CN108838494B - 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法 - Google Patents

用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108838494B
CN108838494B CN201810726540.6A CN201810726540A CN108838494B CN 108838494 B CN108838494 B CN 108838494B CN 201810726540 A CN201810726540 A CN 201810726540A CN 108838494 B CN108838494 B CN 108838494B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fastener
layer
electrically conductive
conductive layer
fasteners
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810726540.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108838494A (zh
Inventor
唐纳德·J·斯皮内拉
丹尼尔·伯格斯特龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Howmet Aerospace Inc
Original Assignee
Howmet Aerospace Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Howmet Aerospace Inc filed Critical Howmet Aerospace Inc
Publication of CN108838494A publication Critical patent/CN108838494A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108838494B publication Critical patent/CN108838494B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30—Features relating to electrodes
    • B23K11/3009—Pressure electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002—Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work
    • B23K11/004—Welding of a small piece to a great or broad piece
    • B23K11/0046—Welding of a small piece to a great or broad piece the extremity of a small piece being welded to a base, e.g. cooling studs or fins to tubes or plates
    • B23K11/0053—Stud welding, i.e. resistive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002—Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work
    • B23K11/004—Welding of a small piece to a great or broad piece
    • B23K11/0066—Riveting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/18—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/18—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of non-ferrous metals
    • B23K11/185—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of non-ferrous metals of aluminium or aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/20—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of different metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0288—Welding studs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/08—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of welds or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/15—Magnesium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

用于紧固像铝、镁和铜的有色金属层的装置和方法采用钢紧固件和点焊机。将紧固件和金属堆叠并且来自焊接器电流的加热使低熔点的铝变软以允许紧固件穿透铝。在紧固件和各种层之间的焊接区产生内部焊接。紧固件具有粗的轴，该轴被熔化的焊接区覆盖并且在凝固过程中难以收回。可以利用延伸通过定位孔并且焊接到货穿过导电层的可兼容材料制成的紧固件，将像塑料和陶瓷的非导电材料的层黏结到导电层上。

Description

用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月15日提交的、名称为“用于接合同种材料和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Methods ForJoining Similar and Dissimilar Materials)”的美国临时专利申请No.62/091,980的权益，该申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于紧固零部件的紧固件、紧固设备和方法，更具体地说，涉及用于紧固包括异种金属的金属材料的紧固件、紧固设备和方法。
背景技术
已知多种用于连接和装配零件或子组件的紧固件、设备和方法，诸如焊接、铆接、螺纹紧固件等。在一些情况中，会需要经济有效地将铝质零件、子组件、薄层等连接至由其他材料制成的其他零件、子组件、薄层等上，所述其他材料诸如钢(无涂层的，带涂层的，低碳的，高强度的，超高强度的，不锈的)、钛合金、铜合金、镁、塑料等，和/或连接至由铝制成的其他零件、子组件、薄层上。用于解决这些紧固问题的方案包括与粘结剂和/或阻挡层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的接合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)。在某些情况下，通过连接由除了钢之外的同种金属制成的子部件来制造金属结构。
用于将铝连接至钢上和用于连接同种金属或相同有色金属的已知紧固件和方法包括：通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，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可能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)连接至钢或其他铝板上时，铝可能在铆接过程中破裂。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。对于FBJ和FDS也存在着类似的考虑，例如，FDS通常从一侧进行，并且要求与待被固定的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子组件的替代的紧固件、设备和方法。
发明内容
本发明的主题涉及一种用于通过以下步骤而使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，即，所述步骤包括：
将第一层和第二层以物理和电接触的方式放置在一起；
以与第一层形成物理和电接触的方式放置一导电紧固件，该导电紧固件具有高于第一层的熔点，从而形成包括紧固件、第一层和第二层的导电堆叠体；
将电压施加到堆叠体上，感应出流经堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得第一层被软化；
促使紧固件朝向第二层地通过软化的第一层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括至少一部分第二层；
使得焊接区冷却并固化，从而连接第一层和第二层。
根据本公开内容的另一个方面，在经过使得焊接区冷却并固化的步骤之后，紧固件被保持在焊接区中。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括含有突起部的轴，该突起部从该轴的表面延伸，在促使和冷却步骤期间延伸到焊接区中，该突起部增加了在冷却步骤后从焊接区收回的紧固件的电阻。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括含有凹陷部的轴，该凹陷部延伸到该轴的表面，在促使和冷却步骤期间该凹陷部使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，该凹陷部增加了从焊接区收回的紧固件的电阻。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括含有向下悬垂的唇部的帽盖，该唇部能够在促使步骤期间接纳从第一层上涌的材料，该上涌材料在冷却步骤与唇部接合，在帽盖和第一层之间提供机械连接。
根据本公开内容的另一个方面，帽盖能够接纳在所述促使步骤期间从焊接区挤出的材料。
根据本公开内容的另一个方面，第一层和第二层由铝、镁、铜或其合金中的至少一种材料制成。
根据本公开内容的另一个方面，第一层和第二层由铝合金制成。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件由钢或钛合金中的至少一种材料制成。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件由铝合金制成。
根据本公开内容的另一个方面，在放置步骤期间，将钢合金的第三层与远离第一层的第二层处接触，其中，促使紧固件在促使步骤期间通过第一层和第二层，还包括将紧固件焊接到第三层上的步骤。
根据本公开内容的另一个方面，还包括将至少一层有色金属的附加层以电接触的方式与远离第一层的第二层处接触，焊接区在促使步骤期间延伸到附加层并冷却以将附加层和第一层和第二层连接起来。
根据本公开内容的另一个方面，所述层是金属片。
根据本公开内容的另一个方面，第二层是部分结构件。
根据本公开内容的另一个方面，还包括在施加和促使步骤之前在堆叠体中将第二紧固件相对第一紧固件放置的步骤，从而使得在第一紧固件和第二紧固件中间的堆叠体中形成至少一个焊接区，并且在施加步骤期间促使第二紧固件通过软化的第二层。
根据本公开内容的另一个方面，焊接区延伸通过第一紧固件和第二紧固件之间的第一层和第二层。
根据本公开内容的另一个方面，还包括在放置步骤期间在第一层和第二层之间插入第三层的步骤，该至少一个焊接区延伸通过第一层和第二层而延伸到第三层的一部分。
根据本公开内容的另一个方面，焊接区延伸通过第三层。
根据本公开内容的另一个方面，使用电阻焊接将第一导电层紧固到第二导电层上的紧固件包括：帽盖和轴，该轴从帽盖延伸并具有远离帽盖的端部。当紧固件被放置在堆叠体中并在经受施加于堆叠体的电压时，紧固件能够传导流经堆叠体的电流，其中，该堆叠体包括以电接触方式放置的第一导电层和第二导电层。紧固件具有高于第一层和第二层的熔点，所述电流促使电阻加热并软化第一层，该轴能够穿透第一层并构建在紧固件和第二层之间延伸的焊接区。
根据本公开内容的另一个方面，该轴包括从该轴表面延伸的突起部，该突起部能够延伸到焊接区中，并且增加了在固化后从焊接区收回的紧固件的电阻。
根据本公开内容的另一个方面，该轴包括延伸到该轴中的凹陷部，该凹陷能够使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时从焊接区收回的紧固件的电阻。
根据本公开内容的另一个方面，该轴包括延伸到该轴中的凹陷部，该凹陷能够使得焊接区中的熔融金属在其中延伸，并且增加了当冷却时从焊接区收回的紧固件的电阻。
根据本公开内容的另一个方面，该轴包括多个突起部，该轴上的凹陷部设置在所述多个突起部中的至少两个突起部之间。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括含有向下悬垂的唇部的帽盖，该唇部能够接纳从第一层上涌的材料和从焊接区挤出的材料。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为U形的空心轴，所述帽盖从所述轴延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边唇部，该周边唇部能够接合从第一层上涌的材料，从而当上涌材料凝固时连接帽盖和第一层。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件能够连接具有不同厚度的层不同堆叠体。
根据本公开内容的另一个方面，轴上的突起部在焊接过程中由于变形而形成。
根据本公开内容的另一个方面，一个结构包括多层有色金属层，含铁的导电紧固件具有高于所述多层中的第一层的熔点，当通过电阻热软化所述第一层时该紧固件能够被压入到所述多层中的至少第一层，形成延伸到并包括至少一部分第二层的焊接区。该紧固件包括轴，所述轴具有与焊接区相间错杂的表面粗糙度，以抵抗焊接区固化后紧固件从焊接区中移除。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括帽盖，所述帽盖能够压靠在第一层上并覆盖一部分第一层，并能够接纳从第一层上涌的材料和从焊接区中挤出的材料。
根据本公开内容的另一个方面，一种利用电阻焊将第一材料紧固到第二导电材料上的方法包括：在所述第一材料上形成定位孔；以物理接触的方式将第一和第二材料放置在一起；通过使紧固件延伸通过所述定位孔而以与第二材料电接触的方式放置可焊接到第二材料上的导电紧固件；在紧固件和第二材料上施加电压，感应出流经所述紧固件和第二材料的电流，产生电阻热，该电阻热使得紧固件焊接至第二材料上。
根据本公开内容的另一个方面，紧固件和第二材料是钢、铝、镁、钛和其合金中的至少一种，而第一材料是塑料、塑性复合材料、金属-塑料层压材料、陶瓷和涂覆非导电涂层的金属中的至少一种。
根据本公开内容的另一个方面，非导电涂层是涂料。
根据本公开内容的另一个方面，非导电涂层是阳极氧化层。
根据本公开内容的另一个方面，涂覆有非导电涂层的金属是铝、钢、钛、镁、其合金和Inconnel(铬镍铁合金)。
根据本公开内容的另一个方面，形成定位孔的步骤包括形成定位孔的埋头部分。
根据本公开内容的另一个方面，用于利用电阻焊而将其上具有定位孔的第一非导电材料紧固到第二导电材料上的紧固件具有帽盖和从帽盖延伸且具有远离帽盖的端部的轴，该紧固件能够在将第一和第二材料放置成堆叠体时通过定位孔插入。该紧固件由导电材料制成，并且能够在经受施加于紧固件和堆叠体上的电压时传导通过堆叠体的电流，该电流产生电阻热，将紧固件在远离帽盖的端部处焊接到第二材料上，并在所述端部被焊接到第二材料上之后抓取位于帽盖和第二材料之间的第一材料。
根据本公开内容的另一个方面，一种利用电阻焊将第一材料紧固到第二导电材料上的方法，其特征在于：在所述第一材料上形成定位孔；以物理接触的方式将第一和第二材料放置在一起；通过使紧固件延伸通过所述定位孔而以与第二材料电接触的方式放置具有高于第二材料的熔点的导电紧固件；在紧固件和第二材料上施加电压，感应出流经所述紧固件和第二材料的电流，产生电阻热，该电阻热使得第二材料软化；促使紧固件进入软化的第二材料，在靠近紧固件的第二材料中形成熔融区，并进入到紧固件延伸到的地方；使得焊接区冷却并固化，将紧固件保持在固化的熔融区。
根据本公开内容的另一个方面，用于利用电阻焊而将第一层紧固到第二层上的紧固件的特征是帽盖和从帽盖延伸且具有远离帽盖的端部的轴，该轴具有至少一个从其延伸的突起部，并具有一个表面面积少于该轴远端的表面面积的末端，当将该紧固件放置在包括第一导电层和第二导电层的堆叠体中并在经受施加于堆叠体上的电压时，该紧固件能够传导通过堆叠体的电流，该电流产生电阻热，该轴能够穿透第一层并构建在紧固件和第二层之间延伸的焊接区。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件包括多个突起部。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部呈半球形。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部呈圆锥体。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部呈环形。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部呈板的形式，该板的直径小于该轴远端直径。
根据本公开内容的另一个方面，相对于远端的接触面积，该紧固件突起部能够减少紧固件与堆叠体的接触面积。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部能够进入施加到第一层和第二层中至少一层上的非导电涂层。
根据本公开内容的另一个方面，该紧固件突起部能够经由对非导电涂层的局部加热而破坏施加到第一层和第二层中至少一层上的非导电涂层。
根据本公开内容的另一个方面，一种用于将第一构件焊接到第二构件上的焊接设备的特征在于，具有能够在其中存在电势的第一对电极的第一电焊机，所述第一对电极以与第一构件的两个间隔区域接触的方式而放置，由此电流在第一对电极间流经第一构件；具有能够在其中存在电势的第二对电极，所述第二对电极以与第二构件的两个间隔区域接触的方式而放置，由此电流在第二对电极间流经第二构件，第一构件的两个间隔区域与第二构件的两个间隔区域相对准。
根据本公开内容的另一个方面，电流在第一对电极或第二对电极中的至少一对电极间流动能够破坏在第一构件或第二构件中的至少一个构件上的非导电涂层。
根据本公开内容的另一个方面，帽盖具有至少一个增加帽盖变形阻力的肋。
根据本公开内容的另一个方面，轴长的一部分实质上是圆柱形，一部分是非圆柱形。
根据本公开内容的另一个方面，通过焊接电极施加电压，并且进一步包括在至少一对电极和堆叠体之间插入具有比电极电阻更大的电阻的材料。
附图说明
为了更加全面地理解本公开内容，可参考以下的对示例性实施例所进行的详细描述并结合附图考虑。
图1是根据本公开内容的一个实施例的紧固件的透视图。
图2是图1所示紧固件沿着剖面线2-2截取并沿着箭头方向观看的剖视图。
图3是紧固件的类似于图2的剖视图，但是具有不同的尺寸。
图4是按顺序地示出根据本公开内容的一个实施例的紧固件穿过第一层插入并被焊接到第二层上的示意图。
图5是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入并被焊接到第二层上的示意图。
图6是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入并被焊接到第二层上的示意图。
图7是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入并被焊接到第二层上的示意图。
图8是按顺序地示出与图7所示相同的紧固件穿过第一层插入并经由单侧入口焊接到管状构件上的示意图。
图9是按顺序地示出与图7所示相同的紧固件穿过第一层插入并以系列焊接构成被焊接到第二层上的示意图。
图10是按顺序地示出与图7所示相同的对置的紧固件通过第一层和第二层插入并被彼此相互地焊接在一起的示意图。
图11是表示在插入或者焊接之前的与图7所示相同的那些紧固件的示意图，所述紧固件位于将要被紧固的材料层的不同堆叠体附近。
图12是根据本公开内容的一个实施例的点焊帽盖的侧视图。
图13a和13b分别是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的平面图和侧视图。
图14a和14b分别是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的侧视图和平面图。
图15是根据本公开内容的一个实施例的紧固件冲压工具的侧视图。
图16是在施加根据本公开内容的一个实施例的紧固件之前、在点焊设备中的两块金属板的透视图。
图17a-17d是根据本公开内容的替代实施例的紧固件的剖视图。
图18-20分别是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的平面图和剖视图。
图21是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图22是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的图21所示紧固件的示意性剖视图。
图23是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图。
图24是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图25是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的图24所示紧固件的示意性剖视图。
图26是根据本公开内容的一个替代实施例的两件式紧固件的示意性剖视图，其中，第一部分穿过支撑层插入并被焊接到第二部分上。
图27是根据本公开内容的一个替代实施例的两件式紧固件的示意性剖视图，其中，第一部分穿过支撑层插入并被焊接到第二部分上。
图28是根据本公开内容的一个替代实施例的具有密封剂的紧固件的剖视图。
图29是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的图28所示紧固件的示意性剖视图。
图30是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图31是穿过第一层插入用于焊接到第二层上的图30所示紧固件的示意性剖视图。
图32是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图33是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图34是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图35是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件设置在临近焊接电极尖端的位置。
图36是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图37是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图38是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件设置在临近焊接电极尖端的位置。
图39是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件设置在临近焊接电极尖端的位置。
图40是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件设置在临近焊接电极尖端的位置。
图41是根据本公开内容的一个替代实施例的一对紧固件的示意性剖视图，其中，每一个紧固件穿过相关联的外层插入并被焊接到通常的中心层。
图42是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图43是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件穿过一部分J形层插入并被焊接到J形环绕的层中。
图44A和44B是根据本公开内容的一个替代实施例的施加时和施加后紧固件和复合结构的示意性剖视图。
图45是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件穿过一对层插入并被焊接到第三层上。
图46是根据本公开内容的一个替代实施例的一对紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件穿过一对具有相似厚度的层插入并相互焊接。
图47是根据本公开内容的一个替代实施例的一对紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件穿过一对具有不同厚度的层插入并相互焊接。
图48是根据本公开内容的一个替代实施例的一对紧固件的示意性剖视图，其中，紧固件穿过一三层的组插入并相互焊接。
图49是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视面的照片，其中，紧固件穿过一对层插入并被焊接到第三层上。
图50是根据本公开内容的一个替代实施例的一对紧固件的剖视面的照片，其中，紧固件穿过一对层插入并相互焊接。
图51是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极和紧固件的示意性剖视图。
图52是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极尖端和紧固件的示意性剖视图。
图53是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极尖端和紧固件的示意性剖视图。
图54是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极尖端和紧固件的示意性剖视图。
图55是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极尖端和紧固件的示意性剖视图。
图56是根据本公开内容的一个替代实施例的设置在一对层上的焊接电极尖端和紧固件的示意性剖视图。
图57是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件和相关联的材料层的示意性剖视图。
图58是紧固件和用于将紧固件相对于电阻焊尖端和待被紧固的材料层而设置的相关联载体的示意性剖视图。
图59是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。
图60是按顺序地示出根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件穿过第一层插入并部分进入第二层的示意性剖视图。
图61A和61B是示出根据图60所示紧固件以不同程度插入到不同厚度的层的堆叠体中的插入紧固件的示意性剖视图。
图62是图60所示的插入三层堆叠体中的紧固件的示意性剖视图。
图63是图60所示的一对紧固件的示意性剖视图，其中，该紧固件在会聚方向穿过与通常焊接区连通的三层堆叠体的相对侧而插入。
图64是图60所示的一对紧固件的示意性剖视图，其中，该紧固件在会聚方向穿过与两个单独的焊接区连通的三层堆叠体的相对侧而插入。
图65是按顺序地示出根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件穿过第一层插入并部分进入第二层的示意性剖视图。
图66和图67是根据本公开内容的一个替代实施例的两个不同紧固件的剖视图。
图68是根据本公开内容的一个替代实施例的插入双层堆叠体中的紧固件的示意性剖视图。
图69A-C是图60所示插入三个不同双层堆叠体中的紧固件的一系列示意性剖视图。
图70是图60所示插入包括一大块中空构件的双层堆叠体中的紧固件的示意性剖视图。
图71是图60所示插入包括通过间接焊接得到的一大块中空构件的双层堆叠体中的紧固件的示意性剖视图。
图72是根据本公开内容的一个实施例焊接的一对层的剖视面的照片。
图73是根据本公开内容的另一个实施例的穿过第一层中的定位孔插入以焊接到第二层上的紧固件的示意性剖视图。
图74是根据本公开内容的另一个实施例的穿过第一层中的定位孔插入以焊接到第二层上的紧固件的示意性剖视图。
图75是根据本公开内容的另一个实施例的穿过第一层中的埋头定位孔插入以焊接到第二层上的紧固件的示意性剖视图。
图76是根据本公开内容的另一个实施例的穿过第一层中的定位孔插入以焊接到第二层上的紧固件的示意性剖视图。
图77是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的透视图。
图78是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的透视图。
图79是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的透视图。
图80是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的透视图。
图81是如同图78中所示的那些紧固件相同的一对紧固件的示意性剖视图，其中，该紧固件在串联焊初始阶段放置在双层堆叠体上。
图82是图78和81中所示当被插入到双层堆叠体中的紧固件的一系列示意性剖视图
图83是设置在双层堆叠体中并将被一对焊枪驱动到该双层堆叠体中的一对紧固件的示意图。
图84是一对紧固件的示意图，其中，一个设置在双层堆叠体上并将被一对相对焊接电极驱动到该双层堆叠体中，另一个已经被驱动到该双层堆叠体中。
图85是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的侧视图。
图86是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的侧视图。
图87是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的透视图。
具体实施方式
本申请在此通过引用完整将以下内容并入本文，即：2013年6月26日提交的、名称为“用于连接异种材料的设备和方法(Apparatus and Method For Joining DissimilarMaterials)”的美国临时申请No.61/839,478，2014年6月26日提交的、名称为“用于连接异种材料的设备和方法(Apparatus and Methods For Joining Dissimilar Materials)”的美国专利申请No.14/315,598，2013年6月26日提交的、名称为“电阻焊接紧固件、设备和方法(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Methods)”的美国临时专利申请No.61/839,473，2014年6月26日提交的、名称为“电阻焊接紧固件、设备和方法(ResistanceWelding Fastener,Apparatus and Methods)”的美国专利申请No.14/315,698，以及2014年2月3日提交的、名称为“电阻焊接紧固件、设备和方法(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Methods)”的美国临时专利申请No.61/934,951。
图1和2示出了具有周边帽盖12和锥形轴14的紧固件10，该锥形轴14具有与帽盖12相对的圆头的尖端16。内部中空部H延伸通过帽盖12并伸入轴14内。紧固件10可以由例如钢或者钛的、能够承受电阻点焊加工的导电金属制成。帽盖12具有从边缘到顶部的尺寸CE以及直径CD。杆部具有直径SD以及从帽盖12到端部16的长度SL。如下所述，这些尺寸可以根据紧固件10的用途而改变，例如，用紧固件10来进行连接的部件的厚度和类型。在一个实例中，直径CD可以在大约4mm到16mm的范围内，长度SL可以在大约3mm到10mm的范围内，CE可以在大约0.5mm到3.0mm的范围内，而SD可以在大约2mm到12mm的范围内。图3示出了类似于图1的紧固件20，但是具有不同的尺寸，即，具有带尖得多的端部26的更细的轴24。
图4示出了使根据本公开内容的一个实施例的紧固件10a穿过例如铝合金的第一层金属11，并且被焊接到例如钢合金的第二层金属13上以形成层状结构L1。这个过程以标记为A-E的连续阶段示出。如在阶段A中所示，这个加工过程可以在具有相对的电极的传统点焊工作站上进行，图中示出电极的尖端15a和17a与金属板/层11，13间隔开，允许紧固件10a被插在尖端15a和层11之间。尖端15a可以具有表面S1，该表面S1具有通过焊接加工来容纳、支撑、成型和/或保持紧固件10a的形状。在阶段B中，通过传统的焊接设备(未示出)产生的、以使尖端15b，17b朝向彼此移动的反向作用力F1，F2将紧固件10b和层11，13抓取在其间，并且通过这些元件的接合部来施加电流I。力F1，F2和电流I在整个阶段B-E中都施加并且每一个的大小和持续时间可根据每个阶段的要求而发生变化。例如，在阶段B中加热/塑化铝所需的电流I可以小于在阶段D和E中发生的将钢焊接到钢上时所需的电流。类似地，可以改变力F1，F2以适应变化的加工要求。
电流I将紧固件10b和层11，13中的每一个加热至这样一个温度，即，在该温度下，铝层11发生塑化并且可以由紧固件10b位移/刺穿。铝层11通过电流I并且还通过来自紧固件10b和层13的传导被电阻性地加热。紧固件10b和层13与铝层11相比具有较低的导热性和导电性，从而使得可以使用通常用适合于在钢上形成电阻点焊焊缝的电阻点焊机获得的低电流来产生塑化铝层所需要的热量，并且在层13上形成焊缝，这将在下文中加以描述。由于铝具有比钢层13和紧固件10b(在这个示例中也是钢的)低的熔点，铝层11达到允许由紧固件10b位移并允许紧固件10b的端部16b穿透铝层11的塑性状态。如阶段C所示，将紧固件10c插入铝层11致使移动的塑化铝的上涌部分11U升高到层11的原始上表面11S之上。如阶段D所示，紧固件10d完全刺入层11并且与钢层13相接触，于是，紧固件10d的端部16d开始熔化和变平，而且在层13和紧固件的端部16d的界面处开始形成熔化金属的区域Pd。区域Pd为焊接的金属或者“熔核”，在该处，紧固件10d和层13的金属熔化并混合。如阶段E所示，连续地施加集中的作用力F1，F2和电流I导致端部16e和杆部14e长度的一部分随着熔化区域Pe的扩大而进一步地钝化和熔化。阶段E还示出了帽盖12e已经下降到上表面11S的平面，覆盖并密封可归因于紧固件10e完全插入铝层11的上涌部分11U。
在完成阶段E后，可以移除力F1，F2和电流I并且收回尖端15e和17e。上述处理过程可以在带有阻挡层的情况下进行，例如，施加到表面11S和/或在层11，13之间的表面预处理或者涂料/底涂层(未示出)的粘结剂层，只要阻挡层不会妨碍电流I流动以产生电阻热。这样，可以减少异种金属层11，13之间的接触以及不希望有的电化学相互作用和腐蚀。紧固件10在穿透过程和处理的焊接阶段的部分熔化允许紧固件10a适应层11的厚度范围。
紧固件10a的帽盖12a形成了一个环形凹槽，其可以接收、抓取以及密封由于穿透(阶段B和C)和焊接(阶段D和E)而在帽盖12a在铝层11的表面11S上“触底”时所产生的铝和金属间化合物。对铝和金属间化合物的这种约束可以显著提高归因于紧固件10a的腐蚀性能和连接强度。帽盖12a可以在焊接过程之前形成在紧固件10a上，或者可以在焊接过程中就地形成。如下面参考图8更加详细地描述的那样，紧固件10a的几何形状和其与尖端15a和表面S1的相互作用/通过尖端15a和表面S1的保持能够实施单面焊接(从一侧进行焊接且没有与电极尖端15a直接相对的电极接触构件13来提供反作用力)。尖端15a可以被成型为通过紧固件10a的弹力或者弹簧载荷而由紧固件10a抓紧、但是一旦焊接已经完成就脱离开的形状，所述紧固件10a的弹力或者弹簧载荷在焊接期间将紧固件10a保持在尖端15a上。例如，尖端15可以具有周边突缘或凹形结构，其可由紧固件10a的上缘弹性地且可移除地抓紧。
紧固件10可以由例如大约1mm至4mm厚的薄板钢制成，但是也可以按根据层11的厚度确定的任意给定厚度制成，并且层的厚度越大则要求有更大的紧固件厚度。或者，紧固件12的轴14可以为实心的或者半实心的。无论紧固件的厚度/空心度(针对给定表面积的密度)如何，当将端部16焊接至板13上时，轴14可以相称地损毁，使得帽盖在完成焊接时(阶段E)接触板11的上表面11S和/或封闭任何金属间化合物和上涌区11U。
焊接区域Pe的最终尺寸将取决于紧固件轴14e的初始和最终尺寸，即，轴壁的直径、长度和厚度。紧固件轴14e的尺寸越大，焊接区域Pe的尺寸越大。在一个实例中，连接由0.5mm至4.0mm厚度的铝制成的板11与由0.5mm至3.0mm厚度的钢制成的板13时，处于2mm至8mm范围内的焊缝直径将会表现出有益的剪切和剥离强度性能。
为了最大限度地减小具有本公开内容的紧固件10的成品焊接产品的重量，可以减小用于制作紧固件10的薄板的规格。结果，紧固件轴14的减少的侧壁强度可以导致其在焊接加工期间过早地塌陷。为了支撑轴14，可以将电极15a形成为延伸进中空部H，以在中空部H内部分地或者完全地接合轴14的内表面。图5示出了在焊接过程中处于两阶段的替代紧固件110，即，在穿过层11伸出之前的阶段B5以及在焊接之后的阶段E5。具有支撑紧固件110的端部116的表面S2的电极尖端115允许端部116在端部116或者轴(侧壁)114不发生变形的情况下被推动穿过层11。该尖端115具有凹陷的环形表面S3，当将紧固件完全挤压穿过层11以形成如阶段E5所示的焊接区域Pg时，响应于紧固件110被压靠在上涌部分11U上，该凹陷的环形表面S3可以接收并形成/成形紧固件周边的对应区域110p。
图6示出了步骤A6-F6的更加完整的顺序，其中使用紧固件110以通过上层11(例如铝板)进行点焊，从而将上层11紧固到下层13(例如钢板)上。可以理解的是，该过程还可以被称为“电阻点固定”或者“电阻点铆接”，其中紧固件110可以被描述为铆钉，该铆钉被钻入层11，在层11上形成孔并通过焊接与层13连接，紧固件的帽盖112将层11夹紧在层13上。当紧固件110穿透顶层11并接合底层13时，在电极尖端115上的凹陷的环形表面S3封装且抵靠着层11，更具体地说是上涌部分11U密封。在一个示例中，阶段B6和C6可以具有大小例如从100至2000磅的关联力FH以及大小例如从2500至24000安培的电流水平IH，这对于塑化由铝形成的、具有2mm厚度的第一层11并且通过如下所述的紧固件焊接至厚度为1.0mm的780MPa镀锌钢的第二层13上是恰当的，所述紧固件由低碳钢制成，整体直径为16mm，总高度为3mm，且平均壁厚为1.0mm。这些力和电流的大小仅仅是示例性的并且取决于紧固件110以及层11和13的尺寸和成分。从阶段B6转变到C6的持续时间可以大约为0.2至6.0秒。在一个示例中，可以使用例如100磅的力，2500安培的电流以及6秒的周期时间。力和电流的增加可能导致较短的周期时间。通过继续实施该实例并使用相同尺寸和特性的紧固件110及层11，13，阶段D6可以采用大小例如从400至800磅的关联力FW以及大小例如从6000至18000安培的电流水平IW，这对于开始熔化紧固件110和底层13以形成熔化的焊接区域Pd是合适的。力FW的大小可以变化成在阶段E6中的大小例如从400至1000磅的力FT和大小例如从3000至12000安培的电流水平IT，以形成扩大的焊接区域，从而回火处理该焊缝并使之具有4mm至6mm的平均横截面直径。阶段D6的完成可能耗费例如0.1至0.5秒。在阶段F6中，可以收回第一和第二电极尖端115，117。可以理解的是，由于上涌部分11U迫使帽盖112与表面S3相符，构建出一个紧密的相对配合，所以在阶段F6从紧固件110f上收回第一尖端115时可能会有一些阻力。在某些应用中，还可以优选地采用预成形的紧固件来减小收回力、周期时间并且减小成形帽盖112以使之与表面S3和上涌部分11U相符所需的焊接力FW的量。
图7示出了步骤A7-F7的顺序，其中使用紧固件210以实施通过过上层11(例如铝板)的点焊，从而将上层11紧固到下层13(例如钢板)上。对紧固件210进行预成型，从而使之在由图6的阶段D6和E6中所示的焊接力成形之后具有类似于紧固件110的形状，从而使得上部可以封装和密封顶部表面，无需在焊接过程中由电极形成。由于紧固件210是预成型的，电极尖端215不需要凹陷的环形表面S3来成型帽盖212，以在紧邻由紧固件210穿透之处的地方容纳并抵靠着第一层11的上涌部分11U密封。结果，电极尖端215可以逐渐变细(在表面S4，S5通过圆弧过渡至支撑紧固件210的端部216的表面S2)。这允许集中加热、焊接和回火力FH，FW，FT以及在较小的区域上加热、焊接和回火电流IH，IW，IT，从而允许减小完成穿透、焊接和回火任务的力和电流。
图4-7描述了直接接触焊接，其中，例如15a，17a的电阻焊电极从相对侧夹紧工件/焊接堆叠体10a，11，13。如图8所示，使用根据本公开内容的紧固件12，20，110，210的点焊接可以利用间接焊接从一侧来进行。像钢梁或者任何其它类型结构的结构S8可以被连接到用于进行焊接的电压源的一个电极上。另一个电极将电能提供给焊接尖端215，以供应用于在阶段B8和C8进行加热、在阶段D8进行焊接以及在阶段E8进行回火的电能。间接焊接通常在钢上完成，但是很难在铝至铝的连接点上进行。由于本公开内容允许利用由不同于铝的材料制成的紧固件进行焊接，这有助于使例如铝板的铝层11与例如钢管的钢结构S8相结合。
在串联焊接中，两个或更多的电极从单侧靠近。于是，在焊接电流以串联方式在多个焊枪之间流动时，形成多条焊缝。图9示出了在进行串联焊接紧固件210a和210b时可以采用本公开内容的焊接方法和设备以在单个焊接操作中连接薄层/构件11，13。电流IH经过电极215a，层11，13，然后通过导电的背衬条S9，返回经过层11，13并流到电极215b。如之前所述，电流IH加热层11以允许由紧固件210a，210b穿过，紧固件以与层13接触的方式焊接在层13上。整个过程类似于上文描述的过程，但是仅示出了阶段B9，D9和F9。串联焊接一般不在铝上进行，但是通常使用钢材来完成。由于本公开内容允许用由不同于铝的材料制成的紧固件进行焊接，这有助于经由串联焊接而使例如铝板的铝层11与例如钢管或者箱结构的钢层/板13相结合。
尽管前面描述的示例涉及由钢制成的紧固件10，20，110，210，但是紧固件10，20，110，210可以由其它材料，例如钛、镁、涂层钢材、电镀钢材或者不锈钢制成，只要例如13的、将要与之焊接在一起的层是适合焊接的。第一层11和随后的(第二)层13还可以在成分和数量上有变化。例如，第一层可以是铝、镁、铜或者它们的合金。第一层11还可以是多层任意的前述成分，例如，两层铝，两层镁，或者三层或更多层的镁、铜或者铝。任选地，可以在多层中使用多于一种的材料。为了穿透像层11那样的居间层，紧固件10……210应该由熔点比在例如B6，C6(图6)的加热/穿透阶段期间被穿透的居间层11高的材料制成。为了进行例如D6的焊接阶段，紧固件110的材料必须与其将要被电阻焊接于其上的例如层13的层相兼容。例如，如果层13由高强度(>590MPa)镀锌钢制成，那么紧固件110可以由例如标准低碳钢、高强度钢(>590MPa)或者不锈钢等级制成。
图10示出了紧固件210c可以与一对置的紧固件210d一起使用，从而通过点焊使一对例如由铝或镁制成的层11a，11b彼此相互结合，使得帽盖212c，212d在其间抓取层11a，11b。在阶段A10至F10中所示的过程序与上述过程极为相似，例如，如参考图4-7所述的那样，将电阻用于加热、层的穿透以及焊接，但是不同于紧固件210c，210d到达其被焊接于其上的层13，它们中的每一个均沿相反方向穿透中间的层11a，11b，接触并相互焊接在一起。
图11示出了可以根据本公开内容的一个实施例来连接的层的各种组合。如组合G所示，材料的堆叠体可以是与在阶段B7关于图7所示并进行上述描述的堆叠体类似的铝11A和钢13S。如上所述，可以将紧固件210推动穿过铝层11A并焊接到钢层13S上。在一个替代方案中，层11A1，11A2之一或两者可以是镁/镁合金。组合H示出了两层铝11A1和11A2与钢层13S的堆叠体。如上文所述，紧固件210可以被推动穿过铝层11A1和11A2，然后被焊接到钢层13S上。组合I示出了一层铝11A和一层镁11M与钢层13S的堆叠体。紧固件210可以被推动穿过铝层11A和镁层11M，然后被焊接到钢层13S上。组合J示出了镁做外层11M、中间是铝层11A和钢层13S的堆叠体。紧固件210可以被推动穿过镁层11M和铝层11A，然后被焊接到钢层13S上。在G、H、I和J所示堆叠体中的每一个上，都可以使用紧固件210来紧固图示的层叠结构。层的材料、厚度和数量的其他组合也可以由本公开内容的紧固件210，110，20，10来固定。
图12示出了焊接电极尖端215，其具有连接器套筒部分215S和带有流线型锥形表面S4和S5的焊接部分215W。类似的尖端可以从CMW接触金属焊接www.cmwinc.com中找到并且被称为G-帽盖(G-cap)。
图13a和13b示出了重新打算用做根据本公开内容的紧固件310的帽盖螺母。紧固件310具有帽盖312、轴314和端部316。可以使用用于与匹配工具318相互作用的凸块318来将紧固件310保持在类似尖端115的电极尖端上，并且还可以用来在将紧固件推动穿过中间层11时和/或当紧固件被焊接到层13上时扭转该紧固件。
图14a和14b分别为根据本公开内容的另一个实施例的紧固件410的侧视图和俯视图。紧固件410可以被做成一个使用如图15所示的冲压工具和电极台板的冲压件。帽盖412在曲线C1处过渡到轴414，并且轴414在曲线C2处过渡到端部416。当围绕紧固件410的对称轴线S旋转并受边缘412e和其在轴414上的突起部限定时，曲线C1限定了一个可以包含并密封穿透层的、例如如图5中的11U所示的上涌部分的体积V1。
图15示出了根据本公开内容的一个实施例的紧固件冲压工具505。该冲压工具可以用于形成由例如薄钢板的坯料520制成的、与紧固件410相似的紧固件。紧固件冲压工具505具有带成形表面522S(以虚线示出)的镦锻模具522。由冲头526(用虚线示出的轴)驱动的成型工具524(虚线)与镦锻模具522一起动作，以从坯料520上形成紧固件410(图14A，Bb)。在图示的实施例中，当成型工具524在被冲头526向下驱动穿过坯料520时，从坯料520上切下紧固件410并且使之成型。作为一种替代方案，可以通过一个单独的冲头从坯料上剪切出具有形成紧固件410所需尺寸的盘形坯件(未示出)，并且在将冲头526向下驱动靠到镦锻模具522上以将坯件定型成紧固件410之前装载到坯件保持架530上。弹簧532可以被插在固定器帽盖534和坯件保持架530之间，以使冲头526在已经由紧固件冲压工具505冲出紧固件410后返回到中立位置。冲头526可以被连接到冲头保持架528上，该冲头保持架528以用于致动冲头和压力机的传统方式被机械地、液压地或者气动地驱动。
图16示出了焊接堆叠体605，其中，在穿透或者焊接之前将紧固件610定位成抵靠第一个和第二层611，613。第一层611可以是铝、镁、或者铜薄板，第二层可以是钢、钛或者Inconnel(铬镍铁合金)板。层611，613和紧固件610被夹持在第一和第二尖端615，617之间，所述第一和第二尖端615，617与可从市场上购买到的电点焊机的下和上电极640，642电连通，上述电点焊机诸如可从Centerline Welding,Ltd.买到的250kVA焊接工作站。
在根据本公开内容实施的焊接操作的一个实例中，可以采用市场上可找到的250kVA AC台式电阻点焊机来加热并将紧固件/铆钉穿过铝板钻入且焊接到钢托板上。上部电极尖端615为被称为G-帽盖(类似于图12的尖端215)的市场上供应的电极，下部电极尖端617为标准的平端面设计(16mm直径，RWMA型C-Nose)。图13a和13b所示的标准帽盖螺母610用于铆钉。连接的部件为1.5mm 7075-T6铝合金和0.7mm 270MPa镀锌钢。将帽盖螺母610放置在G-帽盖式电极615上，接着使之抵靠在如图16所示堆叠体中的铝板。在大约1.5秒的持续时间内产生9000安培的电流脉冲，以使帽盖螺母610穿透铝板611。在穿透之后，利用0.166的大约15kA的电流脉冲将帽盖螺母610焊接到钢上。在钢帽盖螺母和0.7mm270MPa薄钢板之间获得了一个大约5mm直径的焊接块。
本公开内容的各方面包括下部件变形，这是因为例如11，13的所要紧固的层在焊接期间被保持在压力之下而且受热区主要被限制在紧固件10的帽盖(例如12)的触着部分。例如10，20，110，210，310，410，610的紧固件相对于第一层11形成一体积以封闭通过使紧固件刺穿第一层11而位移的金属间化合物或者材料。例如10......610的紧固件可以用于紧固具有一定范围的层厚和层数量的不同种类的材料，即，通过选择具有适当尺寸和材料成分的紧固件。此外，给定的紧固件10......610由于所形成的材料的弹性以及紧固件的形状在一定范围的厚度上都是可行的。例如，当焊接到层13上时，在紧固件410被用于容纳各种厚度并且被弹性地压在例如11的层上时，帽盖412可以相对于轴414弹性弯曲。帽盖412弹性地压靠在例如11的层上可以有助于在紧固件10......610就位时建立和保持围绕其周边的密封。
本公开内容的紧固件10......610可以通过施加在例如11，13的层之间的粘结剂和/或涂层应用和/或通过被施加到顶层11上的涂层来应用。利用紧固件而形成的焊缝(例如图4中的Pe)即不会穿透层13，又不会弄乱13的与焊缝相对的表面，由此保持外观、防腐蚀性，并且是水密的。在例如图4的阶段C的紧固件穿透过程中以及在阶段D的焊接阶段，紧固件10c，10d，10e将会持续地毁损并沿焊接区域Pd，Pe扩大，将金属间化合物从该焊接区域中推出。本公开内容的方法和设备可与为钢板电阻焊接所开发的传统RSW设备兼容，并且紧固件10......610可以由各种材料制成，例如多个钢种(低碳、高强度、超高强度、不锈的)、钛、铝、镁和铜。本公开内容的紧固件可以可选地是带涂饰的(镀锌的、镀锌层经扩散退火处理的、热浸、渗铝的、电镀的)，以改善耐腐蚀性。
如上所述，本公开内容的紧固件10......610可以经单面或两面入口焊接来使用。紧固件10......610不需要在由铝或者其它导体制成的顶板上的定位孔，但是也可以与在铝板或者顶板上的定位孔一起使用，允许紧固件在焊接之前延伸穿过顶板而到达底板13。还可以使用定位孔来允许电流通过绝缘的/不导电的层，例如粘结剂层或者抗腐蚀的涂层/层。此外，诸如塑料和塑性复合材料的非传导性的/绝缘体材料，包括碳纤维增强塑料、金属与塑料的层压材料(例如铝、镁或钢和塑料的层压材料，例如可从位于乔治亚州的Eastman的Alcoa Architectural Products(美铝建筑制品公司)买到的
Figure BDA0001719931140000231
)纤维玻璃、SMC、热固塑料，热塑性塑料和陶瓷，其中可以包括玻璃，可以通过穿过在这些种类的材料层上的定位孔的钢紧固件10......610而固定到钢上，并且通过电阻焊焊接到钢层上。塑料、塑性复合材料和陶瓷还可以经由整体或者部分地用一种可兼容材料(例如铝合金)制成的紧固件10......610连接到铝层13上。塑料、塑性复合材料和陶瓷还可以经由整体或者部分地用一种可兼容材料(例如铝或镁合金)制成的紧固件10......610连接到镁层13上。同样，塑料、塑性复合材料和陶瓷还可以经由整体或者部分地用一种可兼容材料(例如钛合金)制成的紧固件10......610连接到钛层13。涂覆有诸如底涂层、防锈涂层、涂料和阳极化层等非传导性涂层的顶层11还可以通过使本公开内容的紧固件10......610延伸通过设在带涂层的非传导性层上的定位孔以延伸至可焊接的层13并焊接于其上而连接到由钢、铝、镁或者钛制成的可焊接层上。该技术方案可以用于以任何组合方式将铝、钢、镁或者钛的涂有涂料/带涂层的非导电层11连接到铝、钢、镁或者钛的层13上，只要紧固件10......610是由可与和层13的焊接兼容的材料制成。该技术方案可以应用于这样的工业、加工和制造中，即，其中将要被连接到可焊接层13上的层是预涂漆的。在连接诸如铝和钢的异种材料时，常使用预涂漆处理，以防止电化腐蚀。与两个未经涂覆的板件或者无涂饰板件相比，在装配之前允许两个板件11，13中的一个被涂覆可增强防腐性能。
根据应用于由焊接留下的空腔的质量保证测量(即，通过测量空腔的尺寸)，可以检测由于使用紧固件10......610而获得的焊接质量。也可以在例如层13(钢侧)的背面采用超声波无损检测技术来监测焊接质量。
与FDS(EJOTS)、SPR和SFJ相比，用于采用本公开内容的紧固件10......610的设备具有较小的占地面积，这允许其进出更狭小的空间。本公开内容的设备和方法使用比SPR更小的插入力，因为第一层11在紧固件插入阶段(例如参见图4的阶段C)已被加热/软化。本公开内容的方法和设备提供了连接高强度铝(其在SPR操作期间对断裂敏感)的能力和连接到高强度和超高强度钢上的能力，因为不必要用紧固件穿透钢金属而是将紧固件焊接在其上。
本公开内容的设备和方法不需要旋转部件，并且有助于解决部将装配问题，因为整个加工过程在如何安装组件层/零部件方面类似于传统的电阻点焊(RSW)。另外，紧固件10......610的应用能够被快速地进行，这提供了类似于传统的RSW的快速处理速度。本公开内容的设备和方法可被应用于形变(包括锻件，轧材和冷拔产品)和铸造铝产品上，而且可以用于形成可兼容的金属接头，而不是像在将铝焊接到钢上时形成的双金属焊接接头，这种双金属焊接接头可能具有低的接头强度。如前所述，本公开内容的设备和方法可以被用于将多层不同材料(例如，两层或更多层铝或镁)连接在一层钢上；将一层铝连接到两层钢上(图22-27)；或者将一层铝或者镁连接到一层钢上。
图17a示出了与图14a的紧固件410类似的紧固件710的剖视图，其中，帽盖712、轴714和端部716的厚度基本不变。端部716是平的。
图17b示出了紧固件810，其中端部816是平的并且具有比帽盖812的轴814更大的厚度。
图17c示出了具有恒定厚度的带流线型端部916的紧固件910。在一个示例中，半径R在1到6英寸的范围内。
图17d示出了具有流线型端部1016和在端部1016和轴1014的结合处的花键1014a的紧固件1010。花键1014a可以与对称/旋转轴线S对准或者相对该轴线S成角度A地设置。可以利用花键来沿一特定方向(例如，直线)引导紧固件或者当压迫紧固件通过层11时按螺线引导紧固件和/或可以把花键用作防止层11相对于安装的紧固件1010转动的防旋转结构。
图18-20示出了长度L大于其宽度W的紧固件1110。在一个示例中，长度L可以在8mm到25mm的范围内，而宽度在4mm到8mm的范围内。
图21示出了在其剖面上具有在1212c处会聚的左侧部1210a和右侧部1210b的紧固件1210。紧固件1210是绕对称/旋转线S旋转的回转体，从而端部1216a、1216b构成了可被焊接到如下所述的基材上的连续环面。
图22示出了穿过第一层11(例如，由铝制成)插入并在焊接区Pa、Pb焊接到层13(例如，由钢制成)上的紧固件1210，这些焊接区将具有连续的环形形状。该环形焊接接头分布在比例如利用如图14a所示的类似的紧固件410而形成的盘形焊接接头大的表面区域上。尖端1215具有在其被加热并压向尖端1217时接纳和支撑紧固件1210的表面1215。
图23以剖面图的形式示出了穿过第一层11插入并在焊接区Pa、Pb焊接到第二层13上的紧固件1310。和图21中所示一样，紧固件1310是绕对称/旋转线S旋转的回转体，从而使得焊接区Pa、Pb是焊接到层13上的连续环形焊缝的一部分。紧固件1310的特征在于带有螺纹的中心套管1342，该套管1342具有适合接纳相匹配的带螺纹紧固件，诸如螺钉(未示出)的螺纹1342t。这样，紧固件1310能够实现两种功能，也就是，将层11保持在层13上和提供允许经由相匹配的螺纹紧固件(未示出)装配到另一构件或结构(未示出)上的带螺纹套管。尖端1315具有用于在焊接时容纳套管1342的凹槽1315r。
图24和25示出了与紧固件1310类似的紧固件1410，但是具有带螺纹1442t的套管部1442，该套管部是端部开放的，允许相匹配的螺纹紧固件(未示出)穿过该套管部1442。如图25所示，在准备安装紧固件1410时，层11和13优选地被钻孔或者另外设置配合孔11h、13h，套管部1442可穿过该配合孔插入。于是，可以如上所述地通过电阻焊来实施层11的穿透和在层11上的焊接。尖端1415具有用于在压迫紧固件1410穿过层11并焊接到层13上时支撑紧固件1410的表面1415。尖端1417具有一凹槽1417r，其可容纳在焊接过程中延伸通过层11、13的套管部1442。
图26示出了具有上部1510u和下部1510l的紧固件1510，这两部分可以被焊接到一起，以将紧固件连接到由例如铝形成的层11上。下部1510l以带有螺纹的套管1510t为特征。紧固件1510可以由钢或钛制成。焊接过程如前所述地进行，只是不是焊接到第二层13上，而是在将上部推压穿过铝层11之后将上部1510u焊接到下部1510l上。如前所述，焊接区Pa、Pb是环形焊接接头的一部分，因为紧固件1510是一回转体。在凸缘部1510f和帽盖1512之间抓取层11。紧固件1510允许由例如钢或钛的第一材料制成的、带有螺纹的套管1510t被连接到由例如铝或镁的异种金属形成的层11上。
图27示出了具有上部1610u和下部1610l的紧固件1610，这两部分被焊接到一起以将紧固件连接到由例如铝形成的层11上。下部1610l以带有螺纹的螺杆1610s为特征。紧固件1610可以由钢或钛制成。焊接过程如前所述地进行，只是不是焊接到第二层13上，而是在上部被推压穿过铝层11之后，将上部1610u焊接到下部1610l上。焊接部Pa近似为圆盘形，而且紧固件1610是一回转体。在凸缘部1610f和帽盖1612之间抓取层11。紧固件1610允许由例如钢或钛的第一材料制成的、带有螺纹的螺杆1610s被连接到由例如铝或镁的异种金属形成的层11上。
图28和图29示出了具有密封剂的焊道1728的自密封紧固件1710，密封剂的焊道1728被适用至帽盖1712和轴1714的连接点的紧邻下侧。在使用紧固件1710之前，密封剂可以是粘合剂或聚合物并且可以被应用为液体、凝胶或糊并且可以固化成固体或半固体或可以保持在软的或液体状态。当通过将紧固件1710焊接至基片13或至另一紧固件1710而将紧固件1710用于将材料的层11(铝)、13(钢)耦合在一起时，例如，如以上为紧固件210所描述的(图10)，密封剂可能发生状态改变，例如，如果为固体，其可能由于通过将紧固件1710插入通过中间层11所产生的热而熔化，通过从电阻或在焊接阶段熔融，以形成焊接1710W。在紧固件1710与其焊接的金属冷却之后，密封剂1728在适应顶层11的表面和其中的任何上升流11U之后可以返回固体，由此提供密封接头1710J，在顶层11和紧固件1710之间具有密封。密封剂1728防止环境中存在的元素例如氧或湿气的渗透，所述元素会导致紧固件1710、片11,13和/或焊接1710W的腐蚀。替代地，密封剂1728在焊接1710W完成之后可以以保持为半固态或凝胶。密封剂1728可以多种不同的方式进行施加，包括：(i)作为紧固件制造中的步骤而施加至紧固件1710；(ii)刚在形成焊接接头中的使用之前施加至紧固件1710；例如，在接触外片11之前，通过将：珠(在压力下的喷嘴喷出的)、预制为固体或半固态形式的环(并且放置在紧固件1710上)、或密封剂带(提供为可割断的条带的形式或通过接触式喷头喷涂或在压力下喷雾)施用至紧固件1710。替代地，密封剂1728可以被施加至片11的表面，例如，以被置于顶表面11S上的粘合剂点的形式，在顶表面11S处，紧固件1710在接合过程之前将被插入片11的定位孔或在定位孔周围。密封剂1728可以通过使用目前在饮料罐端衬过程中使用的‘复合衬垫’装置而被施加至紧固件1710。美国专利号6,887,030中公开的技术在密封剂1728的施加过程中可以被用来停止紧固件1710的旋转，减少对被施加至紧固件1710的密封剂1728的保护性涂层造成的损伤。密封剂1728可以与任何上述的紧固件10,110,210等和层11,13,11M等一起使用。图29示出了在紧固件1710被焊接至层13之后的密封剂1728。密封剂1728可以部分或全部地填充紧固件1710的下侧1710U和片11的上表面11S之间的空腔。密封剂1728可提供腐蚀保护、提高紧固件1710和顶表面11S之间的接头强度和/或消除进入接头J的水/湿气。
图30和31示出了双层紧固件1810的横截面，第一层1810S例如由钢、钛、铜或第一铝合金例如1xxx制成，且第二层1810A例如由铝或不同类型的铝合金如6xxx制成。紧固件1810可以由多合金(1xxx复合在6xxx上等)或多材料(铝复合钢、铝复合铜等)的双层片形成例如压制。图31示出了使用双层紧固件1810、例如铝或铝合金的第一片11和钢、钛、铜、镁或不同于合金层11另一种合金的第二片13形成的接头1810J的横截面。双层紧固件1810允许焊接至铝构件11，即通过将层1810A焊接至片11。在这种情况下，开孔1810H被形成在片13中，以便紧固件1810可以被插入通过开孔1810H而不是通过电阻加热熔化。这种方法的一个方面是，其允许从单侧将钢片或构件13接合至铝片或构件11，例如管。双层紧固件1810允许使用低电流水平而使焊接发生，因为与电极头1815接触的层1810S(可能是钢)在焊接过程中提供了层1810A和片11的增强加热。在第一种方法中，层1810A可能由钎焊合金制成或包括钎焊合金，产生至相反片11的钎焊接头而非电阻焊。这对于减少焊接所需的电流量是有利的。接头1810J可以被用于将铝或塑料片13接合至铝片11，其中需要低热量输入以防止片13的熔化。在这种实施方式的另一方面，由铝复钢形成的紧固件1810可以被用于接合多个铝片。紧固件1810的钢层1810S会接触电极1815，而铝侧1810A会接触铝片11(在这种实施方式中，片13也可以是铝)。当施加焊接热时，钢层1810S将提供增加的加热，使得紧固件1810的铝部1810A能够在低电流下焊接铝片11,13。在本实施方式的另一方面，层1810可以由铝包合铝部1810A而形成。钢部1810S会接触电极1815并且铝部1810A会接触并且焊接至铝片11,13。在这种实施方式中，紧固件1810的铜部1810S将表现出良好的传热和低电极磨损。.
图32示出了三金属紧固件1910，具有层1910S、1910M和1910A。中间层1910M可以经选择以防止在紧固件1910暴露于高温下时外层1910S,1910A之间的扩散，提供接头强度。中间层1910M可以由各种材料组成，包括但不限于高纯铝、钛、或锌。在一个例子中，外层1910S为钢并且根部外层1910A为铝。中间层1910M可以被选择为薄钛层，其可以防止铝层1910A和钢层1910S在高温下(>200摄氏度)的扩散。
图33示出了双层紧固件2010，具有接合至冲压/冷形成的钢部2010S的铝的圆盘2010A。铝圆盘2010A可以通过许多方式被接合至钢部2010S，所述方式不限于冷焊、超声波、摩擦焊、对焊、高压焊接、机械、或钎焊/焊接。可选地，将将钢部2010S形成为所示形状之前，铝圆盘2010A可以导线形式(冷焊，压焊)接合至钢部2010S。紧固件2010可以与图31中示出的紧固件1810相同的方式使用以将片13紧固至片11。
图34示出了三层紧固件2110，如图33的紧固件2010，但是具有附加层2110T例如由钛制成，介于例如由钢制成的层2110S和例如由铝制成的层2110A之间。紧固件2110可以与图31的紧固件1810和图33的紧固件2010相同的方式使用，但是可以使用附加层2110T以防止层2110A和2110S之间的扩散，并因此可以与图32中示出的具有中间层1910M的紧固件1910类似的方式用于高温应用中。
图35示出了紧固件2210，具有机械互锁部2210A,2210S。机械互锁可以通过锻压、锻造、镦粗或弯曲来完成。例如，部分2210A可以用外周凹槽2210AR来形成并且部分2210S可以形成具有向内延伸的外周唇2210SL。部分2210A然后可以被近使进成部分2210S中，以便外周凹槽2210AR和外周唇2210SL互锁。这也可以是通过锻造模来完成，该锻造模在部2210A周围崩溃和压缩部2210S以建立互锁关系。在第一方面，2210S和2210A的材料可以是不同的铝合金(1xxx对6xxx、4xxx对6xxx,4xxx对Al-Li)或不同材料(钢和铝，铝和镁，铝和钛等)。紧固件2210被显示为相对电极尖端2215进行定位并且可以与图31中示出的紧固件1810类似的使用。
图36示出了紧固件2310，在紧邻紧固件2310的帽盖2312和杆2314的部分2310S附近定位有保护套2310T。保护套2310T可以在紧固件2310和被穿透的片之间提供腐蚀防护。例如，其中部分2310S是钢并且穿过铝片11通过电阻加热焊接到钢片13，如图6和7所示，涂层2310T可以是钛、不锈钢或冷喷涂铝。套2310T可以被机械地互锁至部分2310S，如图37所示(显示了套2410A)，通过冷喷涂、等离子喷涂等施加。保护套2310T可以由金属或具有低导热或导电性的材料制成，如陶瓷。在这一方面，低(热/电)导性材料将热和电流集中通过紧固件2310的端部2316，与不存在保护套2310T时相比，使得能够以更低的电流需求以完成至层13的焊接。一旦被焊接至层13，例如将铝层11紧铝至钢层13(参见图6和7)，保护套2310可以发挥将部分2310S部分2310S可能由钢制成)与其穿过的铝层11分离的功能，由于异种金属之间的接触和原电池效应导致的腐蚀。
图37示出了紧固件2410，具有以与图36中描述的紧固件2310类似的方式配置在部分2410S上的保护套2410A。保护套2410A被轮缘2416R保留在紧固件2410上，轮缘2416R将套2410A捕获在轮缘2416R和帽盖部分2412之间。轮缘2416R可以是预制的并且套2410A滑过轮缘2416R，随后被模具压缩，或者套2410A可以被滑到轴2414上，随后例如通过镦锻/锻造形成轮缘2416R。如同紧固件2310，紧固件2410可表现出增强的耐腐蚀和传热能力并且可以类似的方式使用以将第一片或构件11(例如铝的)耦合至第二片或构件13(例如钢的)(参见图6和7)。因为轮缘2416R是作为紧固件被推运通过中间层11的主导元件(参见图6和7)，并且可以由钢制成，其将形成通过中间层11的开孔，开孔足够大以容纳套2410A，因此所述套本身在中间层11中形成开孔中不发挥作用，并且因此当紧固体2410被压迫通过中间层11时在轴214上保持不变形或松动。
图38示出了具有固体轴2514的“半固体”紧固件2510。帽盖2512具有配合地容纳电极2515的电极延伸2515E的电极凹陷2512D。这种安排可以用来减少电极2515磨损。在一个例子中，电极凹陷2512D和电极延伸2515E各自直径为4-8mm并且具有1-4mm的深度。由于轴2514是固体，它并不像薄壁轴(如图1和图2中示出的紧固件10的轴14)那样可折叠。当穿透中间层11(例如，由铝制成)以到达层13(例如由钢制成)以焊接到(参见图6和7)时，紧固件2510的轴2514较短并且不必折叠。因此，紧固件2515更快地到达13。这减少了电流流过电极2515和紧固件2510的时间的量，减少电极的腐蚀和提高加工效率。电极延伸2515E和电极凹陷2512D之间的接触面积增加光滑配合面上的电接触面积、降低电阻并且并提供机械耦合，在紧固件2510的放置过程中，该机械耦合保留紧固件2510和电极2515的相对位置。
图39示出了具有固体轴2614的“固体”紧固件2610。帽盖2612具有接纳具有例如1-6英寸恒定半径的表面2612S的上电极，这允许使用具有类似半径的传统的圆角点焊电极2615。这种关系减少了对特殊电极设计和修整设备的需要并且还降低电极损耗。帽盖2612可能是成比例的以朝向片11折叠(参见图6和7)，通过其在插入过程中推动轴2614，当完全插入时帽盖2612扁平对向板11。小尖端元件2616T可以从紧固件2610的端部2616伸出，其可以被用来集中电流和加热以协助起始化待被刺穿的片11的加热/软化并且其起始化至片13的焊接。
图40示出了固体紧固件2710，其与紧固件2610相似，但是具有从圆角表面2712S伸出的电极对准突起部2712P。突起部2712P可以被接纳在电极2715的配合凹部2715R中。在插入和焊接过程，配合突起部2712P和凹部2715R可以协助保持紧固件2710与电极2715对准(通过片11以焊接至片13，如图6和7所示)。突起部2712P的半径可以为例如3/16”至1/4”。虽然凹部2715R需要s独特的电极几何形状，它与传统的电极修整设备兼容。
图41示出了接头2800J，其中一对相对紧固件2810A,2810B分别穿透通过层11A,11B(诸如铝片)，例如，通过电阻加热和压力，并且被焊接到例如由钢制成的中央层13。为了实现此种配置，紧固件2810A,2810B可以被同时插入(在一个单一操作中)通过铝片11A,11B并且焊接至钢层13。替代地，紧固件2810A,2810B可以依次插入和焊接。.
图42示出了具有伸出夹紧范围的紧固件2910。帽盖2912向下延伸至可与轴2914相媲美的程度。绝缘材料的环2912I被附接至帽盖2912的末端，以便环2912I的底部边缘大约与端部2916共同延伸。在使用中，紧固件2910可以被旋转在片11(例如由铝制成)的表面上，然后，如上涉及图6和图7所描述的，通过电阻焊机通过电阻加热以穿透片11并且焊接到下方的片13(例如由钢制成)。由于环2912I是绝缘体，所以电流仅经过端部2916。由于端部2912按压通过片11，随着端部2016穿过片11，环2912I抵靠在片11上。因此，帽盖2912弯曲至允许端部2916到达并且焊接至片13的程度，而环2912I抵靠在片11上。因此，轴2914能穿透各种厚度的片11并且(其环2912I)仍将按压片11，促使片11与片13接触。
图43和44示出了第一面板11(例如由铝合金制成)，相对第二面板13定位(例如由钢制成)。第一面板11被弯曲以形成J形11J，其拥抱面板13的边缘13E。面板11在紧邻J-形11J和边缘13E通过紧固件3010被押至面板13，紧固件3010穿过面板11的一个厚度11T并且在3010W焊接到钢面板13，形成接头3000J。如所示的，焊接3010W不干扰面板11的其余部分11R，因此接头3000J适合于在面板的其余部分11R上需要光滑的表面外观的应用，如汽车车身。如图44A所示的，电极3015和3017可以从相同的方向接近，以3015压向紧固件3010且电极3017接触钢面板13。随着电阻加热软化片11，紧固件3010被按压通过11并且焊接到片13。如图44B所示，可以使用多个紧固件3010以形成沿着片13的边缘13E的“折边”3010H，以J形11J包裹边缘13E。折边的接头3010H可以采用粘合剂以协助将片11,13保持在一起。
图45示出了通过紧固件3110耦合至层13(例如钢的)的一对片11A,11B(例如铝的)。紧固件3110已经穿透了片11A,11B，例如通过电阻加热，然后接触并随后在3110W焊接到钢片13并且形成接头3100J。在接头3100J中，来自穿透和焊接的热，例如由紧固件3110(可能为钢)发出的热，局部熔化毗邻紧固件3130的铝片11A和11B，在片11A和11B之间产生部分或完全包围紧固件3110的焊接3110W2。焊接3110W2巩固铝片11A,11B并且强化接头3100J。铝片11A,11B可以是相同或不同的厚度。在一个或全部的片界面之间可以存在粘合剂。
图46示出了通过相对的紧固件3210A,3210B(例如由钢制成)而耦合至两片11A,11B(例如由铝制成)的接头3200J。紧固件3210A,3210B可以与图10示出的实施方式类似的方式，通过一对相对焊接电极从相反侧同时安装。紧固件3210A,3210B被迫使在一起并且通过电阻加热穿透铝片11A,11B，然后彼此焊接形成焊接3210W。如以上关于图45所示的实施方式所提及的，在穿过片11A,11B时，钢紧固件3210A,3210B局部地加热与其相邻的铝片11A,11B并且在创建焊接3210W2部分或完全地包含紧固件3210A,3210B之间的焊接3210W。图46示出了等厚度的片11A,11B，产生了对称的接头3200J，但如下所示的，该过程将适合于不同规格的片11A,11B。在另一个替代方式中，可以采用具有不同的操作范围(轴长度)的两个不同的紧固件3210A,3210B，更大的长度被施用到具有更大的厚度的片，且反之亦然。
图47示出了由两个相对紧固件3310A,3310B(例如由钢制成)耦合两片11A,11B(例如由铝制成)的接头3300J。紧固件3310A,3310B可以与图10中示出的实施方式的类似方式，通过一对相对的焊接电极同时从相反侧安装。紧固件3310A,3310B被迫使在一起，并且通过电阻加热穿透铝片11A,11B，然后彼此焊接以形成焊接3310W。如以上关于图45和46所述的，在穿过片11A,11B时，钢紧固件3310A,3310B局部地加热与其相邻的铝片11A,11B并且创建焊接3310W2，其部分或完全包围紧固件3310A,3310B之间的焊接3310W。图47示出了相等厚度的片11A,11B，产生非对称的接头3300J。如所示的，紧固件3310A,3310B具有相等操作范围(轴长度)，产生不在片11A,11B之间的界面3311I处的焊接3310W。接头3300J的一个方面是，通过接头3300J的负载路径遵循多个方向(不在同一轴线上)，由此其具有增强的机械性能。如上所述，接头3300J可以带有或不带有粘合剂进行使用，例如应用于界面3311I。铝片11A,11B之间的焊接区3310W2通过选择在焊接过程中采用的焊接工艺方案而被选择性地做得较大或较小。可以加入附加的加热循环以扩展铝焊接区3310W2并且增加接头3300J的整体性能。
图48示出了通过两个相对紧固件3410A,3410B(例如由钢制成)耦合三片11A,11B,11C(例如由铝制成)的接头3400J。紧固件3410A,3410B可以与图10所示的实施方式类似的方式，通过一对相对的焊接电极从相反侧同时安装。紧固件3410A,3410B被迫使在一起并且通过电阻加热穿透铝片11A,11B,11C，然后彼此焊接形成焊接3410W。如以上相对于图45-47中所示的实施方式所述的，在穿过片11A,11B,11C时，钢紧固件3410A,3410B局部地加热与其相邻的铝片11A,11B,11C并且创建部分或完全包围紧固件3410A,3410B之间的焊接3410W的焊接3410W2。图48示出了大约等厚的片11A,11B,11C，产生对称的接头3400J。如所示的，紧固件3410A,3410B具有相等操作范围(轴长度)，以便当它们接合形成焊接3410W时，它们大概处在片11B的中间，产生不处在片11A,11B,11C之间的界面3411I1,3411I2处的焊接3410W，并因此具有提高的机械性能。如上所述，这种接头3400J可以带有或不带有粘合剂进行使用，例如，应用在界面3411I1,3411I2。通过选择在焊接过程中采用的焊接工艺方案，铝片11A,11B,11C之间的焊接区3410W2可以被选择性的做大或做小。可以加入附加的加热循环以扩展铝焊接区3410W2，并且提高接头3400J的整体性能。片11A,11B,11C可以是相同或不同的厚度和合金类型。紧固件3410A,3410B可以被设计成在铝片11A,11B,11C层叠的中心会合或在最大限度地提高接头性能并且扩展负载路径的另一位置会合。
图49是经切割以展示其横截面的接头3500J的照片。接头3500J在紧固件3510和0.9mm镀锌钢的钢片13之间耦合两个1.0mm C710-T4铝合金的铝片11A,11B。紧固件3510是G1A铆钉。焊接区3510W2显示片11A,11B紧邻紧固件3510融合。焊接在不具有定位孔的片11A,11B上进行。接头3500J使用焊接输入8kA@400ms预热加上16kA@100ms焊接脉冲800lbs创建。在切割横截面时，样品被稍微被扭曲。
图50是经切割以展示其横截面的接头3600J的照片。接头3600J在两个紧固件3610A,3610B之间合两个1.6mm 7075-T6铝合金的铝片11A,11B。紧固件3610A,3610B是G1A铆钉。焊接区3610W2显示片11A,11B紧邻紧固件3610A,3610B融合。焊接在不具有定位孔的片11A,11B上进行。接头3500J使用焊接输入8kA@400ms预热加上12kA@300ms焊接脉冲800lb创建。
图51示出了具有尖端3715T的电极3715，尖端3715T具有标准几何形状。电极尖端3715T插入到电极轴3715S中并且通过匹配锥形表面3715TS1,3715TS2被保留在电极轴3715S中。尖端3715T具有匹配锥形表面3715RS，其具有约8mm的半径R。电极3715被显示与紧固件3710接触，紧固件3710具有短固体轴3714和具有凹形表面3712CS的宽帽盖3712，凹形表面3712CS可能具有的半径R1的曲率逼近尖端3715T的铆接表面371RS的曲率。紧固件3710被定位在堆放的片11(例如由铝制成)和13(例如由钢制成)上。“半固体”紧固件3710容纳标准电极半径。电极3715在工业中是常用的并且提供了极好的电极损耗和修整能力。经常发生电极方向与垂直的偏差，特别是在大批量生产中。圆角接触表面3712CS允许电极相对于垂直有少量的角度并且仍然发挥驱动和焊接紧固件3710的功能。对于非常厚的穿透需求(4mm以上)，轴3714、紧固件3710与其它紧固件设计将非常厚，例如图1-11中所示的，其中电极例如15,115,215相对深地穿透到紧固件例如10,110,210中。紧固件3710可以通过传送网或带或其它方式馈送至焊接电极3715，以在电极接触之前将其保持定位，这将紧固件压向接合的工件。
图52示出了具有“瓶鼻”几何结构的电极尖端3815T。如图51，电极尖端3815T将插入并且被保持在电极轴如3715S中。尖端3815T具有铆接表面3815RS，该铆接表面3815RS具有约4mm的半径R。电极尖端3815T被示出与紧固件3810接触，紧固件3810具有短的固体轴3814，例如具有大于1.5mm的长度。紧固件3810具有宽帽盖3812，该宽帽盖3812具有凹形表面3812CS，该凹形表面3812CS可以具有的曲率半径近似尖端3815T的铆接表面3815RS。紧固件的高度整体为约4至5mm。紧固件3810被定位在片11(例如由铝制成)和片13(例如由钢制成)。“半固体”紧固件3810容纳“瓶鼻”尖端3815T。如上所述，经常发生电极方向与垂直的偏差，并且圆角接触面3812CS允许电极相对于垂直具有少量的角度并且仍然驱动和焊接紧固件3810的功能。较小半径的表面3815RS提供增加的灵活性，以在偏离焊接的角度和在紧固件3810中更大的电极穿透下发挥作用，这更类似于片到片点焊。另外，这种类型的尖端几何学可与更广泛的紧固件轴长度一起工作，因为当焊接片11,13具有4mm以上的厚度时，不需要非常厚的基部。较小半径的电极尖端3815T的“鼻”会具有表面3815RS，其密切匹配接触表面3812CS上的半径。从表面3815RS向电极尖端3815T的外壁3815OW的过滤可以采用各种形状来完成，包括：更大的半径、成一角度的直壁或双曲线，如图52-55所示(图52显示双曲线)。电极尖端3815T保留了图51所示的标准电极的优点，诸如优异的电极损耗和电极修整。
图53显示，尖端3815T的瓶鼻形可以容纳各种紧固件，例如3910和叠层厚度，使得电极尖端3815T能够用相同的电极工具处理宽范围的叠层厚度。
图54显示了另一种类型的瓶鼻电极尖端4015T，其可减少电极损耗。The铆接表面4015RS的半径R具有的半径小于图52和53所示的半径，即3mm相对于4mm。一般而言，铆接表面4015RS的半径应当大于2mm但是小于8mm，优选3-6mm。在图54中，紧固件接触表面4010CS具有的半径为4mm，略大于铆接表面4015RS。铆接表面4015RS通过直壁4015TW过渡至外壁4015OW，直壁4015TW以相对于外壁4015OW呈45度的角度布置。尽管电极尖端4015T相对于紧固件4010在取向和定位上存在尖角和x,y偏移，电极尖端4015T表现出可操作性。在一些应用中优选的是，接触表面4010CS的半径略大于铆接表面4015RS的半径并且在一些实施方式中，接触表面4010CS可以为3-12mm或4-8mm。
图55示出了电极尖端4115T，其可以减少电极损耗。铆接表面4115RS的半径R可以为3-8mm。铆接表面4115RS通过弯曲壁4115TW过渡至外壁4115OW，弯曲壁4115TW具有较大的半径，例如50-150mm。这种几体形状提供增强的热转移和冷却。
图56示出了以上关于图54所述的瓶鼻电极尖端4015T，其取向与紧固件4010定向错位，例如与垂直于片11,13的取向的角偏移α高达30度。瓶鼻尖端4015T将容钠高达30度以上的角定向偏差并且仍然提供可操作的电气和机械接触。如果紧固件4010具有稍大的半径R，其将增强具有电极尖端4015T的点烤电装置迫使紧固件4010通过片11的能力以及以其他方式容纳理想生产装置的变化的能力。调整角度偏差的能力对于投影式焊接工艺是新的，投影式焊接工艺典型地采用大的扁平面电极并且代表了目前公开的技术与传统的电阻焊接的另一个显著背离。
图57显示了复合紧固件4250,4260和4270，各自分别具有多个组件4250A,4250B,4260A,4260B和4270A,4270B。如所示的，组件4250A,4260A和4270A可以是如同以上公开的紧固件10,110,210,310等任何一个的紧固件。组件4250B,4260B和4270B可以是材料片的形式，其被压配合或附接至紧固件组件4250A,4260A和4270A。片构件4250B,4260B和4270B可以由包括以下的材料组成：聚合物、树脂、粘合剂(以上的a和b)或金属(a、b和c)。片构件4250B,4260B和4270B可以与较大的网形成整体并且可从该较大的网分开，在通过如上所述的电阻加热和焊接施加紧固件4250,4260等的过程中，该较大的网用作相对于待紧固的材料(例如图4-7的片11,13)定位紧固件4250等的输送或保持机构。组件4250B,4260B,4270B可以经选择以保持被捕获在由紧固件4250A,4260A,4270A形成的接头中。例如，片构件4250B,4260B和4270B可以是用于密封并保护由紧固件形成的接头不被腐蚀的塑料/聚合物密封剂。
如果片构件4250B,4260B和4270B是金属并且与较大的结构(例如用作输送/定位机构的带或网)成整体，至带或网的附接可以通过穿孔或其它脆弱连接来进行，当被关链的紧固件4250A,4260A,4270A被使用时，这允许片构件4250B,4260B和4270B与更大的结构断开。片构件4250B,4260B和4270B可以由各种材料制成，例如不锈钢、铝合金、高纯铝等，以便降低电腐蚀电位和/或扩展紧固件4250A,4260A,4270A和其可能接触的所有表面例如片11,13之间的接头键。如果采用钎焊合金，其可被预助熔以赋予改善的沿接触表面的润湿和改善的结合性能。片构件4250B,4260B和4270B可以机械地与相应的紧固件4250A,4260A,4270A联合，例如干涉配合，或其它手段诸如通过表面吸引的粘附或使用粘合剂。片构件4250B,4260B和4270B的组成和功能图36和37的套2310T和/或2410A的类似或相同。根据紧固任务的需要和目标来选择紧固件4250A,4260A,4270A和片构件4250B,4260B和4270B在进行紧固操作之前可以被组装并且紧固件4250A,4260A,4270A与片构件4250B,4260B和4270B的不同组合。
图58示出了供给机构4380和用于在焊接电极的尖端4315T和工件(例如待根据本公开实施方式通过电阻焊接与紧固件4310紧固一起的片11,13)之间加载紧固件4310的媒介4382。紧固件4310通过媒介4382安装和运送，媒介4382可以是为带状或条带的形式，其在供给机构4380的左L和右R上的线圈之间运行。媒介可以通过引导辊或另一种导向诸如通过框架4380F的导槽或导轨4380S1,4380S2来引导，诸如紧固件4310被周期性地存在于电极尖端4315T和片11之间的媒介来运送。通过电阻加热和焊接，电极尖端周期性地上下移动以进行如本公开中以下所描述的穿透/焊接操作。供给机构4380也可以相对于片11上下移动。当紧固件4310被施加至片11,13时，媒介4382可能部分或全部被消耗。在替代的方式中，媒介4382的残余部分4382R可以超越所施用的紧固件4310并且被卷取辊或其他卷绕机构卷起，以用于处置或再利用。如上关于图57所述的，媒介4382可以被选择以提供有助于由紧固件4310形成的接头的益处，例如媒介4382可以是密封剂或腐蚀降低膜、粘合剂或钎焊介质。两种形式的媒介4382A和4382B具有用于接收紧固件4310的开口4382O。
紧固件10,110,210等以及本公开的紧固方法的方面包括如下。用于施用紧固件的方法与低部分扭曲相关联，因为材料的层例如11,13和紧固件10,110,等在焊接过程中被保持在压缩状态并且热影响的区被捕获在帽盖(例如12下方)。帽盖12可以具有预形成的凹部或者弯曲形成凹部以容纳和捕集在焊接操作中位移的熔化金属、金属间化合物等。因为给定的紧固件(例如10,110等)可以变形，例如在穿透和焊接阶段融化和崩塌，其可以处理一系列厚度的待紧固的片(例如11,13)。在紧固件穿透或焊接的过程中，由于紧固件10,110等沿焊接区崩塌和扩展，金属间化合物被偏离焊接区。当紧固件10,110等(即其帽盖12)在电极15,115,215等的影响下压向顶片(例如11)时，其会以帽盖12密封顶片11而停止。紧固件10,110等可以通过施加在片11,13之间的粘合剂而被施用。由于紧固件10,110,210等焊接或钎焊至第二片13的一侧，片13的另一侧未被穿刺并且保持水密性。本公开的焊接方法可与开发用于例如在汽车制造中使用的钢片电阻焊接的常规RSW设备兼容。
紧固件10、110、210等可以由多种材料制成，以改善抗腐蚀性能，材料例如为不同等级的钢(低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢)、钛合金、铝合金、镁合金和铜合金，材料上可以具有涂层(电镀、镀锌、热浸或渗铝)。可以通过单侧或双侧焊接方式来施加紧固件10、110、210等。在一种方式中，不使用定位孔，通过电阻加热软化穿透第一片11的紧固件。在另一种方式中，在可以为铝或塑料的顶部的片11中可设有定位孔，或者，如果紧固件具有铝制的轴末端16，该顶部片可以为钢、钛或铜，第二片为铝。如果紧固件插入到第一片的定位孔中，第一片无需具有导电性，其熔点也不必比第二片低(因为紧固件不是通过电阻加热穿透第一片的)。可以在将紧固件焊接到第二片后的破坏性拆除所留下的空腔中进行质保测量，例如检测焊接尺寸，如深度、体积等。可以采用超声波无损检测技术，在焊接有紧固件的该片的相对侧来检测焊接质量。
与FDS(EJOTS)、SPR和SFJ相比，用于采用本公开内容的紧固件10、110、210等的装置具有较小的占地面积，这允许其进出更狭小的空间。用于驱动本公开的紧固件的插入力比SPR中使用的力更小，这是因为铝片11或被加热或被钻孔，以便于紧固件插入，提高了结合高强度铝(其在SPR操作期间对断裂敏感)的能力。因为不需要将紧固件插入钢材中，而是将其焊接在钢材上，本公开的方式也便于与高强度和超高强度钢材结合。从待接合零部件的固定方式而言，本公开的方法与传统的电阻点焊(RSW)工艺类似，不需要旋转紧固件或者工件，而便于零部件的组装。在接近传统RSW的处理速度的情况下可以施加紧固件10、110，并且可以在锻造件和铸铝上采用本公开的工艺。由于避免了将铝焊接在钢材上，也避免了双金属焊接相关的接合强度低的问题。本发明所公开的工艺方法允许固接多片铝材、钢材和其它金属，例如，2铝材和1层钢材，1层铝材和2层钢材，或者1层铝材、1层镁材和1层钢材。
在施加紧固件10、110、210等期间，被紧固件穿透的第一片11或多片11A和11B也可以熔融或焊接在一起，提高焊接区和全体的接合强度。紧固件可以由不同材料制成，用于焊接到相容的片13上，也可以为多层，这样紧固件可以具有机械和电镀性能，适于进行焊接并可避免腐蚀。例如，紧固件的一端可为铝，能够适于焊接到铝制的第二片13上，但是还具有一层钢、钛或者铜，从而提高其机械性能。多层的紧固件可在高温应用中非常有效，并且可包括一层或多层材料，以防止经过多材料界面之间的扩散。
可以将一层薄膜、粘结剂或涂层施加到紧固件上，或者引入到紧固件和第一片11之间，以便提高帽盖12与片11之间的密封。本发明所公开的工艺方法可以通过使用朝向轴的一端反向弯曲的后退式帽盖，而用于接合不同厚度的片，该轴可以涂覆有绝缘层，以避免通过帽盖/片11之间的界面而产生导电性，在加热穿透阶段帽盖弯曲而与该层叠的不同厚度相适应。本发明公开的紧固件可由包括铝、钢、不锈钢、铜和钛在内的不同材料制成，该紧固件也可以由两种或更多种不同类型的铝材制成，以便能够进行电阻焊接，降低电阻钎焊或焊接时的热加工。由于在焊接期间零部件被保持在压缩状态，采用本发明的紧固件和方法所实现的接合部位具有改进的抗疲劳性能。
图59示出紧固件(电阻铆钉)4410，不仅可以如上所公开的那样将铝焊接到钢材上，还可以将第一铝片11A与第二铝片11B进行焊接(图60)。在一个可选实施例中，一层或多层片11A、11B可以是除铝、铝合金之外的其它非铁金属，如镁、镁合金或铜。紧固件4410在靠近其根部(或底部)4414R的位置具有环形凹槽4414G。紧固件4410还具有围绕帽盖4412的周边设置的唇部4412L。
在图60中，紧固件4410具有更明显的唇部4412L2，并且在两个使用阶段中分别示出，即，焊前阶段(阶段A)和焊后阶段(阶段B)。制成紧固件4410的材料可以具有比铝制片11A和11B更低的导热性和导电性，更高的熔点，例如可以是不同等级的钢材、不锈钢和钛。使用术语“片”来表明层11A和11B时，可以理解，其它形式的金属层也是适用的，例如结构梁、平板或管道等的侧壁。除了铝之外，紧固件4410还可以接合其它导电材料的片，如镁或铜。在一个可选实施例中，铝的片11A可以与位于片11B位置处的镁或镁合金片接合。片11A、11B之间的相对位置可以反过来，如，镁片在上(为11A)，铝片在下(为11B)。在另一个可选实施例中，片11A和11B之一可以为锌铜片。当紧固件4410定位于电极触点4415和4417之间时，如阶段A所示，施加电流和聚合力F1和F2时，紧固件4410和中间的片11A和11B被加热，并且片11A和11B发生局部软化，使得紧固件4410能够穿透片11A的表面11AS，然后穿入片11B。图60、70和71为图示方便，将电极表现为旋转实体形式，但是在图4和22中也可表现为剖面形式。可以控制所施加的电流I和力F1、F2的时间和强度，以便使得根部4414R在紧靠片11A和11B的位置停住。片11A和11B的熔融金属汇集形成焊接区4414W，包围紧固件4410并流入凹槽4414G。当焊接区4410W冷却硬化，片11A和11B被焊接在一起，紧固件4410在相邻位置嵌入其中，如图60的阶段B所示。在一个实施例中，凹槽4414G可以为螺旋凹槽的形式，如螺纹，或其它形式构型，使得轴4414的外表面粗糙，并且使得焊接区4410W的熔融金属围绕凹槽的构型流动并在冷却时夹持(“键入”)构型。轴4414上可设有凸环(未示出)，该凸环从轴4414突出，与凹槽4414G相对应。在轴4414上可以多种凹口或凸起构型，与焊接区4410W的熔融金属互锁或键入其中，以提高紧固件4410的阻力，防止在插入片11A和11B后被从中拉出来。紧固件4410还可具有唇部4412L(图59)/4412L2(图60)，围绕帽盖4412的周边设置，当施加电流I来软化片11A和11B时促使唇部进入片11A和/或11B的表面，并在力F1和F2的作用下进入软化的表面11AS。在推动紧固件4410穿过片11A和11B时，熔融金属4410E可能会从片11A和11B中溢出，在唇部4412L下方流动，从而当金属4410E冷却硬化后将紧固件4410锁定到片11A和/或11B中。焊接区4410W为环形，在片材11A和11B之间产生环形焊接，同时与凹槽4414G形成环形互锁关系。溢出/软化的金属4410E也“勾住”帽盖4412边缘周围的唇部4412L2或与其互锁，而在唇部4412L2与溢出/软化的金属4410E之间形成环形互锁关系。在膨胀和/或熔融和随后的固化过程之后，片11A和11B收缩，同时勾住的唇部4414L2保持紧固件4410为压缩状态。熔接的焊接区4410W将铝片11A和11B接合，连带着紧固件4410与片11A和11B桥接。这样所得到的接合部4410J在搭接剪切和交叉拉伸载荷方向均具有强度。
从上述实施例的论述中可以获知，可以驱动紧固件4410穿过一对铝片11A和11B而焊接到第三片上，例如钢片，如图11所示。尽管仅示出一个环形凹槽4412G，沿着轴4414也可以形成适当定位的多个凹槽或其它构型，以便在紧固件穿透选定的深度时，与铝片11A和11B的不同层交互。尽管图中仅示出两片11A和11B，紧固件4410可以固定更多片。
图61示出力F1和F2与电流I施加期间(图60)，可以将紧固件4410推入片11A和11B(可将之统称为“层叠”S1、S2)中的不同穿透程度。取决于层叠S1和S2的取向和片11A和11B的厚度，紧固件4410可以全部或部分地穿入片11A和11B中的其中一片或两片中。如果紧固件4410穿过两个厚度(图61A)，在接合部4410J1处，剪切载荷路径将同时穿过焊接区4410W1和钢紧固件4410。如果紧固件4410仅穿过其中一个厚度(图61B)，在接合部4410J2，剪切强度可以完全穿过焊接区44101W2。由于接合部4410J2可以完全在层叠S2中的多片11A、11B等之间形成，即使紧固件没有完全穿过每一片11A和11B，这也会提供很高的挠性。通过调整施加的力F1和F2和电流I的强度(图60)，可以控制穿透的深度。通过调整加热电流的强度和持续时间，试用装可以提高片11A和11B内紧固件4410周围的焊接量(熔融焊接区4410W1和4410W2的体积)。通过调整电流I和/或力F1和F2的施加强度和持续时间，使用者借助这些控制因素使用一个紧固件4410即可将层叠S1、S2中的多种片11A和11B接合在一起。在某些应用中，施加的力F1和F2可以是恒力，这样通过调整电流I的施加强度和施加时间即可实现控制。
图62为由3片/3层11A、11B和11C所构成的层叠S3(也被称为“3T层叠”)的剖面图，紧固件4410从一个方向将该3片/3层接合在一起。当层叠为两层结构(2T)时，例如如图61A(S1)和61B(S2)所示，紧固件4410可以不穿透片11A、11B和11C，或者穿透其中的一片或多片。在图62中，选择焊接电流的强度和持续时间，以便沿着紧固件4410的轴4414和根部4414R来熔融片11A、11B和11C，形成接合三片11A、11B和11C的焊接区4410W3。图中示出三片结构被接合在一起，但是，紧固件4410还可以用来接合四片/四层11A、11B和11C等或更多的层叠，从而形成4T接合等。
图63示出由一对紧固件4410A和4410B焊接在一起的三层的层叠S3。在某些工业中，如汽车制造业，用于传统的铝接合的层叠通常不超过10mm厚(参照图63的标号T)，更普遍地是在4-8mm之间。如果层叠(接合)比较厚，如超过10mm，使用两个紧固件4410A和4410B，分别从层叠S3的相对两侧来进行接合，则是比较有益的。可以从相对的方向来应用紧固件4410A和4410B，这样来自两个紧固件的热量会熔化片11A、11B和11C。在图63中示出三层结构的层叠S3(接合)。两个紧固件4410A和4410B熔化了片11A、11B和11C，使得这三片汇成一体。在图63中，每个紧固件4410A和4410B均没有完全穿透外部的两片11A和11C，但是焊接过程中产生的热量所形成的焊接区4410W4延伸穿过片11A、11B和11C并将三者接合在一起。在另一个可选方式中，紧固件4410A和4410B完全穿过片11A、11B和11C，彼此接触并焊接在一起，如图46-48所示的实施例那样，但是，如果紧固件4410A和4410B具有例如凹槽4410G这样的构型，允许紧固件与焊接区4410W4形成互锁，则不需要完全穿过这些片，也可以实现预定的目标接合强度。
图64示出另一个方式，采用如图63所示的两个紧固件4410A和4410B，但是控制电流I的强度和持续时间，在外部的两片11A和11C与内片11B之间分别形成独立的两个焊接区4410W5和4410W6。与形成一个贯穿三片11A、11B和11C的焊接区4410W4(图3)相比，形成两个独立焊接区4410W5和4410W6需要的电流少。降低的电流需求可以节省能源，减少焊接引起的畸变，并改善生产周期。
图65示出的紧固件具有帽盖4512和轴4514，与前述的紧固件4410类似，但是没有凹槽4414G，而是在靠近根部4514R的位置形成有一圈凸珠4514B，作为“键入”焊接区4510W6的构型，而将紧固件锁定到焊接区4510W6处，该焊接区4510W6在片11A和11B之间延伸并将二者接合。在此实施例中，熔融的溢出金属被收集在唇部4512L和凸珠圈4514B之间，形成区域R。
图66示出的紧固件4610中，其根部4614R具有略呈冠形的形状，可便于将紧固件4610推入到一个片中，例如片11A。与紧固件4510类似，紧固件4610具有一圈凸珠4514B。
图67示出的紧固件4710与紧固件4610类似，但是除了在根部4714R附近形成有凸珠圈4714B1之外，还在轴4714上形成有第二圈凸珠4714B2。该根部4714R具有略呈冠形的形状或者向外的弧度。
图68示出的紧固件4810具有沿着轴4814的连续曲线(类似于沙漏的底部)而形成的一圈凸珠4814B。相对于轴4814的更陡峭的发散式互锁构型，该“沙漏”形状可以减少穿透片11A和/或片11B所需要的全部插入力。在一个可选方案中，可以将紧固件设计成在穿入期间发生变形，而形成环状凸珠4814B，用以提高因与焊接区4810W互锁而形成的接合部的强度。轴4814的直径DW小于凸珠4814B的直径DB，例如，轴的直径DW可≤0.9*DB。在另一可选实施例中，在轴4814上没有形成类似于凸珠4814B的凸起，而是可形成向内弯曲的构型，以便与焊接区4810W键合。例如，凸珠4814B没有向外凸起，其形状是向内弯曲的，形成凹槽，与图59所示的紧固件4410的凹槽4414G类似。
图69示出不同的层叠S7、S8和S9，图69A中示出片11A1和11B1，图69B中示出片11A2和11B2，图69C中示出片11A3和11B3，这些层叠的厚度(规格)不同，可以为具有一个空间/几何形状的一种类型的紧固件4410所接合。该紧固件的同样的多用途特征也适用于上述其它紧固件，如4510,4610,4710，4810等。更特别的是，紧固件4410等可以用于类似图69A中层叠S7这样的薄层叠中，其中，紧固件4410的根部4414R可以穿透或者几乎穿透所有的片11A和11B。同样的紧固件4410也可用于层叠S8中，其中仅部分穿透片11B2，如图69B所示。在仅需少量穿透的情况下(仅部分穿透片11A3)也可适用同样的紧固件4410，如图69C所示的层叠S9，但是如果施加强度和时长足够的焊接电流I，所形成的焊接区4410W3可延伸穿过根部4414R，桥接在片11A3和11B3之间。本发明的一个方面是将同一类型的紧固件，如紧固件4410，应用在具有不同厚度的各种全铝层叠上，如层叠S7、S8、S9等。图69中，T1<T2<T3，且例如T1>1mm。此外，同一类型的紧固件4410也可以用于包括除铝之外的其它非铁片层11A、11B和11C的层叠组合中，该层叠可以有选择地与前述的钢材或其它材料接合，如参考本申请图4-11所示内容或美国专利申请No.61/839,478中图1-45所示内容，这些内容通过参考方式引入本文。因此，与如自冲铆接(SPR)等其它接合技术中所采用的紧固件相比，因为这些其它接合技术要求铆钉具有不同的长度，并且需要采用不同的工具以便与不同的层叠厚度相适应，所以本发明的紧固件4410具有更广泛的应用。
通过电阻焊接，图70示出的紧固件4410将一个片11A接合到一个密封的中空部件M的壁11BW上，其中，片11A例如为铝或其它非铁合金制成，部件M例如可以是铝或其它非铁合金制成的中空且挤制的支梁。图70中，可通过直接方式实现焊接工艺，即，在力F1的作用下将第一电极15与片11A接触，在相对的力F2的作用下将相对的电极17与密封部件M相接触，并且将电流I回路到未示出的变压器。依照前述将两片或多片11A和11B进行接合的同样方式，例如参照图59-69所阐释的，应用紧固件4410和焊接工艺，但是将焊接接合部4410W8形成在片11A和密封部件M的壁11BW之间。这样类型的接合与其它接合技术，如EJOTs不同，EJOTs一般要求在片11A中形成定位孔。例如SPR这样的技术通常要求将工具放在接合部的背面一侧，这对于具有密封剖面的部件M通常是不容易实现的。传统的电阻电焊(RSW)在图70所示的应用中也是比较有挑战的，因为对焊接电流的要求是，在高强度热量的作用下电极将击破焊接接合部。
图71示出图70中电极的另一种可选电极设置，采用间接电阻焊接工艺，形成焊接区4410W9，通过紧固件4410将片11A焊接到密封部件M的壁11BW上。如果在图70所示部位不能使用相对的电极17，也可以通过间接方式来进行焊接工艺，即，如图71所示，通过信号电极(pick-up electrode)17P在没有与铆接电极15直接排成一列的位置将返回的电流I拾获。
图72示出在片11A和11B中由图2所示的紧固件10所形成的焊接接合部4410J的剖面，片11A和11B均为1.6mm厚的7015-T6铝合金，在焊接完成后移除了紧固件10，并且没有在图中示出。在此实施例中，将紧固件10朝向支撑钢片推挤，穿透片11A，穿过片11B的大部分，(该钢片图中未示出，但是靠近片11B，距离片11A较远)。紧固件10的长度不足以完全穿透片11A和11B，因此不会焊接到钢片上。该实施例证实，紧固件10能够熔融并将铝片11A和11B在焊接区4410W10焊接在一起。由于紧固件10没有前述的互锁构型，如4412L,4414G,4414B等，可以在片11A和11B焊接后将紧固件10移除，但是，如果紧固件10具有这种构型，与焊接区4410W10发生相互交错，则不会很容易地将其移除。
本发明所公开的特点包括特殊紧固件的用途，如紧固件4410和4510等，通过传统的电阻电焊工作台将其应用到层叠S1，S2和S3上。这样的紧固件用于接合层叠，在紧固件与层叠之间提供机械互锁，同时提供焊接热，使得与紧固件接触的片11A和11B等能够产生局部熔融，并形成浇铸连接或焊接。紧固件4410和4510等可以用来将单一类型的非铁金属材料的片层接合在一起，例如铝片与铝片、镁片与镁片和铜片与铜片进行接合，或者将不同类型的材料片层进行接合，例如铝片与铜片、铝片与镁片等之间的接合。紧固件4410和4510等还可以通过粘结剂而被应用到片11A,11B和11C等之间的界面上。紧固件4410和4510等还可用于异类材料片11A和13之间的接合，如铝片与钢片之间的接合。因此，本发明的公开内容能够广泛应用于不同材料和规格组合之间的接合。
本发明公开的紧固件和工艺方法节省成本，而且与现有的电阻点焊生产基础设施相容，例如应用在汽车工业生产中，并且与用于钢片电阻焊接的传统RSW设备相容。本发明公开的紧固件和工艺方法还具有一些理想的特征，例如，在焊接期间片11A、11B和11C被保持在压缩状态，将热影响区限制在紧固件4410、4610等的帽盖4412、4612等之内，从而使得部件产生很小的畸变。帽盖4412、4612等与片11A之间形成的空间提供了用于汇聚金属互化物或位移材料的容纳处，所述的金属互化物或者位移材料在焊接过程中产生或移动。焊接期间一旦电极15完全停止，即将金属互化物密封在帽盖4412与顶部的片11A之间。如上所述，紧固件4410和4510等具有预设的几何形状，而紧固件的不同部位也可以具有不同的设计，例如改变部位的厚度，或允许部位在焊接过程中产生变形。在前面关于图68的凸珠圈4814B的部分中描述了这一点，但是也可以扩展到帽盖4812和轴4814，以及图1-71所示的其它紧固件。可变形的紧固件10、110和4410等可以应用到各种厚度的片11A、11B和11C等，因为紧固件10、110和4410等在焊接过程中能够变形从而实现预定的穿透厚度。在某些实施例中，紧固件10,110,4410,4610,4810等会沿着焊接区连续地坍塌和在直径上发生膨胀，在紧固件穿透和焊接阶段将金属互化物从焊接区推出。
在施加焊接电流I之前，如果通过紧固件导电或者能够被容易地移除，可以通过粘结剂而将紧固件10,110,4410,4510等应用到层/片11A、11B、11C和13等之间，以及应用到层/片的表面。紧固件10,110,4410,4510等能够在接合的片11A、11B、11C和13的一侧形成防水接合，因为紧固件不需要穿过最远端的片，如片11C或13。
紧固件10,110,4410,4510等可以由多种材料制成，例如不同等级的钢(如低碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢)，钛、铝、镁和铜，并且可以被施加涂层(电镀、镀锌、热浸或渗铝)，以提高抗腐蚀性能，并且可以通过单侧或双侧路径焊接工艺进行应用。紧固件10,110,4410,4510等不要求在任何层/片11A、11B、11C或13上形成定位孔，尽管也可以在其中一个或多个非铁材料片材上形成定位孔。
可以在焊接后对层叠S1、S2和S3等中所形成的空腔进行质保测量，例如检测焊接深度、直径和体积，来对依据本发明公开所形成的焊接进行检测和分类或定级。可以采用超声波无损检测(NDE)检测技术，对层叠S1、S2和S3等的一侧进行检测，或者对远离紧固件10、110、410、4410、4610等的最外钢板侧片层进行检测，来监控焊接质量。
与FDS(EJOTS),SPR和SFJ工艺相比，本发明公开的紧固件10,110,4410和4510等以及方法采用占地面积小的设备，能够进入待焊接组件所限定的狭窄空间，并且使用的插入力要小于SPR所需的力，这是因为片/层11A、11B和11C等在紧固件插入阶段得到了加热。本发明公开的紧固件和工艺提供了一种用于接合高强度铝的方法，所述高强度铝在SPR操作期间对断裂很敏感；并且，因为紧固件无需穿入钢材中，而是将非铁片材焊接到钢材上，本发明公开的紧固件和工艺还提供了一种将非铁片材/层11A、11B、11C等与高强度和超高强度钢材进行接合的方法。
本发明公开的工艺方法和设备不需要旋转部件，从部件如何固定的角度而言，其解决部件组合问题的能力与传统RSW工艺相近似。本发明公开的工艺方法和紧固件10,110,4410和4510等展现的处理速度与传统RSW工艺类似，并且能够用于锻造和铸造铝产品。本发明公开的工艺方法和紧固件不会受到低接合强度的双金属焊接的影响，并且适用于接合铝和其它金属的多片结构，例如，2层铝片与1层钢片接合，1层铝片与2层钢片接合，1层金属片与一层镁片接合，或者多层铝片11A、11B和11C彼此之间的接合。当紧固件10,110,4410和4510等穿过时，片11A,11B和11C发生熔融，这样提高了焊接区和整个接合部的强度。
例如图32或34中所示的多层紧固件1910、2110可以在高温条件下应用，以防止穿过多材料界面的扩散，这些紧固件可以具有也可以不具有如图60和66中分别示出的相互交错构型，如构型4414F或4614B。此外，可以采用由薄膜、粘结剂或涂层1728(图28、29)或者4250B、4260B、4270B(图57A-C)或者4382R(图58)所带来的自密封接合，以提高紧固件4410、4510等的帽盖4412、4512等相对于层叠S1、S2、S3等中的外片11A的密封效果。可以通过单侧互锁工艺，将紧固件4410,4510,4610等用于将非铁材料层/片11A、11B等或非铁材料片11A、11B、11C等与铁片13接合，这样形成的接合不会造成最外侧的片，如片11C或片13，的外表面产生变形。本发明公开的紧固件4410、4510、4610等通过将额外的材料导入紧固件帽盖4412、4512等之内，可适用于接合不同厚度范围的片/层11A、11B、11C等，所述紧固件帽盖像图42所示的紧固件2910那样，在焊接过程期间发生压缩。
本发明公开的紧固件4410、4510、4610等可以由铝、铝合金、钢、不锈钢、铜和/或钛制成。本发明公开的紧固件4410、4510、4610等具有两种或多种材料组分，例如，两种类型的铝合金，例如如图32-37所示的双层或三层叠层，以实现电阻焊接和较低的热加工，例如电阻钎焊或焊接。所获得的焊接层叠S1、S2、S3可以展现出提高的抗疲劳性能，这是因为紧固件4410、4510、4610等和片11A、11B、11C等在焊接过程中被保持在压缩状态。
图73示出紧固件4910和第二层4913的剖面，该紧固件4910例如由钢、钛或两种或三种金属制成，和/或具有涂层或者经过电镀，该第二层4913例如由钢、钛、铜或铝合金制成，该铝合金能够通过电阻焊接方式相容地焊接到紧固件4910上。例如，在第二层4913为钢片的情况下，可以将钢紧固件4910焊接于其上。另一个例子是，如果第二层4913为铝合金片，可以将紧固件至少部分地由铝合金制成。可以参照如图1-72所示的方式和形状来形成紧固件4910。图73示出接合部4910J的层叠结构的剖面，该接合部4910由紧固件4910、第一片/层4911P和第二导电片/层4913构成，第一片/层4911P例如由非导电的塑料、陶瓷、玻璃、非导体金属或复合材料制成，第二导电片/层4913由钢、钛、铜、铝、镁或其它可以将紧固件4910焊接其上的导电合金制成。在片4911P上形成有孔或定位孔4910H，这样，紧固件4910可以插入孔4910H中，而无需通过电阻加热熔融后才穿过其中。采用这种方式的一个特点是，能够借助电阻焊接允许导电的可焊接片或部件4913从一侧与非导电的片或部件4911P接合，定位孔4910H允许紧固件4910与片4913之间产生电接触，电流流过介电/非导电层。电流可以经过紧固件4910和片4913在电极4915和电极4917之间流动，以便在紧固件4910和片4913之间产生焊接。此外，介电/绝缘材料可以通过相容金属紧固件10……4910附接到诸如钢、铝、镁等导电金属上，该紧固件穿过形成于一层这种材料上的定位孔，并被以电阻焊接的方式焊接到该导电金属层上，其中，该介电/绝缘材料例如为复合塑料，包括碳纤维加强塑料，如铝、镁或钢与塑料形成的金属-塑料叠层，例如乔治亚州Alcoa ArchitecturalProducts of Eastman公司提供的
Figure BDA0001719931140000511
牌复合塑料，玻璃纤维丝，SMC(玻璃钢)，热固塑料，热塑塑料以及可能会含有玻璃的陶瓷。可以选择制造紧固件4910、导电片4913和非导电片4911P的材料，用以防止片4911P在焊接期间产生熔化。例如，如果采用塑料片4911P，通过选择钢-铝双金属紧固件4910和铝片4913组合而实现低温度焊接。前面的内容表明，可以使用紧固件4910将多种非导电片4911P固接到导电层4913，其中非导电片4911P可以为一层或多层的相同或不相同材料，导电层4913可以为多种不同的材料，紧固件4910由能够相容地焊接到导电层4913的材料制成。例如下面的例子：使用钢紧固件4910，将塑料/复合物层4911P(包括碳纤维加强塑料、玻璃纤维丝、SMC和热固塑料)与钢层4913相接合；使用钢紧固件4910，将陶瓷层4911P与钢层4913接合；使用铝或铝钢双金属层紧固件4910，将塑料/复合物或陶瓷层4911P与铝层4913相接合；使用铝、镁或双层复合紧固件4910，将塑料/复合物或陶瓷层4911P与镁层4913相接合；使用钛紧固件4910，将将塑料/复合物或陶瓷层4911P与钛层4913相接合。
图74示出焊接到片5013后的紧固件5010，其与图73所示的紧固件4910类似，通过形成焊接区5010W，将片5011P(左侧)和片5011C(右侧)集获在片5013和紧固件帽盖5012之间，而实现焊接。为图示方便并且为表明可以采用具有不同横截面构成的片，将左侧的片5011P和右侧的片5011C显示在同一张图中。典型地，可以在接合部5010J处固接具有一种类型横截面结构的片，如5011P或者5011C。片5011P为单一厚度的塑料片，如聚碳酸酯片或亚克力片。片5011C为复合物片，具有一层聚合物层5011C2，其层叠在两个金属外层5011C1和5011C3之间，例如铝层或钢层。这种类型的复合物板可以商业获得，例如，前述的AlcoaArchitectural Products公司提供的
Figure BDA0001719931140000521
牌复合物。通过全部或部分由相容材料制成的紧固件10……5010，塑料、塑料复合物和陶瓷也可与导电金属层5013结合，该导电金属例如为铝、钢、镁、铬镍铁合金和钛。
由于复合片5011C具有非传导性的聚合物的中间层，它在穿过其厚度上不是导电性的，因此需要定位孔(pilot hole)5010H来通过电阻焊将紧固件5010附接(attach)到片5013。与图73的孔4910H不同(孔4910H直通穿过层4911P，在紧固件轴(fastener shaft)4914和片4911P之间留下间隙(clearance))，图74的孔5010H具有与紧固件轴5014接近的锥形(taper)，从而在完成焊接5010W时建立密配合(close-fit)(或称接触配合(contactfit))。粘合剂或密封剂5028被示出在帽盖(cap)5012的左侧，密封帽盖5012和片5011P之间的连接(junction)。此密封剂5028通常会被应用在帽盖5012的整个周边，但只在紧固件5010的左侧被示出，以做说明。
图75示出了根据本发明又一个实施例的紧固件5110，其被插入穿过第一层5111中的定位孔5110H，以焊接到第二层5113。图75示出了包括紧固件5110及第一、第二层5111、5113的层叠(stack-up)5130，其在焊接前定位在电极5115和5117之间。定位孔5110H具有埋头孔(countersunk)形式的部分5110HC，以使得紧固件5110的帽盖5112在焊接完成时坐落成与上表面5111US大致齐平。可以使用具有各种埋头孔形式的各种形状的定位孔5110H，以适应紧固件10……5110的各种帽盖12……5112。借助于使用具有埋头孔部分5110HC的定位孔5110H的紧固件5110而接合的片5111、5113可包括一个传导性或非传导性的上片5111或多个上片。
图76示出了根据本发明又一个实施例的紧固件5210，其被插入穿过形成在第一层5211D中的定位孔5210H，以焊接到第二层5213。层5211D在其表面上具有涂层(coating)5211D1，涂层5211D1可以是油漆、粘结剂或金属化的涂层。主要部分5211D2被示出为塑料的，但也可以替代性地使用任何非传导性材料，例如陶瓷、塑料合成物、玻璃或塑料叠层(plastic laminate)。层5211D2也可以是传导性材料，例如涂覆了非传导性涂层5211D1(例如油漆、粘结剂、抗腐蚀包覆/层例如底漆(primer)、抗锈涂层和阳极化处理的层)的铝、镁或钢。在一个替代方案中，可以在表面5211DS上提供另一非传导性的油漆、粘结性等的层，即中间层5211D和5213，只要定位孔延伸穿过所述油漆，以使得紧固件5210和层5213之间形成电接触。在又一个替代方案中，层5213可以涂覆有非传导性或油漆层中间层5211D和5213，只要在片5213上有开口(aperture)或清洁区，以使得紧固件5210建立与片5213的电连接。图76描绘的方式可适用于要被接合到层5213的层(或多层)5211D是被预刷漆的行业、工艺和制造过程。接合不相似的材料(例如铝和钢)时预刷漆是常见的，以防止电镀腐蚀。在组装之前使两个片5211D、5213中之一被涂覆，与两个片都不被涂覆或作为裸片相比，能改善腐蚀保护。
延伸穿过片5211D的定位孔5210H使得紧固件5210延伸穿过并接合到传导层5213。如图76所示的接合类型可以是以上相对于图59-72描述的类型，其中当被电流软化时，具有比层5213更高熔点的紧固件5210(例如钢紧固件5210)被驱动进到层5213(例如由铝制成)。在又一个替代方案中，层5213可以由具有与紧固件5210相当的熔点的传导性材料制成。前述方式可使得使用电阻焊，经由紧固件5210将被刷漆的或包覆有非传导性涂层(例如阳极化处理的涂层)的各种材料接合到传导性材料。例如，使用钢紧固件5210，由铝、镁、钛制成的，被刷漆的或被非传导性包覆的层5211D可被接合到钢层5213。使用复合钢-铝紧固件5210，由镁、钢、钛制成的，被刷漆的或被非传导性包覆的层5211D可被接合到铝层5213。使用复合钢-铝紧固件5210，由铝、钢或镁制成的，被刷漆的或被非传导性包覆的层5211D可被接合到钛层5213。
图77、78、79和80是分别根据本发明各替代性实施例的紧固件5310、5410、5510和5610的立体图，分别示出了端5316、5416、5516、5616上的不同突起5316P、5416P、5516P、5616P。突起5316P是半球形的。虽然示出了3个突起5316P，也可采用比3更多或更少的数量。半球形突起5316P被相对于一个表面置放时，如果被焊接电极相对于该表面压迫，会形成一个小的面接触5316PP，因为这一面接触5316PP，在进行焊接时，突起5316P聚集向下的力和与流过紧固件5310的电流相关联的电阻加热。即，该力和经过紧固件5310的电流必须经过突起5316P与焊接层叠的第一表面形成的小接触面5316PP，下面将更详细地描述。在半球形的突起5316P的情形中，一组3个定义了一个参考面，以(例如在焊接前)相对于紧固件5310所压靠的表面来定向紧固件，从而将紧固件5310保持在相对于该表面具有所期望的朝向(例如垂直)。图78所示的突起5416P是圆锥形，可具有尖锐或扁平的点5416PP。图79所示的突起5516P是环形，从紧固件5510的端5516突出。在图80中，突起的形式是从紧固件5610的端5616突出的按钮5616P。按钮5616P可具有相对于端5616的直径而选择的直径。例如，单个按钮5616P的尺寸范围在直径上可以是从0.5到1.0mm，或者上至端5616的下侧的四分之三。对于帽盖部分5312、5412、5512和5612以及轴5314、5414、5514和5614，紧固件5310、5410、5510和5610与上面例如在图14A、17A-20、28-37中所描述的类似，但很明显地，其中描述的任何紧固件(例如10、20、30……5610)可包括类似于突起5316P、5416P、5516P、5616P的突起。对于给定的应用，突起5316P、5416P、5516P、5616P相对于光滑的或圆角的端可提供一些优点，例如：i)与具有较大的单一接触面的紧固件相比，可以较低的电流启动焊接；ii)较低的电流降低了总体的接合热，并使得高强度合金可维持更高的机械和腐蚀属性；iii)突起5316P、5416P、5516P、5616P还有助于将塑料接合到复合材料，这是因为较低的工艺电流在紧固件5310、5410、5510、5610中引发较少的热。在紧固件中生成过量的热的紧固工艺可能会损害复合物中的树脂；iv)与具有光滑或圆角的端16的紧固件(例如图1的紧固件10)相比，突起5316P、5416P、5516P、5616P使得紧固件与它相对定位的(例如层11的)表面具有更好的对齐；v)具有尖点端的突起(例如图78所示的5416PP)可用来在初始装配期间突破/刺穿非传导性涂层(油漆、电涂层(e-coat)、粉末涂层、转化涂层(conversion coating)和多聚膜)，以建立与层叠中的底层金属的电接触，从而引发加热、穿刺和焊接。可选地，紧固件5310、5410、5510、5610可与带或不带定位孔(5010H)的要被接合的材料片/层(例如图4的层11或图74的5011P)结合使用，并且可由多种材料制成，例如钢、钛、Inconel、铜、铝或镁，取决于应用和要被接合的材料。
图81示出了像图18所示那样的一对紧固件5410A、5410B的示意性截面图，紧固件5410A、5410B在系列焊接的初始阶段被置于层叠S4上，层叠S4具有第一金属层5411和第二金属层5413。在系列焊接期间，两个紧固件5410A、5410B从层叠S4的相同侧在同一周期内被同时驱动。在层5411具有涂层C(例如油漆的(如虚线所示))的情形中，当向下的力F1、F2被应用到电极15、17P时，紧固件5410A、5410B突破片5411上的涂层C，使得电流I流过被包覆的片5411。一旦紧固件5410A、5410B完全刺过该涂层，片5411的底部被包覆的表面(即与下部片5413接触的表面)就被打破，并且电流能流进并穿过底片5413。在此图中，上部的被包覆的片5411可以是铝或镁。底片5413也可以是铝、镁、钢或钛。可提供由多种材料例如铜、铝和钢制成的支撑件5424S，以支撑柔软层5411、5413。如果底层5413由于部件几何结构(例如管形或厚度)而足够坚硬，支撑件5415S也可能不需要。穿过被包覆的上层5411和底层5413的电流I随着紧固件5410A、5410B刺过上层5411而随时间改变，如图82所示。
图82示出了当图78的紧固件5410A被插入到层5411、5413的双层层叠S4中时的一系列示意性截面图。层5411可以被包覆有非传导性涂层C(例如油漆)，或者是未被包覆的。图82假定了类似图81那样的设置，即具有电流IA、IB、IC流进其中的拾取电极17P，但为了简化图示，拾取电极17P未被示出。随着紧固件5410A从层5411上部的位置(如阶段A所示)过渡，并在阶段B开始穿刺层5411，然后在阶段C最终焊接到层5413，每一个阶段的电流水平都有相应的变化。电流水平IA、IB和IC可以表达为电极15和拾取电极17P之间的距离的函数，但也可以是穿过紧固件5410A和层叠S4的路径的函数。在阶段A，电流IA被限制为流经紧固件5410A的尖端，然后穿过第一层5411，直到拾取电极17P。在阶段B，紧固件5411a非常大的部分与层5411接触，由于紧固件5410a穿入层5411，因此减少了紧固件5410a和层5411交界处的电阻。这相对于IA增加了电流IB。如果层5411被涂覆，在阶段B发生的加热足以损坏在层5411上的涂层，以至于在层5411和5413之间的导电通路被打开，由于第二层5413与第一层5411接触，从而使电流IB的一部分通过第二层5413。电流IB从而具有两个部分，IB1流过5411并且IB2流过层5413。由于第一层具有实质的断面区域并且与紧固件5410a密切接触，IB1在阶段B比IB2大的多。最终，当紧固件5410a在阶段C进展到与层5413接触时，在紧固件5410a和两层5411,5413之间的接触是全面的，以至于结合起来的电流通路IC1和IC2使电流IC比电流IB大的多，其中IC1保持大于IC2，但IC2比IB2增长的快。随着在电极15和使用电极17U之间的电阻在阶段A和B上的减少，在紧固件5410a和层5413的结合处形成焊接。如图81所示，衬料支架5415S的使用或缺失还将影响在阶段B和C上的电流的量。由于支架代表另一电流通路，因此由诸如铜或铜合金等材料制成高导电性的支架5415S将支持更大的电流IB、IC，从而减少了对电流的整体电阻。采用较差的导体(例如钢铁)的支架5415S将具有较小的效果。
图83展示了带有一对紧固件5810a，5810b的焊接结构5800，类似于在具有层5811,5813的双层叠层S5上被定位的并且被通过一对焊接枪/变压器5851,5853驱动到双层叠层S4上的紧固件5410a,5410b一样。焊接枪5851,5853可以同时开火以加热各个层5811,5813，它们分别与各层接触并通过各层驱动电流环路11,12。在结构5800中，焊接枪5851以图81和82所示出的焊接方式起作用。即，在电极15A和17A之间的电流环11执行如上所述的关于图81和82的连续焊接。焊接枪5853可以被用于加热层5813以促进处理过程。例如，如果层5811和/或5813在一个或多个表面上被涂覆有非导电性涂层，加热层5813可以促使涂层的分布以使电流、加热、穿入和焊接更快地发送。
图84展示了定位在双层叠层5730上的紧固件5710并且将要通过一对相对的焊接电极5715,5717驱动到该双层叠层5730上。紧固件5710D已经通过上述的电阻焊接处理被驱动到双层叠层5730上，从而生成了焊接区5710W。如果焊接处与传统的铜合金电极5715,5717导通，非铁薄板5711,5713的焊接较厚的堆积5730，例如高于1.5mm厚，需要过大电路以达到熔化/焊接阶段。由薄规格铁片或其他相对低导电性材料制成的处理带5717T可以被利用以增加电阻和对于给定焊接电流所产生的热。商业上可获得的焊接系统，诸如从奥地利Pettenbach的Fronius International公司获得的DeltaSpot电阻焊接枪能够供给和处理处理带。处理带5717T的使用可以使结合电流被保持在20kA以下，该电流与由传统的铁质电阻焊接的焊接装备的电流水平相似。
图85展示了带有卷曲帽部5812轴5814的紧固件5810，轴5812具有直部5814S。类似地，图86展示了带有卷曲帽部5912轴5914的紧固件5910，轴5912具有直部5914S，可以看出，直部5814S和5914S是不同长度的，导致对于紧固件5810,5910的紧握范围的不同，其中较长的直部5914S提供较长的紧握范围，使得其能够被用于与较厚的堆积结合。轴5814,5914上各自的直部5814S,5915S的结合的一个优点在于其考虑到更简单的工具作业以产生各个紧固件5810,5910。更具体地，类似于图15和16，工具和模具的布置可以利用带有第一部分和第二部分的复合模具，其中第一部分用于对帽部5812,5912塑形，第二部分用于对轴5814,5914塑形。由于紧固件5810,5910的帽部5812和5912是相同的，工具作业可以使用同样的模具部用于帽部5812和5912并且仅用于对直部5814S，5914S塑形的模具部需要独立配置。
图87展示了根据本发明公开的另一个实施例的紧固件6010，其具有加强帽部6012的多个肋6012R。肋6012R可以以一个选择的厚度和宽度形成以控制用于给定应用的帽部6012的弹性和可变形性。肋6012R还可以为接头扭曲或旋转提供电阻。在一个实施例中，肋6012R可以与上涌的材料5711U(参见图84)相互作用以阻止旋转。轴6014还具有直部6014S。
可以理解的是，在此所描述的实施例仅仅是示例性的，在不脱离本发明所公开的主题和权利要求的精神和范围下，本领域的技术人员可以做出多种变形和修改。例如，具有突起部5461的紧固件5410a还可以具有类似紧固件4410的凹槽4414G(图59)的紧握部件，用于紧固两片铝或镁合金。所有的这些变形和修改都旨在包括在本公开和权利要求书所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种用于使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，包括如下步骤：
将第一导电层和第二导电层以物理和电接触的方式放置在一起；
以与所述第一导电层形成物理和电接触的方式放置导电紧固件，该导电紧固件具有高于所述第一导电层的熔点，从而形成包括所述紧固件、所述第一导电层和所述第二导电层的导电堆叠体；
将电压施加到所述堆叠体上，感应出流经所述堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得所述第一导电层被软化；
促使所述紧固件朝向所述第二导电层地进入所述被软化的第一导电层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括所述第二导电层的至少一部分；
使得所述焊接区冷却并固化，从而连接所述第一导电层和所述第二导电层，其中，所述紧固件具有含有向下悬垂、反向弯曲的唇部的帽盖，该帽盖能够接纳在促使步骤期间从所述焊接区挤出的材料，流入反向弯曲的唇部的所述挤出的材料在所述冷却步骤中与所述唇部啮合，在所述帽盖和所述第一导电层之间提供机械连接。
2.一种用于使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，包括如下步骤：
将第一导电层和第二导电层以物理和电接触的方式放置在一起；
以与所述第一导电层形成物理和电接触的方式放置导电紧固件，该导电紧固件具有高于所述第一导电层的熔点，从而形成包括所述紧固件、所述第一导电层和所述第二导电层的导电堆叠体；
将电压施加到所述堆叠体上，感应出流经所述堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得所述第一导电层被软化；
促使所述紧固件朝向所述第二导电层地进入所述被软化的第一导电层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括所述第二导电层的至少一部分；
使得所述焊接区冷却并固化，从而连接所述第一导电层和所述第二导电层，
将至少一个有色金属的附加层以电接触的方式与远离所述第一导电层的所述第二导电层接触，所述焊接区在促使步骤期间延伸到所述附加层并冷却以将所述附加层与所述第一导电层和所述第二导电层连接起来。
3.一种用于使用电阻焊接来将第一导电层紧固到第二导电层上的方法，包括如下步骤：
将第一导电层和第二导电层以物理和电接触的方式放置在一起；
以与所述第一导电层形成物理和电接触的方式放置第一导电紧固件，该第一导电紧固件具有高于所述第一导电层的熔点，从而形成包括所述第一导电紧固件、所述第一导电层和所述第二导电层的导电堆叠体；
将电压施加到所述堆叠体上，感应出流经所述堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得所述第一导电层和所述第二导电层被软化；
促使所述第一导电紧固件朝向所述第二导电层地进入所述被软化的第一导电层，形成熔融的焊接区，该焊接区延伸到并包括所述第二导电层的至少一部分；
使得所述焊接区冷却并固化，从而连接所述第一导电层和所述第二导电层；
还包括在所述堆叠体中将第二导电紧固件相对第一导电紧固件放置的步骤，所述第二导电紧固件具有高于所述第二导电层的熔点；
促使所述第二导电紧固件朝向所述第一导电层地进入所述被软化的第二导电层，形成延伸到并且包括所述第一导电层的至少一部分的熔融的焊接区，从而使得在施加步骤期间，所述焊接区形成在所述第一导电紧固件和第二导电紧固件中间的堆叠体中，
其中，所述第一导电紧固件和所述第二导电紧固件中的每个具有含有向下悬垂、反向弯曲的唇部的帽盖，该帽盖能够接纳在促使所述第一导电紧固件和促使所述第二导电紧固件的步骤期间从所述焊接区挤出的材料，流入所述第一导电紧固件和所述第二导电紧固件中的每个的反向弯曲的唇部的所述挤出的材料在所述冷却步骤中与所述第一导电紧固件和所述第二导电紧固件中的每个的所述唇部啮合，在所述第一导电层的所述帽盖和所述第一导电层之间以及在所述第二导电层的所述帽盖和所述第二导电层之间提供机械连接。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述焊接区延伸通过所述第一导电紧固件和第二导电紧固件之间的所述第一导电层和所述第二导电层。
5.如权利要求3所述的方法，还包括在放置步骤期间在所述第一导电层和所述第二导电层之间插入第三层的步骤，该焊接区延伸通过所述第一导电层和所述第二导电层而延伸到所述第三层的一部分。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焊接区延伸通过所述第三层。
CN201810726540.6A 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法 Active CN108838494B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462091980P 2014-12-15 2014-12-15
US62/091,980 2014-12-15
CN201510939911.5A CN105689874B (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510939911.5A Division CN105689874B (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108838494A CN108838494A (zh) 2018-11-20
CN108838494B true CN108838494B (zh) 2021-07-27

Family

ID=56110249

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510939911.5A Active CN105689874B (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法
CN201521049630.4U Active CN205629649U (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件和设备
CN201810726540.6A Active CN108838494B (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510939911.5A Active CN105689874B (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法
CN201521049630.4U Active CN205629649U (zh) 2014-12-15 2015-12-15 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件和设备

Country Status (9)

Country Link
US (2) US10384296B2 (zh)
EP (2) EP3936272A1 (zh)
JP (1) JP6646679B2 (zh)
KR (1) KR20170086651A (zh)
CN (3) CN105689874B (zh)
CA (1) CA2970661C (zh)
DK (1) DK3233360T3 (zh)
MX (2) MX2017007878A (zh)
WO (1) WO2016100179A1 (zh)

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014210278A1 (en) 2013-06-26 2014-12-31 Alcoa Inc. Resistance welding fastener, apparatus and methods
BR112016017920B1 (pt) 2014-02-03 2021-01-26 Arconic Inc. elemento de fixação para a fixação de um primeiro material eletricamente condutor a um segundo material eletricamente condutor e método para a fixação de uma pluralidade de camadas adjacentes de um primeiro material eletricamente condutor a um segundo material eletricamente condutor
US10189113B2 (en) * 2014-04-24 2019-01-29 GM Global Technology Operations LLC Resistance spot welding method
KR20160033879A (ko) * 2014-09-18 2016-03-29 주식회사 성우하이텍 셀프 피어싱 프로젝션 웰딩 리벳 및 이를 이용한 접합 구조체
MX2017007878A (es) 2014-12-15 2018-02-13 Arconic Inc Sujetador de soldadura por resistencia, aparato y metodos para unir materiales similares y distintos.
DE102015002697A1 (de) * 2015-03-04 2016-09-08 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles
JP6260592B2 (ja) * 2015-07-24 2018-01-17 トヨタ自動車株式会社 異種材接合構造及び異種材接合体の製造方法
BR112017024180B1 (pt) 2015-09-16 2023-03-28 Howmet Aerospace Inc Aparelho de alimentação de prendedores
CN108136474B (zh) * 2015-09-28 2019-12-06 日本制铁株式会社 利用冲压模具的切断加工方法
JP6591849B2 (ja) * 2015-10-01 2019-10-16 株式会社神戸製鋼所 車体前部構造および車体前部構造の製造方法
US20170157697A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-08 GM Global Technology Operations LLC Welding electrode for use in resistance spot welding workpiece stack-ups that include an aluminum workpiece and a steel workpiece
US10675702B2 (en) * 2016-02-16 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Joining of light metal alloy workpieces to steel workpieces using resistance spot welding and adhesive
US10593034B2 (en) 2016-03-25 2020-03-17 Arconic Inc. Resistance welding fasteners, apparatus and methods for joining dissimilar materials and assessing joints made thereby
WO2018042472A1 (ja) * 2016-08-27 2018-03-08 有限会社新城ホールディングス 結合装置
JP6255600B1 (ja) * 2016-08-27 2018-01-10 有限会社新城ホールディングス 結合装置
US20190224773A1 (en) * 2016-11-14 2019-07-25 Optimal Process Technologies, LLC System and method of joining of dissimilar materials
JP6653242B2 (ja) * 2016-11-14 2020-02-26 株式会社神戸製鋼所 接合構造体及びその製造方法
KR20180073348A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 현대자동차주식회사 이종재질의 마찰 비트 접합 방법
US9994262B1 (en) * 2017-01-19 2018-06-12 Ford Global Technologies, Llc Vehicle cargo bed system
EP3578290A4 (en) * 2017-01-31 2020-02-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. JUNCTION STRUCTURE
US10731684B2 (en) * 2017-02-17 2020-08-04 Clemson University Research Foundation Electrically assisted flow drill screwdriving and fixture therefore
FR3065895B1 (fr) * 2017-05-04 2019-07-12 Maxime Grojean Insert destine a l'assemblage d'une premiere piece et d'une deuxieme piece par soudage electrique par resistance, et procede d'assemblage utilisant cet insert
JP7000827B2 (ja) * 2017-12-08 2022-01-19 トヨタ自動車株式会社 接合構造
US11060543B2 (en) * 2017-12-28 2021-07-13 Honda Motor Co., Ltd. Device and method of applying a sealant around a structural adhesive to prevent corrosion
US10870166B2 (en) * 2018-02-01 2020-12-22 Honda Motor Co., Ltd. UAM transition for fusion welding of dissimilar metal parts
US10857618B2 (en) * 2018-02-28 2020-12-08 GM Global Technology Operations LLC Improving mechanical performance of Al-steel weld joints by limiting steel sheet deformation
JP6829218B2 (ja) * 2018-02-28 2021-02-10 株式会社神戸製鋼所 異材接合用アーク溶接法
WO2019171659A1 (ja) * 2018-03-05 2019-09-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 接合構造及び接合方法
FR3082131B1 (fr) * 2018-06-08 2021-05-21 Maxime Grojean Procede d'assemblage d'une premiere piece et d'une deuxieme piece par l'intermediaire d'un insert
JP7204290B2 (ja) * 2018-06-26 2023-01-16 ダイハツ工業株式会社 インダイレクトスポット溶接用の溶接電極
GB2577936A (en) * 2018-10-12 2020-04-15 Airbus Operations Ltd Aircraft assembly
US11090756B2 (en) 2018-10-24 2021-08-17 G-Tekt Corporation Joining method
CN111451717A (zh) * 2019-01-21 2020-07-28 张艺膑 一种轻量化美容钳的生产方法
DE102019106160A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-17 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verbindungsverfahren für mindestens zwei bauteile, eine damit erzielte fügeverbindung sowie eine fügevorrichtung für das genannte verbindungsverfahren
CN109794670B (zh) * 2019-03-28 2020-11-03 上海交通大学 轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统及其焊接方法
JP7271304B2 (ja) * 2019-05-16 2023-05-11 株式会社Subaru 異材接合用ピアスメタル及び該ピアスメタルを用いた異材接合方法
TWI698298B (zh) * 2019-08-01 2020-07-11 艋庫拉制震股份有限公司 刀桿強化結構
US11383319B2 (en) * 2019-09-05 2022-07-12 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel having different resistivities
US11590601B2 (en) * 2019-09-20 2023-02-28 GM Global Technology Operations LLC Method of joining steel work-pieces having different gauge ratios
CN110666382B (zh) * 2019-10-18 2021-06-25 太原理工大学 金属层状复合板焊接方法和制备焊接接头的装置及其工艺
CN111250849B (zh) * 2020-01-19 2021-08-13 宁波吉利汽车研究开发有限公司 钢铝材料连接件的制作方法及钢铝材料连接件
DE102020104473A1 (de) * 2020-02-20 2021-08-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Bereitstellen eines Bauteilverbunds für ein Kraftfahrzeug sowie Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug
JP7377533B2 (ja) * 2020-03-03 2023-11-10 京浜ラムテック株式会社 金属構造体の製造方法
JP7475484B2 (ja) 2020-04-03 2024-04-26 ハウメット エアロスペース インコーポレイテッド 締結方法
CN113523330A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 艋库拉制震股份有限公司 刀杆强化结构
IT202000012409A1 (it) * 2020-05-26 2021-11-26 Univ Degli Studi Dellaquila Metodo per realizzare una giunzione meccanica di materiali e relativi mezzi di giunzione
JP6793427B1 (ja) * 2020-06-25 2020-12-02 セキ工業株式会社 異材接合構造及び異材接合方法
JP7448439B2 (ja) * 2020-08-07 2024-03-12 株式会社アーレスティ 接合体の製造方法、溶接用金属体および接合子
CN116658505A (zh) * 2020-11-19 2023-08-29 王鼎瑞 焊接组件组装于物体的方法
DE102020132646A1 (de) 2020-12-08 2022-06-09 Audi Aktiengesellschaft Qualitätsprüfung einer Nietschweißverbindung
CN115780980B (zh) * 2022-10-14 2024-05-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 用于电阻点焊焊接异种金属的焊接元件及其焊接方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119827A (en) * 1977-03-24 1978-10-10 General Motors Corporation Clinch weld fastener and method of securing panels together
JPH09174249A (ja) * 1995-12-26 1997-07-08 Akane:Kk 異種材料の接合方法
DE102004025493A1 (de) * 2004-05-21 2005-12-15 Volkswagen Ag Verfahren zum Fügen mittels Löten, sowie Fügeelement und Bauteil nach dem Verfahren
DE102007036416A1 (de) * 2007-08-02 2009-02-05 Daimler Ag Hilfsfügeteil
CN101590598A (zh) * 2008-05-28 2009-12-02 株式会社神户制钢所 钢材和轻合金材的异种材料的接合方法
DE102012010870A1 (de) * 2012-05-31 2013-12-05 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil
DE102012018866A1 (de) * 2012-09-25 2014-03-27 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil

Family Cites Families (109)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1333414A (en) 1918-03-04 1920-03-09 Judson L Thomson Mfg Co Feeding mechanism for rivet and cap setting machines
US2319455A (en) 1939-05-03 1943-05-18 Budd Edward G Mfg Co Resistance welded metallic structure
US2302772A (en) 1940-08-12 1942-11-24 Huck Mfg Co Rivet and riveted structure
US2569059A (en) 1947-12-18 1951-09-25 Union Carbide & Carbon Corp Welded rivet construction for electrical brushes and contacts
US2563107A (en) * 1949-11-30 1951-08-07 Herman J Fanger Method of forming a welded connection and means therefor
US3095951A (en) 1960-01-11 1963-07-02 Gen Electric Article and method for joining dissimilar materials
US3104312A (en) 1961-04-19 1963-09-17 Edward E Gentry Welding method and assembly
GB964117A (en) 1962-03-21 1964-07-15 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to the securing together of at least two members
US3400509A (en) 1966-11-15 1968-09-10 Glenn W. Setzer Structural improvement
US3576964A (en) 1969-05-27 1971-05-04 United States Steel Corp Welded joint
US3774009A (en) 1970-07-06 1973-11-20 Empire Stove Co Fastener for securing sheet material
US3858024A (en) 1973-01-12 1974-12-31 Duro Dyne Corp Multi-head resistance welding apparatus
JPS5150842A (en) * 1974-10-30 1976-05-04 Toyota Motor Co Ltd Ishukinzokuhenno ketsugoho
AU2796377A (en) 1976-09-06 1979-02-22 Comair Pty Ltd Rivet stud fastening system
US4736861A (en) 1982-04-29 1988-04-12 Plastic Reel Corp. Of America Reel carrier with slip resistant feet
JPS6068180A (ja) 1983-09-26 1985-04-18 Mitsui Petrochem Ind Ltd 絶縁層を有した金属材料の溶接方法
JPH0771749B2 (ja) 1989-04-14 1995-08-02 川崎重工業株式会社 インダイレクトスポット溶接法
US5273386A (en) 1990-03-23 1993-12-28 Allfast Fastening Systems, Inc. Expandable head rivet
DE4237361C2 (de) 1992-11-05 1996-09-19 Daimler Benz Ag Verbindungs-Hilfsteil für das widerstandselektrische Verschweißen von Aluminiumblech auf Stahl und Verfahren zum Anbringen desselben
DE4240823C1 (de) * 1992-12-04 1993-10-14 Daimler Benz Ag Schweißverbindung eines Stahlblech-Bauteiles mit einem Aluminiumblech-Bauteil und Verfahren zum Verschweißen der beiden Bauteile miteinander
JP2954476B2 (ja) * 1994-01-28 1999-09-27 新日本製鐵株式会社 鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料との接合方法
US5473134A (en) 1994-08-16 1995-12-05 Hbs Bolzenschweiss-Systeme Gmbh & Co. Kg Welding stud formed from sheet metal
JP3555698B2 (ja) 1994-11-10 2004-08-18 本田技研工業株式会社 アルミニウム材の抵抗溶接方法及びｔ字型アルミニウム構造体
US5697521A (en) 1995-06-01 1997-12-16 Huck International Hand-held collar dispenser
DE69637674D1 (de) 1995-09-18 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd Verfahren zum verbinden von sich überlappenden rändern zweier metallischer gegenstände mit unterschiedlichen schmelztemperaturen
JP3400207B2 (ja) 1995-09-18 2003-04-28 本田技研工業株式会社 融点を異にする二種の金属部材の重ね合せ接合方法
JPH09201679A (ja) 1996-01-25 1997-08-05 Akane:Kk 異種金属材料の接合方法、異種金属材料の接合装置、異種金属材料の接合構造、接合方法に使用する係止ピ−ス保持体、接合方法に使用する電極構造、係止ピ−スの製造方法
JPH10265881A (ja) 1997-03-25 1998-10-06 Furukawa Electric Co Ltd:The オイルクーラーの内管用複合パイプとその製造方法及びこのパイプを用いた二重管式オイルクーラーと一体型熱交換器
JPH1113395A (ja) 1997-06-24 1999-01-19 Taisei Corp 鋼製セグメントの継手方法
US6054668A (en) 1997-07-17 2000-04-25 Newcor, Inc. Method and apparatus of projection welding
JPH11209827A (ja) 1998-01-27 1999-08-03 Nippon Steel Corp 焼結鉱製造方法
US5939498A (en) 1998-04-07 1999-08-17 E. I. Du Pont De Nemours And Company High modulus polyimide blend
JPH11315335A (ja) 1998-05-01 1999-11-16 Mitsubishi Alum Co Ltd ろう付け管形成用アルミニウム合金ブレージングシートおよびろう付け管
US6796454B1 (en) 1998-08-03 2004-09-28 Henrob Limited Fastening machines
JP3873267B2 (ja) 1998-09-07 2007-01-24 三菱アルミニウム株式会社 耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッド材
JP2000087164A (ja) 1998-09-08 2000-03-28 Mitsubishi Alum Co Ltd 耐食性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッド材
JP2000117458A (ja) 1998-10-20 2000-04-25 Akihiro Saito 抵抗溶接用電極チップ
JP4002352B2 (ja) 1998-11-09 2007-10-31 古河スカイ株式会社 熱交換器用アルミニウム合金犠牲陽極材及びこれを用いた熱交換器用高耐食性アルミニウム合金複合材
EP1090745B1 (en) 1999-10-04 2002-06-19 Denso Corporation Aluminum alloy clad material for heat exchangers exhibiting high strength and excellent corrosion resistance
US6515251B1 (en) 2000-10-31 2003-02-04 Steelcase Development Corporation Welding system and method
DE10059659B4 (de) 2000-12-01 2004-03-18 Heinz Soyer Bolzenschweisstechnik Gmbh Qualitätskontrolle beim Bolzenschweißen
DE10060390B4 (de) 2000-12-05 2012-04-19 Volkswagen Ag Stanznietverfahren
US7176401B2 (en) 2001-07-04 2007-02-13 Newfrey Llc Method and device for welding an aluminum-based stud
JP3827601B2 (ja) 2002-03-29 2006-09-27 株式会社神戸製鋼所 ろう付け用アルミニウム合金複合材
US6854634B2 (en) 2002-05-14 2005-02-15 The Boeing Company Method of manufacturing rivets having high strength and formability
US6887030B2 (en) 2002-08-06 2005-05-03 Alcoa Inc. Apparatus for resisting rotation of can ends in a downstacker and method regarding same
JP4393165B2 (ja) 2003-12-02 2010-01-06 古河スカイ株式会社 アルミニウム合金製熱交換器及びその製造方法
US7267736B2 (en) * 2003-12-18 2007-09-11 General Motors Corporation Method of joining dissimilar materials
US7030333B2 (en) 2004-01-22 2006-04-18 Bradley David A Method of joining plates with weld fastened studs
DE102004003909B4 (de) 2004-01-27 2010-09-09 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Pressschweißverfahren zum Verbinden zweier oder mehrerer Bleche oder Profilteile, insbesondere eines Karosseriesegments, dessen Verwendung sowie Karosseriesegment
DE102004025492A1 (de) 2004-05-21 2009-08-06 Volkswagen Ag Verfahren zum Fügen mittels mechanischen Eintreibens und Verschweißens eines Fügeelementes, sowie derartiges Fügeelement
EP2428486B1 (en) 2004-11-04 2021-04-14 Microchips Biotech, Inc. Compression and cold weld sealing methods and devices
DE102005006253B4 (de) 2005-02-11 2007-03-08 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum unlösbaren Befestigen
FR2883499B1 (fr) * 2005-03-23 2015-04-10 Daimler Chrysler Ag Procede pour assembler des pieces et element d'assemblage pour ce procede.
US9321122B2 (en) 2005-12-06 2016-04-26 Magna International Inc. Spot welding tip for a spot welding machine
DE102006002238C5 (de) 2006-01-17 2019-02-28 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zum Herstellen einer Nagelverbindung sowie Nagel hierfür
JP4032313B2 (ja) 2006-02-16 2008-01-16 好高 青山 プロジェクション溶接用ボルトおよびその溶接方法
DE102006028771A1 (de) 2006-06-23 2008-01-03 Daimlerchrysler Ag Hydrodynamischer Drehmomentwandler und Verfahren zur Herstellung eines solchen
US7645105B2 (en) 2006-06-27 2010-01-12 Gm Global Technology Operations, Inc. Projection welded fastener with integral sealer
US8466386B2 (en) 2006-10-10 2013-06-18 GM Global Technology Operations LLC Method for repairing bonded metallic structures
US7880112B2 (en) 2007-02-13 2011-02-01 GM Global Technology Operations LLC Method for welding and adhesively attaching a shaped fastener to inside of member
DE102007021891A1 (de) * 2007-05-10 2008-11-13 Ejot Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Reibschweißverbindung und Gestaltung der Reibschweißverbindung
US9440308B2 (en) 2007-05-29 2016-09-13 Doben Limited Resistance welding electrode
US8468671B2 (en) 2007-11-02 2013-06-25 Electroimpact, Inc. System for loading collars onto bolts in large-scale manufacturing operations
JP2009183975A (ja) 2008-02-05 2009-08-20 Fukui Byora Co Ltd 打込みリベットかしめにおけるかしめ良否判定方法
DE102008031121A1 (de) 2008-05-06 2009-11-12 Daimler Ag Schweißnietverbindung
DE102008044451B4 (de) 2008-08-19 2012-09-06 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Konduktives Bolzenschweißen
JP5326862B2 (ja) 2008-09-08 2013-10-30 日産自動車株式会社 マグネシウム合金と鋼との異種金属接合方法
JP5466409B2 (ja) 2009-01-22 2014-04-09 株式会社神戸製鋼所 熱交換器用アルミニウム合金クラッド材
JP5704798B2 (ja) 2009-03-11 2015-04-22 株式会社神戸製鋼所 異材接合方法
KR20110042614A (ko) 2009-10-19 2011-04-27 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 형성방법
DE102009055608A1 (de) 2009-11-25 2011-05-26 Behr Gmbh & Co. Kg Gelöteter Aluminium-Wärmeübertrager
DE102009044888B4 (de) 2009-12-14 2013-03-14 Ortwin Hahn Verfahren und Werkzeug zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil mittels eines Stanzniets
DE102010006670B4 (de) 2010-02-03 2020-12-31 Daimler Ag Warmnietverbindung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010026040A1 (de) 2010-07-03 2012-01-05 Volkswagen Ag Verfahren zum Fügen von zwei Bauelementen
CN101890564A (zh) 2010-07-06 2010-11-24 上海交通大学 异种金属电阻铆焊装置
DE102010034183A1 (de) 2010-08-12 2012-02-16 Edag Gmbh & Co. Kgaa Verfahren zum Verbinden von Bauteilen
US8424961B2 (en) 2010-09-14 2013-04-23 GM Global Technology Operations LLC Aluminum roof panel for attachment to supporting steel vehicle body members
DE102010047032A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zum Verbinden zweier metallischer Elemente und Verbindungswerkzeug
JP5879924B2 (ja) 2011-03-09 2016-03-08 株式会社リコー 画像形成装置
CN102133682A (zh) 2011-03-18 2011-07-27 华霆（合肥）动力技术有限公司 一种电阻焊接方法
DE102011055044A1 (de) 2011-11-04 2013-05-08 Newfrey Llc Befestigungselement zum Anschweißen, Fügeverfahren und Fügeverbindung
US20130122327A1 (en) 2011-11-11 2013-05-16 Shen Sheu Apparatus and method for imparting selected topographies to aluminum sheet metal
WO2013096669A2 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Alcoa Inc. Apparatus and methods for joining dissimilar materials
US9012029B2 (en) 2012-05-17 2015-04-21 GM Global Technology Operations LLC Method of bonding panels of dissimilar material and bonded structure
PT2671662E (pt) 2012-06-05 2015-11-17 Gestamp Ingenieria Europa Sur S L Dispositivo de soldadura por resistência
DE102012013325A1 (de) 2012-07-06 2014-10-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Fügen von Bauelementen aus unterschiedlichen Werkstoffen mittels eines Fügehilfsmittels
DE102012013589A1 (de) * 2012-07-10 2014-01-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Selbststanzendes Fügeelement für das Widerstandselementschweißen und Bauteilverbund mit wenigstens einem solchen Fügeelement
KR101404288B1 (ko) 2012-09-03 2014-06-05 진인태 보조가열전극이 부착된 스폿용접기 및 이를 이용한 스폿용접방법
US8920095B2 (en) 2012-09-13 2014-12-30 Dolphin Tree, Llc Fastener replacing a bolt or rivet
US8973248B2 (en) 2012-10-05 2015-03-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Connection assembly for connecting metallic and plastic components and method of connecting plastic and metallic components
DE102012020222A1 (de) 2012-10-16 2014-04-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen mit einem Widerstandsschweißelement, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und hiermit hergestellter Bauteilverbund
US9021688B2 (en) 2012-12-28 2015-05-05 Electroimpact, Inc. Rivet/bolt injection system with ejection mechanism
US9511416B2 (en) 2013-01-18 2016-12-06 Gage Bilt, Inc. Feed devices for swagable lockbolt collars
WO2014167566A1 (en) 2013-04-08 2014-10-16 Vibe Technologies Apparatus for inspection and quality assurance of material samples
JP2016523718A (ja) 2013-06-26 2016-08-12 アルコア インコーポレイテッド 異種金属を接合するための装置及び方法
WO2014210278A1 (en) 2013-06-26 2014-12-31 Alcoa Inc. Resistance welding fastener, apparatus and methods
WO2015008589A1 (ja) 2013-07-16 2015-01-22 トヨタ自動車株式会社 接合構造
DE102013216820A1 (de) 2013-08-23 2015-02-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Blechteilen
JP6148136B2 (ja) 2013-09-24 2017-06-14 株式会社神戸製鋼所 異材接合体の製造方法
BR112016017920B1 (pt) * 2014-02-03 2021-01-26 Arconic Inc. elemento de fixação para a fixação de um primeiro material eletricamente condutor a um segundo material eletricamente condutor e método para a fixação de uma pluralidade de camadas adjacentes de um primeiro material eletricamente condutor a um segundo material eletricamente condutor
WO2015171459A1 (en) 2014-05-05 2015-11-12 Alcoa Inc. Apparatus and methods for weld measurement
CA2949385C (en) 2014-05-16 2018-10-23 Arconic Inc. Peeling apparatus and method for separating welded layers
DE102014211222A1 (de) 2014-06-12 2015-12-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung durch Setzen und Warmverpressen eines Fügeelements, sowie hiermit hergestellter Werkstückverbund
DE102014225458A1 (de) 2014-12-10 2016-06-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum thermischen Fügen von Bauteilen mittels eines Hilfselementes
MX2017007878A (es) 2014-12-15 2018-02-13 Arconic Inc Sujetador de soldadura por resistencia, aparato y metodos para unir materiales similares y distintos.
JP6461667B2 (ja) 2015-03-25 2019-01-30 富士フイルム株式会社 重合体の製造方法
JP6260592B2 (ja) 2015-07-24 2018-01-17 トヨタ自動車株式会社 異種材接合構造及び異種材接合体の製造方法
US10593034B2 (en) 2016-03-25 2020-03-17 Arconic Inc. Resistance welding fasteners, apparatus and methods for joining dissimilar materials and assessing joints made thereby

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119827A (en) * 1977-03-24 1978-10-10 General Motors Corporation Clinch weld fastener and method of securing panels together
JPH09174249A (ja) * 1995-12-26 1997-07-08 Akane:Kk 異種材料の接合方法
DE102004025493A1 (de) * 2004-05-21 2005-12-15 Volkswagen Ag Verfahren zum Fügen mittels Löten, sowie Fügeelement und Bauteil nach dem Verfahren
DE102007036416A1 (de) * 2007-08-02 2009-02-05 Daimler Ag Hilfsfügeteil
CN101590598A (zh) * 2008-05-28 2009-12-02 株式会社神户制钢所 钢材和轻合金材的异种材料的接合方法
DE102012010870A1 (de) * 2012-05-31 2013-12-05 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil
DE102012018866A1 (de) * 2012-09-25 2014-03-27 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Schweißhilfsfügeteil und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mit diesem Schweißhilfsfügeteil

Also Published As

Publication number Publication date
CN108838494A (zh) 2018-11-20
DK3233360T3 (da) 2022-10-10
MX2017007878A (es) 2018-02-13
CN205629649U (zh) 2016-10-12
JP6646679B2 (ja) 2020-02-14
US10384296B2 (en) 2019-08-20
EP3233360A1 (en) 2017-10-25
KR20170086651A (ko) 2017-07-26
EP3233360A4 (en) 2018-10-03
EP3233360B1 (en) 2022-09-28
MX2023001854A (es) 2023-03-10
US20190134738A1 (en) 2019-05-09
CA2970661C (en) 2020-12-22
EP3936272A1 (en) 2022-01-12
CA2970661A1 (en) 2016-06-23
JP2018500184A (ja) 2018-01-11
CN105689874A (zh) 2016-06-22
WO2016100179A1 (en) 2016-06-23
CN105689874B (zh) 2019-05-07
US20160167158A1 (en) 2016-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108838494B (zh) 用于接合同种和异种材料的电阻焊接紧固件、设备和方法
US11984691B2 (en) Resistance welding fastener, apparatus and methods
JP6509205B2 (ja) 抵抗溶接用ファスナー、装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Pennsylvania, USA

Applicant after: Howmet Aerospace Co., Ltd

Address before: Pennsylvania, USA

Applicant before: ARCONIC Inc.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant