CN112676685A - 钢与钛之间的高强度接头 - Google Patents

钢与钛之间的高强度接头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钢与钛之间的高强度接头。一种连接零件的方法，其中，零件中的至少一个零件具有在其中限定沟槽的搭接表面。零件中的一个零件由大部分的钛形成，并且另一零件由大部分的铁形成。方法包括提供设置在每个零件的侧面上的一组对置焊接电极，并经由该组电极对零件施加压力并加热零件以在零件之间形成接头。结合组件包括由大部分的钛形成的第一零件和由钢合金形成的第二零件。第一和第二零件具有包括直接与第二零件的一部分接触并附接到第二零件的一部分的第一零件的一部分的接合部。零件可以是结合至钢齿轮的含钛差速器前壳外壳。

Description

钢与钛之间的高强度接头
技术领域
本公开的技术领域大体上涉及钢与钛的焊接。
背景技术
车辆的轻量化已是车辆制造商为满足日益严格的排放需求的重要举措。在保持期望的强度的同时减轻重量的一种方式可包括由钛生产某些部件。尽管钛对于某些部件可能是合乎需要的，但其不一定对每个部件都是合乎需要的。因此，如果将钛部件用于汽车中，则它们必须附接至非钛部件。然而，钛与其它材料通过焊接的连接已被证明是困难并且无效的。这是因为在结合界面处形成了脆性金属间相，特别是当试图将钛焊接至钢时。其结果是在焊接界面处的热裂纹和冷裂纹以及部件的分裂。
这些挑战使得在钛部件与钢部件之间产生强的接头变得困难，甚至不可能。因此，钛与钢之间的连接技术的进步是期望的。
发明内容
本公开提供一种将钛零件坚固地焊接至钢零件的方式，其可特别地用于汽车应用中，诸如在不将任何填充材料设置在它们之间的情况下将钛差速器前壳外壳（differential carrier case）连接至钢齿轮。沟槽可形成到钢(或钛)的搭接表面中，以在钢侧面提供更大的电流密度，导致在不过量形成脆性金属间化合物材料的情况下将材料熔化到一起的钛-钢接头。在焊接过程期间可挤出任何不合需要的金属间化合物。钢零件和铝零件的搭接表面还可相对于焊接压力轴线或零件的轴线沿着一角度设置，这在电阻焊接过程期间也减少界面处的金属间化合物材料的形成。
在可与在本文所公开的其它形式连接或分开的一种形式中，提供一种连接不同材料的方法，其包括提供第一和第二零件，其中，第二零件具有在其中限定多个沟槽的搭接表面，并且该多个沟槽由多个凸起部分分开。第一和第二零件中的一个零件由大部分的钛形成，并且第一和第二零件中的另一零件由大部分的铁形成。方法还包括提供一组对置焊接电极，该组对置焊接电极包括第一电极和第二电极。第一电极设置在第一零件的侧面上，并且第二电极设置在第二零件的侧面上。方法还包括经由该组电极向第一和第二零件施加压力并经由电极加热第一和第二零件，以在第一与第二零件之间形成接头。
在可与在本文所公开的其它形式连接或分开的另一形式中，提供一种结合组件，其包括由大部分的钛形成的第一零件和由钢合金形成的第二零件。第一和第二零件形成接合部，该接合部包括直接与第二零件的一部分接触并附接到该第二零件的一部分的第一零件的一部分。第一与第二零件在不使用机械联锁、紧固件或粘合剂材料的情况下被结合。
在可与在本文所公开的其它形式连接或分开的又一形式中，提供一种差速器总成，其包括由大部分的钛形成的前壳外壳和由钢合金形成的齿轮。前壳外壳通过多个接合部附接至齿轮。每个接合部包括直接与齿轮的一部分接触并附接到该齿轮的一部分的前壳外壳的一部分。
可选地可提供另外的特征，包括但不限于以下内容：每个凸起部分在施加压力的步骤之前具有初始高度；施加压力的步骤包括至少部分地将多个凸起部分压缩至小于初始高度的已加工高度；其中，经由电极加热第一和第二零件包括利用电容放电焊接过程；提供作为由大部分的钛形成的前壳外壳的第一零件和提供作为钢齿轮的第二零件；其中，施加压力包括沿着压力轴线在轴向方向上施加压力；第一零件限定搭接表面，搭接表面相对于压力轴线成一角度设置，角度在10度至80度的范围内；第一零件的搭接表面至少接触第二零件的搭接表面的凸起部分；钢齿轮限定沿着齿轮的半径延伸的径向平面；前壳外壳具有相对于径向平面成10与80度之间的角度延伸的前壳搭接表面；齿轮的齿轮搭接表面接触前壳外壳的前壳搭接表面；前壳搭接表面与径向平面之间的角度在30至60度的范围内；第一零件限定大体上垂直于压力轴线的止动表面；第二零件限定肩部；在施加压力的步骤期间将止动表面压靠在肩部上；钢齿轮还限定与径向平面平行或共面的止动表面；前壳外壳包括肩部；在施加压力的步骤期间将止动表面压靠在肩部上；和使搭接表面中的至少一个搭接表面机械地变粗糙，以限定在4与25微米之间的平均二维表面粗糙度Ra。
包含钛的零件可由纯钛或诸如含钛材料的钛合金形成，所述钛合金基本上包括：重量百分比为0至8的铝；重量百分比为0至8的钒；重量百分比为0至4的钼；重量百分比为0至6的铬；重量百分比为0至7的铌；重量百分比为0至5的锆；重量百分比为0至3的铁；和余量的钛。
包含钢的零件可由钢合金形成，所述钢合金基本上包括：重量百分比为0.15至0.30的碳；重量百分比为0.4至1.6的铬；重量百分比为0.4至1.80的锰；重量百分比为0至2.00的镍；重量百分比为0至0.6的钼；重量百分比为0至0.5的钒；重量百分比为0至0.5的铌；和余量的铁。
另外的附加特征可选地可包括以下内容：第二零件具有从接合部延伸并直接与接合部相邻的未结合表面；未结合的表面在其中限定多个沟槽；该多个沟槽由多个凸起部分分开；齿轮限定可延伸通过齿轮的中心的旋转轴线；齿轮的搭接表面相对于旋转轴线成一角度设置；该角度在10度至80度的范围内；该角度在30至60度的范围内；齿轮限定垂直于旋转轴线的止动表面；前壳外壳具有从肩部延伸的锥形部分；并且与齿轮的一部分直接接触并附接的前壳外壳的那部分包括前壳外壳的锥形部分。
本发明提供以下技术方案：
1. 一种连接不同材料的方法，所述方法包括：
提供第一零件；
提供第二零件，所述第二零件具有在其中限定多个沟槽的搭接表面，其中，所述多个沟槽由多个凸起部分分隔开，其中，所述第一和第二零件中的一个由大部分的钛形成，并且所述第一和第二零件中的另一个由大部分的铁形成；
提供一组对置焊接电极，该组对置焊接电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述第一零件的侧面上，并且所述第二电极设置在所述第二零件的侧面上；
经由该组电极向所述第一和第二零件施加压力并经由所述电极加热所述第一和第二零件，以在所述第一与第二零件之间形成接头。
2. 根据方案1所述的方法，其中，每个凸起部分在施加压力的步骤之前具有初始高度，施加压力的步骤包括至少部分地将所述多个凸起部分压缩至小于所述初始高度的已加工高度。
3. 根据方案1所述的方法，其中，经由所述电极加热所述第一和第二零件的步骤包括利用电容放电焊接过程。
4. 根据方案1所述的方法，还包括提供作为由大部分的钛形成的前壳外壳的所述第一零件和提供作为钢齿轮的所述第二零件。
5. 根据方案1所述的方法，其中，施加压力的步骤包括沿着压力轴线在轴向方向上施加压力，所述第一零件限定搭接表面，所述搭接表面相对于所述压力轴线成一角度设置，所述角度在10度至80度的范围内，所述第一零件的搭接表面至少接触所述第二零件的搭接表面的凸起部分。
6. 根据方案4所述的方法，其中，所述搭接表面是齿轮搭接表面，所述钢齿轮限定沿着所述齿轮的半径延伸的径向平面，所述前壳外壳具有前壳搭接表面，所述前壳搭接表面相对于所述径向平面成10与80度之间的角度延伸，所述前壳搭接表面至少接触所述前壳搭接表面的凸起部分。
7. 根据方案6所述的方法，其中，在所述前壳搭接表面与所述径向平面之间的角度在30至60度的范围内。
8. 根据方案5所述的方法，其中，所述第一零件限定大体上垂直于所述压力轴线的止动表面，所述第二零件限定肩部，所述方法还包括在施加压力的步骤期间将所述止动表面压靠在所述肩部上。
9. 根据方案6所述的方法，其中，所述钢齿轮还限定与所述径向平面平行或共面的止动表面，所述前壳外壳包括肩部，所述方法还包括在施加压力的步骤期间将所述止动表面压靠在所述肩部上。
10. 根据方案5所述的方法，还包括使所述搭接表面中的至少一个搭接表面机械地变粗糙，以限定在4与25微米之间的平均二维表面粗糙度Ra。
11. 根据方案5所述的方法，还包括由含钛材料形成所述第一零件，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛。
12. 根据方案11所述的方法，还包括由钢合金形成所述第二零件，所述钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
13. 一种结合组件，包括：
第一零件，其由大部分的钛形成；
第二零件，其由钢合金形成，所述第一和第二零件形成接合部，所述接合部包括直接与所述第二零件的一部分接触并附接到所述第二零件的一部分的所述第一零件的一部分，所述第一和第二零件在不使用任何以下特征的情况下被结合：机械联锁、紧固件和粘合剂材料。
14. 根据方案13所述的结合组件，其中，所述第二零件具有从所述接合部延伸并直接与所述接合部相邻的未结合表面，所述未结合表面在其中限定多个沟槽，所述多个沟槽由多个凸起部分分隔开。
15. 根据方案13所述的结合组件，其中，所述第二零件是由钢形成的齿轮，所述齿轮限定旋转轴线，所述齿轮的齿轮搭接表面相对于所述旋转轴线成一角度设置，所述角度在10度到80度的范围内。
16. 根据方案15所述的结合组件，其中，所述角度在30至60度的范围内。
17. 根据方案16所述的结合组件，其中，所述齿轮限定垂直于所述旋转轴线的止动表面，所述第一零件包括接触所述止动表面的肩部。
18. 根据方案15所述的结合组件，其中，所述第一零件由含钛材料形成，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛，并且形成所述第二零件的钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
19. 一种差速器总成，包括：
由大部分的钛形成的前壳外壳；和
由钢合金形成的齿轮，所述前壳外壳通过多个焊接接头附接至所述齿轮，每个焊接接头包括直接与所述齿轮的一部分接触并附接到所述齿轮的一部分的所述前壳外壳的一部分。
20. 根据方案19所述的差速器总成，其中，所述齿轮限定延伸通过所述齿轮的中心的旋转轴线，所述齿轮的齿轮搭接表面相对于所述旋转轴线成一角度设置，所述角度在10度至80度的范围内，所述齿轮限定垂直于所述旋转轴线的止动表面，所述前壳外壳包括接触所述止动表面的肩部和从所述肩部延伸的锥形部分，直接与所述齿轮的一部分接触并附接到所述齿轮的一部分的所述前壳外壳的一部分包括所述前壳外壳的所述锥形部分，所述前壳外壳由含钛材料形成，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛，并且形成所述齿轮的钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
以上及其它的优点和特征将从以下的详细说明和附图对本领域的技术人员变得明了。
附图说明
在此描述的附图仅用于图示目的，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1A是根据本公开的原理的差速器总成的一侧的透视图，其包括前壳外壳和齿轮，前壳外壳与齿轮通过电阻焊接接头被结合到一起；
图1B是根据本公开的原理的图1A的差速器总成的另一侧的透视图；
图1C是根据本公开的原理的沿着图1B中的线1C-1C截取的图1A-1B的差速器总成的剖视图；
图2A是根据本公开的原理的在将齿轮连接至前壳外壳之前的图1A-1C的差速器总成的齿轮的透视图；
图2B是根据本公开的原理的在将前壳外壳连接至齿轮之前的图1A-1C的差速器总成的前壳外壳的透视图；
图2C是根据本公开的原理的图2A的齿轮的侧剖视图；
图2D是根据本公开的原理的图2B的前壳外壳的侧视图；
图3A是根据本公开的原理的图1A-1C的齿轮和前壳外壳的一部分的剖视图，其中，齿轮与前壳外壳被示出在进行焊接操作之前彼此相邻设置，并具有与齿轮和前壳外壳相邻设置的一对电极；
图3B是图示根据本公开的原理的电容放电电阻环(CDRR)焊接的方法的方框图，该方法可用于结合图1A-1C所图示的差速器总成；
图4A是图示根据本公开的原理的图1A-1C和图3A的齿轮和前壳外壳的一部分的剖视图，其中，齿轮与前壳外壳借助于图3B的焊接操作附接到一起；
图4B是根据本公开的原理的图1A-1C和4A的结合到一起的齿轮和前壳外壳的一部分的剖切透视图；
图4C是根据本公开的原理的图1A-1C和图4A-4B的结合到一起的齿轮和前壳外壳的另一部分的剖切透视图；和
图5是根据本公开的原理的结合到一起的齿轮和前壳外壳的另一变型的剖视图。
具体实施方式
公开了一种电阻焊接的方法，其包括在钛基材料与钢之间形成焊接接头或接合部。还公开了一种由此产生的工件组件，包括被连接的钛差速器前壳外壳和钢齿轮。在搭接表面上提供沟槽、以及相对于由焊接电极施加的压力通过的轴线成角度或者相对于被焊接到一起的两个零件的轴线成角度提供搭接表面，减少了在搭接界面处的脆性金属间化合物，并导致高强度的钛-钢接头。
现在参考图1A-1C，提供了一种焊接组件并且大体上在10处标识。焊接组件10包括焊接至钢齿轮14的钛(或钛合金)差速器前壳外壳12，钢齿轮14支承在其外表面上的多个齿轮齿16。多个焊接接头18在前壳外壳12与钢齿轮14之间的搭接界面20处将前壳外壳12与齿轮14连接到一起。
现在参考图2A-2D，图示了在结合到一起以形成图1A-1C所示的差速器总成10之前的齿轮14和前壳外壳12。钢齿轮14具有由围绕齿轮14的大体上圆锥形的内表面28的凹谷26分隔开的多个突出部分24。每个突出部分24在其中限定由多个凸起部分32分开的多个沟槽30。前壳外壳12也具有其自己的突出部分34，其由围绕前壳外壳12的大体上圆锥形的外表面38的凹谷36分隔开。
如图3A所示，齿轮14的突出部分24与前壳外壳12的突出部分34对准，以在前壳外壳12与齿轮14之间形成用于将前壳外壳12连接至齿轮14的焊接操作的搭接界面20。凹谷26、36在突出部分24、34之间相互对准。突出部分24、34各自分别地限定搭接表面35、37，所述搭接表面35、37一起限定搭接界面20。为了进行焊接操作，第一电极38邻接前壳外壳12的面对电极的表面40设置，并且第二电极42邻接钢齿轮14的面对电极的表面44设置。
现在参考图3B并且继续参考图3A，本公开提供了方框图所图示的连接不同材料的方法100。方法100包括提供诸如前壳外壳12的第一零件的步骤102。方法100还包括提供诸如齿轮14的第二零件的步骤104，其中，第二零件14具有在其中限定多个沟槽30的搭接表面35，该多个沟槽30由多个凸起部分32分开，并且其中，第一和第二零件12、14中的一个零件由大部分的钛形成，并且第一和第二零件12、14中的另一零件由大部分的铁形成。
方法100还包括提供一组对置焊接电极的步骤106，该组对置焊接电极包括第一电极38和第二电极38，第一电极38设置在第一零件12的侧面40上，并且第二电极42设置在第二零件14的侧面44上。方法100还包括经由该组电极38、42向第一和第二零件12、14施加压力并经由电极38、42加热第一和第二零件12、14的步骤108，以在第一与第二零件12、14之间形成接头。
参考图4A，焊接操作使搭接表面35、37熔化到一起以形成焊接接头46，其中，前壳外壳12的钛至少部分地填入钢搭接表面35的沟槽30中，并且在许多示例中，沟槽30之间的尖峰32完全熔化。因而，焊接操作使凸起部分32尺寸减小，并且在一些情况下，使凸起部分32完全熔化为不存在。接头46可包含来自齿轮14的钢和来自前壳外壳12的钛。
钢齿轮14限定旋转轴线X，其还是齿轮14的中心沿着设置的轴线。在图示的示例中，钢齿轮14的搭接表面35相对于旋转轴线X和平行于旋转轴线X的任何轴线X’成角度A设置。角度A可在10度至80度的范围内，或者在其它示例中，角度A可在30度至60度的范围内。前壳外壳12的搭接表面37设置成与钢齿轮14的搭接表面35接触并且大体上平行于搭接表面35，并且因此，前壳外壳12的搭接表面37也相对于旋转轴线X和平行轴线X’成角度A设置。前壳外壳12的搭接表面37至少接触齿轮14的搭接表面35的凸起部分32。
前壳外壳12可限定沿着前壳外壳12的半径延伸的径向轴线R。前壳外壳12的径向轴线R垂直于齿轮14的轴线X。前壳外壳搭接表面37相对于径向轴线R成角度B设置。由于齿轮搭接表面35大体上设置成与前壳外壳12的搭接表面37共面并且平行，所以齿轮搭接表面35相对于径向轴线R和平行于径向轴线R的任何轴线成角度B设置。角度B可在10度至80度的范围内，或者在一些示例中，角度B可在30度至60度的范围内。
在通过电极38、42施加热和压力以将零件12、14成整体固定到一起之前，零件12、14可通过一个或多个夹具装置相对于彼此定位并支撑，以将零件12、14形成为重叠的工件，焊接操作将在重叠的工件上进行。如有需要，可选地可在每个堆叠中的搭接工件之间包括中间有机材料、诸如焊透粘合剂或密封剂。尽管在该示例中的工件堆叠仅包括钢齿轮14和前壳外壳12，但在工件堆叠中可包括另外的金属或零件层。例如，工件堆叠替代性地可包括电极28、42对其作用的三个、四个或更多的部件。
如上所述，作为示例，钢齿轮14可由钢形成，并且前壳外壳12可由非合金钛或钛合金形成。例如，如果是合金的，则钛合金可至少包括大部分的钛，并且在一些情况下，重量百分比至少为67的钛。在一个示例中，前壳外壳12由基本上包括0至8重量百分比……的钛合金形成。
钢齿轮14可由任何各种各样的强度和等级形成，并且可以是涂层的或无涂层的。所使用的钢可以是热轧或冷轧的，并且可由软钢、无间隙钢、烘烤硬化钢、高强度低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢、复相(CP)钢、马氏体(MART)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢、孪生诱发塑性(TWIP)钢和/或诸如当钢包括冲压硬化钢(PHS)时的硼钢组成。如果有涂层，则钢齿轮14可包括锌(例如，热浸镀锌的或电镀锌的)、锌铁合金(例如，镀锌层扩散处理的或电沉积的)、锌镍合金、镍、铝、铝镁合金、铝锌合金或铝硅合金的表面层，它们中的任何一种可具有达到50μm的厚度。
在一个示例中，齿轮14可由钢合金形成，所述钢合金基本上包括：重量百分比为0.15至0.30的碳、重量百分比为0.4至1.6的铬、重量百分比为0.4至1.80的锰、重量百分比为0至2.00的镍、重量百分比为0至0.6的钼、重量百分比为0至0.5的钒、重量百分比为0至0.5的铌和余量的铁。
在一些变型中，钢齿轮14可为了更好的耐磨性而通过渗碳热处理。在这样的情况下，钢齿轮14可在其表面处、诸如搭接表面35处包含比从其外表面向内在钢齿轮14内的中心或其它部分处更大的量的碳。在一些示例中，方法100可在不使钢齿轮14的搭接表面35脱碳的情况下进行，因为沟槽30和角度A、B即使在不脱碳的情况下也提供良好的焊接接头。沟槽30在钢侧面的沟槽30处提供热的集中，这减少在接头46处的金属间化合物材料的形成。有角度的搭接表面35、37还减少由于有角度的表面35、37的剪切应力引起的金属间化合物的形成。因而，施加压力和热以形成接头的步骤108可在不使第二零件14的钢合金脱碳的情况下进行，因为金属间化合物的形成可在无需脱碳的情况下减少。
电极38、42可形成焊枪的一部分，所述焊枪可用于在前壳外壳12与齿轮14之间形成焊接点，以将它们固定到一起。如在本文所使用的，“焊接”或“焊接的”用于指示连接的电阻焊接过程，其包括通过使电流通过以电阻地加热相邻工件来加热相邻的工件，直到工件中的至少一个工件在搭接界面处熔化以将相邻的工件连接到一起。类似地，短语“焊接”在此还用作通用术语，其包含将重叠的铝工件或重叠的钢工件熔焊到一起的焊接结构以及在进行焊接的每个焊接部位处将铝工件和相邻的重叠钢工件焊接结合或铜焊到一起的焊接接头结构。
第一和第二焊接电极38、42可机械地并且电气地联接至焊枪(未示出)，其可支持形成快速连续的滚焊或点焊。焊枪例如可以是C型枪或X型枪、或者是某种其它类型。焊枪可与电源或电容器组相关，其根据由焊接控制器管理的一个或多个编程焊接进度表在焊接电极38、42之间输送电流。焊枪还可装配有与冷却剂管线和相关的控制装备，以便在焊接操作期间将诸如水的冷却流体输送至焊接电极38、42中的每一个，以帮助管理电极38、42的温度。作为示例，电极38、42可成形为连续的或分段的环。
在它们相对于零件12、14的定位方面，第一焊接电极38定位成与前壳外壳12的侧面40接触，并且第二焊接电极42定位成与齿轮14的侧面44接触。在一些示例中，焊枪臂(未示出)可操作以使焊接电极38、42朝彼此靠拢或夹紧，并且一旦使电极38、42与它们相应的工件堆叠侧面40、44接触，就在焊接部位处对由零件12、14形成的工件堆叠施加夹紧力。电极38、42在焊枪操作以进行焊接的每个情况期间传送电流。电极可具有任何类型的期望的端部，诸如球形鼻部、多环圆顶、表面纹理或任何其它期望的构造。焊枪(未示出)可操作以使电流在电极38、42之间通过并在焊接部位处通过零件12、14。
交换的电流可以是由与第一和第二焊接电极38、42电连通的电源(未示出)输送的DC(直流)电流。在一些变型中，可使用电容放电焊接方法，使得通过大的电容器组(未示出)提供通过电极38、42释放的焊接能量。因此，焊接时间可以是短并且集中的。可施加一个或多个脉冲。
施加压力的步骤108可包括沿着压力轴线、例如钢零件轴线X或平行于零件轴线X的任何轴线X’在轴向方向上施加压力。前壳外壳12限定在搭接平面P中的搭接表面37，搭接平面P相对于压力轴线X(在该示例中，其是与旋转轴线X相同的轴线)并相对于平行轴线X’成角度A布置。如上所述，角度A在10度至80度的范围内，或者更优选地在30至60度的范围内。在焊接之前，前壳外壳12的搭接表面37至少接触齿轮14的搭接表面35的凸起部分32。如上所述，前壳外壳12限定沿着前壳外壳12的半径延伸的径向平面或轴线R，并且搭接平面P相对于径向平面或轴线R成角度B设置。角度B也在10与80度之间，或者在一些变型中，在30至60度的范围内。
相对于压力轴线X成角度设置搭接表面35、37允许由剪切应力引起的金属间化合物材料的形成减少。当金属间化合物材料的形成减少时，由于金属间化合物引起脆性，所以焊接接头更强。
前壳外壳12限定大体上垂直于压力轴线X的止动表面48。止动表面48可被限定在从前壳外壳12延伸的突出部50上。齿轮14限定肩部52。连接零件12、14的方法100可包括在施加压力的步骤106期间将止动表面48压靠在肩部52上，使得当将零件12、14连接到一起时，止动表面48靠在肩部52上。在连接过程期间，沿着压力轴线X施加压力，从搭接界面20挤出金属间化合物，并且当施加压力时，止动表面48和肩部52防止零件12、14彼此滑动经过。为了提供进一步的支撑，齿轮14还可限定止动表面54，其与径向平面或径向轴线R平行或共面，并且前壳外壳12可包括肩部56。方法100还可包括在施加压力的步骤106期间将止动表面54压靠在肩部56上。因而，当将零件12、14连接到一起时，如图4A所示，前壳外壳12的肩部56靠在齿轮14的止动表面54上。
为了在齿轮14与前壳外壳12之间进一步提供强的焊接接头46，可使搭接表面35、37中的至少一个搭接表面机械地变粗糙，以在搭接表面35、37中限定在4与25微米之间的平均二维表面粗糙度Ra。
现在参考图4B和4C，图示了结合组件10的剖切透视图。图4B示出了组件10的一部分，其具有被焊接到一起以形成接头46的齿轮14和前壳外壳12的突出部分24、26。图4C示出了对准到一起并且不形成接头46的齿轮14和前壳外壳12中的每一个的凹谷34、36，因为凹谷34、36在齿轮14与前壳外壳12之间形成间隙g。因而，沿着齿轮14的锥形内表面28和前壳外壳12的锥形外表面38，存在由凹谷26、36形成的交替的接头46和间隙g。
现在参考图5，图示了差速器总成210的另一变型，其包括前壳外壳212和齿轮214。在所有方面中，除了在该差速器总成210中，齿轮214的搭接表面235上的凸起部分232在通过电极施加热时没有完全熔化掉之外，差速器总成210可与所示并如以上所述的差速器总成10相同。因此，每个凸起部分232具有比凸起部分232在进行焊接操作之前具有的初始高度小的已加工高度i2。已加工高度i2可以是初始高度的70%，或者已加工高度i2可小于初始高度的70%。
详细说明和附图或图形支持并描述本公开的许多方面。在本文所描述的元件可在各种示例之间组合或替换。尽管已详细描述了某些方面，但存在用于实践如所附权利要求所限定的本发明的各种替代性方面。本公开仅是示例性的，并且本发明仅由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种连接不同材料的方法，所述方法包括：
提供第一零件；
提供第二零件，所述第二零件具有在其中限定多个沟槽的搭接表面，其中，所述多个沟槽由多个凸起部分分隔开，其中，所述第一和第二零件中的一个由大部分的钛形成，并且所述第一和第二零件中的另一个由大部分的铁形成；
提供一组对置焊接电极，该组对置焊接电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置在所述第一零件的侧面上，并且所述第二电极设置在所述第二零件的侧面上；
经由该组电极向所述第一和第二零件施加压力并经由所述电极加热所述第一和第二零件，以在所述第一与第二零件之间形成接头。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个凸起部分在施加压力的步骤之前具有初始高度，施加压力的步骤包括至少部分地将所述多个凸起部分压缩至小于所述初始高度的已加工高度，其中，经由所述电极加热所述第一和第二零件的步骤包括利用电容放电焊接过程。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括提供作为由大部分的钛形成的前壳外壳的所述第一零件和提供作为钢齿轮的所述第二零件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，施加压力的步骤包括沿着压力轴线在轴向方向上施加压力，所述第一零件限定搭接表面，所述搭接表面相对于所述压力轴线成一角度设置，所述角度在10度至80度的范围内，所述第一零件的搭接表面至少接触所述第二零件的搭接表面的凸起部分。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述搭接表面是齿轮搭接表面，所述钢齿轮限定沿着所述齿轮的半径延伸的径向平面，所述前壳外壳具有前壳搭接表面，所述前壳搭接表面相对于所述径向平面成10与80度之间的角度、并优选地在30至60度的范围内的角度延伸，所述前壳搭接表面至少接触所述前壳搭接表面的凸起部分。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述第一零件限定大体上垂直于所述压力轴线的止动表面，所述第二零件限定肩部，所述方法还包括在施加压力的步骤期间将所述止动表面压靠在所述肩部上；所述钢齿轮还限定与所述径向平面平行或共面的止动表面，所述前壳外壳包括肩部，所述方法还包括在施加压力的步骤期间将所述止动表面压靠在所述肩部上；所述方法还包括：
使所述搭接表面中的至少一个搭接表面机械地变粗糙，以限定在4与25微米之间的平均二维表面粗糙度Ra；
由含钛材料形成所述第一零件，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛；以及
由钢合金形成所述第二零件，所述钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
7.一种结合组件，包括：
第一零件，其由大部分的钛形成；
第二零件，其由钢合金形成，所述第一和第二零件形成接合部，所述接合部包括直接与所述第二零件的一部分接触并附接到所述第二零件的一部分的所述第一零件的一部分，所述第一和第二零件在不使用任何以下特征的情况下被结合：机械联锁、紧固件和粘合剂材料。
8.根据权利要求7所述的结合组件，其中，所述第二零件具有从所述接合部延伸并直接与所述接合部相邻的未结合表面，所述未结合表面在其中限定多个沟槽，所述多个沟槽由多个凸起部分分隔开；所述第二零件是由钢形成的齿轮，所述齿轮限定旋转轴线，所述齿轮的齿轮搭接表面相对于所述旋转轴线成一角度设置，所述角度在10度到80度的范围内、优选地在30至60度的范围内；所述齿轮限定垂直于所述旋转轴线的止动表面，所述第一零件包括接触所述止动表面的肩部；所述第一零件由含钛材料形成，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛，并且形成所述第二零件的钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
9. 一种差速器总成，包括：
由大部分的钛形成的前壳外壳；和
由钢合金形成的齿轮，所述前壳外壳通过多个焊接接头附接至所述齿轮，每个焊接接头包括直接与所述齿轮的一部分接触并附接到所述齿轮的一部分的所述前壳外壳的一部分。
10.根据权利要求9所述的差速器总成，其中，所述齿轮限定延伸通过所述齿轮的中心的旋转轴线，所述齿轮的齿轮搭接表面相对于所述旋转轴线成一角度设置，所述角度在10度至80度的范围内，所述齿轮限定垂直于所述旋转轴线的止动表面，所述前壳外壳包括接触所述止动表面的肩部和从所述肩部延伸的锥形部分，直接与所述齿轮的一部分接触并附接到所述齿轮的一部分的所述前壳外壳的一部分包括所述前壳外壳的所述锥形部分，所述前壳外壳由含钛材料形成，所述含钛材料基本上包括：
重量百分比为0至8的铝；
重量百分比为0至8的钒；
重量百分比为0至4的钼；
重量百分比为0至6的铬；
重量百分比为0至7的铌；
重量百分比为0至5的锆；
重量百分比为0至3的铁；和
余量的钛，并且形成所述齿轮的钢合金基本上包括：
重量百分比为0.15至0.30的碳；
重量百分比为0.4至1.6的铬；
重量百分比为0.4至1.80的锰；
重量百分比为0至2.00的镍；
重量百分比为0至0.6的钼；
重量百分比为0至0.5的钒；
重量百分比为0至0.5的铌；和
余量的铁。
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