CN110508993A - 用于改善的机械性能和焊接修复的重叠点焊 - Google Patents

Abstract

提供一种电阻点焊方法，其包括重叠焊接接头。方法可用于修复由异常的焊接接头或增强焊接接头。最初经由电极焊接面对工件施加电压和电流以在第一与第二工件之间形成初始点焊接头尝试，然后移除初始施加的压力。接着，经由焊接面对工件施加后续的压力和电流以在第一与第二工件之间形成重叠点焊接头。重叠点焊接头与初始点焊接头尝试重叠。初始点焊接头尝试可成功或不成功，使得重叠焊接接头修复或增强初始焊接接头尝试。焊接可10‑100％重叠。

Description

用于改善的机械性能和焊接修复的重叠点焊

技术领域

本公开的技术领域主要涉及电阻点焊，且更具体地涉及与重叠技术有关的电阻点焊工件堆叠的方法。

背景技术

电阻点焊是众所周知的接合技术，其依赖于抵抗电流流经重叠的金属工件并穿过其接合面而产生焊接所需的热量。为实现这样的焊接过程，在工件堆叠的相对侧上对准的点处将一组相对的点焊电极加紧，该工件堆叠通常包括布置成重叠构型的两个或三个金属工件。然后使电流从一个焊接电极通过金属工件至另一焊接电极。对电流流动的抵抗在金属工件内和其接合界面处产生热量。当工件堆叠包括相似的金属工件、诸如两个或两个以上的重叠钢工件或两个或两个以上的重叠铝工件时，所产生的热量形成熔融焊接池，其生长以致消耗接合界面，从而延伸穿过全部或部分的堆叠金属工件。就此而言，具有相似组成的金属工件中每一个都为混合的熔融焊接池贡献了材料。一旦终止电流通过金属工件，熔融焊接池就固化成焊接熔核，其将相邻的金属工件熔焊在一起。

当工件堆叠包括不同的金属工件时，电阻点焊工艺在进行时有稍许不同。最值得注意的是，当工件堆叠包括重叠并面对而建立接合界面的铝工件和钢工件时，以及有可能的一个或多个侧翼铝及/或一个或多个侧翼钢工件(例如，铝-铝-钢、铝-钢-钢、铝-铝-铝-钢、铝-钢-钢-钢)时，在主体工件材料内与铝和钢工件的接合界面处产生的热量在铝工件内形成熔融焊接池。钢工件的接合表面保持固态且完好无损，因此，钢工件因为具有高得多的熔点而未熔融且未与熔融焊接池混合，尽管来自钢工件的元素诸如铁，可扩散进熔融焊接池中。该熔融焊接池润湿面向的钢工件的接合表面，且一旦电流停止即固化成焊接头，该焊接头将两个不同的工件焊接结合或钎焊在一起。

电阻点焊是在制造多部件组件期间可使用的少数接合工艺之一。汽车行业，例如目前将各种车辆主体构件(例如车体两侧、横向构件、立柱、地板、车顶板、发动机舱构件、行李舱构件等)固定成集成的多部件主体结构，该结构常被称作白车身，其支持各种车辆闭合件的后续安装(例如，车门、引擎罩、行李箱盖、升降门等)。近来，为了将更轻质的材料吸收到车辆主体结构中从而可提高车辆的燃油经济性，人们已经关注从战略上将铝工件和钢工件都纳入白车身中。从结构上固定白车身的通常方法包括，首先，将车辆主体构件相对于彼此定位并支撑，精确如最终白车身结构中所预期的那样。将需要接合的车辆主体构件叠层或配合在一起，使得主体构件的凸缘或其他结合区域重叠以提供两个或两个以上重叠工件的工件堆叠。尽管近来的技术进步已使得电阻点焊成为可行且可信赖的选择，但当车辆主体构件的固定装置包括具有不同金属工件组合的工件堆叠时，也用自攻铆钉将工件堆叠接合。按照经编程和协调的顺序通过焊接和铆钉枪实现点焊的形成和自攻铆钉的安装，直至全部车辆主体构件固定就位。整个装配过程在生产线上可反复重复，目标是以可接受的产出速率同时以最小的不必要的停机时间稳定地制造白车身结构。

近来开发能够成功点焊在白车身中可能存在的金属工件的不同组合的电阻点焊方法的主动性已经引人注目，因为这样的方法能显著减少或完全消除在白车身建造期间使用成本高昂、增加重量且费力安装的铆钉(及其相关的铆钉枪)的需要。但是，点焊可能存在于工件堆叠中的金属工件的各种组合面临一定的挑战。首先，铝合金和钢材料的熔融范围差别巨大，既相隔大约900℃，这导致铝熔融的同时而钢保持固态且会沿接合界面产生弱化该接合的固化孔隙率。第二，铝和钢在接合界面形成一系列较脆的金属间化合物，若其过厚会弱化该接合。第三，铝上的氧化物涂层干扰电流流过且会混入正在生长的铝焊接熔核中，从而沿接合界面产生弱化该接合的一系列微裂纹。这些挑战使得产生强接合很难，使得甚至似乎铝-铁焊接可能比铝-铝对应物弱。在某些情形下，铝-铁焊接甚至开裂且出现异常，工件从而报废。

发明内容

提供一种电阻点焊的方法，其包括实行重叠点焊以加强焊接接头及/或修复异常焊接接头。因此，可将工件堆叠组件通过焊接结合在一起，其可包括多个重叠焊接接头。以前人们认为，由于上述挑战，产生重叠焊接接头会导致接头异常且不能保持，因此，针对任何像这样的焊接接头重叠。

在一种形式中，提供一种电阻点焊工件堆叠的方法，其包括提供金属第一工件且提供与该第一工件相邻的金属第二工件，该形式可与本文中公开的其他形式组合或分离。该方法进一步包括提供一组相对的焊接电极，其包括第一电极和第二电极。第一电极和第二电极每一个都具有焊接面。将第一电极首次置于在电极组与工件之间的第一相对位置处的第一工件的一侧上，且将第二电极首次置于在电极组与工件之间的第一相对位置处的第二工件的一侧上。该方法包括，在电极组与工件的第一相对位置处经由电极组的焊接面对工件施加初始压力，并使电流在电极之间通过以加热工件并在第一与第二工件之间形成初始点焊接头尝试。在经由焊接对工件施加初始压力后，该方法包括移除初始施加的压力。该方法接着包括，经由电极组的焊接面对工件施加后续的压力，并使电流在电极之间通过以加热工件，以在第一与第二工件之间形成重叠点焊接头。该重叠点焊接头与初始点焊接头尝试重叠。

在另一形式中，提供一种点焊工件组件，其包括金属第一工件以及通过多个重叠点焊接头点焊到该第一工件的金属第二工件，该形式与本文中公开的其他形式组合或分离。每个重叠点焊接头与另一重叠点焊接头10-100％重叠。

在又一形式中，提供一种修复异常焊接头或已知或怀疑为不牢固的焊接头的方法，该形式可与本文中公开的其他形式组合或分离。该方法包括提供金属第一工件且提供与该第一工件相邻的金属第二工件。第一工件具有由第一与第二工件之间的先前点焊尝试在其中形成的初始焊接印模。该方法包括提供与第一工件中形成的初始焊接印模相邻的第一电极。第一电极与第二电极中每一个都具有焊接面。该方法包括经由电极组的焊接面对工件施加压力，按压第一电极至第一工件上的接触点内，该接触点与初始焊接印模重叠，以及使电流经由电极通过工件以在第一与第二工件之间形成修复的点焊接头。

可提供另外的特征，包括但不限于以下所述：第二工件由钢合金形成；第一工件由铝或铝合金形成；其中初始点焊接头尝试导致异常焊接；在第一相对位置处实行施加后续压力的步骤；在电极组与工件之间的第二相对位置处实行施加后续的压力的步骤，第二相对位置不同于第一相对位置；以及在对工件施加初始压力的步骤之后且在对工件施加后续压力的步骤之前，等待一段时间，诸如至少3秒钟。

可进一步提供另外的特征，包括但不限于以下所述：在初始施加压力期间使第一工件与第一焊接面接触；在移除初始施加的压力的步骤期间，移除第一焊接面与第一工件之间的接触；在施加后续的压力期间，使第一工件与第一焊接面接触；其中，藉由使电流经由电极通过工件实现加热工件的步骤；重叠点焊接头与初始点焊接头尝试95-100％重叠；在接合表面处，由重叠点焊接头形成的焊接熔核与由初始点焊接头尝试形成的熔核(例如)10-75％重叠；由重叠点焊接头形成的焊接熔核与由初始点焊接头尝试形成的熔核25-50％重叠；初始点焊接头尝试产生使第一工件结合到第二工件的初始点焊接头；重叠点焊接头进一步使第一工件结合到第二工件上；重叠点焊接头为第二点焊接头；在使电流在电极组与工件之间的第二相对位置处经由第一和第二电极通过工件之后，使电流经由第一和第二电极通过工件，并在电极组与工件的第三相对位置处经由电极组的焊接面对工件施加压力，从而在第一与第二工件之间形成第三点焊接头；电极组与工件之间的第三相对位置与电极组与工件之间的第一和第二相对位置中每一个都不同；第三重叠点焊接头与第二重叠点焊接头重叠，使得初始点焊接头、第二点焊接头以及第三点焊接头在第一与第二工件之间形成连续的焊接接头；每个焊接面包括氧化物干扰的结构特征，该等氧化物干扰的结构特征为一系列直立圆形脊部、一些列凹陷圆形槽、以及微纹理组合中之一的形式；在第一与第二工件之间布置金属第三工件；该第三工件通过重叠点焊接头点焊到第一和第二工件上；其间的第三工件由钢合金、铝、或铝合金形成；提供至少三个重叠点焊接头，其在第一与第二工件之间形成连续的焊接头；在第一工件上形成修复的焊接；且其中修复的焊接与初始焊接95-100％重叠。

根据以下详细描述和附图，本领域技术人员将显而易见以上及其他优点和特征。

附图说明

这里描述的附图仅处于说明的目的，并不意欲以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本公开的原理的示出为汽车白车身形式的多部件集成组件的透视图，该白车身可通过包括一个或多个重叠点焊的多个点焊将单独的车身构件的夹具固定在一起；

图2为根据本公开的原理的工件堆叠的端视图，其包括至少第一金属工件和第二金属工件，以用于点焊成为图1所述的多部件集成组件的整体构造的一部分，其还可适用于各种其他组件；

图2A为根据本公开的原理的工件堆叠的另一变型的端视图，其包括三个金属工件，以用于点焊成为图1所述的多部件集成组件的整体构造的一部分，其还可适用于各种其他组件；

图2B为根据本公开的原理的工件堆叠的又一变型的端视图，其包括四个金属工件，以用于点焊成为图1所述的多部件集成组件的整体构造的一部分，其还可适用于各种其他组件；

图3为根据本公开的原理的示出焊枪的部分示意图的示意性侧视图，该焊枪具有一组相对的焊接电极且配置成点焊以将诸如图2-2B中所示的工件堆叠的工件堆叠点焊在一起；

图4为根据本公开的原理的焊接电极的透视图，其具体表现为一种多环圆顶(MRD)焊接电极设计且代表图3中所示的焊枪具有的相对焊接电极中每一个的结构的一种可能性；

图5为根据本公开的原理的工件堆叠进展的截面图，其显示了使用例如图3-4中所示的焊接电极以及本公开的方法形成初始铝钢的点焊；

图6为根据本公开的原理的工件堆叠进展的截面图，其显示了使用例如图3-4中所示的焊接电极以及本公开的方法在形成图5的初始点焊之后，形成重叠铝钢点焊；

图7为根据本公开的原理的示出诸如图6中的重叠点焊接头的重叠点焊接头的多个重叠焊接印模的平面图；

图8为根据本公开的原理的示出形成连续焊接接头的重叠点焊接头的多个重叠焊接印模的平面图；以及

图9为根据本公开的原理的显示当形成初始有异常的焊接头尝试时以及当形成良好焊接接头时的工件的工件拉离进展的平面图，其中使用例如图3-4所示的焊接电极以及本公开的方法形成的良好焊接与初始有异常的焊接头尝试实质上实现100％重叠，其中铝层已被拉离已示出位于钢层下方的接合表面处的焊接印迹。

具体实施方式

所公开的方法包括通过重叠大量焊接头进行电阻点焊以增强及/或修复点焊接头。还公开了得到的工件组件，其包括重叠的焊接接头。

现参考图1，所示为多部件集成组件10，其为汽车制造期间的白车身的形式。多部件白车身组件10包括顶板12、后饰板14、后行李箱壁16、A柱18、B柱20和地板构件22及相关的车身底部构件，以及其他车身构件。这些车身构件中某些构件可由铝工件形成，诸如顶板和后饰板12、14以及行李箱壁16；某些其他车身构件可由钢工件形成，诸如A柱和B柱18、20以及地板构件22。

在将不同的车身构件12、14、16、18、20、22固定在一起成为整体集成的白车身组件10之前，先通过一个或多个夹具装置使其彼此相对定位且支撑。这样做，车身构件12、14、16、18、20、22的凸缘或其他结合区域与其他车身构件的相应的凸缘或结合区域以搭接的构造布置，从而提供具有两侧入口的多个工件堆叠，其中可形成一个或多个对每个特定堆叠都起作用的电阻点焊以将车身构件固定在一起。一些所建立的工件堆叠可包括类似的金属工件，即全部为铝工件或全部为钢工件，而一些堆叠可包括铝和钢工件的组合。需要时，在每一堆叠中重叠的工件之间可任选地包括中间有机材料，诸如贯穿焊接的粘合剂或密封剂。

图2中所示为工件堆叠24，其代表各种类别的工件堆叠，其建立用于点焊成为多部件白车身组件10的整体构造的一部分。工件堆叠24具有第一侧面26和第二侧面28且包括至少第一金属工件30以及相邻重叠的第二金属工件32。第一金属工件30提供堆叠24的第一侧面26，第二金属工件32提供第二侧面28。第一和第二侧面26、28每一个都能接入焊接电极，使得工件堆叠24能够在焊接位置WS处夹紧在一对相对的点焊电极之间。在一些实施方案中，工件堆叠24仅包括第一和第二金属工件30、32(“2T”堆叠)。在其他实施方案中，在第一与第二金属工件30、32之间可放置第三金属工件34且其延伸穿过焊接位置WS(“3T”堆叠)，如图2A中所示。此外，在其他实施方案中，在第一与第二金属工件30、32之间可放置第四金属工件36且其与第三金属工件34一起延伸穿过焊接位置WS(“4T”堆叠)，如图2B中所示。需要时，可在堆叠中进一步添加另外的工件，其中铝板彼此相邻堆叠，钢板彼此相邻堆叠。

返回参考图2，举例而言，第二工件32可由钢形成，且第一工件可由非合金铝或铝合金形成。例如，若合金化，则铝合金可包括至少85重量％铝。非合金铝或铝合金工件30可涂敷或不涂敷。可组成涂敷或未涂敷铝基板的一些显著的铝合金为铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金以及铝锌合金。若经涂敷，则铝基板可包括难熔氧化物材料的表面层(当曝露于高温下原本就有的及/或在制造期间产生的物质，例如氧化皮)，其由氧化铝化合物以及其他可能的氧化物化合物组成，例如，诸如铝基板包含镁时则有的氧化镁化合物。铝基板可涂敷有锌层、锡层或金属氧化物转化涂层，其由钛、锆、铬或硅的氧化物组成，诸如美国专利公开第2014/0360986号中所述。该表面层可具有1至10μm的厚度，且可存在于铝基板的每一侧上。铝工件30可具有0.3mm至6.0mm的厚度，或至少在焊接位置WS处，具有更窄的0.5mm至3.0mm的厚度。

铝工件30可以锻造或铸造的形式提供。例如，工件30可由3XXX、4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列的锻造铝合金板层、挤出件、锻件或其他加工制品组成。或者，工件30可由4xx.x、5xx.x、6xx.x、或7xx.x系列的铝合金铸件组成。可使用的某些更特定种类的铝合金包括但不限于AA5754和AA5182铝镁合金、AA6111和AA6022铝镁硅合金、AA7003和AA7055铝锌合金，以及Al10SiMg铝压铸合金。需要时，铝工件30可进一步采用各种状态，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。当在工件堆叠24中存在多个铝或铝合金工件30时，该等工件在其组成、厚度及/或形态(例如锻造或铸造)方面可相同或不同。

在工件堆叠24中可包括的钢工件32包含具有大量不同强度和等级中任意一种的钢基板，其经涂敷或未经涂敷。钢基板可经热轧或冷轧，且可由诸如以下的钢组成：低碳钢、无间隙钢、烘烤可硬化钢、高强度低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢、复相(CP)钢、马氏体(MART)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢，孪晶诱导塑性(TWIP)钢以及诸如当钢工件包括压力硬化钢(PHS)时的硼钢。若涂敷，则钢基板优选包括具有如下材料的表面层：锌(例如，热浸镀锌或电镀锌)、锌铁合金(例如，镀锌退火或电沉积)、锌镍合金、镍、铝、铝镁合金、铝锌合金、或铝硅合金，上述任何一种物质的表面层可具有高达50μm的厚度且可存在于钢基板的每一侧上。钢工件34可具有0.3mm至6.0mm的厚度，或至少在焊接位置WS处具有更窄的0.6mm至2.5mm的厚度。

当工件堆叠24包括第一、第二和第三金属工件30、34、32时，如图2A所示，相邻的金属工件30、34、32中的两个可为铝工件，另一个金属工件可为钢工件，或者，相邻的金属工件30、34、32中的两个可为钢工件，另一个金属工件可为铝工件。

最后，当工件堆叠24包括第一、第二、第三和第四金属工件30、34、36、32时，如图2B所示，相邻的金属工件30、34、36、32中的两个可为铝工件且另两个金属工件可为钢工件，相邻的金属工件30、34、36、32中的三个可为铝工件且另一个金属工件可为钢工件，或者，相邻的金属工件30、34、36、32中的三个可为钢工件且另一个金属工件可为铝工件。

现在参考图3，焊枪40可在白车身10的各种组装的工件堆叠24中形成点焊，以将其组成的金属工件固定在一起。焊枪40具有第一焊接电极42和相对的第二焊接电极44。本文中所使用的“焊接”用于指接合的电阻点焊过程，其包括藉由使电流通过来加热相邻的工件，从而电阻加热相邻的工件直至至少一个工件在接合界面熔融以与相邻的工件接合在一起。同样，这里还使用的术语“点焊”是通称，其涵盖焊接熔核结构，其将重叠的铝工件或重叠的钢工件熔焊在一起；以及焊接接头结构，其将铝工件和相邻的重叠的钢工件在进行点焊的每一焊接位置WS处焊接结合或钎焊在一起。

第一和第二焊接电极42、44经机械或电联接到焊枪40上，其可支持形成快速连续的点焊。例如，焊枪40可以为C型或X型枪或某一其他类型。当零件足够小可供机器人操纵时，可使用地面安装的基座焊枪，否则，焊枪40可安装在机器人上，该机器人能够使其移入或围绕车身构件的夹具以获得工件堆叠24的入口。此外，如这里示意性所示，焊枪40可与电源46相关联，电源46根据焊接控制器48管理的一个或多个可编程的焊接排程在焊接电极42、44之间传送电流。焊枪40也可配有冷却剂管线和相关的控制设备，以便在点焊操作期间传递诸如水的冷却液体至焊接电极42、44中的每一个，以帮助管理电极42、44的温度。

焊枪40包括第一枪架50和第二枪架52。第一枪架50配有柄54，其固定和保持第一焊接电极42；第二枪架52配有柄56，其固定和保持第二焊接电极44。焊接电极42、44在其各自柄54、56上的固定保持可通过位于柄54、56的轴自由端处的柄适配器58、60实现。至于其相对于工件堆叠24的位置，第一焊接电极42与堆叠24的第一侧26接触而置，第二焊接电极44与堆叠24的第二侧28接触而置。第一和第二焊枪架50、52可操作能够使焊接电极42、44朝彼此会聚或箍缩；且能够使得一旦电极42、44与其各自的工件堆叠侧26、28接触，就在焊接位置WS处在工件堆叠24上施加夹紧力。

第一和第二焊接电极42、44每一个都可构造成多环圆顶(“MRD”)焊接电极且由诸如(例如)铜合金的导电材料形成。适合的铜合金的一个特定实例为C15000铜锆合金(CuZr)，其包含0.10重量％至0.20重量％的锆，其余为铜。可采用其他铜材料，包括诸如C18200铜铬合金(CuCr)，其包括0.6重量％至1.2重量％的铬，其余为铜；C18150铜锆铬合金(CuCrZ)，其包括0.5重量％至1.5重量％的铬、0.02重量％至0.20重量％的锆，其余为铜；或弥散强化铜材料，诸如弥散有氧化铝的铜。此外，也可使用具有适合的机械和导电/导热性能的其他组合物，包括由难熔金属(例如钼或钨)或难熔金属复合材料(例如钨铜)组成的更多的电阻电极。

第一焊接电极42包括电极体62和第一焊接面64，与之类似，第二焊接电极44包括电极体66和第二焊接面68。第一和第二焊接电极42、44的焊接面64、68是电极42、44的一部分，其在每次焊接枪40操作以进行点焊期间被压向且印入工件堆叠24的相对侧26、28中以传导电流。

现在参考图4，更详细地示出了第一焊接电极42，应明白，焊接电极44可与焊接电极42相同，或者可与电极42不同。MRD焊接电极42的电极体62优选为圆柱形状，且包括具有边缘72的前端70。焊接面64设置在电极体62的前端70上且具有边缘76，边缘76与电极体62的前端70的边缘72相吻合(“全面电极”)或者通过截头圆锥形状或截头球形的过渡鼻部78自前端70的边缘72向上移位。在形状方面，焊接面64包括为呈凸起圆顶形的基底焊接面表面80以及一系列直立的圆形脊部82，该圆形脊部82自基底焊接面表面80向外突出。在点焊期间施加在焊接电极42上的相对高的负载下，这些圆形脊部82使得MRD焊接电极42通过对具有机械韧性且电绝缘的难熔氧化物层施加应力并使其破裂，能够与铝工件表面建立良好的机械和电接触，该难熔氧化物层通常存在于铝基板上的铝工件中，但圆形脊补82实质上并不干扰电流传入并通过钢工件。这一系列直立圆形脊部82优选以焊接面64的中心轴84为中心且围绕该中心轴。脊部82自其中向外突出的基底焊接面表面80占焊接面64的总表面积的50％或更多，优选在50％与80％之间。剩余表面积贡献给一系列直立圆形脊部82，其优选包括在任何位置的两个至十个脊部，或更窄为三至五个脊部。

作为直立圆形脊部82的替代方案，在焊接电极42、44中任一个的焊接面64、68上包括的氧化物干扰的结构特征可包括一系列凹陷圆形槽或包括随机三维峰谷的微纹理。与之类似，可使用其他焊接面64、68构型。一些这样的变型示于美国专利申请公开第2017/0304928号中，该案以全文引用的方式并入本文中。

一系列直立圆形脊部82或其他表面特征可以拉伸或分裂常常覆盖在铝工件30的表面上的具有机械韧性且电绝缘的难熔氧化物表面层，从而导致氧化层受到机械破坏，这有助于在焊接面64与铝工件30之间建立良好的机械、电和热接触。脊部82(或其他表面特征)当与钢工件32接触时并没有任何特定的功能，实际上，脊部82在焊接期间钢工件中达到的温度下快速塑性变形并平坦化，但未完全消除。焊接面68的圆顶形状是能够使焊接电极44在需要时在钢工件32内集中电流和热以形成铝钢点焊的特征。

返回参考图3，焊枪40可操作以使电流在第一与第二焊接电极42、44的表面对齐的焊接面64、68之间通过并在焊接位置WS处通过工件堆叠24。交换的电流优选为直流(DC)电流，其通过所示与第一和第二焊接电极42、44电联接的电源46传送。电源46优选为中频直流(MFDC)逆变电源，其包括MFDC变压器。MFDC变压器可从许多供应商购得，包括RomanManufacturing(Grand Rapids，MI)、ARO Welding Technologies(ChesterfieldTownship，MI)和Bosch Rexroth(Charlotte，NC)。传送的电流的特征由焊接控制器48控制。具体而言，焊接控制器48允许使用者编程焊接排程，该焊接排除设定在焊接电极42、44之间交换的电流的波形。焊接排程允许定制控制在任何指定时间的电流电平以及在任何指定的电流电平下的电流持续时间，等等，且进一步允许电流对降至毫秒以内的极小的时间增量内的变化作出响应这样的属性。

使用焊枪40形成需要的点焊以从结构上支撑多部件集成白车身组件10。现在参考图5，对工件堆叠24进行点焊以形成初始铝钢点焊106。形成初始铝钢点焊106通过在电极组42、44与工件30、32之间的第一相对位置处施加的夹紧力下，使第一焊接电极42的焊接面64和第二焊接电极44的焊接面68在焊接位置WS处分别压向工件堆叠24的第一侧26和第二侧28开始。焊接电极42、44所施加的力在4001b至20001b范围内，举例而言，优选为6001b至13001b。

一旦电极42、44压到适合位置，电极42、44就被初始供电以使电流在表面相对的焊接面64、68之间通过并穿过工件堆叠24。电流的通过产生热并在与钢工件相邻且接触的铝工件30内产生熔融铝焊接池102。熔融铝焊接池102润湿对焊接池102未贡献熔融材料的相邻的钢工件并自在铝工件与钢工件30、32之间建立的接合界面104穿入铝工件中，通常穿入的距离为铝工件厚度的10％至100％，且优选为20％至80％。一旦终止电流通过，熔融铝焊接池102尝试固化成初始焊接接头106，其意欲将铝和钢工件结合或钎焊在一起。在某些情形下，焊接接头106成功地将工件30、32结合/附接在一起，而在其他情形下，尝试的焊接头106有异常且尝试的焊接头106没有将工件30、32结合在一起或在工件30、32之间仅产生弱结合。

在每个焊接位置WS处在工件堆叠24内形成的铝焊接接头106的结构在接合界面104处本质上相同，而不论在堆叠24中是否包括任何另外的金属工件。若在诸如两个铝工件之间及/或两个钢工件之间的工件堆叠24(这些如图2A-2B所示)内建立任何另外的接合界面-即，除铝和钢工件之间建立的接合界面104之外的界面，则可能形成或不可能可形成为铝钢点焊106的部分的另外的焊接熔核。具体而言，若在工件堆叠24中包括一个或多个铝工件，则铝焊接接头106仅仅延伸穿过另外的重叠铝工件。然而，若在工件堆叠24中包括一个或多个钢工件，则除了铝焊接接头106外，可以在钢工件内形成独立的钢焊接熔核。

如图5中所示，在对工件30、32初始施加压力并经由第一和第二电极42、44在电极组42、44之间的第一相对位置使电流通过工件30、32以形成初始点焊接头尝试106之后，移除首次施加的压力并移开电极40、42使其不接触工件30、32。接着，移动第一和第二电极42、44及/或工件30、32，使得电极42、44和工件30、32在彼此相对的第二相对位置上。与第一相对位置类似，在第二相对位置上，使第一和第二电极42、44压向工件30、32的外侧26、28并使其用于经由电极组42、44的焊接面64、68对工件30、32施加压力(后续施加的压力)，且在第二相对位置使电流通过工件。在图6中，先前焊接位置表示为WS’，且电极的先前位置用虚线构型表示且标记为42’、44’。新的焊接位置表示为WS2。在图6中，重叠焊接接头的特征在于重叠焊接熔核106、110以及重叠部分111。此外，在外侧28上，工件30、32在铝工件30上将有重叠电极压印(最佳如图7所示)，且在钢工件32上有重叠电极压印，但图中未示出。一般而言，重叠焊接的限定特征为焊接熔核106、110的重叠产生扩大的熔核，其为熔核106、110的总和且具有重叠部分111。重叠量由熔核106的接合界面104的面积A和111所限定的交叉的接合界面104处的面积O确定，这样，重叠百分比为O除以A。

与第一相对位置相似，在电极42、44与工件30、32之间的第二相对位置上，在第二焊接位置WS2，将电极42、44压向工件30、32且使电流在表面相对的焊接面64、68之间通过并穿过工件堆叠24。电流的通过产生热并在与钢工件相邻的铝工件内产生熔融铝焊接池108。与焊接池102类似，熔融铝焊接池108润湿相邻的的钢工件32，且钢工件32自在铝工件与钢工件30、32之间建立的接合界面104穿入铝工件30中，通常穿入的距离为铝工件厚度的10％至100％，且更优选为其厚度的20％至80％。一旦终止电流通过，熔融铝焊接池108固化成重叠焊接接头110，其将铝和钢工件30、32结合或钎焊在一起并增强初始焊接接头106。在此实例中，初始焊接接头106成功地将工件30、32结合在一起，但额外的重叠焊接接头110增强了工件30、32之间的整体结合，其现在包括包含重叠的焊接接头106、110与重叠部分111的组合的焊接接头。这样，初始点焊接头尝试产生初始点焊接头106，其使第一工件30结合到第二工件32上，且重叠的焊接接头110进一步使第一工件30结合到第二工件32上。

重叠的焊接熔核106、110可重叠任何需要的量。在一些实例中，初始焊接熔核106与后续焊接熔核可重叠10-75％或25-50％。可在结合表面104处定义熔核106、110的重叠部分，使得重叠百分比为O除以A，可参考图6。

如上所述且如图2A和2B中所示，可在第一和第二工件30、32之间设置第三工件34、第四工件36或更多另外的工件，同样，另外的工件34、36将通过初始点焊接头106(若成功)和重叠点焊接头110点焊到第一和第二工件30、32上。

参考图7，所示为堆叠24的外表面26的平面图。此外，焊接印模112、114可重叠到图6中所示重叠的焊接熔核106、110。更具体而言，电极42(如图4-6所示)已在对应于工件30、32与电极42、44之间的第一和第二相对位置的外表面26中产生焊接压印、凹迹或印模112、114(为简化起见，下文称作印模)。电极42已在初始焊接接头106上产生焊接印模112。焊接印模112包括压印环113以及在每一个压印环113之间且高至对应于电极42的直径76的标记117(参见图4)的表面115，以及中心部分119。与之类似，电极42已在后续的重叠焊接接头110上产生焊接印模114，其包括压印环121以及在该等压印环每一个之间且高至对应于电极42的直径76的标记125(参见图4)的表面123，以及中心部分127。从图7可见，与焊接接头106、110本身类似，第一和第二焊接印模112、114重叠。在一实例中，与焊接接头106、110类似，焊接印模112、114重叠10-100％，或25-50％，但一般而言，焊接印模112、114重叠比焊接熔核接头106、110大得多的量。

在一实例中，诸如图7中所示的实例中，焊接印模112、114具有7-15毫米范围内的外直径。例如，图7中示出了刻度，其表示每个都等于5毫米的单位u。因此，可见焊接印模112、114形成环，其中最外圈环具有等于大约两个单位u或大约10毫米的直径。然而，应明白，该等直径可变化且可具有其他范围，这取决于应用。

现在参考图8，所示为在形成进一步的重叠焊接接头后，堆叠24的外表面26的平面图。除了形成焊接接头106、110的焊接印模112、114外，电极42(如图4-6中所示)还在对应于工件30、32与电极42、44之间的第三、第四和第五相对位置的外表面26中产生焊接印模116、120、124。电极42在与焊接接头110重叠的焊接接头118上产生焊接印模116，在与焊接接头118重叠的焊接接头122上产生焊接印模120，且在与焊接接头122重叠的焊接接头126上产生焊接印模124。从图8可见，第二和第三焊接印模114、116重叠，正如焊接接头110、118自身那样；第三和第四焊接印模116、120重叠，正如焊接接头118、122自身那样；且第四和第五焊接印模120、124重叠，正如焊接接头122、126自身那样。如上所述，与重叠的相邻的焊接接头106、110、118、122、126类似，相邻的焊接印模112、114、116、120、122可视需要重叠10-100％，或重叠25-50％。初始点焊接头106、第二点焊接头110、第三点焊接头118、第四点焊接头122以及第五点焊接头126在第一与第二工件30、32之间形成连续的焊接接头128。可以重叠偏移的方式形成任何数量的点焊接头106、110、118、122、126从而形成连续的焊接接头128，诸如两个、三个、四个、五个、六个、七个至“N”个重叠的点焊接头。因此，如图5-8所示，提供点焊工件组件，其包括通过多个重叠点焊接头106、110、118、122、126点焊在一起的第一和第二工件。

在图8的实例中，所示每个焊接接头106、110、118、122、126都具有比图7所示的方案小的直径。例如，每一焊接接头106、110、118、122、126都具有外直径约为4-7毫米或大约5毫米的焊接印模112、114、116、120、124。

现在参考图9，所示为另一堆叠224被拉离的平面图，且应明白，堆叠可包括上述任何工件的任何变型。在一实例中，堆叠最初包括铝或铝合金工件，其经点焊或尝试点焊至具有接合表面404的钢工件232上。当尝试形成初始焊接接头306时，电极(诸如图4-6中所示的电极42)已产生包含在接合表面404中的焊接熔核的焊接印迹或接触区域312，但焊接接头306变冷且有异常，并未形成良好的结合。因此在初始焊接尝试后很容易从钢工件232拉离铝工件，如图9中左侧上所示。接触区312显示没有明显量的铝粘到钢表面404上。因此，未形成焊接接头或未形成足够的焊接接头。焊接接触区312具有整体边界印迹313。

为实行修复已知较弱或怀疑较弱的焊接的方法，如本文所揭示，将工件与电极在与形成初始焊接接头尝试306时相同或实质相同的位置再对准。例如，电极44可与焊接接触区312和接触区边界313，以及工件232的外侧上形成的电极印模对准，且另一电极42可与第一工件上形成的焊接印模(未示出)对准，该焊接印模是由于首次焊接尝试未成功所致。然后，该相对的电极对在首次尝试的焊接306处再次进行点焊操作以重新熔融铝工件(未示出)。例如，使用电极以经由电极组的焊接面在与初始焊接印迹312重叠的接触点处对工件施加压力，且使电流通过电极以在第一与第二工件之间形成修复的点焊接头。

参考图9的右侧，在对修复的焊接接头实行重叠点焊后，撕开或拉离铝以显露出结合到钢工件232下方的铝的焊接“扣”314，其包括来自形成在并附接到钢接合表面404上的铝的若干环229。这表明已形成高质量的修复焊接接头。

可在第一次焊接尝试306后任何需要的时间量产生修复的点焊接头。例如，在某些变型中，人们可以等待一段时间，诸如直至工件在形成第一次焊接尝试306后已冷却至室温，接着通过在电极组与工件之间与用于形成初始点焊接头尝试306相同的相对位置处对工件施加压力来实行重叠焊接接头。在某些变型中，在实行初始焊接尝试306与实行重叠焊接之间的时间段短得多，诸如仅有至少一秒、两秒或几秒的间隔。在其他变型中，在实行初始焊接尝试306与实行重叠焊接之间没有最小时间段。

在图9的实例中，与图7所示的方案类似，修复的焊接接头310可具有大约7-15mm、或大约10mm的外直径D。

修复的重叠焊接310可与初始焊接尝试306完全重叠或实质上重叠。例如，重叠焊接所形成的焊接熔核可重叠95-100％。在一些实例中，在初始焊接尝试中形成的焊接熔核将被第二次焊接形成的熔核100％消耗。同样，当修复焊接时形成的修复焊接印模314在重叠焊接接头所形成的接合表面315处具有整个接触区边界。修复焊接的接触区边界315与初始整个接触区边界313可95-100％重叠。在所示实例中，重叠的整个接触区边界315比初始整个接触区边界313大。因此，重叠的整个接触区边界315与100％的初始整个接触区边界313重叠。

在全部实例中，焊枪40可配置成使得每一点焊接头或尝试的焊接接头106、110、118、122、126、306、310根据其自己独有的焊接排程形成，该等焊接排程取决于规格、工件基材组成、工件表面涂层组成、堆叠厚度等。而且，虽然可采用任何适合的焊接排程来实现铝钢点焊或尝试的焊接106、110、118、122、126、306的形成，但尤其优选的焊接排程公开在美国专利申请公开第2017/0106466号中，其全文以引用的方式并入本文中。

具体描述和附图支持和描述了本公开的许多方面。本文所述的元素可在各种实例之间组合或交换。例如，除了描述为不同之外，结合图1-8所述的细节可应用于图9中所示的实例。虽然已具体描述了某些方面，但存在不同替代性方面以实践所附权利要求书中所定义的本发明。本公开仅为示例性的且本发明仅有所附权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种电阻点焊工件堆叠的方法，所述方法包括：

提供第一工件堆叠，其包括至少金属第一工件和金属第二工件，所述第一工件由铝和铝合金中之一形成；

提供一组相对的焊接电极，其包括第一电极和第二电极，所述第一电极具有第一焊接面且所述第二电极具有第二焊接面，在所述电极组与所述工件之间的第一相对位置处使所述第一电极首次置于所述第一工件的一侧上，且在所述电极组与所述工件之间的所述第一相对位置处使所述第二电极首次置于所述第二工件的一侧上；

在所述电极组与所述工件之间的所述第一相对位置处，经由所述电极组的所述焊接面对所述工件初始施加初始压力，且经由所述电极加热所述工件以在所述第一与第二工件之间形成初始点焊接头尝试；

在经由所述焊接对所述工件初始施加所述初始压力后移除所述初始施加的压力；以及

在移除所述初始施加的压力后，经由所述电极组的所述焊接面对所述工件施加后续的压力且经由所述电极加热所述工件，以在所述第一与第二工件之间形成重叠点焊接头，所述重叠点焊接头与所述初始点焊接头尝试重叠。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二工件由钢合金形成且所述第一工件由铝和铝合金中之一形成，所述方法进一步包括：

在所述初始施加压力期间，使所述第一工件与所述第一焊接面接触；

在移除所述初始施加的压力的步骤期间，移除所述第一焊接面与所述第一工件之间的接触；以及

在所述后续施加压力期间，使所述第一工件与所述第一焊接面接触，

其中，通过使电流经由所述电极在所述工件之间通过来实现加热所述工件的步骤；

其中所述重叠点焊接头与所述初始点焊接头尝试95-100％重叠。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，对所述工件后续施加所述后续压力的步骤在所述电极组与所述工件之间的所述第一相对位置处实行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述初始点焊接头尝试导致有异常的焊接，所述方法进一步包括在对所述工件施加所述初始压力的步骤之后且在对所述工件施加后续压力的步骤之前，等待预定的时间段，所述预定的时间段为至少1秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二工件由钢合金形成且所述第一工件由铝和铝合金中之一形成，所述方法进一步包括：

在所述初始施加压力期间，使所述第一工件与所述第一焊接面接触；

在移除所述初始施加的压力的步骤期间，移除所述第一焊接面与所述第一工件之间的接触；以及

在所述后续施加压力期间，使所述第一工件与所述第一焊接面接触，

其中，加热所述工件的步骤通过经由所述电极使电流在所述工件之间通过来实现，且对所述工件后续施加所述后续压力的步骤在所述电极组与所述工件之间的第二相对位置中实行，所述第二相对位置不同于所述第一相对位置，其中，所述重叠点焊接头形成与通过所述初始点焊接头尝试形成的初始熔核重叠的重叠熔核，所述重叠熔核与所述初始熔核在接合界面10-75％重叠，其中，所述初始点焊接头尝试产生使所述第一工件接合到所述第二工件的初始点焊接头，所述重叠焊接接头进一步使所述第一工件接合到所述第二工件。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述重叠点焊接头为第二点焊接头，所述方法进一步包括：

在随后施加所述后续压力后，移除所述随后施加的压力；以及

经由所述焊接面对所述工件第三次施加压力，且在所述电极组与所述工件之间的第三相对位置处加热所述工件，以在所述第一与第二工件之间形成第三点焊接头，在所述电极组与所述工件之间的所述第三相对位置不同于所述电极组与所述工件之间的所述第一和第二相对位置中的每一个，所述第三重叠点焊接头与所述第二点焊接头重叠，使得所述初始点焊接头、所述第二点焊接头与所述第三点焊接头在所述第一与第二工件之间形成连续的点焊接头。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：在所述第一与第二工件之间设置金属第三工件，所述第三工件经由所述重叠点焊接头点焊到所述第一和第二工件上，位于其间的所述第三工件由以下之一材料形成：钢合金、铝以及铝合金。

8.一种点焊工件组件，包括：

金属第一工件；以及

金属第二工件，其通过多个重叠点焊接头点焊到所述第一工件上，每一个重叠点焊接头与所述多个重叠点焊接头中的另一个重叠点焊接头10-100％重叠。

9.根据权利要求8所述的点焊工件组件，所述第二工件由钢合金形成且所述第一工件由铝和铝合金中之一形成，其中，每一个重叠点焊接头与所述多个重叠点焊接头中的另一个重叠点焊接头95-100％重叠。

10.根据权利要求8所述的点焊工件组件，所述第二工件由钢合金形成且所述第一工件由铝和铝合金中之一形成，其中，每一个重叠点焊接头形成焊接熔核，所述焊接熔核与所述多个重叠点焊接头中的另一个重叠点焊接头的焊接熔核在所述第一与第二工件的接合界面处10-75％重叠。