CN118103259A - 具有锻造焊缝的多管状梁 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车部件的加强梁由金属片材连续地形成，该金属片材被辊轧成型为具有至少一个沿着加强梁的长度延伸的管状部分。固态锻焊形成在金属片材的边缘和金属片材的中间部分之间，以闭合沿着加强梁的管状部分延伸的接缝。在形成固态锻焊之前，用通过电触点传递到焊缝的相对侧的高频电流将金属片材的选定部分加热到期望的焊接温度。在形成通常没有锌夹杂物的固态锻焊之前，期望的焊接温度可在选定部分处烧掉金属片材上的镀锌涂层。

Description

具有锻造焊缝的多管状梁

相关申请的交叉引用

本申请根据《美国法典》第35卷第120条要求于2021年8月30日提交的美国专利申请第17/461,049号的权益和优先权，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及车辆结构和加强梁以及相关的辊轧成型制造和梁焊接方法。

背景技术

对车辆进行由政府法规和保险证书规定的各种测试，如冲击能量管理和吸收的测试。这些冲击测试的结果可取决于各种车辆部件和结构设计，包括保险杠组件和相关的保险杠加强梁。为了长期保护车辆部件的性能和结构完整性，已知对车辆的钢部件进行镀锌或施加保护性锌涂层，这可以防止在钢部件上形成锈或氧化铁。然而，镀锌金属片材可能更难以成形和焊接，尤其是在辊轧成型操作中使用激光焊接时。而且，由于材料几何形状和接缝条件，一些辊轧成型梁设计，无论是否存在镀锌涂层，可能都难以进行激光焊接。

发明内容

本公开提供了一种多管状加强梁以及一种连续形成该梁的方法，该梁可以用作车辆的结构部件或用作能量吸收器，如保险杠梁。最初，一卷金属片材料可以在大致水平的平面上展开以进行加工，例如通过以大致恒定的速率朝向辊轧成型机展开并进入辊轧成型机。金属片材可以是高强度钢，如马氏体钢。该辊轧成型机被配置成将该片材成形为具有至少一个纵向延伸的管状部分的梁，该管状部分被形成在该片材的边缘与该片材的中间部分之间的焊缝闭合。焊缝可以通过高频电阻焊接工艺形成，如紧接在进入闭合焊缝的闭合压力辊之前，通过将成型片材与一对在焊缝的相对侧上滑动的电触点接触。由电触点传递的高频电流的电阻将焊缝的两个相对部分的外表面加热到合适的焊接温度，使得两个被加热的相对部分随后由闭合压力辊压在一起以形成固态锻焊。在一些实例中，金属片材可以包括镀锌涂层，使得当加热片材的外表面时，镀锌涂层至少部分烧掉并形成氧化锌气体，从而通常不干扰由闭合压力辊形成的锻焊。

根据本公开的一个方面，一种用于汽车部件的加强梁包括金属片材卷，该金属片材卷成形为具有一对管状部分，该对管状部分共用公共中心壁并且沿着加强梁的长度延伸。固态锻焊与辊轧成型金属片材在生产线上形成在金属片材的边缘和金属片材的中间部分之间，以在公共中心壁的端部处闭合接缝，该公共中心壁包围该对管状部分中的一个。由固态锻焊形成的接缝沿着加强梁的长度连续延伸。在形成固态锻焊之前，用电阻将金属片材的边缘的外表面和金属片材的中间部分的外表面加热到期望的锻焊温度。

本公开的实施方式可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，固态锻焊具有宽度在1mm和2mm之间的窄热影响区。在一些实例中，金属片材的第二边缘用第二锻焊焊接在加强梁的公共中心壁的第二端处，以包围沿着加强梁的长度延伸的该对管状部分中的另一个。加强梁例如可以包括由该对管状部分的前壁限定的前冲击面。该对管状部分中的至少一个的前壁可以包括加固肋，该加固肋突出到相应管状部分的内部体积中以加固前冲击面。

在一些实施方式中，固态锻焊由高频电流的电阻生成的热量和闭合压力辊形成，该高频电流通过电阻焊接触点传递，闭合压力辊将金属片材的加热表面压在一起。在一些实例中，金属片材包括高强度钢，使得期望的焊接温度低于金属片材的高强度钢的熔化温度。在一些实施方式中，金属片材包括镀锌涂层，使得期望的焊接温度在形成固态锻焊之前在外表面处烧掉金属片材上的镀锌涂层。

根据本公开的另一方面，一种用于汽车部件的加强梁包括镀锌金属片材，该镀锌金属片材被辊轧成型为具有沿着加强梁的长度延伸的管状部分。固态锻焊形成在镀锌金属片材的边缘和镀锌金属片材的中间部分之间，以闭合沿着加强梁的管状部分延伸的接缝。在形成固态锻焊之前，用通过电触点传递的高频电流将镀锌金属片材的边缘的外表面和镀锌金属片材的中间部分的外表面加热到期望的焊接温度。在形成通常没有锌夹杂物的固态锻焊之前，期望的焊接温度在外表面处烧掉镀锌金属片材上的镀锌涂层。

根据本公开的又一方面，一种连续形成镀锌加强梁的方法可以通过在大致水平的平面中展开一卷镀锌金属片材来完成。金属料通过一组多个辊轧工位对金属片材进行辊轧成型，以形成管状形状，其中金属片材的边缘区段与金属片材的中间区段接近接触。用高频电流将金属片材的边缘区段和金属片材的中间区段的外表面加热到期望的焊接温度，该高频电流由在外表面附近与片材接触的一对电触点传递，这导致金属片材上的镀锌涂层在被加热的外表面处至少部分烧掉。然后，通过用闭合压力辊将外表面压在一起，在金属片材的边缘区段和中间区段的被加热的外表面上形成固态锻焊。固态锻焊被连续地形成以闭合加强梁的管状形状的接缝。

任选地，在用第一锻焊闭合第一管状部分之后，镀锌金属片材可以用第二组辊轧成型机辊轧成型，以将镀锌金属片材的相对边缘移动到紧密接近管状部分的壁，使得这些紧密的外表面可以用由第二对电触点传递的高频电流加热，以形成第二锻焊，该第二锻焊沿着加强梁的第二管状部分闭合接缝。在一些实例中，金属片材在纵向方向上以大致恒定的速度展开、辊轧成型和焊接。

在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个实施方式的细节。结合附图阅读以下说明书后，其他方面、优点、目的和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是具有保险杠组件和槛梁部件的车辆的示意性侧视图。

图2是加强梁的前透视图。

图3是图2所示的加强梁的后透视图。

图3A是沿图3所示的线IIIA-IIIA截取的加强梁的横截面图。

图4是被配置成制造图2所示的加强梁的设备的示意性侧视图。

图5是图2的加强梁在中间成型步骤中具有锻焊的横截面图。

图5A是在图5的截面A处示出的焊接位置的放大视图，示意性地示出了焊接触点。

图6是图2的加强梁在成型步骤中具有第二锻焊的横截面图。

图6A是在图6的截面A处示出的焊接位置的放大视图，示意性地示出了焊接触点。

图7是在中间成型步骤中的加强梁的另一实例的横截面图。

图8是图7的加强梁在后续成型步骤中具有两个锻焊的横截面图。

图8A是在图8的截面A处示出的焊接位置的放大视图，示意性地示出了焊接触点。

图8B是在图8的截面B处示出的焊接位置的放大视图，示意性地示出了焊接触点。

图9是附加加强梁的前透视图。

图10是图9所示的加强梁的后透视图。

图10A是沿图10所示的线XA-XA截取的加强梁的横截面图。

图11A至图23B是附加加强梁的横截面图。

在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

现在参考附图和其中描绘的说明性实施例，如图1所示的车辆100具有各种结构梁部件，包括具有保险杠加强梁10a的保险杠组件和具有槛梁加强插入件10b的门槛组件。保险杠组件包括附接到加强梁10a的端部的溃压箱102。溃压箱102适于直接或间接地安装到车架或车架的端区段或顶端。当附接到车架时，溃压箱102支撑并定位加强梁10a以横向跨过车辆100，如在图1所示的前端。此外，车辆的后端可以包括保险杠加强梁，以类似地减轻对车辆的冲击损坏和侵入。在其他实例中，保险杠梁可以在车辆的前端或后端处与不同类型的保险杆组件或支撑结构一起使用。

还例如如图1所示，车辆100可以具有支撑框架的下部部件(如A立柱、B立柱、横向构件等)的门槛组件。门槛组件可以包括包围中空内部的门槛内部和门槛外部，其中加强插入件10b在该门槛内部与该门槛外部之间的中空内部中纵向地延伸。加强插入件10b被设置用于加固和加强门槛组件，以便减少由车辆侧面冲击引起的侵入距离。本公开的保险杠加强梁10a、加强插入件10b和其他加强梁可由镀锌金属片材形成。车架和车身结构可具有用于不同样式和类型的车辆的各种设计和配置。

如图2至图3A所示，设置了加强梁10，其可以由穿过辊轧成型机和在生产线上的焊机的金属片材连续形成。该焊机使用电阻焊接以沿着至少一个焊缝形成锻焊，该焊缝包围梁的管状形状。加强梁10可以在结构上使用或用作车辆的能量吸收器，如保险杠加强梁10a(图1)、槛梁加强插入件10b(图1)或其他结构车辆部件。本文描述的梁可以适用于各种结构或加强应用，无论是线性的还是纵向弯曲的，以便与特定车辆的设计对应，如保险杠梁、车顶弓、顶盖、立柱、槛梁导轨、座椅构件，以及车架的门梁，以及其他可想到的车辆和非车辆相关部件。

通常，为了形成加强梁10，最初在大致水平的平面上展开一卷金属片材12以进行加工，例如通过以大致恒定的速率朝向辊轧成型机14展开并进入辊轧成型机14，如图4中示意性示出的。辊轧成型机14被配置成使用支撑在辊架上的一系列辊工具或成型辊16a、16b将片材12反复成型为加强梁10。辊工具或成型辊16a、16b可以连续地形成片材12以具有至少一个纵向延伸的管状部分，例如如图3所示的两个管状部分18、20。管状部分18、20各自用焊缝22a、22b闭合，焊缝22a、22b形成在片材12的边缘24a、24b和片材12的中间部分26a、26b之间，以便在焊缝22a、22b处形成三通接头或大致T形接头。

焊缝22a、22b可以用高频电阻焊接工艺形成。例如，如图4所示，高频接触焊接可以通过在接近或紧接在进入闭合压力辊30a、30b之前使成型片材12与焊缝相对侧上的一对电触点28a、28b接触来进行，闭合压力辊30a、30b将片材的加热边缘和加热中间部分压在一起，以同时形成焊缝并闭合焊缝22a、22b。因此，期望的焊接温度低于镀锌金属片材的高强度钢的熔化温度。当片材12连续移动通过焊接站时，电触点保持与片材12接触并沿着片材12滑动。由一对电触点28a、28b传递的电流的电阻在片材12的边缘和片材12的中间部分的外表面处生成热量，片材12的这些部分在该外表面处对接并汇集在一起。当片材12的外表面被电触点28a、28b传递的电流加热时，镀锌涂层在片材12的边缘和中间部分处至少部分烧掉或蒸发，并形成氧化锌气体。通过在外表面对接在一起并在焊缝22a、22b处形成焊缝之前蒸发镀锌涂层，这些氧化锌气体通常不会干扰由闭合压力辊30a、30b形成的固态锻焊的质量和一致性。由闭合压力辊30a、30b施加的压力可以减少或消除氧化锌气体在所得焊缝中或附近的捕集，从而形成固态锻焊，其通常没有锌夹杂物或与焊接过程中生成的氧化锌气体相关的其他缺陷。

如图2至图3A所示，加强梁10具有两个相邻的管状部分18、20，它们共用沿着梁10的长度延伸的公共中心壁32。梁10的管状部分18、20各自还具有前壁34、36和后壁38、40，它们是平面形状的并且通常彼此对齐。上管状部分18设有梁10的上壁42，并且下管状部分20设有梁10的下壁44。管状部分18、20的前壁34、36在共同平面中大致彼此对齐，以便当用作保险杠加强梁时形成梁10的面向外的表面或冲击表面。类似地，后壁38、40基本上彼此平面对齐，并且基本上与前壁34、36平行。此外，上壁42和下壁44基本上彼此平行且与中心壁32平行，并且基本上与前壁34、36和后壁38、40垂直。梁10的管状部分18、20的壁之间的拐角具有通常由金属片材12的材料类型和厚度限定的曲率，例如大约等于或大于金属片材12的厚度的四倍的曲率半径。应当理解，梁的其他实施例可以采取与图2至图3A中所示不同的形状和取向，并且可以可选地包括尺寸比例，例如用于梁的不同应用。

如图2至图3A中进一步所示，管状部分18、20的前壁34、36各自包括加固肋46，该加固肋46突出到相应管状部分18、20的内部体积中以加固加强梁10的前冲击面。图示的加固肋46的宽度直径为对应壁区段的宽度的约10％至40％(或更优选地为对应壁区段的宽度的约20％至30％)，并且其深度约等于其宽度直径。图示的加固肋46的底部呈半圆形。尽管如此，可以想到的是，加固肋的深度和尺寸可以被制成浅的、更深的、更宽的、更窄的、平底的，或以其他方式修改以满足梁的具体要求。

现在参考图4，从辊上展开的片材料12可以具有大约在1mm和1.5mm之间的厚度，并且可以具有镀锌涂层，例如电镀镀锌涂层，以提供小于大约5密耳(0.127mm)的大致均匀的厚度。可以设想，在另外的实例中，钢材料的片材可以具有约0.8mm至3.0mm的厚度，并且片材可以具有约800至2000MPa(即约120至290ksi)的拉伸强度。此外，本发明的梁可以由各种材料制成，例如高强度钢，包括AHSS(高级高强度钢)。还应当理解，片材料的其他实例可以不是镀锌的或用不同的方法镀锌，例如热浸镀锌。

如图4所示，在钢片材12穿过支撑在辊架上的第一组辊工具或成型辊16a之后，片材12可以形成为具有至少一个管状形状，该管状形状沿着其长度具有大致一致的横截面形状。在形成管状形状时，第一组成型辊16a可以在紧接在闭合梁10的第一管状部分18之前将片材12的边缘24a定位成紧邻片材12的中间部分26a。在片材12的边缘24a和中间部分26a之间留有微小间隙的情况下，中间成型片材12连续地进入焊接站，该焊接站将一对电触点28a放置在间隙的相对侧上，该对电触点28a将高频电流传输到部分成型的梁。具体地，如图5A所示，电触点28a放置成与片材12的靠近片材12的边缘24a的部分接触，而另一电触点28a放置成与靠近片材12的中间部分26a的部分接触。电触点28a与焊缝22a的紧密接近提供了高电流密度，其通常提供相应的高焊接效率，以及通常小的热效应区。如图5A所示，电触点28a可以放置成与片材12的邻接的相邻表面接触，使得电流可以沿着片材的接触表面集中。

电流从一个电触点28a行进到另一个电触点28a，以便在片材12的边缘24a和片材12的中间部分26a的外表面处由所产生的电阻生成热量，其中热量通常集中在片材12的这些部分对接并例如呈V形汇集在一起的地方。该对电触点28a使电流沿着由片材12的边缘24a和中间部分26a形成的几何V形向下流动。当电流沿着边缘24a和中间部分26a流动时，它们将加热到合适的焊接温度，该焊接温度低于片材材的熔化温度。

如图5A中进一步所示，电触点28a可以包括弹簧加载的接触平板，该接触平板朝向并抵靠片材12的期望部分偏置。弹簧加载的接触平板的尖端部分可以直接对接在片材12上，以便当片材移动通过焊接站时沿着片材12的外表面滑动。然而，可以设想，在另外的实施例中的电触点可以替代地包括接触轮或接触盘，该接触轮或接触盘抵靠该片材滚动以减小电触点与该片材的表面之间的摩擦，该摩擦可以导致接触平板的尖端部分的劣化，并且在镀锌金属片材的情况下，还可以防止该尖端部分从电镀涂层上刮掉锌并且积聚在电触点的尖端部分或其他部分上。

同样在使用镀锌金属片材的实例中，当片材12的外表面被电触点28a加热到期望的焊接温度时，镀锌涂层在片材12的边缘24a和中间部分26a处至少部分烧掉或蒸发，并形成氧化锌气体。传递到接缝的相对部分的高频电流可被选择或配置成加热片材12的边缘24a和片材12的中间部分26a的外表面，使得当片材的对接表面接触时，它们达到特定材料和片材厚度的期望焊接温度。除了在对接焊缝22a处提供期望的焊接温度之外，高频电流还可以与片材的速度相配合地选择或配置成用于片材12的边缘24a和中间部分26a，以在足够长的持续时间内达到足够的温度，从而烧掉或蒸发对接表面处的镀锌涂层。高频电流可以在80Khz和800Khz之间或在150Khz和800Khz之间或在150Khz和450Khz之间或大约350KHz。

在经过电触点28a之后，片材12立即进入闭合压力辊30a，该闭合压力辊30a将片材12的边缘24a和中间部分26a压在一起以闭合焊缝22a，如图5和图5A所示的横截面所示。管状部分18用焊缝22a闭合，该焊缝22a沿着加强梁10的长度连续地形成在片材12的边缘24a和片材12的中间部分26a之间，以便在焊缝22a处形成三通接头或大致T形接头。如图5A所示，锻焊22a可以设置在加强梁10的前冲击壁的后表面处并且在管状部分18、20的中心壁32和前壁34、36之间。因此，加强梁10的前冲击面可以没有焊缝。

由闭合压力辊30a施加的压力还可以减少或消除氧化锌气体在所得焊缝中或附近的捕集，从而形成固态锻焊，其通常没有锌夹杂物或与镀锌金属片材的焊接过程中生成的氧化锌气体相关的其他缺陷。此外，通过使用位置紧密的电触点28a的高频接触焊接形成的固态锻焊可以具有窄的热影响区，例如大约在1mm和2mm之间。

在沿着焊缝22a形成第一锻焊之后，进一步用另一组成型辊16b形成片材12，以具有这样的横截面形状，即在即将闭合梁10的第二管状部分20之前，将片材12的另一(现在唯一断开的)边缘24b定位成紧邻片材12的另一中间部分26b，如图6所示。在片材12的边缘24b和中间部分26b之间留有微小间隙的情况下，成型片材12进入另一焊接站，该焊接站将一对电触点28b放置在间隙的相对侧上并传输高频电流。具体地，如图6A所示，电触点28b放置成与片材12的靠近片材12的边缘24b的部分接触，而另一电触点28b放置成与靠近片材12的中间部分26b的部分接触。

由一对电触点28b传递的电流的电阻在片材12的边缘24b和片材12的中间部分26b的外表面处生成热量，片材12的这些部分在该外表面处对接并以V形汇集在一起。当片材12的外表面被电触点28b传递的电流加热时，镀锌涂层在片材12的边缘和中间部分处至少部分烧掉或蒸发，并形成氧化锌气体。通过在外表面对接在一起并在焊缝22b处形成焊缝之前蒸发镀锌涂层，这些氧化锌气体通常不会干扰由闭合压力辊30b形成的固态锻焊的质量和一致性。由闭合压力辊30b施加的压力可以减少或消除氧化锌气体在所得焊缝中或附近的捕集，从而形成固态锻焊，其通常没有锌夹杂物或与过程中生成的氧化锌气体相关的其他缺陷。

在经过第二对电触点28b之后，片材12立即进入第二闭合压力辊30b，该第二闭合压力辊30b将片材12的边缘24b和中间部分26b压在一起以闭合焊缝22b，如图6所示的横截面所示。第二管状部分20用焊缝22b闭合，该焊缝22b沿着加强梁10的长度连续地形成在片材12的边缘24b和片材12的中间部分26b之间，以便在焊缝22b处形成三通接头。尽管第二焊缝22b可以被称为三通接头，但是具有边缘24b的片材12的边缘部分23随着其朝向中心壁32延伸而从后壁40的平面范围向内成角度，使得端部23以成角度的取向与中心壁32对接，该成角度的取向通常不垂直于中心壁32的对接中间部分26b。然而，在其他实例中，边缘部分23的角度取向可以减小，以使边缘24b与第一管状部分18的中心壁32和后壁38之间的拐角部分对接。镀锌金属片材12的第二边缘24b焊接在加强梁10的管状部分18的壁处，以包围第二管状部分20。如图6所示，锻焊接缝22a、22b设置在公共中心壁32的相对端。

再次参考图4，用于制造加强梁的设备可以包括在生产线上的弯曲站48和切断装置50。这种弯曲站48可以赋予梁纵向曲率，例如用于为保险杠梁提供与车辆前端设计对应的纵向形状。沿着梁形成的锻焊能够承受在在生产线上的弯曲站48处梁的纵向弯曲。应当理解，辊轧成型机可以利用具有支撑成型辊的水平轴的辊轧机，或者替代地可以利用具有支撑成型辊的竖直轴的辊轧机。

如图7至图8B所示，加强梁110的另一实例由钢片材112形成，以提供共用公共中心壁132的两个相邻管状部分118、120。在图7所示的实例中，金属片材的第一外部区段和第二外部区段从公共中心壁132的第一端和第二端沿大致相反的方向延伸。金属片材的第一外部区段和第二外部区段相对于中心壁132沿相同的旋转方向形成，其中第一外部区段形成为在中心壁132的第二端处或附近附接以包围第一管状部分118，并且其中第二外部区段形成为在中心壁132的第一端处或附近附接以包围第二管状部分120。第一外部区段和第二外部区段可以同时形成，以形成朝向中心壁132端部的外部区段的端部。第一外部区段和第二外部区段各自包括与中心壁整体连接的凹陷区域，以便提供用于附接片材112的端部的区域。

如图8所示，第一外部区段成形为限定第一壁138、第二壁142和第三壁134，它们与公共中心壁132一起形成第一管状部分118。第二外部区段成形为限定第五壁140、第六壁144和第七壁136，它们与公共中心壁132一起形成第二管状部分120。在如图1所示的作为保险杠加强梁的安装取向中，第一壁138和第五壁140限定加强梁110的后壁，第二壁142限定上壁，第六壁144限定下壁，并且第三壁134和第七壁136限定加强梁110的前壁。第五壁140上的凹陷区域139允许第一壁138和第五壁140设置成彼此大致平面对齐，以限定后壁。类似地，第三壁134上的凹陷区域允许第三壁134和第七壁136在梁的前冲击面处的部分在前壁上彼此大致平面对齐地设置。如图8中进一步所示，上壁142和下壁144基本上彼此平行且与中心壁132平行，并且基本上与前壁134、136、138、140垂直。

进一步参考图7至图8B，当片材由辊轧成型机朝向多管状形状成形时，成型辊将片材112的边缘124a、124b定位成紧邻片材112的中间部分126a、126b处的凹陷区域135、139，紧接在闭合梁110的管状部分118、120之前。在片材112的边缘124a、124b和中间部分126a、126b之间留有微小间隙的情况下，成型片材112连续地进入焊接站，该焊接站将一对电触点128a、128b放置在间隙的相对侧上，该对电触点128a、128b将高频电流传输到部分成型的梁。具体地，如图8A和图8B所示，电触点128a、128b放置成与片材12的靠近片材112的边缘124a、124b的部分接触，而其他电触点128a、128b放置成与片材112的中间部分126a、126b接触。电触点128a、128b与焊缝122a、122b的紧密接近提供了高电流密度，其通常提供相应的高焊接效率，以及通常小的热效应区。如图8A和图8B所示，电触点128a、128b可以定位成使电流沿着随后邻接的片材112的表面集中。电流从所示的成对电触点中的一个电触点行进到另一个电触点，以便在片材112的边缘124a、124b和片材112的中间部分126a、126b的外表面处由所产生的电阻生成热量，其中热量通常集中在片材112的这些部分随后对接的地方。

如图8A和图8B进一步所示，电触点128a、128b可以包括弹簧加载的接触平板，该接触平板朝向并抵靠片材112的期望部分偏置。弹簧加载的接触平板的尖端部分可以直接对接在片材112上，以便当片材移动通过焊接站时沿着片材112的外表面滑动。此外，在使用镀锌金属片材的情况下，当片材112的外表面被电触点128a、128b加热到期望的焊接温度时，镀锌涂层在片材112的边缘124a和中间部分126a处至少部分烧掉或蒸发，并形成氧化锌气体，该氧化锌气体由于随后的对接表面之间的间隙而排出。传递到接缝的相对部分的高频电流可被选择或配置成加热片材112的边缘124a、124b和片材112的中间部分126a、126b的外表面，使得当片材的对接表面接触时，它们达到特定材料和片材厚度的期望焊接温度。除了在对接焊缝122a、122b处提供期望的焊接温度之外，高频电流还可以与片材的速度相配合地选择或配置，以在足够长的持续时间内在边缘124a、124b和中间部分126a、126b处达到足够的温度，从而在对接表面接触之前烧掉或蒸发镀锌涂层。例如，高频电流可以在80Khz和800Khz之间或在150Khz和800Khz之间或在150Khz和450Khz之间或大约350KHz。

如图8所示的横截面所示，在经过电触点128a、128b之后，片材112立即进入一个或多个闭合压力辊，该闭合压力辊同时将片材112的边缘124a、124b和中间部分126a、126b压在一起以闭合焊缝122a、122b。结果，管状部分118、120在焊缝122a、122b处同时闭合，焊缝122a、122b沿着加强梁110的长度连续地形成在片材112的边缘124a、124b与片材112的中间部分126a、126b之间，以便在设置在公共中心壁132的相对端处的焊缝122a、122b处锻造搭接接头。由一个或多个闭合压力辊施加的压力还可以减少或消除氧化锌气体在所得焊缝中或附近的捕集，从而形成固态锻焊，其通常没有锌夹杂物或与镀锌金属片材的焊接过程中生成的氧化锌气体相关的其他缺陷。此外，通过高频接触焊接形成的固态锻焊可以具有窄的热影响区，例如大约在1mm和2mm之间。

现在参考图9至图10A，示出了镀锌多管状加强梁210的另一实例，其具有两个相邻的管状部分218、220，这两个管状部分218、220也共用公共中心壁232，该公共中心壁232沿着梁210的长度纵向地划分管状部分218、220。梁210类似于图3A所示的梁10，除了加强梁210的第二焊缝222b基本上为T形。具体地，焊缝222b可以被称为三通接头或T形接头，其中片材212的具有边缘224b的边缘部分223通过后壁240中的S形曲线225向内插入，并且当其朝向中心壁232延伸时相对于后壁240的平面范围大致平行地定向。在这种取向中，端部223以大致垂直的配置与中心壁232的对接中间部分226b对接。S形曲线225和所得到的嵌入边缘部分223在梁210的后表面处提供肋247，以导致沿着梁210的后表面的增加的刚度。

图9至图10A中所示的梁210上的焊缝222a、222b可以通过在进入闭合压力辊之前使成型片材抵靠高频电阻焊接触点穿过而通过高频焊接工艺形成，该闭合压力辊将片材的相应边缘224a、224b和中间部分226a、226b压在一起以闭合相应的焊缝222a、222b。图9至图10A中所示的梁的成形和焊接过程可以与上面参考图1至图6A所示的梁10所述的过程基本相同。

梁210的管状部分218，220，例如在图9至图10A中定向的管状部分，各自还具有通常彼此对齐的前壁234、236和后壁238、240。上管状部分218设有梁210的上壁242，并且下管状部分220设有梁210的下壁244。管状部分218、220的前壁234、236在共同平面中大致彼此对齐，以便当用作保险杠加强梁时形成梁210的面向外的表面或冲击表面。类似地，后壁238、240基本上彼此平面对齐，并且基本上与前壁234、236平行。此外，上壁242和下壁244基本上彼此平行且与中心壁232平行，并且基本上与前壁234、236和后壁238、240垂直。梁210的管状部分218、220的壁之间的拐角具有通常由金属片材212的材料类型和厚度限定的曲率。

如图9至图10A中进一步所示，管状部分218、220的前壁234、236各自包括加固肋246，该加固肋246突出到相应管状部分的内部体积中以加固加强梁210的前冲击面。图示的加固肋246的宽度直径为对应壁区段的宽度的约10％至40％(或更优选地为对应壁区段的宽度的约20％至30％)，并且其深度约等于其宽度直径。图示的加固肋246的底部呈半圆形。尽管如此，可以想到的是，加固肋的深度和尺寸可以被制成浅的、更深的、更宽的、更窄的、平底的，或以其他方式修改以满足梁的具体要求。

如图11A至图23B所示，示出了具有两个相邻管状部分的加强梁的其他实施例，这两个相邻管状部分也共用公共中心壁，该公共中心壁沿着相应梁的长度纵向地划分管状部分。这些附加实施例的管状部分各自还具有共同平面中大致彼此对齐的前壁和后壁，以便当用作保险杠加强梁时形成梁的面向外的表面或冲击表面。类似地，这些附加实施例的后壁基本上彼此平面对齐，并且基本上与前壁平行。这些附加实施例各自具有至少一个焊缝，该焊缝是三通接头或T形接头，其中片材的边缘部分以大致垂直的构型与该片材的对接中间部分对接。这些附加梁的焊缝可以用高频焊接工艺形成，例如上面参考图1至图6所示的梁所述的高频接触焊接工艺。

在如本文公开的用于加强梁的成型工艺的另一实施方式中，焊缝可以通过在进入闭合焊缝的闭合压力辊之前立即使成型片材穿过感应线圈而通过高频感应焊接工艺形成。感应线圈用高频电流将焊缝的两个相对部分的外表面加热到合适的焊接温度，使得两个被加热的相对部分随后由闭合压力辊压在一起以形成固态锻焊。将高频电流施加到部分成型的梁的趋肤效应和邻近效应导致在片材的边缘和片材的中间部分的外表面处发生加热，片材的这些部分在该外表面处对接并汇集在一起。当片材的外表面被感应线圈加热时，镀锌涂层在片材的边缘和中间部分处至少部分烧掉并形成氧化锌气体。这些氧化锌气体通常不会干扰由闭合压力辊形成的固态锻焊的质量和一致性。由闭合压力辊施加的压力可以减少或消除氧化锌气体在所得焊缝中或附近的捕集，从而形成固态锻焊，其通常没有锌夹杂物或与过程中生成的氧化锌气体相关的其他缺陷。

在另一实施方式中，一种连续形成镀锌加强梁的方法包括以下步骤：(a)在大致水平的平面中展开一卷镀锌金属片材；(b)通过一组多个辊轧工位对金属片材进行辊轧成型以形成管状形状，其中金属片材的边缘区段与金属片材的中间区段接近接触；(c)用通过一对电触点传递到金属片材的高频电流将该金属片材的边缘区段和该金属片材的中间区段的外表面加热到期望的焊接温度，其中该金属片材上的镀锌涂层在被加热的外表面处至少部分烧掉；以及(d)通过用闭合压力辊将外表面压在一起而在金属片材的边缘区段和中间区段的被加热的外表面处形成固态锻焊，其中固态锻焊连续地形成以闭合加强梁的管状形状的接缝。此外，金属片材的第二边缘可以用第二锻焊焊接在加强梁的管状部分的壁处，以包围沿着加强梁的长度延伸的第二管状部分。例如，第二锻焊可以在第一管状部分用第一锻焊闭合之后，通过将镀锌金属片材的第二边缘辊轧成型为更靠近管状部分的壁以形成具有第二对电触点的第二锻焊而形成。第一管状部分和第二管状部分可以共用加强梁的公共中心壁，使得锻焊设置在公共中心壁的相对端处。此外，金属片材可以在纵向方向上以大致恒定的速度展开、辊轧成型和焊接。

出于本公开的目的，术语“联接(coupled)”(以其所有形式，联接(couple)、联接(coupling)、联接(coupled)等)通常意指两个部件直接或间接地彼此连接。这种连接本质上可以是固定的或可移动的；可以通过将这两个部件和任何附加的中间构件彼此或与这两个部件一体地形成为单个整体来实现；并且本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的，除非另有说明。

冠词“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在表示在前述描述中存在一个或多个要素。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在是包括性的，并且意味着可以存在除了所列出的要素之外的另外的要素。此外，应当理解，对本公开的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除还结合了所述特征的附加实现的存在。还应当理解，在附图中示出并且在本说明书中描述的特定设备和过程仅仅是在所附权利要求中定义的发明概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。

本文所述的数字、百分比、比率或其他值旨在包括该值，以及“约”、“大约”或“大致”所述值的其他值，如本公开的实施方式所涵盖的本领域普通技术人员将理解的。因此，所述值应该足够宽泛地解释为涵盖至少足够接近所述值以执行期望功能或实现期望结果的值。所述值至少包括在合适的制造或生产过程中预期的变化，并且可以包括在所述值的5％、1％、0.1％或0.01％内的值。此外，本文所用的术语“大约”、“约”和“大致”表示接近所述量的仍然执行所需功能或实现所需结果的量。例如，术语“大约”、“约”和“大致”可以指所述量的小于5％、小于1％、小于0.1％和小于0.01％的量。

此外，应当理解，前述描述中的任何方向或参考系仅仅是相对方向或运动。例如，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”、“内侧”、“外侧”及其派生词将涉及图1所示的取向。然而，应当理解，可以提供各种替代的取向，除非有明确的相反规定。

在不脱离本发明的原理的情况下，可以对具体描述的实施例进行改变和修改，本发明的原理旨在仅由根据专利法的原理解释的所附权利要求的范围来限制。已经以说明性的方式描述了本公开，并且应当理解，所使用的术语旨在是描述性的而非限制性的词语的性质。根据上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以以不同于具体描述的方式来实施。

Claims (26)

1.一种用于汽车部件的加强梁，所述加强梁包含：

金属片材卷，所述金属片材卷成形为具有一对管状部分，所述一对管状部分共用公共中心壁并且沿着所述加强梁的长度延伸；

固态锻焊，所述固态锻焊在所述金属片材的边缘和所述金属片材的中间部分之间与辊轧成型的所述金属片材在生产线上形成，以在所述公共中心壁的端部处闭合接缝，所述公共中心壁包围所述一对管状部分中的一个；

其中由所述固态锻焊形成的所述接缝沿着所述加强梁的所述长度连续地延伸；并且

其中，在形成所述固态锻焊之前，用电阻将所述金属片材的所述边缘的外表面和所述金属片材的所述中间部分的外表面加热到期望的锻焊温度。

2.根据权利要求1所述的加强梁，其中所述固态锻焊具有宽度在1mm和2mm之间的窄热影响区。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的加强梁，其中用第二锻焊将所述金属片材的第二边缘焊接在所述加强梁的所述公共中心壁的第二端处，以包围沿着所述加强梁的所述长度延伸的所述一对管状部分中的另一个。

4.根据前述权利要求中任一项所述的加强梁，其中所述加强梁包括由所述一对管状部分的前壁限定的前冲击面。

5.根据权利要求4所述的加强梁，其中所述一对管状部分中的至少一个管状部分的所述前壁包括加固肋，所述加固肋突出到相应管状部分的内部容积中以加固所述前冲击面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的加强梁，其中所述固态锻焊由高频电流的电阻生成的热量和闭合压力辊形成，所述高频电流通过电阻焊接触点传递，所述闭合压力辊将所述金属片材的加热表面压在一起。

7.根据前述权利要求中任一项所述的加强梁，其中所述金属片材包括高强度钢，并且其中期望的焊接温度低于所述金属片材的所述高强度钢的熔化温度。

8.根据权利要求7所述的加强梁，其中所述金属片材包括镀锌涂层，其中所述金属片材的厚度在1mm和1.5mm之间，其中所述镀锌涂层被电镀成具有小于0.2mm的大致均匀的厚度，并且在形成所述固态锻焊之前，所述期望的焊接温度在所述外表面处烧掉所述金属片材上的所述镀锌涂层。

9.一种用于汽车部件的加强梁，所述加强梁包含：

镀锌金属片材卷，所述镀锌金属片材卷成形为具有沿着所述加强梁的长度延伸的管状部分；

固态锻焊，所述固态锻焊在所述镀锌金属片材的边缘和所述镀锌金属片材的中间部分之间形成，以闭合沿着所述加强梁的所述管状部分延伸的接缝；

其中，在形成固态锻焊之前，将所述镀锌金属片材的所述边缘的外表面和所述镀锌金属片材的所述中间部分的外表面加热到期望的焊接温度；并且

其中在形成通常没有锌夹杂物的所述固态锻焊之前，所述期望的焊接温度在所述外表面处烧掉所述镀锌金属片材上的镀锌涂层。

10.根据权利要求9所述的加强梁，其中所述固态锻焊沿着所述加强梁的长度连续地延伸，以包围所述加强梁的所述管状部分的内部。

11.根据权利要求9所述的加强梁，其中所述镀锌金属片材的所述边缘和所述中间部分在所述固态锻焊处形成三通接头。

12.根据权利要求9所述的加强梁，其中用第二锻焊将所述镀锌金属片材的第二边缘焊接在所述加强梁的所述管状部分的壁处，以包围沿着所述加强梁的长度延伸的第二管状部分。

13.根据权利要求12所述的加强梁，其中所述管状部分共用所述加强梁的公共中心壁。

14.根据权利要求13所述的加强梁，其中所述锻焊设置在所述公共中心壁的相对端处。

15.根据权利要求14所述的加强梁，其中所述加强梁包括由所述管状部分的前壁限定的前冲击面，所述前壁设置成彼此平面对齐。

16.根据权利要求9所述的加强梁，其中所述镀锌金属片材包含高强度钢，并且其中所述期望的焊接温度低于所述镀锌金属片材的所述高强度钢的熔化温度。

17.根据权利要求9所述的加强梁，其中所述镀锌金属片材的厚度在1mm和1.5mm之间，并且其中所述镀锌涂层被电镀成具有小于5密耳的大致均匀的厚度。

18.一种连续形成镀锌加强梁的方法，所述方法包含以下步骤：

在大致水平的平面中展开一卷镀锌金属片材；

通过一组多个辊轧工位对所述金属片材进行辊轧成型以形成管状形状，其中所述金属片材的边缘区段与所述金属片材的中间区段接近接触；

用通过一对电触点将高频电流传递到所述金属片材以将所述金属片材的所述边缘区段的外表面和所述金属片材的所述中间区段的外表面加热到期望的焊接温度，其中所述金属片材上的镀锌涂层在被加热的外表面处至少部分烧掉；以及

通过用闭合压力辊将所述外表面压在一起以在所述金属片材的所述边缘区段和所述金属片材的所述中间区段的所述被加热的外表面处形成固态锻焊，其中所述固态锻焊连续地形成以闭合所述加强梁的所述管状形状的接缝。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述金属片材在纵向方向上以大致恒定的速度展开、辊轧成型和焊接。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中所述管状形状限定第一管状部分，并且其中用第二锻焊将所述金属片材的第二边缘焊接在所述加强梁的所述第一管状部分的壁处，以包围沿着所述加强梁的长度延伸的第二管状部分。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述加强梁包括由所述第一管状部分的前壁和所述第二管状部分的前壁限定的前冲击面。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一管状部分或所述第二管状部分的所述前壁包括加固肋，所述加固肋突出到所述相应管状部分的内部体积中以加固所述前冲击面。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述固态锻焊具有宽度在1mm和2mm之间的窄热影响区。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中所述固态锻焊由高频电流的电阻生成的热量和闭合压力辊形成，所述高频电流通过电阻焊接触点传递，所述闭合压力辊将所述金属片材的加热表面压在一起。

25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中所述金属片材包括高强度钢，并且其中期望的焊接温度低于所述金属片材的所述高强度钢的熔化温度。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其中所述金属片材的厚度在1mm和1.5mm之间，其中所述镀锌涂层被电镀成具有小于0.2mm的大致均匀的厚度，并且在形成所述固态锻焊之前，所述期望的焊接温度在所述外表面处烧掉所述金属片材上的所述镀锌涂层。