反应性合金层；

图18是准备进行电阻点焊的工件叠堆的另一实施方式的截面示图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及与该铝工件的接合表面邻近接触的反应性合金层；

图19是准备进行电阻点焊的工件叠堆的另一个实施方式的截面示图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及与该铝工件的接合表面邻近 接触的反应性合金层，其中，这里的工件叠堆包括另一铝工件；

图20是准备进行电阻点焊的工件叠堆的另一个实施方式的截面示图，其中，该叠堆包括重叠的铝和钢工件以及与铝工件的接合表面邻近接触的反应性合金层，其中，这里的工件叠堆包括另一钢工件；

图21是位于准备进行电阻点焊的一组相对的焊接电极之间的工件叠堆的概括性截面图，该工件叠堆包括重叠的铝和钢工件以及与该铝工件的接合表面邻近接触的反应性合金层；

图22是在焊接电极之间传送电流并使该电流穿过工件叠堆期间的图21中所示的工件叠堆和焊接电极的概括性截面图，其中，电流的传送已导致与钢工件相邻的铝工件的熔化并且导致在铝工件内形成熔融铝焊池；

图23是示出了刚好在铝工件内形成熔融铝焊池之前的工件叠堆的反应性合金层的理想化示图；

图24是示出了反应性合金层与熔融铝焊池发生反应以产生高熔化温度铝化物颗粒的理想化示图；

图25是示出了高熔化温度铝化物颗粒的理想化图示，该高熔化温度铝化物颗粒将氧化物碎片和复合有机残留碎片清除到熔融铝焊池中并且远离钢工件的接合表面；

图26是在已经停止在焊接电极之间传送电流并且已经停止使电流传送通过工件叠堆从而允许熔融铝焊池凝固成焊接连结部之后的图21中所示的工件叠堆和焊接电极的概括性截面图，焊接连结部将相邻的铝和钢工件焊接结合到一起。

具体实施方式

将铝工件点焊到钢工件存在着一些显著的挑战。如上面所讨论的，使对不同的金属进行点焊的能力恶化的许多认定的挑战与焊接连结部对如下内容的敏感性有关：由于焊接错位以及硬且脆的金属间化合物层的存在而在连结部和钢工件的接合表面的界面处作出的妥协。当在这两个工件之间的接合界面处存在中间有机材料时这些挑战尤其是成问题的，这是由于如下事实：在焊接期间，有机材料可与残留氧化物膜相互作用以形成机械韧性更强的复合残留物膜。因此，将常规的钢到钢或铝到铝的点焊操作应用到包括重叠构造的铝和钢工件的工件叠堆具有在铝和钢工件之间产生如下焊接连结部的倾向：在标准的剥离或横向拉伸测试期间当受到载荷作用时显示出不令人满意的界面间的连结断裂。

本文中公开了一种电阻点焊方法，所述电阻点焊方法解决了存在于对铝工件和相邻的钢工件进行点焊而引发的各种挑战。所述方法包括将处于可扩散状态的反应性金属源定位成沿着铝和钢工件的接合界至少穿过焊接区，这意味着可扩散反应性金属源可被包括在铝工件的表面覆层中、 钢工件的表面覆层中，或者作为在中间有机材料层内的分散的颗粒，中间有机材料层被设置在铝和钢工件之间。反应性金属是如下所述的任何金属：可迁移到点焊期间所形成的熔融铝焊池中并且可与熔融铝发生反应以形成金属铝化物颗粒。为此，可扩散反应性金属源指的是如下所述的任何材料：含有稀释的和被弱约束的反应性金属以使得可从该金属源容易地释放该金属以便迁移到熔融铝焊池中。反应性金属被更牢固地约束在其中的源将不释放反应性金属到熔融铝焊池中。并且具有高浓度反应性金属的源有可能在熔融铝焊池的表面处形成连续的铝化物层，该铝化物层过早地终止或以其他方式阻挡反应性金属迁移到焊池中。

处于可扩散状态的反应性金属源可采用反应性金属合金颗粒的形式。具体地，如图1-图16中所示并且如下面更详细地描述的，所公开方法的一个实施例采用在铝和钢工件的相对接合表面之间的中间复合粘性层。复合粘性层包括反应性颗粒，该反应性颗粒在电流穿过堆叠的工件期间当铝工件被熔化时能够形成高熔化温度铝化物颗粒并且该反应性颗粒暴露于形成在铝工件内的得到的熔融铝焊池并与该得到的熔融铝焊池发生反应。反应性颗粒可通过包括一种或多种反应性组成金属成分（例如铁或镍）来适合于高熔化温度铝化物颗粒的形成，所述一种或多种反应性组成金属成分与基底载体金属成分形成合金而同时保持可扩散状态。

反应性颗粒和熔融铝焊池之间的反应所产生的高熔化温度铝化物颗粒以增强最终形成的焊接连结部的强度特性的方式显示出到焊池中的以及在焊池内的迁移率。产生该连结增强效果是因为高温铝化物颗粒迁移到熔融铝焊池中并且在该过程中将氧化物材料碎片和复合层残留物碎片（如果存在）向上提升并载送到焊池中从而防止这些碎片抵靠钢工件进行沉积。高熔化温度铝化物颗粒也可将它们自身布置成为环形环，该环形环保护焊接连结部和钢工件的邻接接合表面之间的结合界面以防在所施加的载荷下发生裂纹扩展。所提供的抵抗裂纹扩展的保护是值得注意的，因为在所施加载荷下界面间连结部失效的主要原因常常是由在界面附近的焊接错位而得到促进的经过金属间化合物层的快速裂纹生长。

在图1-图4中大体上示出了电阻点焊工件叠堆10的所公开的方法，工件叠堆10包括铝工件12和相邻重叠的钢工件14。现在参考图1-2，工件叠堆10具有第一侧16和第二侧18，并且至少包括铝工件12和钢工件14，铝工件12和钢工件14如所示在整个焊接区22上彼此重叠并彼此相邻，而同时被介于中间的复合粘性层20隔开。工件叠堆10的第一侧16由铝工件表面24提供，并且第二侧18由钢工件表面26提供。因此，工件叠堆10可被组装为“2T”叠堆，“2T” 叠堆仅包括一对相邻的铝和钢工件12、14，或者工件叠堆10可被组装为“3T”叠堆，“3T” 叠堆包括相邻的铝和钢工件12、14加上另一铝工件28（如图3中所示的铝-铝-钢）或另一钢工件30（如图4中所示的铝-钢-钢），只要具有相同的基底金属组成的两个工件被设置成彼此靠近。工件叠堆10甚至可以包括多于三个工件，例如铝-铝-钢-钢叠堆、铝-铝-铝-钢叠堆、或者铝-钢-钢-钢叠堆。

铝工件12包括被包覆或未被包覆的铝基体32。铝基体32可由非合金的铝或铝合金构成，所述铝合金包括至少85 %重量比的铝。可构成铝基体32的一些能够关注到的铝合金是铝-镁合金、铝-硅合金、铝-镁-硅合金、或者铝-锌合金。如果被包覆，铝基体32包括表面层34，该表面层34可以是由氧化铝化合物和可能地其它氧化物化合物所构成的原生的难熔氧化物材料，和/或也可以是制造期间在使铝基体32暴露于高温时所形成的氧化物层，例如轧皮（mill scale）。在该情况中，表面层34优选地具有范围从1 nm至20 nm的厚度并且可以存在于铝基体32的一侧或两侧上（如所示）。考虑到铝基体32的厚度以及可能存在的任选的表面层34，铝工件12至少在焊接区22处具有范围从0.3 mm至大约6.0 mm的厚度120，或者更严格地从0.5 mm至3.0 mm的厚度120。

铝工件12的铝基体32可以以锻造或铸造的形式而提供。例如，铝基体32可以由4xxx、5xxx，6xxx、或7xxx系列的锻造铝合金板层、挤出件、锻造件、或其它加工制品所构成。替代地，铝基体32可以由4xx.x、5xx.x、6xx.x、或7xx.x系列的铝合金铸造件所构成。可以构成铝基体32的铝合金的一些更具体类型包括但不限于：AA5754和AA5182铝-镁合金、AA6111和AA6022铝-镁-硅合金、AA7003和AA7055 铝-锌合金、以及Al-10Si-Mg铝压铸合金。如果期望的话，还可以将多种回火过程应用到铝基体32，包括退火（O）、应变硬化（H）、以及溶液热处理（T）。因此，本文中所使用的术语“铝工件”包括无论是包覆的还是未包覆的、采用不同的可点焊形式的非合金的铝和种类广泛的铝合金，所述可点焊形式包括锻造板层、挤出件、锻造件等，以及铸造件。

钢工件14包括具有任何多种多样的等级和强度的钢基体36，包括经冷轧或热轧的钢基体。例如当钢工件14 包括热成形钢（PHS）时，略举几个例子，钢基体36例如可以由软钢、无间隙原子钢、烘烤硬化钢、高强度低合金（HSLA）钢、双相（DP）钢、复相（CP）钢、马氏体（MART）钢、相变诱发塑性（TRIP）钢、孪生诱发塑性（TWIP）钢、以及硼钢所构成。然而，钢基体36的优选组成包括用于热成形钢的制造的软钢、双相钢、和硼钢。这三种类型的钢分别具有如下的极限拉伸强度：范围从150 MPa至350 MPa、500 MPa至1100 MPa、以及1200 MPa至1800 MPa。

此外，钢工件14可以在钢基体36的一侧或两侧（如所示）上包括表面层38。现在，覆在钢基体36上面的表面层38 可以种类广泛的合适的覆层组合物中的任何组合物。例如，表面层38可由锌（经镀锌）、镍、锌-铁合金（经合金化热镀）、锌-镍合金、铝、铝-镁合金、铝-锌合金、或铝-硅合金构成。因此，术语“钢工件” 包括不同等级和强度的、无论是包覆的还是未包覆的种类广泛的钢基体，并且还包括已经接受焊接前处理（例如在生产热成形钢中，如退火、淬火、和/或回火）的钢基体。考虑到可能存在的任选的表面层38和钢基体36的厚度，钢工件14至少在焊接区22处具有范围从0.3 mm和6.0 mm或者更严格地从0.6 mm至2.5 mm的厚度140。

当叠堆10被组装为“2T”叠堆时，提供工件叠堆10的第一和第二侧16、18的铝工件表面24和钢工件表面26可由相邻且重叠的铝和钢工件12、14所提供。例如，在图1-图2中所示实施例的情况中，当两个工件12、14被堆叠以便进行点焊时，铝工件12包括接合表面40和后表面42，并且同样地，钢工件14包括接合表面44和后表面46。两个工件12、14的接合表面40、44经由复合粘性层20相互重叠并相互面对以在焊接区22内部内建立接合界面48。另一方面，铝和钢工件12、14的后表面42、46在焊接区22处沿相反方向相互背对，并且分别构成叠堆10的铝和钢工件表面24、26。

术语“接合界面48”在本公开被广义地使用，并且包括在接合表面40、44之间的任何重叠且面对的关系，其中，可以实践包括直接和/或间接接触的各种形式的电阻点焊。实际上，如图1-图2在此示出的，在电流流动和形成熔融铝焊池之前，铝和钢工件12、14的接合表面40、44可以处于间接接触的状态。当它们不处于与彼此的间接界面间接触但然而被具有复合粘性层20的相对侧的界面隔开时，接合表面40、44在焊接区22处于间接接触的状态。在接合表面40、44之间存在复合粘性层20可以被相当容易地点焊穿，如将在下面进一步描述的，并且因此不会不利地抑制在表面40、44之间的电流转换。

复合粘性层20被设置在相邻的铝和钢工件12、14的接合表面40、44之间，并且包括结构热固性粘性基质50以及分散在基质50内的反应性颗粒52。这在图2的部分放大示图中最佳地示出。结构热固性粘性基质50可以是任何可固化结构粘合剂，例如包括热固化环氧树脂或热固化聚氨酯。可以被用作粘性基质50的热固化结构粘合剂的一些具体示例包括：DOW Betamate1 486、Henkel Terokal 5089、以及Uniseal 2343，全部这些粘合剂都是可商购的。另外地，虽然未在图2中示出，但复合粘性层20还可包括任选的填料颗粒（例如二氧化硅颗粒），该填料颗粒分散在整个粘性基质50中以修改复合粘合剂的粘度谱或其它性质以便进行制造操作。介于中间的复合粘性层20优选地具有如下所述的经过焊接区22的厚度200：范围从0.1 mm至2.0 mm，或者更严格地从0.2 mm至1.0 mm。

分散在结构热固性粘性基质50内的反应性颗粒52是构成可扩散反应性金属源的金属合金颗粒。反应性颗粒52包含基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，一种或多种反应性组成金属成分处于可扩散状态与基底金属成分形成合金。基底金属成分优选地是锌或者能够容易地溶解在进行点焊期间所形成的熔融铝焊池中的一些其它金属成分。一种或多种反应性组成金属成分的各组成金属成分可以是可与焊池中的熔融铝发生反应以形成高熔化温度铝化物颗粒的任何金属成分。可以以该种方式发生反应的优选的反应性组成金属成分包括下列中至少的一种：（1）铁（Fe）、（2）镍（Ni）、（3）钴（Co）、或（4）锰（Mn）。合适的反应性颗粒52的若干示例包括：Zn-Fe合金颗粒、Zn-Ni合金颗粒、Zn-Fe-Ni合金颗粒、Zn-Co合金颗粒、Zn-Fe-Mn合金颗粒、以及Zn-Ni-Mn合金颗粒，其中Zn-Fe合金和Zn-Ni合金颗粒是最优选的。反应性颗粒52的尺寸可被设置成具有范围从0.01 mm至2.0 mm，或者更严格地从0.2 mm至1.0 mm的平均直径。

在一种或多种反应性组成金属成分可被容易地从基底金属成分中释放以便迁移到熔融铝焊池中时，一种或多种反应性组成金属成分在可扩散状态中与基底金属成分形成合金。在一种或多种反应性组成金属成分被弱约束并被充分地稀释或分散在基底金属成分内时，这种可扩散状态可得以实现。实际上，过强地约束一种或多种反应性组成金属成分的基底金属成分将会仅仅将（一种或多种）组成金属成分的可忽略不计的部分释放到熔融铝焊池中，而同时具有过高浓度的（一种或多种）反应性组成金属成分的反应性颗粒52有可能在熔融铝焊池的表面处产生连续的铝化物层，该铝化物层过早地终止（一种或多种）反应性组成金属成分迁移到焊池中或以其他方式阻挡（一种或多种）反应性组成金属成分迁移到焊池中。当基底金属成分是锌并且反应性颗粒52包括总计达到原子百分比35 %的一种或多种组成金属成分时，或者更优选地包括总计达到原子百分比10%和25%之间的一种或多种组成金属成分时，通常可以获得一种或多种组成金属成分的可扩散状态。

设置在铝和钢工件12、14的接合表面40、44之间的复合粘性层20是多功能的。在焊接区22内，复合粘性层20使在电流流动到反应性颗粒52期间所形成的熔融铝焊池暴露，这进而有助于反应性组成金属成分迁移到焊池中，在焊池中，反应性组成金属成分最终与熔融铝发生反应以形成高熔化温度铝化物颗粒，如下面更详细地描述的。从复合粘性层20中的反应性颗粒52衍生出的高熔化温度铝化物颗粒能够将残留氧化物膜碎片和复合残留物膜碎片载送到熔融铝焊池中并且将残留氧化物膜碎片和复合残留物膜碎片载送离开钢工件14。它们也具有聚集成为环形环的倾向，该环形环保护焊接连结部以防发生界面间裂纹扩展。当在点焊之后在ELPO-烘箱或其它设备中加热工件叠堆10以使结构热固性粘性基质50固化时，在焊接区22的外部，复合粘性层20 大体上保持不受影响并且可以在铝和钢工件12、14的接合表面40、44之间提供额外的结合。

当然，如图3-图4中所示，工件叠堆10不局限于仅包括铝工件12和相邻的钢工件14。除了相邻的铝和钢工件12、14外，工件叠堆10也可被组装为包括另外的铝工件28或另外的钢工件30，只要另外的工件被设置成与具有相同的基底金属组合物的工件12、14相邻；也就是说，另外的铝工件28 被设置成与铝工件12相邻，并且另外的钢工件30被设置成与钢工件14相邻。至于另外的工件的特性，上面所提供的对铝工件12和钢工件14的描述适用于可以被包括在工件叠堆10中的另外的铝工件28或另外的钢工件30。不过应当注意到的是，虽然相同的概述性描述适用，但不要求3T叠堆的两个铝工件12、28或两个钢工件14、30在组成、厚度、或形成方式（例如，锻造或铸造）方面是相同的。

如图3中所示，例如，工件叠堆10可以包括上面所描述的相邻的铝和钢工件12、14以及与铝工件12重叠并相邻的另外的铝工件28。当另外的铝工件28被如此定位时，如前面那样，钢工件14的后表面46构成提供工件叠堆10的第二侧18的钢工件表面26，而同时与钢工件14相邻的铝工件12现在包括一对相对的接合表面40、54。铝工件12的面朝钢工件14的接合表面40如先前所描述的那样继续连同钢工件14的面对的接合表面44经由复合粘性层20建立接合界面48。铝工件12的其它接合表面54重叠并且面对另外的铝工件28的接合表面56。如此，在这种重叠工件28、12、14的特定布置中，另外的铝工件28的后表面58现在构成提供工件叠堆10的第一侧16的铝工件表面24。

在如图4中所示的另一个示例中，工件叠堆10可包括上面所描述的相邻的铝和钢工件12、14以及与钢工件14重叠并被设置成与钢工件14相邻的另外的钢工件30。当另外的钢工件30被如此定位时，如前面那样，铝工件12的后表面42构成提供工件叠堆10的第一侧16的铝工件表面24，而同时与铝工件12相邻的钢工件14现在包括一对相对的接合表面44、60。钢工件14的面朝铝工件12的接合表面44如先前所描述的那样继续连同铝工件12的面对的接合表面40建立接合界面48。钢工件14的其它接合表面60重叠并且面对另外的钢工件30的接合表面62。如此，在这种重叠的工件12、14、30的特定布置中，另外的钢工件30的后表面64现在构成提供工件叠堆10的第二侧18的钢工件表面26。

现在来看图5，示出了连同较大电阻点焊枪（部分地示出）的第一焊接电极66和第二焊接电极68组装成重叠构造后的工件叠堆10。第一和第二焊接电极66、68中的每个被焊枪承载，该焊枪可属于任何合适的类型，例如包括C-型或X-型焊枪。另外地，如这里示意性地示出的，焊接电极66、68电性联接到电源70，该电源70能够根据焊接控制器72所管理的经编程的焊接流程在焊接电极66、68之间输送电流并使电流传输送过工件叠堆10。焊枪也可以装备有冷却液管路以及相关的控制设备，以便在进行点焊操作期间将冷却流体（例如水）输送到焊接电极66、68中的每个。

焊枪包括第一焊枪臂74和第二焊枪臂76。第一焊枪臂74装备有柄78，柄78固定并保持第一焊接电极66，并且第二焊枪臂76装备有柄80，柄80固定并保持第二焊接电极68。将焊接电极66、68固定地保持在它们各自的柄78、80上可借助于柄适配器来实现，柄适配器柄被定位在柄78、80的轴向自由端处并且以已知方式被电极66、68 接收。第一和第二焊枪臂74、76能够被操作成使焊接电极66、68 朝向彼此靠拢或挤压，并且一旦电极66、68与叠堆10发生接触则在焊接区22处将夹持力施加在工件叠堆10上。焊枪臂74、76的靠拢和分开移动通常是当由枪控制器指示时由伺服电机致动（两者均未示出），然而，在其它实施例中，可以气动地致动焊枪臂74、76 。

第一和第二焊接电极66、68可以以任何方式构建，使得有助于在焊接区22处将电流（恒定的、脉冲的等）传送通过工件叠堆10。然而，在优选实施例中，如图6-8中所示，第一和第二焊接电极66、68在构造上是对称的以便应对铝和钢工件12、14的本质上不同的物理性质（例如，熔点、热导率、电导率、在高温下的强度等）。具体地，第一焊接电极66被设计成如果铝工件12上存在难熔氧化物材料使该难熔氧化物材料分解，并且被设计成容纳在铝工件12内生长的熔融铝焊池。另一方面，第二焊接电极68被设计成在电流流动期间将电流集中在钢工件14内（相对于铝工件12）并且还导致钢工件14发生一些变形。这利用了钢工件14在热和电两方面的低的传导性以及其相对于铝工件12的提高的熔点。当然，可以在替代的实施例中使用其它焊接电极组合，包括例如使用对称的焊接电极，该对称的焊接电极各自具有图6-7中所示并在下面所描述的结构。

在图6-7中示出了第一焊接电极66，并且第一焊接电极66包括电极主体82和焊接面84。电极主体82在形状上优选地是圆柱形，并且电极主体82包括具有周边820的前端86。在其前端周边820处所截取的主体82的直径822优选地是在12 mm至22 mm的范围内、或者更严格地在16 mm至20 mm的范围内。焊接面84被设置在主体82的前端86上，并且具有周边840，周边840与主体82的前端86的周边820一致（“整面电极”）或者由截头圆锥形状的或截顶球形形状的过渡凸头部88从前端86的周边820向上移位到相距2 mm和10 mm之间的距离处。如果过渡凸头部88是截头圆锥状的，那么与焊接面周边840的水平面所形成的截顶角度优选地是在30°和60°之间。如果过渡凸头部88是球形的，那么过渡凸头部88的曲率半径优选地是在6 mm和12 mm之间。

第一焊接电极的焊接面84优选地具有在其周边840处测量的如下范围的直径842：在6 mm至22 mm范围内、或者更严格地在8 mm至15 mm范围内。就其形状而言，焊接面84包括中凸地穹顶状的基底焊接面表面90。如此，基底焊接面表面90从焊接面840的周边840抬升。在一个实施例中，基底焊接面表面90可以是球形形状的，该球形形状具有在15 mm至300 mm范围内或者更严格地在20 mm至50 mm范围内的曲率半径。此外，焊接面84包括一系列直立圆形脊部92，一系列直立圆形脊部92从基底焊接面表面90向外突出。这些圆形脊部92使第一焊接电极66能够通过如下方式与铝工件表面24建立良好的机械接触和电接触：如果存在通常包覆铝基体32的机械韧性且电绝缘的难熔氧化物层，则向该难熔氧化物层施加应力并使其破裂。

一系列的直立圆形脊部92 优选地以焊接面84的轴线94为中心并且围绕该轴线94。脊部92从其突出的基底焊接面表面90可占据焊接面84的表面积的50%或更多，并且优选地占据在50%和80%之间的焊接面84的表面面积。余下的表面积属于一系列直立圆形脊部92，一系列直立圆形脊部92优选地包括从两个至十个中的任何数量的脊部92、或者更严格地包括三个至五个脊部92。若干直立圆形脊部92彼此被基底焊接面表面90的环形部径向地间隔开，以使得当从紧密围绕焊接面84的轴线94的最靠内直立脊部92′移动到最邻近焊接面84的周边840的最靠外直立脊部92′′时，直立的脊部92 在直径上变得更大。

直立的圆形脊部92的尺寸和形状具有一定的可变性。在一个实施例中，如图6-7中所示，直立圆形脊部92中的每个具有闭合的周边，这意味着脊部92连续地弯曲并且其周边不中断，具有缺乏尖锐拐角的截面轮廓，并且具有弯曲的（如图中所示）或平坦的上表面。此外，直立的圆形脊部92中的每个还具有在脊部92的中点处得到的脊部高度92h，当在截面中观察时脊部高度92h从基底焊接面表面90向上延伸。每个脊部92的脊部高度92h 的范围优选地是从20 µm至400 µm，或者更严格地，在50 µm至300 µm。在两个相邻脊部92的中点之间所测量的脊部92的间距的范围优选地从50 µm至1800 µm，或者更严格地从80 µm至1500 µm。直立的圆形脊部92中的每个的截面优选地是半圆形、截顶半圆形、或三角形。

在图8中示出了第二焊接电极68，并且第二焊接电极68包括电极主体96和焊接面98。电极主体96在形状上优选地是圆柱形，并且电极主体96包括具有周边960的前端100。主体96在其前端周边960处的直径962优选地在12 mm至22 mm的范围内、或者更严格地在16mm至20 mm的范围内。焊接面98被设置在主体96的前端100上，并且具有周边980，周边980与主体96的前端100的周边960一致（“整面电极”）或者由截头圆锥形状的或截顶球形形状的过渡凸头部102从前端100的周边960向上移位到相距2 mm和10 mm之间的距离处。如果过渡凸头部102是截头圆锥状的，那么与焊接面周边980的水平面所形成的截顶角度优选地在15°和50°之间。如果过渡凸头部102是球形的，那么过渡凸头部102的曲率半径优选地是在6mm和20 mm之间、或者更严格地在8 mm和12 mm之间。

第二焊接电极68的焊接面98具有轴线104以及在其周边940处测量的如下范围的直径942：优选地在3 mm至16 mm的范围内，或者更严格地在4 mm至8 mm范围内。就其形状而言，焊接面98包括可以是平面状的或中凸地穹顶状的基底焊接面表面106。如果是中凸地穹顶状的，基底焊接面表面106 从焊接面98的周边980抬升。在一个实施例中，基底焊接面表面106 可以是球形形状的，该球形形状具有在25 mm至400 mm的范围内的或者更严格地在25 mm至100 mm范围内的曲率半径。基底焊接面表面106优选地跨过焊接面98的整个表面积是平滑的。不过，不是必须需要这样的平滑的基底焊接面表面106，因为如果期望的话，第二焊接电极68的焊接面98也可包括一系列的直立的圆形脊部或者其它凸出的或内陷的表面特征。

可以由适合用于点焊应用的任何导电且导热材料来构成第一和第二焊接电极66、68。例如，第一和第二焊接电极66、68可以由具有至少70% IACS或更优选地至少90% IACS的电导率、以及至少300 W/mK或更优选地至少350 W/mK的热导率的铜合金构成。可以被用于第一和第二焊接电极66、68的铜合金的一个具体示例是含有重量百分比0.10%至0.20%的锆并且其余是铜的铜-锆合金（CuZr）。也可采用具备合适的机械性质以及导电和导热性质的、本文未明确陈述的其它铜合金组合物以及其它金属组合物。作为替代的示例，例如，第一焊接电极66和/或第二焊接电极68可以由铜-铬合金、铜-铬-锆合金、具有氧化铝散布的铜、或者包含重量百分比50%和90%之间的钨颗粒相的钨-铜金属复合物构成，所述钨颗粒相分散在构成剩余部分（在重量百分比50%和10%之间）的铜基质中。

电阻点焊方法开始于组装工件叠堆10，并且然后将第一和第二焊接电极66、68相对于工件叠堆10定位，以使得第一焊接电极66的焊接面84（也被称为“第一焊接面84”）面对铝工件表面24并且第二焊接电极68的焊接面98（也被称为“第二焊接面98”）面对钢工件表面26，如图5和9中所示。然后，在所施加的夹持力作用下使第一焊接面84和第二焊接面98在焊接区22处以相互面对准的方式压靠它们相应的铝和钢工件表面24、26。所施加的夹持力的范围优选地是从400 lb至2000 lb、或者更严格地在从600 lb 至1300 lb。虽然在该附图中仅示出了如下铝工件和钢工件12、14：相互重叠并相邻并由此经由复合粘性层20建立了接合界面48，但以下对电阻点焊方法的描述等同地适用于如下情况：工件叠堆10包括另外的铝工件28或另外的钢工件30（图3-4）。

在使第一和第二焊接电极66、68的焊接面84、98分别压靠工件叠堆10的铝和钢工件表面24、26之后，借由它们的经面对准的焊接面84、98在焊接电极66、68之间传送电流。在焊接面84、98之间交换的电流是由电源70输送的，电源70优选地是中频直流（MFDC）逆变电源，其包括逆变器和MFDC变压器。MFDC变压器可以从许多供应商处购得，包括RomanManufacturing（Grand Rapids，MI）、ARO Welding Technologies（ChesterfieldTownship，MI）、以及Bosch Rexroth（Charlotte，NC）。所输送的电流的特性由焊接控制器72控制。具体地，焊接控制器72允许使用者对焊接流程进行编程，该流程设定了在焊接电极66、68之间进行交换的电流的波形。该焊接流程允许在任何给定时间自定义控制电流水平并且对在任何给定的电流水平下自定义控制电流持续时间以及其他功能，并且还允许电流的如下这种属性：对非常小的时间增量的变化作出响应，所述非常小的时间增量小到几分之一毫秒。

在第一和第二焊接电极66、68的焊接面84、98之间交换的电流穿过工件叠堆10并且跨过建立在铝和钢工件12、14的相邻且面对的接合表面40、44之间的接合界面48。交换的电流优选地是随时间为恒定的或脉冲的DC电流，或者是两者的一些组合，并且具有在5 kA和50 kA范围内的电流水平并且延续达40 ms至2,500 ms的持续时间。对电流流动的阻抗最初使复合粘性层20的结构热固性粘性基质50发生热分解然后快速地使铝基体32熔化并在铝工件12内形成熔融铝焊池108，如图9中所示。熔融铝焊池108伸入到铝工件12中一定的距离，所述距离的范围是从铝工件12的厚度120的20%至100%，并且熔融铝焊池108主要由铝基体32衍生出的熔融铝材料构成。由于与铝基体32相比钢基体36的相对较高的熔点，所以在电流流动期间钢基体36不熔化并且不向熔融铝焊池108的容积贡献熔融的钢。

熔融铝焊池108在第一和第二焊接电极66、68所施加的压缩载荷的作用下穿过部分分解的复合粘性层20和铝工件12上的难熔氧化物表面层34（如果存在的话）中的断裂处或其它分离处，并且使在焊接区22内的钢工件14的相邻接合表面44湿化。在上述过程中，熔融铝焊池108被暴露于分散在复合粘性层20内的反应性颗粒52。当发生该情况时，反应性颗粒52的反应性组成金属成分（例如，Fe、Ni、Co、Mn）从基底金属成分脱离并且迁移到熔融铝焊池108中，在熔融铝焊池108中，它们与熔融铝发生反应以形成高熔化温度铝化物颗粒110（图11）。这种铝化物颗粒110富含铝并且另外地包含（一种或多种）组成金属成分和/或铁。颗粒当它们包括至少原子百分比20%的铝时即为富含铝的。实际上，在许多情况中，高熔化温度铝化物颗粒110将会包括在原子百分比20%和80%之间的铝以及在原子百分比20%和80%之间的（一种或多种）反应性组成金属成分和/或铁。铁可以存在于高熔化温度铝化物颗粒中，因为随时间推移从钢工件14提取出的并且得以溶解在熔融铝焊池108中的铁可替代铝化物颗粒110中的部分或全部的反应性组成金属成分。为了达到该目的，一些高温铝化物颗粒110可以包括至少原子百分比20%的铝、并且更严格地包括在原子百分比20%和80%之间的铝，连同包括Fe、Ni、Co、Mn中的至少一种或其组合（即，Fe、Ni、Co、或Mn中的两种或更多）。可以形成在熔融铝焊池108中的高温铝化物颗粒110的一些具体示例包括NiAl₃、NiMnAl、FeAl₃、Fe₂Al₅、和FeMnAl的颗粒以及其他的颗粒。

高熔化温度铝化物颗粒110注入到熔融铝焊池108中被认为是将任何残留氧化物膜碎片和复合残留物膜碎片载送到熔融铝焊池108中并且远离钢工件14的接合表面44。在不受任何理论约束的情况下，并且参照图10-12的理想化示图，所认为的是，在电流流动期间由第一和第二焊接电极66、68所施加的压缩力以及铝工件12的软化导致如果存在难熔氧化物材料的表面层34的话该表面层34开始破裂以由此产生残留氧化物膜碎片112。在图10中示出了该最初的作用。与此同时，由于其相对较低的熔化温度，如果在钢工件14上存在表面层38，钢工件14上的表面层38如果由锌构成则开始熔化。在钢工件14上的锌表面层38的熔化可通过如下过程来有助于引发反应性组成金属成分迁移到熔融铝焊池108中：经由溶解来开始消耗反应性颗粒52的基底金属成分。

在铝工件12熔化以形成熔融铝焊池108之前，复合粘性层20的结构热固性粘性基质50发生热分解。结构热固性粘性基质50的热分解将使基质50转变成复合残留物膜碎片114，复合残留物膜碎片114例如由难熔氧化物材料和残留有机物（例如灰炭）组成。如图11中所示，熔融铝焊池108滤过残留氧化物膜碎片112与复合残留物膜碎片114之间的断裂处和裂隙以使钢工件14的接合表面44湿化，并且在该过程中，致使熔融铝与反应性颗粒52接触。熔融铝焊池108和反应性颗粒52之间的这种类型的接触导致反应性组成金属成分扩散性地迁移到焊池108中并且在碎片112、114下方形成高熔化温度铝化物颗粒110。

接着，如图12中所示出的，高熔化温度铝化物颗粒110被向上地并远离钢工件14的接合表面44地拉动到熔融铝焊池108的较热部分中。跟随该轨迹，高熔化温度铝化物颗粒110导致残留氧化物膜碎片112和复合残留物膜碎片114被载送远离钢工件14的接合表面44并且被载送到熔融铝焊池108的内部区域中，因此将这些碎片112、114重新分布到危害新更小的位置。另外地，在许多情况中，高熔化温度铝化物颗粒110当迁移远离钢工件14的接合表面44时朝着熔融铝焊池108的围界聚集。这被认为是由于在焊池围界处出现的较低温度以及熔融铝焊池108的减低的伸入程度的所致。特别地，所形成的铝化物颗粒110被认为是被焊池周边的低伸入程度的熔融铝焊池108捕获并且由于该区域的较低温度而经受更少的热降解。这种状况导致高熔化温度铝化物颗粒110聚集并沉积成为在熔融铝焊池108的围界附近的环形环。下面对高熔化温度铝化物颗粒110的这种环形集中的意义进行更详细描述。

当焊接电极66、68的焊接面84、98之间的电流流动被终止时，熔融铝焊池108凝固成为焊接连结部116，焊接连结部116在焊接区22内将铝和钢工件12、14结合到一起，如图13中所示。被包括在铝工件12内并且结合到钢工件14的接合表面44的焊接连结部116从钢工件14的接合表面44 朝向铝工件12的后表面42延伸至一伸入深度，所述伸入深度的范围是从铝工件12的厚度120的20%至100%。为了加固并使孔隙朝着焊接连结部116的中心移动，可以在第一和第二焊接电极66、68的焊接面84、98之间任选地传送电流并且使电流传送通过焊接连结部116以使焊接连结部116的结合面积的至少50%重新熔化，接着中断电流以允许连结部116的经重新熔化的部分重新凝固。可以执行多达14个再熔化/再凝固阶段。在最后获得焊接连结部116之后，将焊接电极66、68撤回并且解除抵靠铝和钢工件表面24、26施加的夹持力。

现在参照图14-16，焊接连结部116是由焊接结合表面118和工件围界表面122所划定。焊接结合表面118与钢工件14的接合表面44相邻并且与其结合。在一个优选实施例中，焊接结合表面118具有范围从4πt至20πt的表面积，其中，变量“t”是在形成焊接连结部116之前在焊接区22内的铝工件12的厚度120。工件围界表面122以变窄的方式延伸离开焊接结合表面118并且在铝工件12内构成焊接连结部116的边界。工件围界表面122在铝工件12内使焊接连结部116与周围的热影响区隔开，并且在焊接连结部116完全地伸入铝工件12的这样的情况下与铝工件12的后表面44的一部分毗连，如附图中在这里所示出的。

焊接连结部116包括铝焊接熔核124和金属间化合物层126。铝焊接熔核124由从铝工件12衍生的经重新凝固的铝材料组成，并且基于体积和重量百分率构成焊接连结部116的最大部分。金属间化合物层126 将铝焊接熔核124与钢工件14的接合表面44隔开，并且因此建立了焊接连结部116的焊接结合表面118。金属间化合物层126通过如下过程而形成：以点焊温度在熔融铝焊池108和钢工件14之间发生冶金反应以产生铁-铝（Fe-Al）金属间化合物。实际上，金属间化合物层126可以包含FeAl₃金属间化合物、Fe₂Al₅ 金属间化合物、以及可能地其它铁-铝金属间化合物，并且金属间化合物层126通常具有范围从1 µm至5 µm的沿着焊接结合表面118的厚度。就它们相对的物理和机械性质而言，金属间化合物层126与铝焊接熔核124相比是更硬的、更脆的、并且是韧性更低的。

焊接连结部116 可以另外地包括高温铝化物颗粒110的环形环128， 如果颗粒110在熔融铝焊池108内被推动并沉积成这种构造的话。铝化物颗粒110的环形环128沿着工件围界表面122或者在工件围界表面122内从焊接结合表面118向上延伸，以使得其从包围焊接连结部116凹口根部134（图15-图16）径向地向内延伸到铝焊接熔核124中。在一些实施例中，尤其是当铝化物颗粒由镍铝化物颗粒组成时，环形环128可以形成独立的阻挡层130，如在图15中理想地示出。在其它实施例中，尤其是当铝化物颗粒由铁铝化物颗粒组成时，环形环128可以形成分散带132，如图在16中理想地示出。分散带132与阻挡层130相比是高熔化温度铝化物颗粒110的较不致密的聚集部，但与阻挡层130相比享有同样的基本功能。

将高温铝化物颗粒110包括到焊接连结部116被认为提高了焊接连结部116的强度，最显著地是提高了焊接连结部116的剥离强度和横向拉伸强度。特别地，如果铝工件12最初包括难熔氧化物材料的表面层34（这是常见的情况），那么组成金属成分从反应性颗粒52迁移到熔融铝焊池108中并且同时这些成分转化成高温铝化物颗粒110，这导致了残留氧化物膜碎片112和复合残留物膜碎片114被载送远离钢工件13的接合表面44并且被载送向上进入焊池108，以使得当焊池108凝固时它们得以远离焊接结合表面118而被捕获在铝焊接熔核124的主体内。如此，残留氧化物膜碎片112和复合残留物膜碎片114实际上不存在于焊接连结部116的焊接结合表面118处。使这种碎片远离焊接结合表面118被认为是有益的，因为界面附近的该类型的缺陷具有妨碍焊接连结部116的焊接结合表面118的一体性的倾向。

此外，如果高温铝化物颗粒110 聚集成为环形环128，如图14-16中所示，它们可以防止焊接连结部116的焊接结合表面118产生可能从相邻的凹口根部134扩展的裂纹。确定的是，高温铝化物颗粒110的环形环128起到对裂纹扩展的硬且强的阻碍物的作用。如此，当裂纹在凹口根部134发源并开始向内扩展进入焊接连结部116时，该裂纹沿着非优选路径偏移进入铝焊接熔核124的主体。以这种方式使裂纹扩展发生偏移较不可能危害焊接连结部116，因为铝焊接熔核124与沿着焊接连结部116的焊接结合表面118定位的金属间化合物层126相比是更软且韧性更好的。因此如果形成高温铝化物颗粒110的环形环128的话，则该环形环128对焊接连结部116的如下部分进行保护：最易于发生裂纹扩展并且因此最有可能在所施加的载荷的作用下导致焊接连结部10发生界面间失效的部分（即，金属间化合物层126）。抵抗经过金属间化合物层的快速裂纹生长所提供的保护有助于避免当焊接连结部116经受加载时在焊接熔合界面118处发生界面间连结部失效，所述快速裂纹生长由在界面附近的焊接错位而得到促进。

刚刚所描述的所公开的方法的实施例表现出将处于可扩散状态的反应性金属源沿着铝和钢工件12、14的接合界面定位的一个具体的方法。也可实施其它技术而获得相似的结果。例如，如图17-26中所示并且如下面更详细地描述的，可扩散反应性金属源可以是如下形式的反应性合金层：面对在焊接区22内的铝工件12的接合表面40并且与该接合表面40邻近接触（即，直接接触或者经由介于中间的有机材料层来间接接触）。在将电流传送通过堆叠的工件12、14 期间铝工件12被熔化并且反应性合金层暴露于形成在铝工件12内的熔融铝焊池并与该熔融铝焊池发生反应的时候，该反应性合金层能够形成高熔化温度铝化物颗粒。反应性合金层可以采用包括表面层的多种形式，该表面层形成钢工件14的一部分或者形成可被插入在铝工件12和钢工件14之间的独立的隔片的一部分。所述反应性合金层在图17-26中被附图标记150指示并且仅仅是为了有助于描述而被示出为具有经夸张的厚度。对于图17-26中的所有其它特征，使用与在图1-16的类似视图中找到的附图标记相同的附图标记表明在所公开方法的前面实施例中对该特征的之前的描述在这里等同地适用于本实施例。

图1-16中所示的反应性合金层150包括基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，一种或多种反应性组成金属成分在可扩散状态中与基底金属成分形成合金。基底金属成分优选地是锌或者能够容易地溶解在熔融铝焊池中的一些其它金属，所述熔融铝焊池在工件叠堆10的点焊期间形成。与基底金属成分形成合金的一种或多种反应性组成金属成分中的每种成分可以是如下所述的任何金属成分：可与焊池中的熔融铝发生反应以形成高熔化温度铝化物颗粒。可以以这种方式发生反应的优选的反应性组成金属成分包括铁和镍。虽然反应性合金层150的厚度151可取决于若干因素而变化，所述若干因素包括铝和钢工件12、14的组成和厚度以及所采用的焊接流程，但是在许多情况下反应性合金层150的厚度151的范围是从2 µm至100 µm、或者更严格地从5 µm至30 µm。

在一种或多种反应性组成金属成分可被容易地从基底金属成分中释放以便迁移到熔融铝焊池中时，一种或多种反应性组成金属成分在可扩散状态中与基底金属成分形成合金，这类似于前述实施例的将组成金属成分合并到反应性颗粒52中的方式。也就是说，在一种或多种反应性组成金属成分被弱约束并被充分地稀释或分散在基底金属成分内时，这种可扩散状态可得以实现。实际上，过强地约束一种或多种反应性组成金属成分的基底金属成分将会仅仅将（一种或多种）组成金属成分的可忽略不计的部分释放到熔融铝焊池中，而同时具有过高浓度的（一种或多种）反应性组成金属成分的反应性合金层150有可能在熔融铝焊池的表面处产生连续的铝化物层，该铝化物层过早地终止（一种或多种）反应性组成金属成分迁移到焊池中或以其他方式阻挡（一种或多种）反应性组成金属成分迁移到焊池中。当基底金属成分是锌并且反应性合金层150包括总计达到原子百分比35%的一种或多种组成金属成分时，或者更优选地包括总计达到原子百分比10%和25%之间的一种或多种组成金属成分时，通常可以获得一种或多种组成金属成分的可扩散状态。

非常类似于前面的实施例，反应性合金层150和熔融铝焊池之间的反应所产生的高熔化温度铝化物颗粒以增强最终形成的焊接连结部的强度特性的方式显示出到焊池中的以及在焊池内的迁移率。产生该连结增强效果是因为高温铝化物颗粒迁移到熔融铝焊池中并且在该过程中将氧化物模碎片和复合层残留物碎片（如果存在）向上提升并载送到焊池中从而使这些碎片保持远离钢工件14。高熔化温度铝化物颗粒也可将它们自身布置成为环形环，该环形环保护焊接连结部和邻接的钢工件14之间的结合界面以防在所施加的载荷下发生裂纹扩展。所提供的抵抗裂纹扩展的保护是值得注意的，因为 在所施加载荷下界面间连结部失效的主要原因常常是由在界面附近的焊接错位而得到促进的经过金属间化合物层的快速裂纹生长。

在图17-20中概括性地示出了依照该实施例的对工件叠堆10进行电阻点焊的一个优选实施例，工件叠堆10包括铝工件12和相邻重叠的钢工件14。现在参照图17-18，工件叠堆10具有第一侧16和第二侧18，并且包括至少铝工件12和钢工件14，铝工件12和钢工件14如所示在整个焊接区22上彼此重叠并且相邻（就金属工件的相对定位而言）。工件叠堆10的第一侧16由铝工件表面24提供，并且第二侧18由钢工件表面26提供。因此，工件叠堆10可以被组装为“2T”叠堆，“2T” 叠堆仅包括一对相邻的铝和钢工件12、14，或者工件叠堆10可被组装为“3T”叠堆，“3T” 叠堆包括相邻的铝和钢工件12、14加上另一铝工件28（如图19中所示的铝-铝-钢）或另一钢工件30（如图20中所示的铝-钢-钢），只要具有相同的基底金属组成的两个工件被设置成彼此靠近。工件叠堆10可以甚至包括多于三个工件，例如铝-铝-钢-钢叠堆、铝-铝-铝-钢叠堆、或者铝-钢-钢-钢叠堆。

以与关于所公开的方法的前述实施例所较早描述的大致相同的方式，铝工件12包括基底铝基体32并且钢工件14包括基底钢基体36。因此，前面对基底铝基体32和基底钢基体36的描述也等同地适用于所公开方法的该实施例。然而，在该实施例中并且如图17中所示，面对并邻近接触铝工件12的接合表面40的反应性合金层150是钢工件14的一部分。具体地，反应性合金层150作为反应性合金表面层152粘附到基底钢基体36，该反应性合金表面层152提供并划定至少钢工件14的接合表面44，并且如果期望的话，提供并划定钢工件14的接合表面44和后表面46两者，如图17中在这里所示出的。反应性合金表面层152优选地具有在2 µm至100 µm的范围内的厚度154，或者更严格地具有在5 µm至30 µm范围内的厚度154。因此，在此实施例中，钢工件14包括种类广泛的基底钢基体，该基底钢基体包括作为粘附表面层152的反应性合金层150。考虑到基底钢基体36和反应性合金表面层152的厚度，钢工件14至少在焊接区22处具有在0.3 mm和6.0 mm范围内的厚度141，或者更严格地具有在0.6mm至2.5 mm范围内的厚度141。

反应性合金表面层152的三个特别优选的实施例是合金化热镀锌-铁合金层、电沉积锌-镍合金层、或者电沉积的锌-铁合金层。合金化热镀锌铁层可通过如下方式来制成：在清洗并准备钢基体36用于与锌发生反应的表面之后使基底钢基体36在熔融的锌浴中进行热浸镀。熔融的锌浴包括至少重量百分比98% 的纯锌，并且被维持在435℃至455℃的温度中。当基底钢基体36被浸入在该浴中时，熔融的锌与钢基体36的铁发生反应并且形成锌的外层，该外层由最小化厚度的Al-Zn-Fe 金属间化合物层而冶金地结合到基体。当把具有其锌覆层的基底钢基体36 从熔融的锌浴中取出时，在所施加的锌覆层会凝固之前将多余的液体锌除去并且将钢基体36重新加热。基底钢基体36通常在感应加热炉或燃气加热炉中被重新加热，其以500℃至565℃的温度维持达到10秒的时间段。锌覆层的这种退火过程导致发生铁-锌扩散反应，这最终将锌覆层转变成为合金化热镀锌-铁合金层。

合金化热镀锌-铁合金层具有包括重量百分比8%至12%的铁和重量百分比0.5%至4%的铝其余是锌（原子百分比）的主体平均组成。这些材料的主体平均重量百分比通过如下方式来确定：对它们经由锌-铁合金的各种合金相跨过合金化热镀锌-铁合金层的厚度154的实际重量百分比进行平均计算。当然，锌和铁通常跨过合金化热镀锌-铁合金层的厚度154不均匀地分布；相反，当沿远离基底钢基体36的方向依次经过合金的伽马相（γ）（Fe₃Zn₁₀）、德尔塔相（δ）（FeZn₁₀）、以及泽塔相（ζ）（FeZn₁₃）移动时，铁在合金化热镀锌-铁层内的重量百分比减小（并且因此锌的重量百分比增大）。在许多情况中，例如，合金化热镀锌-铁合金层的γ相包括重量百分比15.6% 至28.0%的铁和重量百分比1.2%至1.6%的铝，δ相包括重量百分比7.0%至11.5%的铁和重量百分比3.5%至4.0%的铝，并且ζ相包括重量百分比5.0%至6.3%的铁和重量百分比0.5%至0.8%的铝。

电沉积的锌-镍合金层可通过如下方法制成：将作为工作电极的基底钢基体36浸入到包括锌和镍离子的碱性基或酸性基的电镀浴中，接着施加足够的电流以将锌-镍合金层电镀并粘附到基底钢基体36上。电镀浴中所使用的材料以及电沉积过程的细节优选地被实施成电镀并粘附某一锌-镍合金相，即锌-镍合金的伽马相（γ）（Ni₅Zn₂₁），该锌-镍合金相显示出良好的延展性和防腐蚀性。如此，在优选实施例中，电沉积的锌-镍合金层由伽马相（γ）锌-镍合金组成。此类锌-镍合金的层可以包括在重量百分比8%至18%之间的镍，或者更严格地包括在重量百分比12%至16%之间的镍，其余（以重量百分比）是锌。

电沉积锌-铁层可通过与上面所描述的大体上相似的电沉积工艺而制成，除了该工艺对照锌-镍合金层被调整成沉积锌-铁合金层。该电沉积的锌-铁层可包括从重量百分比5%至30%中的任意比例的铁，其余是锌，并且可包括所有的伽马相（γ）合金（Fe₃Zn₁₀）、所有的德尔塔相（δ）合金（FeZn₁₀）、所有的泽塔相（ζ）合金（FeZn₁₃），或者这些相中的任意两者或两者以上的组合。锌-铁合金的确切的组成和相取决于若干因素，包括最显著地正在实施的电沉积过程的细节。

在电流流动之前，反应性合金表面层152可以在接合界面48处通过直接接触建立与铝工件12的接合表面40的邻近接触，如图17中所示，或者通过经由介于中间的有机材料层156的间接接触建立与铝工件12的接合表面40的邻近接触，如图18中所示。如图17中所示，当由于完全没有介于中间的材料（例如，图18中所示的有机材料层156）反应性合金表面层152与铝工件14的接合表面40相互处于直接界面间接触时，或者当介于中间的材料原先存在但由相对焊接电极的力而大体上全部地发生侧向移位时，反应性合金表面层152与铝工件14的接合表面40在焊接区22处是处于直接接触的状态。当反应性合金表面层152与铝工件14的接合表面40不处于相互直接界面接触而是相反被介于中间的粘性层156的相对侧隔开并与介于中间的粘性层156的相对侧交界时，反应性合金表面层152与铝工件14的接合表面40在焊接区22处是处于间接接触的状态。

如图18中所示，可以存在于相邻的钢和铝工件12、14的接合表面40、44之间的介于中间的有机材料层156可以是包括结构热固性粘性基质的粘性材料层。该结构热固性粘性基质可以是任何可固化结构粘合剂，例如包括如热固化环氧树脂或者热固化聚氨酯。可以被用作粘性基质50的热固化结构粘合剂的一些具体示例包括：DOW Betamate1 486、HenkelTerokal 5089、以及Uniseal 2343，全部这些粘合剂都是可商购的。另外地，虽然未在图18中示出，但粘性材料层还可包括任选的填料颗粒（例如二氧化硅颗粒），该填料颗粒分散在整个热固性粘性基质中以修改当被固化时粘性基质的粘度或其它机械性质。介于中间的有机材料层156优选地具有如下所述的经过焊接区22的厚度：在0.1 mm至2.0 mm之间，或者更严格地在0.2 mm至1.0 mm之间，无论该层是否是由一些其它有机材料（例如封闭剂或隔音材料）组成的粘性材料层。

如果存在介于中间的有机材料层156，可在电流流动期间以在焊接区22所获得的温度和电极夹持压力相当容易地点焊穿透介于中间的有机材料层156。在点焊条件条件下，介于中间的有机材料层156在电流流动期间至少在一些程度上侧向地移位并且在焊接区22内被热分解以留下从钢工件14的接合表面44附近的有机材料衍生出的残留物（例如，灰炭、填料颗粒等）。然而，在焊接区22外部，介于中间的有机材料层156保持大体上不受影响。在这方面，如果介于中间的有机材料层156是粘性材料层，那么可以通过如下方式实现铝和钢工件12、14的接合表面40、44之间的另外的结合：将工件叠堆10 在ELPO-烘箱或者其它加热装置中加热接着进行点焊，从而使在焊接区22周围仍然完好的粘性材料层的结构热固性粘性基质固化。

当叠堆10被组装为“2T”叠堆时，提供工件叠堆10的第一和第二侧16、18的铝工件表面24和钢工件表面26可由相邻且重叠的铝和钢工件12、14来提供。例如，在图17-18中所示实施例的情况中当将两个工件12、14叠堆进行点焊时，两个工件12、14的接合表面40、44相互重叠并相互面对以在焊接区22内建立接合界面48，而同时它们各自的后表面42、46沿相反方向相互背对从而分别构成叠堆10的铝工件和钢工件表面24、26。当然，如图19-20中所示，工件叠堆10并不局限于仅包括铝工件14和相邻的钢工件16。除了相邻的铝工件和钢工件12、14外，工件叠堆10还可被组装成包括另外的铝工件28或者另外的钢工件30，只要另外的工件被设置成与相同基底金属组成的工件12、14相邻；也就是说，任何另外的铝工件28被设置成与其它铝工件12相邻，并且任何另外的钢工件30被设置成与其它钢工件14相邻，如前述所描述的那样。

如图19中所示，例如，工件叠堆10可包括上面所描述的相邻的铝和钢工件12、14连同与铝工件12重叠并相邻的另外的铝工件28。当另外的铝工件28被如此定位时，如之前那样，钢工件14的后表面46构成提供工件叠堆10的第二侧18的钢工件表面26，而同时与钢工件14相邻的铝工件12现在包括一对相对的接合表面40、54。铝工件12的面对钢工件14的接合表面40仍然经受与反应性合金表面层152的邻近接触并且继续连同钢工件14的面对接合表面44建立接合界面48，如前述所描述的那样。铝工件12的其它接合表面54重叠并面对另外的铝工件28的接合表面58。如此，在这种重叠工件28、12、14的特定布置中，另外的铝工件28的后表面58现在构成提供工件叠堆10的第一侧16的铝工件表面24。

在另一个实例中，如图20中所示，工件叠堆10可包括上面所描述的相邻的铝工件和钢工件12、14连同与重叠钢工件14并被设置成与钢工件14相邻的另外的钢工件30。当另外的钢工件30被如此定位时，如之前那样，铝工件12的后表面42构成提供工件叠堆10的第一侧16的铝工件表面24，而同时与铝工件12相邻的钢工件14现在包括一对相对的接合表面44、60。钢工件14的面向铝工件12的接合表面44继续连同铝工件12的面对接合表面40建立接合界面48，并且接合表面40继续经受与反应性合金表面层152的邻近接触，如前述所描述的那样。钢工件14的其它接合表面60重叠并且面对另外的钢工件30的接合表面62。如此，在这种重叠的工件12、14、30的特定布置中，另外的钢工件30的后表面64现在构成提供工件叠堆10的第二侧18的钢工件表面26。

现在来看图21，示出了在与较大电阻点焊枪的第一焊接电极66和第二焊接电极68（部分地示出）一起组装后的工件叠堆10。已联系前面实施例的图5-图8描述了焊枪及第一和第二焊接电极66、68的结构和操作。该较造的描述同样地适用于所公开方法的该实施例，因此无需在这里重复。

电阻点焊方法开始于组装工件叠堆10，并且然后将第一和第二焊接电极66、68相对于工件叠堆10定位，以使得第一焊接电极66的焊接面84（也被称为“第一焊接面84”）面对铝工件表面24并且第二焊接电极68的焊接面98（也被称为“第二焊接面98”）面对钢工件表面26，如图21和图22中所示。然后，在所施加的夹持力作用下使第一焊接面84和第二焊接面98在焊接区22处以相互面对准的方式压靠它们相应的铝和钢工件表面24、26。所施加的夹持力的范围优选地是从400 lb至2000 lb、或者更严格地在从600 lb 至1300 lb。虽然在该附图中仅示出了相互重叠并相邻的铝工件和钢工件12、14，但以下对电阻点焊方法的描述等同地适用于如下情况：工件叠堆10包括另外的铝工件28或另外的钢工件30（图19-20）。在使第一和第二焊接电极66、68的焊接面84、98分别压靠工件叠堆10的铝和钢工件表面24、26之后，借由它们的经面对准的焊接面84、98在焊接电极66、68之间传送电流。

在第一和第二焊接电极66、68的焊接面84、98之间交换的电流穿过工件叠堆10并且跨过建立在铝和钢工件12、14的相邻且面对的接合表面40、44之间的接合界面48。交换的电流优选地是随时间为恒定的或脉冲的DC电流，或者是两者的一些组合，并且具有在5 kA和50 kA范围内的电流水平并且延续达40 ms至2,500 ms的持续时间。对电流流动的阻抗最初使介于中间的有机材料层156（如果存在）加热并发生热分解然后快速地使铝基体32熔化并在铝工件12内形成熔融铝焊池108，如图22中所示。熔融铝焊池108伸入到铝工件12中一定的距离，所述距离的范围是从铝工件12的厚度120的20%至100%，并且熔融铝焊池108主要由铝基体32衍生出的熔融铝材料构成。由于与铝基体32相比钢基体36的相对较高的熔点，所以在电流流动期间钢基体36不熔化并且不向熔融铝焊池108的容积贡献熔融的钢。

熔融铝焊池108在第一和第二焊接电极66、68所施加的压缩载荷的作用下穿过铝工件12以及经分解的介于中间的有机材料层156上（如果在其一者上或两者上存在）的难熔氧化物表面层34中的断裂处或其它分离处，并且在焊接区22内使钢工件14的相邻接合表面44湿化，并且因此使钢工件14的反应性合金表面层152湿化。当发生这种情况时，熔融铝焊池108与反应性合金表面层152发生反应，从而导致组成金属成分（例如，Fe、Ni）从基底金属成分脱离并且迁移到熔融铝焊池108中，在熔融铝焊池108中，它们与熔融铝发生反应以形成高熔化温度铝化物颗粒110（图24）。这种铝化物颗粒110富含铝并且另外地包含（一种或多种）组成金属成分。颗粒当它们包括至少原子百分比20%的铝时即为富含铝的。实际上，在许多情况下，高熔化温度铝化物颗粒110将包括在原子百分比20%和80%之间的铝及在原子百分比20%和80%之间的（一种或多种）组成金属成分，并且应当理解的是，随时间推移，最初存在于高温铝化物颗粒110中的镍可部分或全部地被溶解于熔融铝焊池108中的铁所替代，如上面所讨论的那样。为了达到该目的，在该实施例中，一些高温铝化物颗粒110可以包括至少原子百分比20%的铝、并且更严格地包括在原子百分比20%和80%之间的铝，连同包括Fe、Ni中的至少一种或者其组合（即，Fe和Ni）。可形成于熔融铝焊池108中的高温铝化物颗粒110的一些具体示例包括NiAl₃、FeAl₃、和Fe₂Al₅等的颗粒。

高熔化温度铝化物颗粒110注入到熔融铝焊池108中被认为是将任何残留氧化物膜碎片和复合残留物膜碎片载送到熔融铝焊池108中并且远离钢工件14的接合表面44。在不受任何理论约束的情况下，并且参照图23-24的理想化示图，所认为的是，在电流流动期间由第一和第二焊接电极66、68所施加的压缩力以及铝工件12的软化导致如果存在难熔氧化物材料的表面层34的话该表面层34开始破裂以由此产生残留氧化物膜碎片112。在图23中示出了该最初的作用。并且，如果工件叠堆18包括在铝和钢工件12、14之间（这里未示出）的介于中间的有机材料层156，那么在此时残留氧化物膜碎片112 可以得以与分解的有机材料层156（例如粘性材料层）密切地混合。

最后，随着工件叠堆10在焊接区22内继续升温，铝工件12的铝基体32熔化以形成熔融铝焊池108，如图24中所示。有机材料层156较早发生的热分解产生由例如难熔氧化物材料和残留有机物（例如灰炭）组成的复合残留物膜碎片114。熔融铝焊池108滤过残留氧化物膜碎片112与复合残留物膜碎片114之间的断裂处和裂隙以使钢工件14的接合表面44湿化，并且在该过程中，致使熔融铝与反应性合金表面层152接触，这整体地示出在图23中而同时详尽地示出在图24中。这种熔融铝焊池108与反应性合金表面层152之间的接触导致反应性组成金属成分扩散性地迁移到焊池108中并且在碎片112、114下方形成高熔化温度铝化物颗粒110，如图24中所示。

接着，如图25中所示，高熔化温度铝化物颗粒110被拉动远离钢工件14的接合表面44进入到熔融铝焊池108的较热部分中。跟随该轨迹，高熔化温度铝化物颗粒110导致残留氧化物膜碎片112和复合残留物膜碎片114被载送远离钢工件14的接合表面44并且被载送到熔融铝焊池108的内部区域中，因此以欲前述联系图12所描述的相同的方式将这些碎片112、114重新分布到危害新更小的位置。当迁移远离钢工件16的接合表面36时，高熔化温度铝化物颗粒110还可以朝着熔融铝焊池108的围界聚集以最终由于与在前面的实施例中的上面所讨论的相同的原因而沉积成为在熔融铝焊池108的围界附近的环形环。

当焊接电极66、68的焊接面84、98之间的电流流动被终止时，熔融铝焊池108凝固成为焊接连结部116，焊接连结部116在焊接区22内将铝和钢工件12、14结合到一起，如图26中所示。焊接连结部116具有与图13-16中所示的并且关于所公开方法的前述实施例在上面所描述的焊接连结部116相同的结构和特性。具体地，如上面所描述的，铝焊接熔核124和金属间化合物层126的结构和组成以及高温铝化物颗粒110可能沉积成为在焊接连结部116内的环形环128也是所公开方法的此实施例中常见的属性。实际上，图13和图26之间的仅有的显著差异在于如下内容：在图13中复合粘性材料20被示出为在焊接区22外包围焊接连结部116，而在图26中反应性合金表面层152被图示在焊接区22外包围焊接连结部116 。如此，上面阐述的关于焊接连结部116的描述，特别是对应于图14-图16的焊接连结部116的描述等同地适用于所公开方法的该实施例，包括如下益处：将高熔化温度铝化物颗粒110合并到焊接连结部116中可增强连结部116的强度，这是因为这些颗粒110迁移到熔融铝焊池108中，并且在许多情况下，这些颗粒110沉积成为环形环128的结构。因此，为了简洁明了，这里将省略对图26中所示的焊接连结部116的重复讨论。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述在本质上仅仅是描述性的；它们不意图限制所附权利要求的范围。在所附权利要求中所使用的每个术语应当被赋予其普通且习惯性的含义，除非在本说明书中另有具体且明确地说明。

Claims (10)

1.一种对铝工件和相邻重叠的钢工件进行电阻点焊的方法，所述方法包括：

使处于可扩散状态的反应性金属源沿着铝工件和相邻重叠的钢工件的接合界面定位，所述反应性金属能够与熔融铝发生反应以形成金属铝化物颗粒；

使第一焊接电极的焊接面压靠提供所述工件叠堆的第一侧的铝工件表面；

使第二焊接电极的焊接面压靠提供所述工件叠堆的第二侧的钢工件表面；

使电流传送通过焊接区处的所述相对的第一和第二焊接电极的焊接面之间的工件叠堆，以熔化位于与所述钢工件相邻处的所述铝工件并且在所述铝工件内形成熔融铝焊池，所述熔融铝焊池使所述相邻的钢工件的接合表面湿化，并且其中，所述熔融铝焊池和处于可扩散状态的所述反应性金属源之间的接触导致金属铝化物颗粒的形成，所述金属铝化物颗粒迁移到所述熔融铝焊池中；以及

使所述电流在所述相对的第一和第二焊接电极的焊接面之间的传送终止，以允许所述熔融铝合金焊池凝固成焊接连结部。

2.如权利要求1所述的方法，其中，处于可扩散状态的所述反应性金属源是复合粘性层，其被设置在所述铝工件的接合表面与所述钢工件的接合表面之间的所述铝和钢工件的接合界面处，所述复合粘性层包括结构热固性粘性基质和分散在所述基质内的反应性颗粒，并且其中，所述反应性颗粒包括基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，所述一种或多种反应性组成金属成分处于可扩散状态与所述基底金属成分形成合金。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述反应性颗粒中的一种或多种反应性组成金属成分包括铁、镍、钴、或锰中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种反应性组成金属成分导致铝化物颗粒形成在所述熔融铝焊池内，所述铝化物颗粒包括原子百分比在20%和80%之间的铝连同Fe、Ni、Co、Mn中的至少一种或Fe、Ni、Co、Mn的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中，处于可扩散状态的所述反应性金属源是反应性合金层，其面对所述铝工件的接合表面并与所述铝工件的接合表面邻近接触，所述反应性合金层包括基底金属成分以及一种或多种反应性组成金属成分，所述一种或多种反应性组成金属成分处于可扩散状态与所述基底金属成分形成合金。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述反应性合金层是作为所述钢工件的一部分的反应性合金表面层，所述反应性合金表面层粘附到所述钢工件的基底钢基体并且具有在2 µm和100 µm之间的厚度。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述反应性合金表面层是合金化热镀锌-铁合金层、电沉积的锌-镍合金层、或电沉积的锌-铁合金层。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述钢工件的反应性合金表面层经由介于中间的有机材料层与所述铝工件的接合表面邻近接触，所述介于中间的有机材料层在所述接合界面处位于所述铝和钢工件之间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述铝工件构成提供所述工件叠堆的第一侧的铝工件表面，并且所述钢工件构成提供所述工件叠堆的第二侧的钢工件表面。

10.如权利要求1所述的方法，其中，迁移到所述熔融铝焊池中的所述金属铝化物颗粒在所述焊接连结部中最终沉积成金属铝化物颗粒的环形环，所述金属铝化物颗粒的环形环从所述焊接连结部的焊接结合表面向上延伸并且径向向内延伸到所述焊接连结部的铝焊接熔核中。